CN1328878C - 本地代理管理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在移动互联网协议版本6(IPv6)中利用本地网络设备作为本地代理路由数据包的本地代理管理装置和方法。该本地代理管理装置包括：数据包分析器，用于接收数据包和分析数据包；数据库，其根据分析结果存储表示本地网络的本地代理是否操作正常的信息；和本地代理功能执行器，当本地代理操作不正常时，其代替本地代理执行本地代理功能。因此，集中在互联网服务提供者(ISP)的本地代理上的负载被分离。

Description

本地代理管理装置和方法
技术领域
本发明涉及使用移动互连网协议版本6(IPv6)的数据包路由选择，尤其是，涉及一种利用本地网络(home network)设备作为本地代理(home agent)来路由数据包的本地代理管理装置和方法。
背景技术
在移动IPv6系统中，无论移动节点目前是连接到本地链路(home link)还是外地链路，都可以利用移动节点的唯一的本地地址找到移动节点的位置。该本地地址是分配给在本地链路上的本地子网前缀中的移动节点的唯一的互联网协议(IP)地址。
当移动节点在本地链路上并且具有作为目的地址的移动节点本地地址的数据包被传送时，在本地链路上的本地代理之一利用传统的互联网络路由机制来路由数据包。然而，当移动节点不连接到本地链路而是连接到外地链路时，外地链路的访问路由器将称作转交地址(Care-of-address，CoA)的临时地址分配给移动节点并利用CoA向着目的地的移动节点路由数据包。该CoA是具有特定外地链路的子网前缀的与移动节点有关的IP地址。
通过传统的Ipv6自动配置机制，可以将CoA分配给移动节点。当移动节点位于外地链路上时，传送到CoA的数据包被路由给此移动节点。换句话说，当此移动节点没在本地链路上而是在外地链路上时CoA被临时分配给移动节点。
将移动节点的本地地址链接到CoA的过程被称为“绑定”。当移动节点没有连接到本地链路时，它将它的初始CoA记录在本地链路上的路由器中，并且此路由器充当此移动节点的本地代理。此移动节点通过发送“绑定更新”消息到本地代理来执行绑定登记。之后，本地代理返回“绑定确认”消息给移动节点。利用IPv6数据包的扩展报头传送该绑定更新消息和绑定确认消息。
换句话说，本地代理确定移动节点是否位于包括本地代理的链路上。如果移动节点不位于该链路上，那么本地代理从移动节点接收绑定更新消息并执行绑定以将移动节点的本地地址和CoA存储到称作绑定高速缓存的存储器中。
此后，当从通信节点接收到与移动节点通信的请求时，本地代理利用在绑定高速缓存中存储的CoA通过隧道效应将数据包传送给移动节点，其中绑定高速缓存存储当前的移动节点位置信息。然后，移动节点通过返回可路由程序和绑定更新程序直接与通信节点进行通信。
图1示出了包括本地代理，移动节点，和通信节点的IPv6网络结构。根据移动IPv6标准，相应于单个移动节点110，多个本地代理120能存在于单个链路之上。
如图1所示，本地代理120位于特定的位置，目前，不是每个本地网络(home)都具有作为本地代理功能的网络设备。因此，即使移动IPv6的物理层是无线局域网(LAN)或码分多址(CDMA)网络，作为本地代理功能的设备也聚集在特定位置。换句话说，本地代理聚集在特定位置并提供移动IPv6服务给访问提供网络服务的互联网服务提供者(ISP)的广域网(WAN)的每个移动节点。
来自位于外地链路上的移动节点110的绑定更新消息经由第一到第三访问路由器130a至130b之一并经由第一路由器140传送给本地代理120。数据包经由第一路由器140和第二路由器150传送给互联网。
图2示出了基本IPv6报头格式。基本IPv6报头包括版本域201，类型域202，流标签域203，有效载荷长度域204，下一个报头域205，跳跃极限域206，源地址域207，目的地址域208，和扩展报头域209。
图3说明了移动性报头(MH)格式。MH包括原始有效载荷域310，报头长度域320，MH类型域330，保留域340，校验和域350，和消息数据域360。
MH是使用于和绑定产生有关的任何类型消息的扩展报头。当下一个到来移动IPv6数据的信息存储在如图2所示的基本IPv6报头格式的下个报头域205时，MH跟随基本IPv6报头。
原始有效负载域310具有与下个报头域205相同的值。报头长度域320表示MH的长度。MH类型域330表示MH的类型。例如，具有零值的MH类型域330表示消息数据域360包括绑定刷新(refresh)消息。具有5值的MH类型域330表示消息数据域360包括绑定更新消息。换句话说，如图4所示，绑定更新消息被记录在MH的消息数据域360中。具有6值的MH类型域330表示消息数据域360包括绑定确认消息。换句话说，如图5所示，绑定确认消息记录在MH的消息数据域360中。
图4示出了绑定更新消息400。移动节点利用绑定更新消息400通知本地代理它的新CoA。绑定更新消息400包括序列号域410，确认域(A)420，本地注册域(H)430，仅单个地址域(S)440，复制地址检测域(D)450，链接-本地(link-local)地址兼容域(L)460，保留域470，寿命域480，和移动性选项域490。寿命域480表示在绑定期满前剩下的时间单元数。单个时间单元可以是4秒。
图5示出了绑定确认消息500。绑定确认消息500包括状态域510，保留域520，序列号域530，寿命域540，和移动性选项域550。
状态域510由没有符号的8-比特整数组成，并指示绑定更新的特性。具有小于128的值的状态域510表示绑定更新已经被接收节点接受，并且具有等于或大于128的值的状态域510表示绑定更新已被接收节点拒绝。例如，当状态域510具有0值时，绑定更新已被接收。绑定确认消息500的序列号域530是绑定更新消息400的序列号域410的副本并用于匹配绑定确认和绑定更新。
然而，当利用只包括在ISP中的本地代理执行绑定过程时，每个本地代理承担了太多的处理负载。而且，由于网络设备越来越多的使用在本地中，仅仅利用ISP的本地代理而不利用本地网络设备来执行绑定过程是低效率的。
发明内容
本发明提供一种用于分离在互联网服务提供者(ISP)中的本地代理和在本地的本地代理之间的负载的本地代理管理装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供一种用于管理网络中的本地网络的至少一个本地代理的装置。该装置包括数据包分析器，其接收数据包并分析此数据包；数据库，其根据分析结果存储表示本地代理是否正常操作的信息；和本地代理功能执行器，当本地代理不能正常操作时，其代替本地代理执行本地代理功能。
优选的，数据库包括绑定检查数据库，其存储表示用于绑定更新消息的绑定确认消息是否在预定时间内已被接收的信息；和代理绑定高速缓冲存储器，其存储不能正常操作的本地代理上的信息。
根据本发明的另一方面，提供一种管理网络中的本地网络的一个或多个本地代理的方法。该方法包括利用数据库确定本地代理是否正常工作，该数据库存储不能正常操作的本地代理上的信息；和当确定出本地代理工作不正常时，代替本地代理执行本地代理功能。
根据本发明的另一方面，提供一种管理网络中的本地网络的一个或多个本地代理的方法。该方法包括利用数据库确定本地代理是否正常工作，该数据库存储不能正常操作的本地代理上的信息；和当确定出本地代理工作不正常时，代替本地代理执行本地代理功能。
根据本发明的另一方面，提供一种本地代理管理方法，其包括读取在从访问路由器接收的数据包的目的地址域中记录的网络前缀；将数据包转发给对应网络前缀的网络；当网络前缀对应本地网络时，存储从访问路由器接收的数据包；确定该数据包是否是绑定更新消息；当确定该数据包是绑定更新消息时，从绑定更新消息中提取本地代理地址和转交地址；确定包括本地代理地址和转交地址的条目是否已存储在绑定检查数据库中；当确定该条目还没有被存储在绑定检查数据库中时，把该条目添加到绑定检查数据库中，增加对应该条目的计数值，并删除数据包和当确定该条目已经被存储在绑定检查数据库中时，增加该计数值并确定计数值是否到达预定值；当确定计数值没有到达预定值时，删除数据包并当确定计数值到达了预定值时，在代理绑定高速缓存中存储该条目，删除数据包，并从绑定检查数据库中删除该条目。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读记录介质，其中记录有用于在计算机中执行上述方法之一的程序。
附图说明
通过参考附图来详细描述其优选实施例，本发明的上述及其他特征和优点将更加清楚：
图1示出了互联网协议版本6(IPv6)网络的结构，其包括本地代理，移动节点，和通信节点；
图2示出了基本IPv6报头格式；
图3示出了移动性报头(MH)格式；
图4示出了绑定更新消息；
图5示出了绑定确认消息；
图6示出了利用根据本发明的本地代理管理装置的IPv6网络实例；
图7示出了分配到根据本发明的本地代理管理装置中的不同接口的网络前缀的例子；
图8是根据本发明的实施例，通过本地代理管理装置的接口转发接收的数据包的程序流程图；
图9是根据本发明的实施例，处理通过路由器接口接收的数据包的程序流程图；
图10A示出了在绑定检查数据库中存储的条目；
图10B示出了在代理绑定高速缓存中存储的信息；
图11是处理通过本地网络接口接收的数据包的程序流程图；
图12是在本地代理被恢复之后，停止由作为用于本地网络的本地代理的代理者的本地代理管理装置执行的本地代理功能的程序流程图；和
图13是根据本发明的实施例的本地代理管理装置的框图。
具体实施方式
在下文中，本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细的描述。
图6示出了利用根据本发明的本地代理管理装置610的互联网协议版本6(IPv6)网络的例子。参考图6，本地代理管理装置610管理本地的第一至第三本地网关620a至620c和包含在互联网服务提供者(ISP)中的第一至第三本地代理630a至630c。换句话说，当能执行本地代理功能的网络设备如本地网关存在于本地中时，在ISP中的本地代理就没必要使用了。当本地网关操作正常时在本地的本地网关被用作本地代理。当在本地中的网络设备被用作本地代理时，集中在ISP的本地代理上的绑定相关的处理负载能被显著地减小。
当在本地中的本地网关不能正常操作时，本地代理管理装置610执行本地代理的功能。本地代理管理装置610具有备份本地代理615来代替本地中的本地网关执行本地代理功能。
如图6所述，本地代理管理装置610具有路由器接口611，本地网络接口612，ISP接口613，和互联网接口614。
图7示出了分配到根据本发明的本地代理管理装置中的不同接口的网络前缀的例子。预定的网络前缀被分配给指定用于ISP的第一至第三本地代理630a至630c的ISP接口613，分配给指定用于本地的第一至第三本地网关620a至620c的本地网络接口612，以及分配给指定用于第一至第三访问路由器640a至640c的路由器接口611。本地代理管理装置根据网络前缀通过每个接口路由收到的数据包。当接收的数据包要被传送到(is directed to)ISP的本地代理时，数据包通过ISP接口613被转发。当接收的数据包要被传送到访问路由器时，数据包通过路由器接口611被转发。当接收的数据包要被传送到外部互联网时，该数据包通过互联网接口614被转发。当数据包要被传送到本地网关，即本地网络的本地代理时，本地代理管理装置通过本地网络接口612转发数据包或在转发数据包之前直接执行本地代理功能。
在图6中，本地代理管理装置610位于所有路径的中心。然而，具有卓越性能的一般路由器能位于本地代理管理装置610的位置，并且本地代理管理装置610可以位于该一般路由器的下面。
图8是根据本发明的具体实施例通过本地代理管理装置的接口转发接收的数据包的程序流程图。读取接收的IPv6数据包的目的地址(S810)。换句话说，为了确定将接收的数据包发送到哪里，读取图2中所示的基本IPv6报头的目的地址域208。确定目的地址是否为分配给ISP接口的网络前缀(S820)。如果确定目的地址是分配给ISP接口的网络前缀，那么接收的数据包被传送到ISP接口(S830)。如果确定目的地址不是分配给ISP接口的网络前缀，确定目的地址是否为分配给本地网络接口的网络前缀(S840)。如果确定目的地址是分配给本地网络接口的网络前缀，那么接收的数据包被传送到本地网络接口(S850)。如果确定目的地址不是分配给本地网络接口的网络前缀，确定目的地址是否为分配给路由器接口的网络前缀(S860)。如果确定目的地址是分配到路由器接口的网络前缀，接收的数据包包被传送到路由器接口(S870)。当确定目的地址不是分配给任何接口的网络前缀，由于不知道接收的数据包要被传送到哪里，故输出互联网控制消息协议(ICMP)错误消息(S880)，并且操作结束。
如图8所示，当本地代理管理装置通过它的一个接口转发接收的数据包时，如图9至图11所示，它将接收的数据包暂时存储在存储器中并执行绑定过程。
图9是根据本发明的具体实施例，处理通过路由器接口接收的数据包的程序流程图。当本地代理管理装置收到要传送到本地网络接口的数据包，但由于各种原因本地网络的本地代理不能执行本地代理的功能时，本地代理管理装置产生与绑定有关的数据并管理该数据以代替本地网络的本地代理执行本地代理功能。本地代理管理装置的操作将参考图9详细地描述。
读取通过路由器接口接收的数据包目的地址域(S901)。确定从目的地址域中读取的目的地址是否为分配给本地网络接口的网络前缀(S902)。如果确定该目的地址不是分配到给本地网络接口的网络前缀，那么确定该目的地址是否为分配给ISP接口的网络前缀(S903)。根据确定的结果，数据包通过ISP接口(S904)或通过互联网接口被转发(S905)。
如果确定目的地址是分配给本地网络接口的网络前缀，该数据包被暂时存储在存储器中(S906)。确定该数据包是否为绑定更新消息(S907)。如果确定该数据包不是绑定更新消息，数据包被丢弃(S908)。如果确定该数据包是绑定更新消息，从数据包中提取本地代理地址和转交地址(CoA)(S909)。为本地代理地址和CoA搜索绑定检查数据库(S910)。绑定检查数据库将在后面通过参考图10A来详细描述。本地代理地址和CoA可以从IPv6报头的源地址域和目的地址域中获知。
如果确定本地代理地址和CoA还没有被存储在绑定检查数据库中(S911)，则构成一个条目包括本地代理地址，CoA，和一个计数值并且该条目被存储在绑定检查数据库中，之后计数值增加1(S912)。然后，从存储器中删除数据包(S913)。
在S911步骤中如果确定本地代理地址和CoA已被存储在绑定检查数据库中，则计数值增加1(S914)。确定该计数值是否是预定值(例如，3)(S915)。如果确定该计数值不是预定值，则从存储器中删除数据包(S916)。该预定值表示在传送绑定更新消息和接收绑定确认消息之间的持续时间。标准规定持续时间大约是30秒，但本发明不限于此。
如果确定存储在绑定检查数据库中的计数值是预定值，产生由本地代理地址、CoA、本地地址、和寿命、序列组成的条目并存储在代理绑定高速缓存中(S917)。从存储器中删除该数据包(S918)，之后从绑定检查数据库中删除该条目(S919)。如果存储在绑定检查数据库中的计数值到达预定值，意味着在预定时间间隔中没有收到用于绑定更新消息的绑定确认消息，即，在本地网络的本地代理发生了故障。因此，之后，本地代理管理装置代替本地网络的本地代理来执行本地代理功能。
通常，由于被ISP管理的网络设备是可靠的并能不中断的提供服务，因此当ISP的本地代理被使用时，IPv6能被可靠地服务。然而，当负载集中在ISP的本地代理上时，通过利用本地网络的本地代理来分离负载是必要的。
然而，本地网络的本地代理没有ISP的本地代理可靠。而且，即使本地网络的本地代理的可靠性被保证，也不能提供不间断电源供应。因此，本地网络的本地代理可使用在正常状态下，但是当本地网络的本地代理停机时，为了提供可靠的IPv6服务，本地代理管理装置代替本地网络的本地代理充当执行本地代理功能的代理者。
此后，当本地网络的本地代理被恢复时，本地网络的本地代理访问网络并同时传送特定的数据包给本地代理管理装置。一旦接收到该特定数据包，本地代理管理装置停止作为本地网络的本地代理的代理者并删除暂时管理的数据库。
图10A示出了存储在绑定检查数据库中的条目。该绑定检查数据库包括本地代理地址域1010，CoA域1020，和计数值域1030。该本地代理地址域1010存储位于本地网络的本地代理的地址。CoA域1020存储移动节点的临时地址。本地代理地址和CoA分别对应IPv6报头的源地址和目的地址。只要接收到绑定更新消息，存储在计数值域1030中的计数值就加1。该计数值用来确定自传送绑定更新消息的预定时间间隔以来绑定确认消息是否被接收。
图10B示出了存储在代理绑定高速缓存中的信息。代理绑定高速缓存包括本地代理地址域1040，本地地址域1050，CoA域1060，寿命域1070，和序列域1080。
通过读取收到的IPv6报头的目的地址域获得存储在本地代理地址域1040中的本地代理地址。通过读取IPv6报头的扩展报头的本地代理选择域获得存储在本地地址域1050中的本地地址。存储在CoA域1060中的CoA对应于IPv6报头的源地址。存储在寿命域1070中的寿命与在图4中显示的寿命域480中记录的寿命相同，并且存储在序列域1080中的序列与在图4中所示的序列号域410中记录的序列号相同。
如参考图9所描述的，当直到对应于本地网络的特定本地代理的并作为条目存在于绑定检查数据库中的计数值到达预定值还没有接收到绑定确认消息时，存储在代理绑定高速缓存中的信息被产生。为了搜索代理绑定高速缓存或有效地管理代理绑定高速缓存，本地代理地址域1040被添加到存储在传统本地代理的绑定高速缓存中的信息上。当本地网络的本地代理被恢复并正常操作时，它发送数据包来指示删除与用作本地代理的代理者的功能有关的条目。一旦接收到该数据包，本地代理管理装置从代理绑定高速缓存中删除对应于本地网络的本地代理的条目。
图11是处理通过本地网络接口接收的数据包的程序流程图。通过本地网络接口接收的数据包的目的地址被读取(S1101)。确定目的地址是否为分配给路由器接口的网络前缀(S1102)。如果确定该目的地址不是分配给路由器接口的网络前缀，确定该目的地址是否为分配给ISP接口的网络前缀(S1103)。如果确定该目的地址是分配给ISP接口的网络前缀，该数据包被传送给ISP接口(S1104)。如果确定该目的地址不是分配给ISP接口的网络前缀，该数据包被传送到互联网接口(S1105)。
如果确定该目的地址是分配给路由器接口的网络前缀，数据包被暂时存储在存储器中(S1106)，并确定该数据包是否是绑定确认消息(S1107)。如果确定该数据包不是绑定确认消息，从存储器中删除该数据包(S1108)。如果确定数据包是绑定确认消息，从数据包中提取本地代理地址和CoA(S1109)。确定本地代理地址和CoA是否已被存储在绑定检查数据库中(S1110)。本地代理地址和CoA能分别从IPv6报头的源地址域和目的地址域中获知。如果确定本地代理地址和CoA已被存储在绑定检查数据库中，从绑定检查数据库中删除对应本地代理地址和CoA的条目(S1111)，然后从存储器中删除数据包(S1112)。
图12是在本地代理被恢复之后，停止由作为本地网络的本地代理的代理者(proxy)的本地代理管理装置执行的本地代理功能的程序流程图。当停机的本地网络的本地代理被恢复时(S1201)，本地网络的本地代理一被启动就传送特定的数据包到本地代理管理装置(S1202)。该特定数据包表示本地网络的本地代理被恢复，即，本地代理管理装置不需要再作为本地网络的本地代理的代理者。
一旦接收到该特定数据包，本地代理管理装置检查对应于本地代理的条目是否已被存储在代理绑定高速缓存中(S1203)。如果条目还没有被存储在代理绑定高速缓存中，则操作结束。如果条目已被存储在代理绑定高速缓存中，则本地代理管理装置从代理绑定高速缓存中删除条目(S1204)和停止作为本地网络的本地代理的代理者(S1205)。
图13是根据本发明的实施例的本地代理管理装置的框图。本地代理管理装置包括已接收数据包存储单元1310，数据包分析器1320，绑定检查数据库1330，代理绑定高速缓冲存储器1340，和一本地代理功能执行器1350。
已接收数据包存储单元1310暂时存储具有分配给本地网络接口的网络前缀的数据包或通过本地网络接口收到的数据包。数据包分析器1320分析存储在接收数据包存储单元1310中的数据包来确定该数据包是否为绑定更新消息或绑定确认消息。绑定检查数据库1330和代理绑定高速缓冲存储器1340被包含在数据库中，该数据库根据分析结果存储表示本地网络的本地代理是否正常运行的信息。
绑定检查数据库1330存储接收数据包的本地代理地址、CoA、和计数值。代理绑定高速缓冲存储器1340存储接收数据包的本地代理地址、本地地址、CoA、寿命、和序列。当本地网络的本地代理不能正常操作时，本地代理功能执行器1350代替本地代理执行本地代理功能。
本发明可以作为记录在计算机可读记录介质上的并能被计算机读取的代码来实现。该计算机可读记录介质可以是记录由计算机系统读取的数据的任何类型的介质，例如，ROM，RAM，CD-ROM，磁带，软盘，或光数据存储设备。本发明也能作为载波(例如，通过互联网传送)来实现。或者，计算机可读记录介质被分配到通过网络连接的计算机系统中以便本发明能作为存储在记录介质中的并能在计算机中读取和执行的代码来实现。
如上所述，本发明应用本地网络的本地代理，从而分离了集中在ISP本地代理上的负载。另外，根据本发明，当本地网络的本地代理出现故障时，本地代理管理装置充当用于本地代理的代理者并且当本地代理被恢复时，本地代理管理装置停止作为本地代理的代理者以便让恢复的本地代理正常的执行其功能。因此，数据包能被更可靠的处理。
尽管此发明已经结合其示意性实施例被特别显示并描述，但本领域的技术人员将理解，在不脱离由附加的权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种形式和细节的改变。示范性施例应该只考虑描述意义并不用于限制的目的。因此，本发明的范围不能由本发明的详细描述来定义而是通过附加的权利要求进行定义，并且在该范围内的所有区别都将被解释包含在本发明中。
本申请要求于2003年4月4日在韩国知识产权局申请的韩国专利中请No.2003-21413的优先权，其公开内容在这里结合作为参考。

Claims (8)

1.一种用于管理移动IPv6网络中本地网络的至少一个本地代理的装置，该装置包括：
接收数据包存储单元，其临时存储接收的数据包；
数据包分析器，用于分析存储在该接收数据包存储单元中的数据包；
数据库，其包括存储表示用于绑定更新消息的绑定确认消息是否已在预定时间内被接收的信息的绑定检查数据库，和代理绑定高速缓冲存储器，用于根据分析结果存储表示所述至少一个本地代理是否操作正常的信息；和
本地代理功能执行器，用于当所述至少一个本地代理操作不正常时，代替所述至少一个本地代理执行本地代理功能。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述绑定检查数据库包括本地代理地址和转交地址、及计数值，所述本地代理地址和转交地址包含在绑定更新消息中。
3.如权利要求2所述的装置，其中只要接收到绑定更新消息，相应的计数值就增加1。
4.如权利要求1所述的装置，其中代理绑定高速缓冲存储器包括在绑定更新消息中包含的本地代理地址、本地地址、转交地址、寿命、和序列。
5.一种管理移动IPv6网络中本地网络的一个或多个本地代理的方法，该方法包括：
对接收的数据包进行存储和分析，
利用数据库确定本地代理是否操作正常，该数据库存储关于本地代理是否操作正常的信息，其中，该数据库包括：
绑定检查数据库，其存储表示用于绑定更新消息的绑定确认消息是否已在预定时间内被接收的信息，和
代理绑定高速缓冲存储器，其存储关于本地代理是否操作正常的信息；和
当确定本地代理操作不正常时，由本地代理功能执行器代替本地代理执行本地代理功能。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述绑定检查数据库包括本地代理地址和转交地址、及计数值，所述本地代理地址和转交地址包含在绑定更新消息中。
7.如权利要求6所述的方法，其中只要接收到绑定更新消息，相应的计数值就增加1。
8.如权利要求5所述的方法，其中代理绑定高速缓冲存储器包括在绑定更新消息中的本地代理地址、本地地址、转交地址、寿命、和序列。
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