CN109413226A - 一种实现零代理ip快速漫游的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种实现零代理IP快速漫游的系统及方法，该系统包括：DHCP处理单元，用于接收移动终端发送的DHCP请求，并进行DHCP ACK响应；ARP处理单元，用于接收移动终端的ARP请求；DNS处理单元，用于接收和分析移动终端发送的DNS请求；静态路由管理单元，用于根据漫游接入的终端动态添加相应的静态路由项，并定期的进行清理不再使用的过期静态路由项。本发明能够有效解决由于漫游切换时延造成数据服务中断，数据分组丢失，能够缩短移动终端漫游过程中由于重新获取IP地址所产生的网络切换时延，简化了子网间的代理配置。

Description

一种实现零代理IP快速漫游的系统及方法
技术领域
本发明涉及无线通信和移动互联网领域，特别涉及一种移动终端在无线通信网络中进行跨越不同子网过程中的如何降低IP地址切换时延的系统及方法。
背景技术
随着移动通信的发展，WLAN、LTE等不同的网络同时在为终端提供服务，当移动终端在移动过程中经常在不同子网间切换。如图1所示，移动终端(STA)在从子网1移动到子网2的过程中，通常情况下移动终端在不同子网使用不同的子网IP地址，这是由于子网部署来决定的。
一般无线网络中存在一个DHCP服务器，为接入的终端分配IP地址，移动终端为DHCP客户端，如图2所示，当移动终端接入到另一个无线网络后，移动终端会发起DHCPRequest，DHCP服务器响应NCK时，移动终端会发起DHCP Discovery，DHCP Server应答DHCPoffer，终端根据DHCP offer发出DHCP Request，服务器返回DHCP ACK完成IP获取。
地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)实现了通过IP地址得知其物理地址，当移动终端接入到网络后，获得IP地址后即会对外发送广播的ARP报文，实现(1)确定其它主机的IP地址是否与本机的IP地址冲突，当其它主机收到免费ARP报文后，如果发现该报文中的IP地址和自己的IP地址相同，则返回一个ARP回应给发送免费ARP报文的主机，告知该主机所用的IP地址有冲突。(2)当主机改变MAC地址时，通过发送免费ARP报文通知其它主机更新ARP缓存表。其中，ARP缓存表用于存储网络中各主机和路由器的IP地址到MAC地址映射。
网络地址转换(Network Address Translation，简称NAT)是用于私网内主机主动发起连接请求，数据包经由网关进行NAT地址转换后向上一级网关传输，经过多条路由送达公网服务器，连接建立以后可以双向传输数据；网关是NAT技术的实现主体设备，网关将局域网内主机的连接经过NAT转换并记录相关的转换信息为NAT表项后，将IP数据包源地址转换为网关上行端口的IP地址与上级一网关出口通信，而当收到上一级网关数据后，网关首先查询NAT表，如果能找到相应的NAT信息，则进行逆NAT转换后发回给局域网内主机，如此实现局域网内主机能完全的与公网服务器进行双向的传输。
网关是为局域网内主机与外网进行通信的出口和入口设备，网关至少具有两个IP地址和对应的物理通信端口，其中一个外网IP用于与上级网关通信，另一个内外IP与局域网内主机通信。网关要与局域网主机进行通信时，通过查找IP路由表确定内网主机所连接的物理通信端口，查找到端口后将数据交给链路层进行发送。
DNS(Domain Name System，域名系统)是互联网运行最重要的基础设施，互联网中的任何一件事情几乎都是开始与一次的DNS查询，DNS主要的功能是将人类更好辨识的域名转换为IP地址。DNS的解析过程是是层级递归查询，当客户端访问一个网址时，不是直接去找根，而是(1)先查hosts文件；(2)如果没有，查本地DNS缓存；(3)如果没有，在查找DNS服务器；现查DNS服务器的本地DNS缓存，如果没有，再查询DNS服务器的解析库，都没有。DNS向根域发起请求，开始迭代查询。直到查到IP地址为止。
移动终端收到该IP地址之后，得到IP是私网IP地址，网络能够进行正常的通信，需要将私网IP转换成可以与Internet连接的公网IP地址。
NAT技术是用于私网内主机主动发起连接请求，数据包经由网关进行NAT地址转换后向上一级网关传输，经过多条路由送达公网服务器，连接建立以后可以双向传输数据；网关是NAT技术的实现主体设备，网关将局域网内主机的连接经过NAT转换并记录相关的转换信息为NAT表项后，将IP数据包源地址转换为网关上行端口的IP地址与上级一网关出口通信，而当收到上一级网关数据后，网关首先查询NAT表，如果能找到相应的NAT信息，则进行逆NAT转换后发回给局域网内主机，如此实现局域网内主机能完全的与公网服务器进行双向的传输。
静态路由：是一种路由的方式，路由项由手动配置，不会改变，即使网络状况已经改变或是重新被组态。一般来说，静态路由是由网络管理逐项加入路由表。
移动因特网协议(IP)移动终端在沿它的路由拜访的各种网络中从一个网络自由切换到另一个网络，MIP协议描述了那些动作，即实现移动终端在从一个接入路由器到另外一个接入路由器的切换期间保持连接的动作。然而，移动终端的典型切换需要链路层和IP层信令。并且在切换期间移动终端无法发送或接收数据分组。该时间段被称作为切换延迟。在许多情况下，对于延迟敏感网络业务来时，切换时不可接收的。因此对于此类服务，可能需要无缝移动性管理技术。
对于这种时延，可以通过快速切换和上下文传输实现无缝切换。然而，一般地快速切换机制仅减少IP层信令延迟而不解决链路层延迟。但是链路层辅助有助于消除或者减少由于链路层建立而造成的延迟。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种实现零代理IP快速漫游的系统及方法，以解决由于漫游切换时延造成数据服务中断，数据分组丢失的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种实现零代理IP快速漫游的系统，包括：
DHCP处理单元，由DHCP接收模块和DHCP应答模块组成，用于接收移动终端发送的DHCP请求，并进行DHCP ACK响应，以使得移动终端在接入到新子网时重新获取IP地址；
ARP处理单元，由ARP接收模块和ARP应答模块组成，用于接收移动终端的ARP请求，不管移动终端发送的ARP请求是否为本子网地址，都使用本子网网关的MAC地址进行应答；
DNS处理单元，由DNS接收模块和DNS转换模块组成，用于接收和分析移动终端发送的DNS请求，将DNS请求的DNS server IP转换为本子网的DNS server IP，转发给本子网的DNS server进行解析；本子网DNS server返回的数据再经过DNS转换模块经过逆向转换再返回给移动终端；
静态路由管理单元，用于根据漫游接入的终端动态添加相应的静态路由项，并定期的进行清理不再使用的过期静态路由项。
一种实现零代理IP快速漫游的方法，包括以下步骤：
(1)移动终端从一个子网切换到另一个子网，移动终端不需要改变原有的IP配置，对于DHCP请求，本子网直接响应ACK；
(2)本子网收到来自移动终端的DHCP请求时，对DHCP请求进行分析，判断是否是属于该网段，如果是该网段的IP请求，则DHCP正常分配；如果不是，则执行步骤(3)；
(3)本子网响应ACK，并且记录DHCP请求的IP地址，把该IP地址加入到静态理由表中；并且设置一个定时器，定时检查一次该静态路由表，如果在规定的时间内没有收到终端的再次请求，则删除该条记录；
(4)移动终端收到DHCP响应之后，发出ARP请求，当ARP处理单元发现移动终端所请求的IP和自己的不在同一网段时，ARP处理单元将会发送自己的网关地址作为响应，使得移动终端正常通信；
(5)DNS处理单元收到DNS请求之后，移动终端还是原来子网的网关，本子网网关判断目的IP是否是本网的DNS，如果是，则正常响应，如果不是，本子网光管替换目的IP为本网DNS IP并记录在DNS转换表中，发送给本子网DNS；
(6)上述步骤处理完之后，响应给移动终端时，移动终端根据记录的DNS转换表判断是否在转换表中有记录，如果有记录进行逆转换，返回给移动终端，如果没有记录，则进行正常的响应。
所述步骤(1)中，对移动终端上一次接入的网络不需要任何的代理关联，无需要知道终端上一次连接的网络，能够为任意的网关实现完全代理。
所述步骤(4)中，当ARP处理单元接收到移动终端发来的ARP请求时，ARP处理单元处理该请求，查询该目的IP是否为本子网，如果是则正常应答处理；如果不是，使用本网关的MAC地址及请求的IP地址，发送Response响应。
有益效果：本发明的实现零代理IP快速漫游的系统及方法，无代理的任意IP的适配，对移动终端上一次的网络不需要任何代理关联，采用本方法的网关无需知道终端上一次连接的网络，可以为任意网关实现完全代理；当新终端接入时，终端不需要改变原有的IP配置，从而大大缩短IP切换的时延。通过分析以上问题，本发明提供了一种原理简单，易于实施，易于操作的简单方法。本发明能够有效解决由于漫游切换时延造成数据服务中断，数据分组丢失。本发明可以缩短移动终端漫游过程中由于重新获取IP地址所产生的网络切换时延，简化了子网间的代理配置。
附图说明
图1为移动终端从一个局域网切换到另外一个局域网的示意图；
图2为本发明的系统的构架图；
图3为移动终端进入到一个子网时，正常的请求和应答的示意；
图4为DHCP处理流程示意图；
图5为ARP处理流程示意图；
图6为DNS处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
本发明的一种实现零代理IP快速漫游的系统，包括：
DHCP处理单元，由DHCP接收模块和DHCP应答模块组成，用于接收移动终端发送的DHCP请求，并进行DHCP ACK响应，以使得移动终端在接入到新子网时重新获取IP地址；当移动终端(简称STA)从一个子网切换到另一个子网的过程如图1所示，STA在子网1中获取到的IP地址是192.168.1.0/24中的一个IP地址；当移动节点从一个子网1切换到另外一个子网2时，终端会首先发出DHCP请求。由于子网1和子网2的网关不同，移动终端请求的IP还是在子网1时获得的IP地址,GW2会发出NAK的响应。接着移动终端会发起DHCP Discovery，DHCPServer应答DHCP offer，终端根据DHCP offer发出DHCP Request，服务器返回DHCP ACK完成IP获取。本发明中，不管移动终端用什么样的IP地址发送请求，网关2(Gateway，简称GW2)都会做出ACK响应，当STA收到ACK后认为新接入的子网2的配置与子网1的配置相同，不需要重新发起DHCP请求。
ARP处理单元，由ARP接收模块和ARP应答模块组成，用于接收移动终端的ARP请求，不管移动终端发送的ARP请求是否为本子网地址，都使用本子网网关的MAC地址进行应答；ARP接收和应答单元与通常的ARP协议处理不同的地方在于，当收到移动终端的ARP请求，接着根据ARP协议发起对网关发出ARP请求，主机发送的请求将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，GW2接收到ARP请求之后，将GW2的MAC地址响应给移动终端。此时漫游接入的移动终端完成了网络层的切换，建立了通信链路。当移动终端完成通信链路的切换后，但是仍然使用的是子网1中的IP配置，为实现漫游接入的STA能在子网2中进行双向通信，GW2中将漫游接入的STA在的IP地址作为静态路由加入本地路由表，该静态路由对应于GW2局域网端口，如此GW2的路由处理即可自动的实现对漫游终端的不同网段代理。
DNS处理单元，由DNS接收模块和DNS转换模块组成，用于接收和分析移动终端发送的DNS请求，将DNS请求的DNS server IP转换为本子网的DNS server IP，转发给本子网的DNS server进行解析；本子网DNS server返回的数据再经过DNS转换模块经过逆向转换再返回给移动终端；终端需要访问公网网站时，会先进行DNS解析，获取网站对应的IP地址，GW2接收到STA的DNS请求时，将DNS请求的目的IP修改为子网2中的DNS IP，再进行转发，同时建立DNS转换表，当DNS服务器返回应答时，将DNS转换表中的信息再进行逆转换，这样使得STA能完全像在原子网1一样完成DNS的解析过程。
静态路由管理单元，用于根据漫游接入的终端动态添加相应的静态路由项，并定期的进行清理不再使用的过期静态路由项。
一种实现零代理IP快速漫游的方法，包括以下步骤：
(1)移动终端从一个子网切换到另一个子网，移动终端不需要改变原有的IP配置，对于DHCP请求，本子网直接响应ACK；其中，对移动终端上一次接入的网络不需要任何的代理关联，无需要知道终端上一次连接的网络，能够为任意的网关实现完全代理；
(2)本子网收到来自移动终端的DHCP请求时，对DHCP请求进行分析，判断是否是属于该网段，如果是该网段的IP请求，则DHCP正常分配；如果不是，则执行步骤(3)；
(3)本子网响应ACK，并且记录DHCP请求的IP地址，把该IP地址加入到静态理由表中；并且设置一个定时器，定时检查一次该静态路由表，如果在规定的时间内没有收到终端的再次请求，则删除该条记录；
(4)移动终端收到DHCP响应之后，发出ARP请求，当ARP处理单元发现移动终端所请求的IP和自己的不在同一网段时，ARP处理单元将会发送自己的网关地址作为响应，使得移动终端正常通信；当ARP处理单元接收到移动终端发来的ARP请求时，ARP处理单元处理该请求，查询该目的IP是否为本子网，如果是则正常应答处理；如果不是，使用本网关的MAC地址及请求的IP地址，发送Response响应。
(5)DNS处理单元收到DNS请求之后，移动终端还是原来子网的网关，本子网网关判断目的IP是否是本网的DNS，如果是，则正常响应，如果不是，本子网光管替换目的IP为本网DNS IP并记录在DNS转换表中，发送给本子网DNS；
(6)上述步骤处理完之后，响应给移动终端时，移动终端根据记录的DNS转换表判断是否在转换表中有记录，如果有记录进行逆转换，返回给移动终端，如果没有记录，则进行正常的响应。
本发明中，本子网是指移动终端从一个子网切换到另一个子网的过程中要连接的子网，即：如图1所示，本子网是指移动终端(STA)在从子网1移动到子网2的过程中的子网2。
实施例
如图1所示，展示了一种终端从一个局域网的接入点切换到另一个局域网的接入点的一般实施过程。移动终端从子网1移动到子网2时，对于移动终端发出的DHCP请求网关(Gateway，简称GW2)直接响应。一般情况下移动终端发出的请求会按照如图3所示，STA移会发起DHCP Discovery，DHCP Server应答DHCP offer，终端根据DHCP offer发出DHCPRequest，服务器返回DHCP ACK完成IP获取。本方法提出一种无代理的任意IP的适配，对移动终端上一次接入的网络不需要任何的代理关联，采用本方法的网关无需要知道终端上一次连接的网络，可以为任意的网关实现完全代理；当新终端接入时，终端不需要改变原有的IP配置，对于DHCP Request，GW2直接响应ACK。如图4所示，GW2收到来自DHCP Request请求时，对request进行分析，判断是否是属于该网段，如果是改网段的IP请求，则DHCP正常分配。如果不是，GW2响应ACK，并且记录Request IP地址，把该IP地址加入到静态理由表中。并且设置一个定时器，定时检查一次该静态路由表。如果在规定的时间内没有收到终端的再次请求，则删除该条记录。
STA收到DHCP响应之后，发出ARP请求，当ARP发现移动终端所请求的IP和自己的不在同一网段时，ARP将会发送自己的网关地址作为响应，使得移动终端正常通信。ARP代理技术用来代替处于不同网段的主机回答本主机的ARP请求。如图5所示，当移动终端收到ARP请求时，ARP处理该请求，查询该目的IP是否为本子网。如果是则正常应答处理；如果不是，使用本网关的MAC地址及请求的IP地址，发送Response响应。
如图6所示，收到DNS请求之后，STA还是原来子网的网关。GW2判断目的IP是否是本网的DNS，如果是，则正常响应。如果不是，GW2替换目的IP为本网DNS IP并记录在DNS转换表中，发送给本子网DNS。处理完这一过程之后，响应给移动终端时，GW2根据记录的DNS转换表判断是否在转换表中有记录。如果有记录进行逆转换，返回给移动终端，如果没有记录，则进行正常的响应。
本发明在具体实施中可以作为网关设备的软件模块，运行在网关设备中，也可以是一个独立的装置以串联方式接入到网关设备之前。
本发明在漫游切换的过程中大大缩短了时延，与现有技术的对比，本发明即缩短了切换带来的时延，又不需要在两个子网间建立隧道通信，不需要进行任何的代理配置，大大简化了网络的管理开销。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现零代理IP快速漫游的系统，其特征在于：包括：
DHCP处理单元，由DHCP接收模块和DHCP应答模块组成，用于接收移动终端发送的DHCP请求，并进行DHCP ACK响应，以使得移动终端在接入到新子网时重新获取IP地址；
ARP处理单元，由ARP接收模块和ARP应答模块组成，用于接收移动终端的ARP请求，不管移动终端发送的ARP请求是否为本子网地址，都使用本子网网关的MAC地址进行应答；
DNS处理单元，由DNS接收模块和DNS转换模块组成，用于接收和分析移动终端发送的DNS请求，将DNS请求的DNS server IP转换为本子网的DNS server IP，转发给本子网的DNSserver进行解析；本子网DNS server返回的数据再经过DNS转换模块经过逆向转换再返回给移动终端；
静态路由管理单元，用于根据漫游接入的终端动态添加相应的静态路由项，并定期的进行清理不再使用的过期静态路由项。
2.一种实现零代理IP快速漫游的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)移动终端从一个子网切换到另一个子网，移动终端不需要改变原有的IP配置，对于DHCP请求，本子网直接响应ACK；
(2)本子网收到来自移动终端的DHCP请求时，对DHCP请求进行分析，判断是否是属于该网段，如果是该网段的IP请求，则DHCP正常分配；如果不是，则执行步骤(3)；
(3)本子网响应ACK，并且记录DHCP请求的IP地址，把该IP地址加入到静态理由表中；并且设置一个定时器，定时检查一次该静态路由表，如果在规定的时间内没有收到终端的再次请求，则删除该条记录；
(4)移动终端收到DHCP响应之后，发出ARP请求，当ARP处理单元发现移动终端所请求的IP和自己的不在同一网段时，ARP处理单元将会发送自己的网关地址作为响应，使得移动终端正常通信；
(5)DNS处理单元收到DNS请求之后，移动终端还是原来子网的网关，本子网网关判断目的IP是否是本网的DNS，如果是，则正常响应，如果不是，本子网光管替换目的IP为本网DNSIP并记录在DNS转换表中，发送给本子网DNS；
(6)上述步骤处理完之后，响应给移动终端时，移动终端根据记录的DNS转换表判断是否在转换表中有记录，如果有记录进行逆转换，返回给移动终端，如果没有记录，则进行正常的响应。
3.根据权利要求2所述的实现零代理IP快速漫游的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对移动终端上一次接入的网络不需要任何的代理关联，无需要知道终端上一次连接的网络，能够为任意的网关实现完全代理。
4.根据权利要求2所述的实现零代理IP快速漫游的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，当ARP处理单元接收到移动终端发来的ARP请求时，ARP处理单元处理该请求，查询该目的IP是否为本子网，如果是则正常应答处理；如果不是，使用本网关的MAC地址及请求的IP地址，发送Response响应。
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