CN1258940C - 多机种网络中移动因特网协议节点所用的系统和方法 - Google Patents

多机种网络中移动因特网协议节点所用的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其中，移动节点(10)的接口管理模块(134)检查移动节点(10)的可用物理网络接口(14-17)，制订含可用且可配置物理网络接口(14-17)的查找表，并将自己链接到所述可用物理网络接口(14-17)之一。移动节点(10)的IP应用(11)经由移动节点(10)中生成的虚拟IP网络接口(133)访问所述多机种网络，永久虚拟IP网络接口(133)通过接口管理模块(134)连接到当前网络(21-24)，在改变所述移动节点(10)的所述物理网络接口(14-17)期间，通过所述接口管理模块(134)基于所述查找表来更新永久虚拟IP网络接口至所述网络(21-24)的链接。具体地说，本发明涉及用于多机种网络(21-24)中具有实时应用的移动节点(10)的方法。

Description

多机种网络中移动因特网协议节点所用的系统和方法
技术领域
本发明涉及多机种网络中移动IP节点所用的方法，其中，当移动节点在多机种网络中移动时，归属代理动态地将临时IP转交地址(care-of address)分配给静态IP归属地址，所述动态转交地址表示移动节点当前的网络拓扑位置，并且以移动节点的IP归属地址为目的地址的IP数据分组将被重定向到移动节点的转交地址。具体地说，本发明涉及多机种网络中具有实时应用的移动IP节点所用的方法。
背景技术
近年来，世界范围内因特网用户数量按指数规律增长，由此产生的信息亦按指数规律增长。尽管因特网使得可以利用世界范围内的信息，但是，通常我们不能利用它，除非我们已经到达特定的网络接入点，例如办公室、学校、大学或家中。范围日益扩大的支持IP的移动设备，如PDA、移动无线电话和膝上型电脑开始改变我们对因特网的概念。从网络中的固定节点到基于增加的移动性的灵活要求的类似转变才刚刚开始。例如，在移动电话方面，这种趋势及其它已出现在新标准如WAP、GPRS或UMTS中。为了理解当前现实和未来IP链接的可能性之间的差异，作为比较，可以回想一下最近二十年来电话技术在移动性方向上的发展。
不得将移动计算机用途与今天我们所了解的计算机用途和网络能力相混淆。利用移动网络，当用户改变其在网络中的位置时，不应该中断现有的对移动节点上应用的IP访问。相反，例如在切换到不同网络(以太网、移动无线网、无线局域网、蓝牙等)期间，所有链路和接口的更换均应该能自动且非交互式地发生，以便用户甚至不需要了解它们。这也适用于例如在使用实时应用时更换接口。真正的移动IP计算基于随时可稳定地接入因特网，因此具有许多优点。利用这种接入，可以不用依赖桌子来自由地完成工作。但是，对网络中移动节点的要求在许多方面不同于所述的移动无线电话的发展。移动无线通信的端点通常是人。而对于移动节点，计算机应用程序可以无需任何人的协助或干预在不同网络参与方之间执行交互。在飞机、船舶或汽车上可以找到足够多的例子。因此，尤其是利用因特网接入与其它应用相结合的移动计算，例如与诸如基于卫星的GPS(全球定位系统)之类的定位装置相结合的移动计算，可能很有用。
采用因特网协议(IP)的移动网络接入所存在的问题之一是，用于将数据分组从源地址路由到网络中目的地址的IP使用所谓的IP地址(IP：因特网协议)。这些地址分配给网络中的某个固定位置，分配方式类似于将固定网的电话号码分配给物理插口。当数据分组的目的地址是移动节点时，这意味着每次网络位置更改，则必须分配一个新的的IP网络地址，这就使得不能进行透明的移动接入。这一问题由因特网工程任务组(IETF)的移动IP标准(IETF RFC 2002，1996十月)予以解决，因为，移动IP允许移动节点使用两个IP地址。这两个地址之一是通常的静态IP地址(归属地址)，该地址指示归属网络的位置，而第二个地址则是动态的IP转交地址，它指明移动节点在网络中的当前位置。对这两个地址进行分配就允许将IP数据分组重新路由到移动节点的正确的临时地址处。
但是，IETF的移动IP标准并没有解决移动IP所存在的所有问题。例如，如果用户想在IP应用程序正在运行时在两个不同网络接口之间进行切换，则当他离开旧网络链路时该IP连接被中断。至少在移动节点上已建立了至网络的新链接，且新的位置即新的转交地址已知并已向所谓的归属代理作了登记之前，该连接一直是中断的。归属代理通常是固定网络节点，它管理移动节点的这两个地址(归属地址和转交地址)，并对相应的数据分组重新进行路由或路由。如果切换引起的中断时间超过了例如在TCP(传输控制协议)中所规定的停滞时间的超时延迟，则必然中断该IP连接。但是，即便中断时间在TCP中规定的超时延迟内，如果物理网络接口不是永久可用的，则IP应用也不能维持该连接。例如在只有一个用作物理网络接口的可用卡插口的移动节点(例如便携式个人计算机)中更换网卡。在这种情况下更换物理网络接口，IP应用或者相应的核心接收到这样的消息，即再没有物理网络设备可以分配给IP数据隧道的消息，然后切断连接。这导致在更换网卡之后IP应用必须正常地重启以便能够访问特定的IP数据隧道。另一个问题是，在移动节点侧，在连接之间的故障时间内，数据分组因为不再分配物理网络设备而丢失。这不仅导致数据丢失，而且引起IP分组通过IP应用的传输速率在故障时间内慢下来。新连接一建立，则传输速率就增加，不过，刚开始只是逐步增加。每次更换接口或位置使IP应用不必要地变慢了。
网络接口传统上划分成不同层。本发明所关心的是最低层。对各层作如下区分：层1(L1)对应于物理网络接口(例如网络接口卡NIC)，层2(L2)上可能通过软件对接口进行识别和标识，层3(L3)是IP层(IP：因特网协议)，在此层区分系统的软件应用的不同IP网络链路以及IP应用到IP网络接口的连接。其它层可以在L3上定义，例如TCP(传输控制协议)层等。不同的物理网络接口还可能具有不同的L2。因此，有分组交换和电路交换接口之分。例如，每个网络节点通常具备含明确网络地址的分组交换接口，这些网络地址称为数据链路控制(DLC)地址或媒体接入控制(MAC)地址。就符合IEEE 802标准(IEEE：电气电子工程师协会)(例如以太网)的网络而言，DLC地址通常称为MAC地址。为了被称为DLC地址，地址至少必须符合ISO(国际标准化组织)标准的OSI(OSI：开放系统互联)参考模型。OSI参考模型定义了用于实现网络协议的7层框架。换言之，DLC地址或者相应的MAC地址是明确地标识网络中节点或相应物理网络接口的硬件地址。一些协议，如以太网或令牌环只使用DLC/MAC地址，即没有这种地址它们就无法与相应节点通信。另一方面，电路交换接口没有这种DLC或MAC地址，也就因此也没有相应的标识DLCI(DLC标识符)。使用电路交换接口的协议实例有PPP(点对点协议)、SLIP(串行线路因特网协议)或者GPRS(通用分组无线业务)等。
针对现有技术的上述缺陷的一种解决方案公开在北电网络有限公司的欧洲专利申请EP1089495中。EP1089495给出了一种系统和方法，其中，在一定情况下，有可能更换物理接口而又不中断计算机上的有效IP应用或者这些有效IP应用不必因其到原接口的链接丢失而重新启动。北电公司由此提出了一种所谓的网络接入仲裁器(NAA)。NAA负责通过所谓的基本MC的单一固定MAC地址对各个可配置物理网络接口的各MAC地址重新进行路由。NAA连接可用NIC的L2层，因为它将来自基本NIC的数据分组重新路由到其它网络接口(辅助NIC)的对应MAC地址。不过并没有由此生成虚拟接口，NAA代之以通过具有基本NIC的MAC地址的第一接口将MAC地址重新路由到另一个(虚拟适配驱动器)。此现有技术发明的本质部分在于，对于NAA，至少必须有一个具有MAC地址的物理接口是永久可用的，否则NAA会丧失其功能。不过，对移动设备如膝上型电脑等而言，这可能是一个缺陷，它们只有例如一个插槽供PCMCIA网卡插入使用。如果将这一个网卡移去以便切换到另一种网络技术(例如，由固定以太网切换到无线网络)，则北电公司的这一发明就不再起作用。如果用户偶然移去这样的网络接口(基本NIC)，即NAA通过其对其它MAC地址重新进行路由的网络接口，北电的这一发明同样不起作用。北电发明的另一缺点是，该发明对网络接口的硬件相关的网络地址的标准或定义敏感。如果地址例如不符合IEEE 802标准(MAC地址)，并且在NAA中事先未明确定义新的地址标准，则NAA对这些接口不起作用，因为它无法再对这些MAC地址重新进行路由。这就使得此北电发明不太灵活，因为它不能动态识别新标准。显示使用MAC地址也造成了至少同样大的缺点。电路交换接口不具有任何对应的MAC或网络地址。因为NAA仅仅能够登记具有MAC地址的设备以便对数据分组重新进行路由，所以电路交换接口对NAA来说不可用，即便它们到IP层的连接也是可能的。
发明内容
本发明的目的是提出多机种网络中移动IP节点所用的新方法。具体地说，应该能够独立于具体协议或网络技术，从一条网络连接切换到另一条网络连接而又不中断IP应用，并且如果适用的话，有可能使同样也含实时应用的程序过程继续而不中断。
这些目的是根据本发明通过独立权利要求的各要素来取得的。还根据各从属权利要求和说明书进一步得出最佳实施例。
具体地说，这些目的是通过本发明的如下方面来取得的：当移动节点在多机种网络中移动时，归属代理动态地将临时IP转交地址分配给静态IP归属地址，所述动态转交地址表示移动节点当前的网络拓扑位置，并且以移动节点的IP归属地址为目的地址的IP数据分组将被重新路由到移动节点的转交地址；移动节点的接口管理模块检查移动节点的可用物理网络接口，制订所述可用且可配置物理网络接口的查找表，并将自己链接到所述可用物理网络接口之一；移动节点的一个或多个IP应用经由移动节点中生成的虚拟IP网络接口访问多机种网络，所述生成的永久虚拟IP网络接口包括生成的虚拟L3层和生成的虚拟L2层，并通过接口管理模块链接到当前网络，并在更换移动节点的物理网络接口期间，借助接口管理模块根据所述查找表来更新所述永久虚拟IP网络接口至所述网络的链路。具体地说，物理网络接口的变化可以包括不同网络内的变化，例如以太网、蓝牙、移动无线网(GSM：全球移动通信系统，UMTS：通用移动电话系统等)或者WLAN(无线局域网)，或者还包括相同网络内拓扑位置的变化，例如直接连接到以太网。本发明的优点在于：网络中移动节点的连接和接口的变化不会导致IP应用的中断，相反，这些应用无需用户的任何协助就可继续运行，因为虚拟接口继续作为与这些IP应用有关的永久接口。与现有技术相反，在L2/L3层上利用本发明所提出的解决方案来生成真正的虚拟网络接口，而不是凭借现有的网络地址如MAC地址来对网络地址重新进行路由。其优点在于，即使移去所有可用的物理网络接口(NIC)，也不会中断正在运行的IP应用。诸如以太网或令牌环之类的协议直接采用DLC地址。另一方面，为了识别网络节点，IP协议(当然同样要与TCP结合为TCP/IP)在其网络层采用逻辑地址。这些地址仅在较低层转换为DLC地址。由于本发明直接在IP层后生成虚拟网络接口，所以本发明正好具有这样的优点：它能够完全独立于较低层(L2层/L1层)的变化来保持IP应用的连接。这不仅仅涉及上述将所有物理网络接口(MC)都移去的情形。本发明还独立于所用的网络接口的网络地址(例如MAC或DLC地址)标准，并且可以毫无困难地应付分组交换接口和电路交换接口之间的切换。具体地说，万一标准发生变化，也无需对此解决方案加以调整，因为它采用的是IP层的逻辑地址而非硬件网络地址。因此，访问较高抽象级别，即较高层，其优点在于可独立于标准，如硬件地址。
在一种变型实施例中，接口管理模块周期性地检查移动节点的可用物理网络接口。此变型实施例具有这样的优点：查找表总是保持在最新的状态并且直接可用。具体地说，通过不停地监测物理网络接口及其特征，例如当比当时有效的物理网络接口具有更好传输选项的物理网络接口可用时，自动进行更换。作为一种变型实施例，还有可能允许由用户来确定自动更换物理接口的准则。这具有如下等优点：用户能够根据其需要以非常个性化的方式来对虚拟接口进行配置。
在一种变型实施例中，虚拟接口根据查找表中的信息通过接口管理模块自动地更换并更新物理接口。作为一种变型实施例，更换可根据可由用户设定的准则来自动进行。这样做具有如下优点：根据定义好的准则，移动节点总是自动采用此时具有最大可用数据吞吐量或者具有最佳性价比的物理接口。
在另一种变型实施例中，可用的物理网络接口是动态配置的。除了具有其它优点，这样做具有如下优点：可以采用可加以利用的服务例如DHCP(动态主机配置协议)服务，并因此通过配置自动化而简化了用户处理。
在又一种变型实施例中，可用的物理网络接口是静态配置的。除了具有其它优点，这样做具有如下优点：网络接口的配置是可控的，并且容易为用户所理解。
除了上述所有变型实施例，在一种补充变型实施例中，还可能作这样的处理：如果移动节点的网络连接被中断，就将输出IP数据分组缓存到移动节点的数据缓冲器中，以便一个或多个IP应用的输出数据率得以维持或者保持在特定的波动容限内。此实施例除具有其它优点以外还具有如下优点：如果更换物理接口，则只要数据缓冲器的存储容量足够存储输出数据分组，IP应用的输出数据率就因此可保持恒定或在预先给定的波动容限内。这样同样具有在中断期间不会使IP应用或核心的IP数据吞吐率下降的优点。
这里应该说明，除了根据本发明的方法以外，本发明还涉及实现这种方法的系统。
附图说明
下面参照实例来说明本发明的变型实施例。参照如下附图来说明各实施例：
图1显示示意性地说明多机种网络中移动IP节点所用的系统和方法的框图。
图2显示示意性地说明不具有根据本发明的虚拟网络接口的移动节点中的移动IP的框图，所述移动节点位于归属网络，即归属地址网络中。
图3显示示意性地说明不具有根据本发明的虚拟网络接口的移动节点中的移动IP的框图，所述移动节点位于不同于其归属网络的网络中。
图4显示示意性地说明具有根据本发明的虚拟网络接口的移动节点中的移动IP的框图，所述移动节点位于归属网络，即归属地址网络中。
图5显示示意性地说明具有根据本发明的虚拟网络接口的移动节点中的移动IP的框图，所述移动节点位于不同于其归属网络的网络中。
图6显示示意性地再现利用所述NAA(网络访问仲裁器)的现有技术解决方案的框图。
图7/8/9分别显示示意性地再现利用虚拟IP层或相应虚拟IP设备的根据本发明的解决方案，以及阐明与图6所示现有技术的差异的框图。
具体实施方式
图1说明可用于实现本发明的体系结构。图1中的标号10表示具有必要基础结构的移动节点，所述必要的基础结构包括用于实现根据本发明的所述方法和/或系统的硬件和软件构件和/或单元。可以理解为移动节点10的是用在各种网络位置和/或不同网络中的所有可能所谓的用户驻地设备(CPE)等。移动CPE或节点10具有一个或多个不同的物理网络接口14-17，它们还支持多种不同的网络标准21-24。移动节点的物理网络接口14-17可包括例如：以太网接口或有线LAN(局域网)接口、蓝牙接口、GSM(全球移动通信系统)接口、GPRS(通用分组无线业务)接口、USSD(无结构补充业务数据)接口、UMTS(通用移动电信系统)接口和/或WLAN(无线局域网)接口等。标号21-24相应地代表各种多机种网络，如有线LAN21，即本地固定网，具体地说还包括PSTN(公用交换电话网)等等；蓝牙网络22，例如用于安装在覆盖范围内；采用GSM和/或UMTS的移动无线网23等；或无线LAN。接口21-24不仅有诸如以太网或令牌环之类的网络协议直接使用的分组交换接口，还有可通过协议，如PPP(点对点协议)、SLIP(串行线路因特网协议)或GPRS(通用分组无线业务)等来加以利用的电路交换接口，即不具有例如任何网络地址如MAC或DLC地址的接口。标号30表示通常的、世界范围内的IP骨干网。已经部分提到过，通信可以经由移动无线网23例如借助特殊短消息如SMS(短消息服务)、EMS(增强消息服务)，通过信令信道如USSD(无结构补充业务数据)或其它技术如MExE(移动执行环境)、GPRS(通用分组无线业务)、WAP(无线应用协议)或UMTS(通用移动电信系统)或通过业务信道来进行。在移动节点10层次，根据本发明的方法和系统基于三个主要层或相应的三个主要模块131-133，这三个模块共同用图1中的标号13表示。层131-133可以一起实现或分开实现，相应地通过软件和/或硬件来实现它们是可能的。第一层包括移动IP模块131和/或IPsec模块132。移动IP的主要任务在于对网络中的移动节点10进行认证并相应地对以移动节点10为目的地址的I{分组进行重定向。移动IP能力131最好可与IPsec(IP安全协议)模块132的安全机制相结合，以便确保在公共因特网30中进行安全的移动数据管理。作为一种变型实施例，移动IP模块131和IPsec模块132还可以共同实现于单个SecMIP模块131/132(安全移动IP模块)中，如图1所示的。下面将会进一步详述移动IP模块和IPsec模块的作用方式SHVI。SecMIP模块管理移动IP131和IPsec132的数据隧道，以利于位于例如TCP模块12或运行于移动节点10上的相应IP应用之上的某层和位于以下的某层之间的有用的合作。具体地说，SecMIP模块检查并协调移动IP模块131和IPsec模块132的时序操作序列。就移动IP而言，只要支持因特网协议，网络链路采用哪一种网络标准或网络类型均不重要。因此，原则上，它允许移动节点10在多机种网络21-24中移动。
对于移动IP，如果相应的移动节点10在多机种网络中移动，则归属代理动态地将临时转交地址分配给静态归属地址。如上所述，动态转交地址表示移动节点拓扑上当前的网络位置，而归属地址表示移动节点在归属网络中的位置。换言之，指定移动节点10的当前位置因此总是在归属代理上登记。与此同时，归属代理将以移动节点的IP归属地址为目的地址的IP数据分组重定向到移动节点的转交地址，结果归属代理功能上就像到移动节点10的中继站。移动IP是基于通常的IP(因特网协议)来实现这些功能的。如下将对此作更详细的说明：在IP中，数据分组从网络接口的起始地址(源地址)经由网络中的各种路由器导向(路由到)网络接口的目标地址(目的地址)。数据分组由此可能被各路由器拆开(例如，为了能够克服各种多机种网络结构)，经由不同路径路由到目的地址、被阻塞或甚至被丢弃。IP的巨大灵活性就是建立在这些基本功能上。路由器根据路由表来传送数据分组，路由表一般包含下一跳信息，即根据目的地址的网络标号，哪一个(哪一些)路由器是将要前往的后续路由器的信息。网络标号可以从数据分组的IP首部中的IP地址的低位比特获知。数据分组中的目的地址因此指明了网络中目的网络接口的准确位置。为了能够维持现有的IP传输结构，相同的IP地址必须能够保持在移动节点10中。如果如上所述，除IP之外还采用了TCP(传输控制协议)(这是大多数IP链接中常见的情形)，还用包含有关IP地址、端口号以及起始地址和目的地址的指示的四元数来表示连接。如果这四个数之一发生变化，则使IP连接中断。但是，对于移动网络应用，对数据分组进行正确的路由选择取决于网络21-24和30中移动节点10的当时位置。为了改变路由，可以将当时位置的IP地址分配给数据分组，更确切地说，以一种不会干扰TCP功能的方式进行。在移动IP中，这些问题是通过分配所述的两个IP地址：归属地址和转交地址而获得解决的。归属地址是静态的，表示移动节点10的归属地址。它也用于标志例如TCP连接。转交地址随移动节点10在网络中的每个新位置而变更。就网络拓扑而言，转交地址是移动节点10是重要的拓扑地址。基于归属地址，移动节点10能够在其归属网络的归属地址处以连续可访问的方式接收数据。但是，移动节点10在归属地址处需要另一个网络节点，通常就是归属代理。如果移动节点10本身并不位于归属网络中，则归属代理收集以移动节点10为目的地址的数据分组并将其重定向到移动节点10的当前地址处。每当移动节点一定位，移动节点10的移动IP模块在使用时就会立即向归属代理登记移动节点10的新地址或当前地址。在由归属代理对数据分组进行重定向期间，有必要将数据分组的对应于归属地址的目的地址替换为当时转交地址，随后对数据分组进行转发。当数据分组已到达移动节点时，进行相反的处理，即对应转交地址的目的地址又被替换为归属地址。这样，没有错误消息，可以进一步通过传输控制协议(TCP)或另一上位协议(super-ordinate protocol)来处理移动节点10中到达的数据分组。为了将来自归属地址的数据分组重定向到转交地址，则归属代理为对应的数据分组建立新的IP首部，如上所述，该IP首部包括作为目的地址的转交地址而非归属地址。新的IP首部包围整个原数据分组，由此旧的目的地址对进一步的路由不再有影响，直到数据分组到达移动节点。这样一种封装称之为数据隧道，用于说明如何将数据以隧道方式经因特网传送而同时回避原'首部的影响。移动IP因此包括如下作为基本功能的功能：确定移动节点的当时IP地址(转交地址)、向归属代理登记转交地址以及将以归属地址为目的地址的数据分组以隧道方式传送到转交地址。有关更多的移动IP规范，还可参见例如IETF(因特网工程任务组)RFC 2002，IEEE Comm.Vol.35，No.5，1997，等等。移动IP具体支持IPv6和IPv4。
IPsec(IP安全协议)在均采用IPsec的网络节点之间生成面向分组(packet-wise)或面向插口(socket-wise)的认证/保密机制。IPsec由具有相应控制机制的不同的独立的协议构成。IPsec包括认证首部(AH)、封装安全净荷(ESP)、IP净荷压缩(IPcomp)以及因特网密匙交换(IKE)。借助AH，IPsec为数据分组生成认证保证，其中，为数据分组分配了高度加密的数据校验和。利用AH，可以验证发送方的真实性，与此同时还可以验证数据分组是否已由未经授权的第三方修改。ESP加密还保障数据的机密性，其中用密匙对数据分组加密。当然只有当第三方不能访问密匙时，这种保证才存在。如上所述，AH以及ESP均要求参与双方网络节点都知道密匙。IKE就是一种在双方之间就这种密匙达成共识而又不使其为第三方所知的机制。IKE机制构成IPsec的可选部分，因为也可以人工地确定是否将其用于AH和ESP。IPsec的灵活特征之一具体地说在于：可以按分组进行配置，也可以按单个插口进行配置。IPsec支持IPvx，具体地说就是支持IPv6和IPv4。有关更详细的IPsec规范，参见例如Loshin、Pete的“IP安全架构”(Morgan Kaufmann Publishers，11/1999)，或者James、S.的“IPsec技术指南”(CRC Press，LLC，12/2000)以及其它著作。尽管在此实施例中将IPsec作为根据本发明应用安全协议的示例加以说明，但根据本发明，所有其它可能的安全协议或机制或者甚至省略安全协议均是可能的。
物理网络接口14-17通过接口管理模块134进行管理，接口管理模块134表示所述各层中的第三层。虚拟IP网络接口133(表示为图7至9中的虚拟L2/L3层)可以由例如接口管理模块134通过软件生成。它可以作为第一层131/132(即SecMIP模块)和第三层134(即接口管理模块)之间的缓冲器来实现。一方面，虚拟网络接口133为IP应用11或TCP层12生成永久的IP网络接口，另一方面通过接口管理模块134利用当前转交地址连接到移动节点10的当前物理接口。接口管理模块134检查移动节点10的可用物理网络接口14-17，由此制订可用且可配置物理网络接口14-17的查找表，并将自己链接到可用物理网络接口14-17之一上。对物理网络接口14-17的检查可以周期性地进行，即在可确定的时隙到期之后进行，这种检查还可以人工地配置或应图1所示各层之一的请求或者移动节点10的核心的请求来进行。这种检查可由适当的软件和/或硬件单元和/或模块来执行。查找表可具体包含信息，如可能的数据吞吐量、网络可用性、网络稳定性、网络利用成本等。查找表可由合适的软件和/或硬件单元和/或模块来制订。到特定物理接口14-17的连接可以根据存储在查找表中的信息，参照可确定准则来进行。具体地说，由接口管理模块134根据查找表信息来自动更换并更新物理接口14-17是合理的。到特定物理接口14-17的连接还可由用户来确定，例如和/或人工地进行。如上所述，在任何预期的更换或中断期间，即根本没有可用物理接口14-17时，如从移动节点10中暂时移去网卡期间，虚拟IP网络接口继续作为永久可用的IP接口。可用的物理网络接口可以动态配置，例如如果DHCP服务(DHCP：动态主机配置协议)可用，则可通过这种方法来动态配置，或者可以静态配置，例如由用户或根据预先给定的配置文件来来静态地配置。通过如此生成的永久虚拟IP接口，移动节点10中的一个或多个IP应用11现在可以访问多机种网络21-24。如果移动节点10更换了物理网络接口14-17或其在网络中的拓扑位置，则可以借助接口管理模块134基于查找表信息对到物理网络接口的连接进行更新，同时因为虚拟IP接口131不受此变化的影响，故不必对移动IP模块131作任何改变。IPsec模块132由此根据当前的网络连接来更新IPsec数据隧道配置，之后，移动IP模块131在归属代理上登记新的转交地址，以便将数据分组路由到移动主机的新位置，如有必要根据当时物理网络接口更新归属代理上的IP配置。上述顺序是按照本发明进行的，但它也可以按相反顺序进行。
有待提及的是，在上述实施例的扩展实施例中，如果移动节点10的网络连接中断，则可以将输出IP数据分组缓存到移动节点10的数据缓冲器1331中，以便可以通过数据缓冲器1331使一个或多个IP应用11的输出数据率得以维持一段特定的缓冲时间或在特定的波动容限内，即，只要数据缓冲器1331的存储容量足够存储数据分组，则该输出数据率就可以维持。因此，如果网络链路的中断位于例如TCP中规定的连接超时的时隙内，则IP应用11的输出数据率可得以维持，以致不会发生通过IP应用的输出速率的自动降低。例如，可以相同速率连续存储数据分组，或者可以根据中断持续时间稳定地降低数据分组存储速率。应该指出，尤其对于实时应用，数据缓冲器1331在拓扑网络位置更换期间使中断最少、数据损失最小方面，可以发挥重要作用。在一个实施例中，可以这样来实现数据缓冲器1331：即通过硬件或软件将其分配给虚拟网络接口131或集成到虚拟网络接口131中；但是，它也可以在移动IP节点中单独加以实现。
图2和图3显示不具有根据本发明的方法或不具有根据本发明的系统的正常移动IP。在图1中，移动节点位于归属网络71中。标号72至74分别表示不同的拓扑网络位置。这些也可以是多机种网络。例如，归属网络71可以是以太网-LAN-链路，而72可以是WLAN(无线局域网)链路，等等。输出数据分组以网络30中的目的节点的IP地址作为目的地址。移动IP是不必要的，并且没有移动IP隧道50出现。移动节点的IP接口40监视接收的未被修改过的数据分组80，即其源地址82表示发送方的IP地址，目的地址83表示移动节点的归属IP地址。发送的数据分组80在其IP首部中具有逆序的IP地址序列。标号81表示不含IP首部的一起传输的数据。在图3中，移动节点未位于归属网络71中，而是在拓扑上位于不同的网络位置，例如位于WLAN 72中。就发送的数据分组80而言，源地址84现在表示当前的网络拓扑位置的IP地址，而目的地址85表示对应的目的节点的IP地址。就接收到的IP数据分组而言，由归属代理将逆序的新IP首部分配给数据分组80，含旧地址82/83的旧首部被封装在里面。标号81这里也表示不带IP首部的一起传输的数据。在接收的和发送的数据分组80中，源地址82/84和目的地址83/85对应地互换。
图4和5显示采用根据本发明的方法或系统(即创新的虚拟IP接口60)的移动IP。其中，图4和5中具有相同数字的标号表示与与图2和图3中相同的对象，因此这里不作进一步的说明。如果移动节点位于归属网络71中(参见图4)，那么虚拟IP接口60取代移动节点的归属地址，并且归属代理不需要进行任何处理，即移动IP是不必要的，并且也不必采用IP隧道。移动节点的虚拟IP网络接口60监视接收的未被修改过的数据分组80，即源地址82表示对应节点的IP地址，目的地址83表示移动节点的归属IP地址。就发送的数据分组80而言，目的地址83表示网络中对应的目的节点的IP地址，而源地址82表示虚拟IP网络接口的IP地址，此地址对应于移动节点的归属IP地址。标号81表示不带IP首部的一起传输的数据。在图5中，移动节点未位于归属网络中，根据是要发送还是接收，数据分组将拓扑上的当前IP地址71作为源地址或目的地址84/85包含在其IP首部中。因此，根据本发明的虚拟IP网络接口133在所述每种情况中均取代了当时的物理接口14-17的IP地址，从而移动IP模块131得以对数据分组80的IP首部的IP地址进行管理以及以常规方式生成数据隧道(如有必要)。同时，虚拟IP网络接口133确保与IP应用有关的接口永久存在。
值得说明的是，作为一种变型实施例，虚拟IP接口不仅可以连接到一个物理接口，而且可以同时连接到多个物理接口。因此，移动节点10有可能通过例如两个物理接口同时接收相同的数据分组。冗余的IP数据分组在较高的IP层自动被识别并相应地加以减少。通过用两个物理接口同时发送IP数据分组以及并行接收相同的IP数据分组，可以确保移动节点10从一个物理接口无缝转换到另一个物理接口。采用这种方法，为移动节点10分配与当时连接到虚拟IP接口的物理接口对应的至少两个转交地址。如果同时连接了两个以上的物理接口，则所分配的转交地址的数目相应地增加。归属代理根据上述的多次登记将IP首部中含有移动节点10的归属地址的IP数据分组并行路由到不同的已登记的转交地址，即到移动节点10的不同的物理接口。
图6说明诸如专利公开EP1089495中所述的现有技术的解决方案。其中，所谓的网络接入仲裁器(NAA)负责通过一个固定的MAC地址(L2Addr(IEEE 802)2D:5F:9A:0E:43:1D)对各个可用物理网络接口(L1(物理层)有线接口、L1(物理层)无线接口、L1(物理层)无线电接口)的不同的MAC地址(L2Addr(IEEE 802)2D:5F:9A:0E:43:1D，L2Addr(IEEE 802)46:3A:1E:67:9A:2B，L2Addr(IEEE 802)A3:C9:12:4E:8F:43)进行重定向。第一MAC地址是所谓的基本NIC的地址，而所有其它物理接口均是辅助NIC。NAA连接可访问NIC的L2层，即将来自基本NIC的数据分组重定向到另一网络接口(辅助NIC)的相应MAC地址。不过由此并没有生成虚拟接口，NAA代之以通过基本NIC的MAC地址将MAC地址重定向到辅助NIC的MAC地址处。由此NAA作为虚拟适配驱动器。因此输出数据分组被重定向到当前接口，而输入数据分组被直接发送到IP层。NAA因此没有生成虚拟物理接口，NAA代之以简单地将数据分组重定向。从图6可以清楚地看到，为发挥作用，NAA需要至少一个具有MAC地址的物理接口，即基本NIC。如果将基本NIC移去，则因NAA要通过基本NIC进行重定向，所以IP应用就会丢失到层L2的连接。
图7、8和9分别显示用于示意性地再现根据本发明的利用虚拟IP层或相应IP设备的解决方案，并阐明与图6所示现有技术之间差异的框图。与图6所示的现有技术相反，生成了真正的虚拟接口133。接口管理模块134(未在图7至9中示出)将各物理接口14-17链接到虚拟接口133，而IP应用通过IP层访问虚拟IP接口133。虚拟IP接口133由接口管理模块134永久保持，而与物理网络接口14-17是否可访问完全无关。正在运行的IP应用因此总是发现IP接口133存在，故在更换接口期间不会出现中断。从图7至9显然可以得出如下结论：在本发明中，不止涉及到对数据分组重新进行路由选择，而且生成了真正的虚拟IP接口133。具体地说，访问较高抽象级别，即较高层次，具有可独立于标准，例如硬件地址的额外优点。

Claims (16)

1.一种多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)所用的方法，其中，当所述移动节点(10)在所述多机种网络(21-24)中移动时，归属代理动态地将临时IP转交地址分配给静态IP归属地址，所述动态转交地址表示所述移动节点(10)当前的网络拓扑位置，以及将以所述移动节点(10)的所述IP归属地址为目的地址的IP数据分组重定向到所述移动节点的所述转交地址，其中
所述移动节点(10)的接口管理模块(134)检查所述移动节点(10)的可用物理网络接口(14-17)，制订所述可用且可配置物理网络接口(14-17)的查找表，并将自己链接到所述可用物理网络接口(14-17)之一，
所述移动节点(10)的一个或多个IP应用(11)经由所述移动节点(10)中所生成的虚拟IP网络接口(133)访问所述多机种网络(21-24)，所述生成的永久虚拟IP网络接口(133)包括生成的虚拟L3层和生成的虚拟L2层，并通过所述接口管理模块(134)链接到所述当前网络(21-24)，以及
在更换所述移动节点(10)的所述物理网络接口(14-17)期间，根据所述查找表通过所述接口管理模块(134)来更新所述永久虚拟IP网络接口(133)至所述网络(21-24)的链路。
2.如权利要求1所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：所述接口管理模块(134)周期性地检查所述移动节点(10)的可用物理网络接口(14-17)。
3.如权利要求2所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：所述虚拟IP接口(133)根据所述查找表信息通过所述接口管理模块(134)来自动地更换并更新所述物理接口(14-17)。
4.如权利要求3所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：由用户来确定通过所述接口管理模块(134)来自动更换所述物理接口(14-17)的准则。
5.如权利要求1所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：所述可用物理网络接口(14-17)是动态配置的。
6.如权利要求1所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：所述可用物理网络接口(14-17)是静态配置的。
7.如权利要求1所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：如果所述移动节点(10)的网络链路中断，则输出IP数据分组被缓存到所述移动节点(10)的数据缓冲器(1331)中，以便所述一个或多个IP应用(11)的输出数据率通过所述数据缓冲器(1331)得以维持或保持在特定的波动容限内。
8.如权利要求3所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的方法，其特征在于：如果所述移动节点(10)的网络链路中断，则输出IP数据分组被缓存到所述移动节点(10)的数据缓冲器(1331)中，以便所述一个或多个IP应用(11)的输出数据率通过所述数据缓冲器(1331)得以维持或保持在特定的波动容限内。
9.一种多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)所用的系统，该系统包括：当所述移动节点(10)在所述多机种网络(21-24)中移动时，用于将临时IP转交地址动态分配给静态IP归属地址的归属代理，所述动态转交地址表示拓扑上所述移动节点(10)的当前网络位置，并用于将以所述移动节点(10)的所述IP归属地址为目的地址的IP数据分组重定向到所述移动节点(10)的所述转交地址，其中
所述移动节点(10)包括接口管理模块(134)，所述接口管理模块(134)包括用于检查所述移动节点(10)的可用物理网络接口(14-17)的单元以及链接到所述可用物理网络接口(14-17)之一的单元，
所述网络管理模块(134)包括用于制订所述当时可用且可配置的物理网络接口(14-17)的查找表的单元，
所述移动节点(10)包括永久生成的虚拟IP网络接口(133)，此接口包括生成的虚拟L3层和生成的虚拟L2层，并通过所述接口管理模块(134)链接到所述当前网络(21-24)，在更换所述移动节点(10)的所述物理网络接口(14-17)期间，根据所述查找表通过所述接口管理模块(134)来更新所述永久虚拟IP网络接口(133)至所述网络的链路。
10.如权利要求9所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的系统，其特征在于：由所述接口管理模块(134)对所述移动节点(10)的可用物理网络接口(14-17)所作的检查是周期性的。
11.如权利要求10所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的系统，其特征在于：所述移动节点(10)包括这样的准则，根据所述查找表的信息按照该准则自动地更换并更新所述物理网络接口(14-17)。
12.如权利要求11所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的系统，其特征在于：用于自动更换所述物理网络接口(14-17)的所述准则由用户确定。
13.如权利要求9所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的系统，其特征在于：所述移动节点(10)包括用于动态配置可用物理网络接口(14-17)的单元。
14.如权利要求9所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的系统，其特征在于：所述移动节点(10)包括用于静态配置可用物理网络接口(14-17)的单元。
15.如权利要求9所述的用于多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)的系统，其特征在于：所述移动节点(10)包括数据缓冲器(1331)，如果所述移动节点(10)的所述网络链路中断，则将输出IP数据分组缓存到所述缓冲器(1331)中，以便所述一个或多个IP应用(11)的输出数据率通过所述数据缓冲器(1331)得以维持或者保持在波动容限内。
16.如权利要求11所述的多机种网络(21-24)中移动IP节点(10)所用的系统，其特征在于：所述移动节点(100)包括数据缓冲器(1331)，如果所述移动节点(10)的所述网络链路中断，则将输出IP数据分组缓存到所述缓冲器(1331)中，以便所述一个或多个IP应用(11)的输出数据率通过所述数据缓冲器(1331)得以维持或者保持在波动容限内。
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