CN1705285A - 一种基于隧道的移动IPv6快速切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于隧道的移动IPv6快速切换方法，用于当移动节点从旧接入路由器移动至新接入路由器时的切换，移动节点在旧接入路由器处具有旧转交地址。该方法包括步骤：1)新接入路由器为所述移动节点配置一新转交地址；2)在移动节点和旧接入路由器之间建立一双向隧道；该双向隧道的两端地址分别为移动节点的新转交地址和旧接入路由器的IPv6地址。本发明由接入路由器为移动节点配置转交地址，并在移动节点和切换前所在的旧接入路由器之间建立双向隧道，加快了切换速度，减小了切换时延。

Description

一种基于隧道的移动IPv6快速切换方法

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，更具体地说，涉及移动IPv6中一种基于隧道的快速切换方法。

背景技术

随着无线通信技术和网络技术的飞速发展，人们已不满足于仅仅在固定地点接入因特网，而是期望一种无处不在的接入方式。移动IPv6是IETF提出的移动性解决方案，可以使终端在移动过程中传输层连接不被中断。

下面是相关的专业术语：

1、移动节点(MN)：能够从一条链路切换至另一条链路而保持当前连接不被中断的移动主机。在本文中移动节点支持移动IPv6协议。

2、通信对端节点(CN)：是和移动节点通信的固定/移动主机，可简称通信对端。

3、家乡地址：分配给移动节点的永久性全局地址，用来唯一地标志移动节点。

4、转交地址(CoA)：移动节点移动至外地网络时，分配给移动节点的临时地址。

5、家乡代理(HA)：位于移动节点家乡网络的路由器或服务器。当移动节点移动至外地时，家乡代理截获发向移动节点的报文，然后对该报文进行隧道封装，并转发至移动节点的当前位置。

6、绑定：移动节点的家乡地址和转交地址之间的关联。

7、注册：移动节点向家乡代理或通信节点发送绑定更新报文，以注册一条绑定的过程。

8、无线接入点(AP)：为移动节点提供无线连接以接入互联网的二层设备。

9、接入路由器(AR)：移动节点的缺省路由器。

在移动IPv6中，移动问题被视为寻址和路由问题。当移动节点(MN)漫游至外地网络时，MN使用两个地址：家乡地址和转交地址。家乡地址在网络层以上各层使用，用于唯一地标志MN；转交地址在网络层使用，使得报文能够路由至MN的当前位置。

移动节点在两个不同的子网之间移动时将产生切换。移动节点在新的子网上获得新的转交地址，这需要向家乡代理重新注册，以及向通信对端重新绑定。由于协议处理和信号强度等原因，切换会产生延迟，导致移动节点在一定时间内不能发送和接收数据，使得通信对端与移动节点之间的通信暂时中断。切换延迟过大就不能满足如视频、音频等实时通信的要求，当传输层协议是TCP时，会大大降低TCP的吞吐量。

为了减少切换引起的延迟或者说连接中断时间，在移动IPv6中提出了一些快速切换方法，主要包括两种切换机制：预先切换和基于隧道的切换(参见文献：《移动IP技术》，孙利民等编著，电子工业出版社，2003.8，P125～P130)。其中，最具代表性的是IETF提出的移动Ipv6快速切换草案(draft-ietf-mipshop-fast-mipv6-00)，该草案提出了一种预切换(PredictiveFast Handoff)方法。此方法需要链路层提供二层(链路层)预切换触发信号(Pre-trigger)，以使得MN能够预先知道即将发生二层切换，从而提前开始三层(网络层)切换过程。实际上，对于目前大多数无线技术而言，仍然缺乏有效、准确预测二层切换发生的链路层技术。因此，如何真正地实现该快速切换方案仍然存在疑问。

在现有的基于隧道的切换中，移动节点移动到了新的网络并且建立了第二层的连接后，在移动节点移动前后所属的新旧接入路由器之间建立双向隧道，通过隧道转发数据报文。移动节点使用与旧路由器有相同网络前缀的转交地址。该方法中，由于需要在新旧接入路由器之间进行信令交互以在二者之间建立双向隧道，因此这些信令报文的处理引入了切换时延。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于隧道的移动IPv6快速切换方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于隧道的移动IPv6快速切换方法，用于当移动节点从旧接入路由器移动至新接入路由器时的切换，所述移动节点在旧接入路由器处具有旧转交地址；包括步骤：

1)通过移动节点和新接入路由器之间的报文传送，当新接入路由器判断所述移动节点发生网络层切换时，该新接入路由器为所述移动节点配置一新转交地址；

2)通过移动节点和旧接入路由器之间的报文传送，在移动节点和旧接入路由器之间建立一双向隧道(Bi-directional Tunnel)；该双向隧道的两端地址分别为移动节点的新转交地址和旧接入路由器的IPv6地址。

在上述方案中，移动终端从旧接入路由器切换至新接入路由器时，用该切换过程中产生的触发信号触发快速切换过程。所述触发信号为链路层切换完成时产生的链路启动信号。

在上述方案中，所述移动节点和新接入路由器之间的报文传送包括：

移动节点接收所述触发信号，然后向新接入路由器发送一路由器请求报文；所述路由器请求报文包含一标志位，该标志位用于标识所述路由器请求报文为快速切换过程的路由器请求报文；

所述新接入路由器接收所述路由器请求报文，识别所述标志位；

所述新接入路由器向移动节点发送路由器应答报文；所述路由器应答报文中包括所述移动节点的新转交地址。

在上述方案中，所述路由器请求报文中还包括一IP地址选项，其内容为移动节点的当前接入路由器的IP地址；所述新接入路由器根据路由器请求报文中的IP地址选项判断移动节点是否发生网络层切换。

在上述方案中，所述新接入路由器根据移动节点的MAC地址配置为该移动节点配置所述的新转交地址。

在上述方案中，在步骤2)还包括一验证步骤：所述新接入路由器验证该新转交地址的唯一性，如果该转交地址已经被使用，则新接入路由器需要为移动节点重新分配另一个地址，并再次验证地址的唯一性。

在上述方案中，所述新接入路由器在接收到所述路由器请求报文后立即发送路由器应答报文。

在上述方案中，所述移动节点和旧接入路由器之间的报文传送包括：

所述移动节点向所述旧接入路由器发送快速绑定更新报文；

所述旧接入路由器向移动节点发送快速绑定应答报文。

在上述方案中，所述快速绑定更新报文的IPv6首部的源地址为移动节点的新转交地址，目的地址为旧接入路由器的IPv6地址；所述快速绑定更新报文的家乡地址选项中包含移动节点的旧转交地址。

采用本发明的快速切换方法后，移动节点MN和通信对端CN之间的通信方式如下：CN发向MN的目的地址为旧转交地址oCoA的数据报到达旧接入路由器oAR后，经oAR进行隧道封装然后转发至MN；MN发向CN的源地址为oCoA的数据报文，在MN处进行隧道封装再发送出去，这些数据报在oAR处被解封装，最后被转发至CN。

本发明的优点在于：

1)对比于现有技术中在新旧路由器之间建立双向隧道，本发明则是移动节点和切换前所在的旧接入路由器之间建立双向隧道(Bi-directional Tunnel)，使得移动节点能够继续使用旧转交地址通信，而且并不需要新旧接入路由器之间进行信令交互，故加快了切换速度，减小了切换时延。

2)移动节点的转交地址是由接入路由器配置转交地址而不是移动节点自己配置，可以减小地址配置时间，加快切换速度，减小了切换时延。

附图说明

图1是移动IPv6切换场景示意图；

图2是本发明的快速切换方法流程图；

图3是RS+报文中的ICMP首部；

图4是FRA+报文中转交地址选项。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

切换场景如图1所示，MN最初通过无线接入点oAP连接在接入路由器oAR下，并在此完成了向HA/CN绑定更新的过程。随后MN通过无线接入点nAP切换至新接入路由器nAR。oAR和nAR所辖网络都属于外地网络。MN在oAR处配置的转交地址为oCoA，在nAR处配置的转交地址为nCoA。

如图2所示的本发明的快速切换方法，按如下步骤进行：

1)当移动节点MN切换至新的接入路由器nAR并建立了第二层(链路层)的连接后，移动节点的链路层会产生链路启动(Link-up)触发信号。Link-up信号的产生因无线技术的不同而异，在此以基于802.11协议的无线局域网(WLAN)为例，简要说明该信号的产生条件。在IEEE 802.11b协议中，链路层切换过程实质上是在MN的无线网卡和AP(Access Point，无线接入点)之间交互一系列的管理帧(Frame)。当MN发送或接收到某种类型的管理帧时，标志某件链路层事件的发生。无线适配卡提供Link-up信号需要在无线适配卡的Firmware中存在提供该信号的编程接口，并且需要驱动程序的支持。

2)MN接收到来自链路层的Link-up信号后，立即向路由器nAR发送路由器请求RS+报文，进行移动检测。如图3所示的RS+报文的ICMPv6首部格式，RS+和普通RS报文的区别是在其ICMPv6首部中添加了一个标志位，在一个实施例中该标志位为‘C’。在RS+报文中，该标志位——例如‘C’表明发送方MN请求接入路由器nAR为其配置转交地址。另外，在RS+报文中还包含一个IP地址选项，其内容为当前接入路由器的IPv6地址，该选项的作用将在下文中看得更清楚。

3)路由器nAR收到MN发送的RS+报文后，检测该报文是否包含标志位‘C’。如果没有，就按照一般的RS报文进行处理；否则，说明该RS报文是移动节点在快速切换期间发送的路由器请求RS+报文。这时，路由器nAR还需要判断移动节点MN是否发生了三层(网络层)切换。判断过程如下：将RS+报文中IP地址选项包含的地址与路由器nAR自己的IPv6地址进行比较，如果二者相同，说明MN没有发生三层切换，这时路由器nAR向MN回复一个常规的路由器应答(RA)报文即可；否则，说明MN发生了三层切换，此时路由器nAR作如下三项工作：

3a)配置转交地址

根据路由器接收端口的网络前缀和RS+报文中包含的MN的MAC地址，路由器nAR为MN构造新的转交地址nCoA，然后检查该地址是否已经被其他用户使用，以保证该转交地址nCoA的唯一性。如果已经被使用，则nAR需要为MN分配另一个地址，并重新验证该地址的唯一性。在IPv6的具体实现中，接入设备一般采用访问控制列表(AccessControl List，ACL)控制用户数据的转发，这是本领域的技术人员所公知的。因此，在本发明具体实施时，可以根据接入控制列表(ACL)或类似此功能的用户列表验证该新转交地址的唯一性。

3b)构造路由器应答(RA+)报文

与普通的路由器应答RA报文相比，这里的路由器应答报文除了包含例如网络前缀、MAC地址等选项外，还要在路由器应答报文中添加一个新的转交地址选项，其内容是新接入路由器nAR为该MN配置的转交地址。为区别于一般的RA报文，可将该路由器应答报文成为称之为RA+报文。转交地址选项的格式如图4所示。

3c)向MN发送RA+报文

在构造好RA+报文后，nAR将该报文发送到MN。RFC2462规定，为了避免冲突，路由器收到路由器请求(RS)报文后并不立即发送路由器应答(RA)报文，而是要随机延迟0s到0.5s。作为一种优选方案，本发明中采用了一种快速RA方案来发送RA+报文，即在一条链路上允许有一个路由器不进行上述延时，而是立即发送RA。为区别于其他RA报文，把此快速RA机制下发送的RA+报文称为FRA+。

4)MN收到FRA+后，根据FRA+中包含的网络前缀等信息判断是否发生了三层切换。如果没有发生三层切换，则不进行以下操作；否则：

4a)构造快速绑定更新(FBU)报文。FBU的Ipv6首部的源地址为FRA+报文中包含的nCoA，目的地址为oAR的IPv6地址。FBU的家乡地址选项(Home Address Option)中包含oCoA。

4b)向旧的接入路由器oAR发送FBU报文。

5)oAR收到FBU后，根据报文内容进行如下操作：

5a)建立nCoA和oCoA之间的绑定表项。

5b)建立一个隧道，该隧道的入口地址为oAR的Ipv6地址，出口地址为nCoA。

5c)向MN发送快速绑定应答(FBACK)报文。

这样，oAR截获目的地址为oCoA的报文，然后进行IPv6/IPv6封装，使得外层的IPv6首部的源、目的地址分别为隧道的入口和出口地址，最后转发至MN。这些报文在MN处解封装，然后再交付至应用程序。

6)MN收到FBACK，如果该报文表明oAR已成功进行了相关操作，则建立反向隧道，其入口地址为nCoA，出口地址为oAR的IPv6地址。反相隧道建立后，这样就在oAR和MN之间建立起了一个双向隧道(Bi-directional Tunnel)。

这样，MN对即将发送出去的源地址为oCoA的报文进行IPv6/IPv6封装，使得外层的IPv6首部的源、目的地址分别为隧道的入口和出口地址。这些报文到达oAR后，经解封装，然后再转发至真正的目的地。

注意，反向隧道建立后，仅源地址为oCoA的数据报是经过IPv6/IPv6封装后发送出去的。由于MN向HA/CN发送的绑定更新报文的源地址是nCoA，因此不会采用隧道方式，而是直接发送出去。

7)当MN在nAR处向HA/CN的绑定更新完成后，数据流开始使用新转交地址nCoA进行转发，因此不再采用双向隧道方式。

Claims (10)

1、一种基于隧道的移动IPv6快速切换方法，用于当移动节点从旧接入路由器移动至新接入路由器时的切换，所述移动节点在旧接入路由器处具有旧转交地址；包括步骤：

1)通过移动节点和新接入路由器之间的报文传送，当新接入路由器判断所述移动节点发生网络层切换时，该新接入路由器为所述移动节点配置一新转交地址；

2)通过移动节点和旧接入路由器之间的报文传送，在移动节点和旧接入路由器之间建立一双向隧道；该双向隧道的两端地址分别为移动节点的新转交地址和旧接入路由器的IPv6地址。

2、根据权利要求1所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，移动终端从旧接入路由器切换至新接入路由器时，用该切换过程中产生的触发信号触发快速切换过程；

3、根据权利要求2所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，所述触发信号为链路层切换完成时产生的链路启动信号。

4、根据权利要求1所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，在步骤2)中，所述移动节点和新接入路由器之间的报文传送包括：

移动节点接收所述触发信号，然后向新接入路由器发送一路由器请求报文；所述路由器请求报文包含一标志位，该标志位用于标识所述路由器请求报文为快速切换过程的路由器请求报文；

所述新接入路由器接收所述路由器请求报文，识别所述标志位；

所述新接入路由器向移动节点发送路由器应答报文；所述路由器应答报文中包括所述移动节点的新转交地址。

5、根据权利要求4所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，所述路由器请求报文中还包括一IP地址选项，其内容为移动节点的当前接入路由器的IP地址；所述新接入路由器根据路由器请求报文中的IP地址选项判断移动节点是否发生网络层切换。

6、根据权利要求1所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，在步骤2)中，所述新接入路由器根据移动节点的MAC地址配置为该移动节点配置所述的新转交地址。

7、根据权利要求1所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，在步骤2)中，还包括一验证步骤：所述新接入路由器验证该新转交地址的唯一性，如果该转交地址已经被使用，则新接入路由器需要为移动节点重新分配另一个地址，并再次验证地址的唯一性。

8、根据权利要求4所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，所述新接入路由器在接收到所述路由器请求报文后立即发送路由器应答报文。

9、根据权利要求1所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，在步骤3)中，所述移动节点和旧接入路由器之间的报文传送包括：

所述移动节点向所述旧接入路由器发送快速绑定更新报文；

所述旧接入路由器向移动节点发送快速绑定应答报文。

10、根据权利要求9所述的基于隧道的移动IPv6快速切换方法，其特征在于，所述快速绑定更新报文的IPv6首部的源地址为移动节点的新转交地址，目的地址为旧接入路由器的IPv6地址；所述快速绑定更新报文的家乡地址选项中包含移动节点的旧转交地址。