CN1914886A - 网际协议第六版网络中通信路由器网络号的自动分配 - Google Patents

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Abstract

用于因特网通信网络的通信路由器(R2)，包括一组连接到一个或多个其它路由器(R1、R3、R4、R5)的接口(I2a、I2b和I2c)。该路由器包括用于通过第一接口(I2a)接收来自第一其它通信路由器(R1)的地址前缀的装置，该通信路由器的特征在于，它还包括为每一个所述接口(I2b、I2c)分配全球地址的装置，该全球地址特别地根据所述地址前缀确定。

Description

网际协议第六版网络中通信路由器网络号的自动分配
技术领域
本发明涉及因特网类型的通信网络，更具体地涉及基于IPv6(网际协议第六版)协议栈的通信网络。本发明更特别地涉及这种网络的自动配置。
背景技术
上述类型的网络由一组路由器(也被称为“网络设备”)组成，这些路由器的功能是在发送方和接收方之间对数据进行路由选择。每个路由器有一个或多个接口并用这些接口和一个或多个路由器进行通信。
在所附的图1中，路由器RA有两个接口IA1和IA2。其使用接口IA2通过单个路由器RD的ID接口和该单个路由器进行通信。其使用接口IA1与连接到同一链路的两个路由器RB和RC通过其各自的接口IB和IC进行通信。在实际中，路由器或者网络设备至少有两到三个接口。因此，它必须将每一个输入数据包从其一个接口“交换”到其它接口中的一个或另一个。这种选择决不是微不足道的，这种选择机制被称为“路由选择”。
为了能够从一个点到另一个点正确地对业务进行路由选择，每个路由器需要访问给出一组地址和输出接口之间对应关系的路由选择表：因此，接收具有特定目的地址的数据包的路由器能够决定其要把该数据包发送到其端口中的哪一个。
因而，在通信网络能使用这种方法对数据业务进行路由选择前，对网络进行配置是必需的，具体地，就是为网络中的每一个路由器的每一个接口分配地址，在这之后建立路由选择表。
在IETF(因特网工程任务组)发表的文献RFC 2460中阐述了IPv6网络规范。文献“IP Version 6 Addressing Architecture”(draft-ieff＝ipv6-addr-4＝00.txt)更具体地说明了怎样构成这些接口地址。
网络地址类型有若干种，但本发明涉及“全球单播”地址，该地址唯一标识了网络中通信路由器的接口。在遍及全世界连接了多个子网的因特网条件下，在全球级别上需要唯一性。为清楚起见，这些“全球单播”地址以下被简称为“全球”地址。
全球地址主要由典型地包含64比特的第一部分和典型地包含64比特的第二部分组成，因此，全球地址总共包含128比特。
第二部分采取文献“IP Version 6 Addressing Architecture”中第2.5.1部分所说明的方法，由接口的唯一标识符组成。第二部分也可以由通用标识符组成，所述通用标识符例如在IEEE 802 MAC(媒体访问控制)标准或者IEEE EUI-64(扩展通用标识符)标准中定义的类型。
每个路由器能够很容易自发而且自动地确定该第二部分。
然而，还没有能自动为路由器确定第一部分的方法，所述第一部分通常被称为“网络号”。
目前，在IPv6网络中，该部分是由负责配置网络的管理者人工确定的。管理者连接到每个路由器上，以便理想地依照优化的编址方案为其每个接口分配全球地址。该编址方案可以遵照RFC 3177“IAB/IESGRecommendations on IPv6 Address Allocations to Sites”中描述的方法。
人工分配全球地址有很多缺陷。尤其是要花费一组专业技术人员很长时间。而且，不能提供简易地重新构造网络拓扑或者向已经存在的网络增加新的路由器。最重要的是，不论技术人员多么胜任工作，该分配方法都可能导致人为错误。网络越大错误数就越多，而且使这些错误很难被发现和纠正。
对自动配置通信网络过程的需求，尤其是自动分配接口全球地址的需求变得明显。
朝向这种自动化的第一步在以下文献中公开：2002年2月由B.Haberman和J.Martin(draft-haberman-ipngwg-auto-prefix-02.txt)公开的“Automatic Prefix Delegation Protocol for Internet Protocol Version 6(IPv6)”，以及2003年10月由Byung-Yeob Kim、Kyeong-Jin Lee、Jung-Soo Park和Hyoung-Jun Kim(draft-bykim-ipv6-hpd-00.txt)公开的“Hierarchical Prefix Delegation Protocol for Internet Protocol Version 6(IPv6)”。以上两篇文献是在IEFT(因特网工程任务组)站点上可得到的具有以上括号内标明的文件名的IEFT草案。
上面的文献公开了给路由器自动分配地址前缀，该地址前缀是基于另一个路由器提供的地址前缀。所述另一个路由器被称为“地址授予者”(address delegator)，而且这种机制被称为“地址授予”。
然而，以上类型的机制还是不够的，因为它只能分配路由器的地址前缀。以上两个文献中都没有提及为路由器的接口分配全球地址的方法。遗憾的是，为了获得网络配置的完全自动化，这样的分配是必需的，而且分配接口全球地址会遇到以上文献中没有提到的问题。
发明内容
因此，本发明所解决的技术问题就是为IPv6通信网络中的每一个路由器的每个接口分配唯一的全球地址。
为此目的，本发明为因特网通信网络(特别是IPv6通信网络)提供了一种通信路由器，该路由器包括一组接口，每个接口都连接到一个或者多个其它通信路由器。该路由器(或网络设备)包括用于通过第一接口从第一其它通信路由器接收地址前缀的装置。本发明的通信路由器特征在于，其还包括用于为每一个所述接口分配全球地址的装置，该全球地址特别地根据所述地址前缀确定。
在本发明的一个实施例中，分配装置通过将接口标识符与包含地址前缀的网络号链接，并形成由该地址前缀构成的编址空间的编址子空间来确定接口之一的全球地址。
在本发明的优选实施例中，分配装置向第一接口分配的网络号与第一通信路由器向连接到第一接口的接口分配的网络号相同。
在本发明的一个实施例中，只对每一个连接分配一个网络号。
因此，本发明的路由器能够用唯一的全球地址配置其接口，其中唯一的全球地址即全球地址对于整个通信网络是唯一的。对于每个路由器，配置过程是自动的，网络因此可以从初始前缀开始被递归地并且完全自动地配置，所述初始前缀可以自动地分配或用别的方式分配。
附图说明
在下面参照附图进行说明的过程中，本发明和本发明的其它优点会变得更加显而易见，其中：
图1是已经讨论过的、由四个路由器组成的通信网络框图；
图2示出了本发明的接口全球地址的格式；以及
图3所示框图是通信网络和这里所描述的方法在该网络中的应用。
具体实施方式
如图2中所示，本发明的接口全球地址由四部分组成。在使用IPv6协议的本发明的实施例中，全球地址的总长度是128比特。
位于最右端的部分U是由本领域公知的且以上已说明的通用标识符形成的。在IPv6实施中，该字段U的长度为64比特。
位于最左端的部分P是由通信网络中的其它路由器提供的前缀。如下所述，该前缀的长度是变化的，而且取决于在地址授予过程中路由器在通信网络拓扑中的位置。
N部分是用于将唯一的资源P分割成多个更小资源的数。
紧接着的部分Z例如可以只由“0”比特组成。其长度受其它字段长度影响，而且在极限情况可以被缩减到零比特。
一般地，在路由器被启动后，如果其没有全球前缀，路由器就通过其所有接口发送请求以获得地址前缀P。路由器必须等待，直到其收到该前缀，因为否则路由器就不能确定其接口的全球地址。
一旦收到前缀，路由器就可以继续进行分配接口全球地址的过程。如果路由器接收到来自通过其接口连接的多个其它路由器的多个前缀时，就需要进行仲裁。比如，可以选择接收第一个前缀，而且认为该前缀所来自的路由器是该过程剩余部分的“授予者”。
一旦获得前缀，路由器就能为其所有接口确定全球地址；在本发明的优选实施例中，这不包括“授予者”的全球地址，即连接到向其供应该前缀的路由器的接口地址。在后面的说明中，可以用收到的前缀值适当地对该接口进行配置，这可以保证在授予者的上游侧路由器中有较好的路由聚集。
用收到的前缀构成字段P，并用通用标识符构成字段U，依照下面的方案来确定全球地址。
在本发明的一个实施例中，路由器并不确定向其发送前缀所经过的接口的全球地址。
路由器确定了一组定义了地址空间的子前缀SP，该地址空间小于由前缀P定义的地址空间。因此，这些子前缀SP包含前缀P并且在其右侧将其与一定数量的比特(这是N部分)链接。
这些子前缀SP和相关的编址空间可被路由器用作自身的目的或者授予其它通信路由器。
子前缀SP可以从前缀P通过多种方式来确定。
下表列出了可以从前缀P形成的子前缀SP。在本例中，选择将三个额外比特链接到前缀的左边以形成子前缀。因此，就有八个子前缀，因为23＝8。第一列用十六进制的形式给出了子前缀，第二列用二进制数的形式给出了子前缀。
P-0000        P-0000  0000  0000  0000
P-2000        P-0010  0000  0000  0000
P-4000        P-0100  0000  0000  0000
P-6000        P-0110  0000  0000  0000
P-8000        P-1000  0000  0000  0000
P-A000        P-1010  0000  0000  0000
P-C000        P-1100  0000  0000  0000
P-E000        P-1110  0000  0000  0000
在本例中，选择每一个子前缀的长度相同(等于前缀P的长度+3比特)，形成同样数量的相等长度的编址子空间。当然，其它的实现方法也是可能的。
同样，也有不止一种方法来分配子前缀。例如，以上描述的以及以上引用的文献中详细说明的授予过程。在这种情况下，所讨论的路由器用作与连接到其接口的其它路由器有关的前缀授予者。
在本发明的一个特定实施例中，全球地址的编址能力的使用可以用这样的方式进行优化：根据连接的路由器的数量选择加入到接收前缀的长度。
因此，如果路由器具有连接到其的“n”个路由器，那么需要log2(n)比特来表示路由器号，这里的log2表示以2为底的对数。与数字“n”相联系的编址空间可以用来给相邻路由器，即那些直接连接到其接口的路由器进行编号。例如，如果该路由器有三个相邻的路由器，那么它就可以用2个比特给它们编号(log2(3)＝2)，而且它们就可以得到标识号1、2和3(二进制形式分别为“01”、“10”和“11”)。
假设相邻的路由器是可以通过当前讨论的路由器的接口访问的，那么，本发明的一个实施例建议，根据从相邻的路由器分配给指定接口的前缀为其编号。例如，在图1中，路由器RA给其接口IA2分配与已经分配给路由器RD的前缀相同的编号。
对于接口IA1，在分配给路由器RB和RC的编号之间就需要仲裁，因为它们连接到同一个接口IA1上。
因此，上面的过程确定了至少一个全球地址，该全球地址对于互相连接到一起的路由器的接口来说是相同的，因而符合IPv6协议。
由于这节约了编址资源，至多确定一个地址是非常有益的，因为在这种情况下，三个接口使用同一个网络号，这就节省了两个网络号，这两个网络号可用于其它目的。
因此，在图1中，接口IA1、IB、IC的网络号(即全球地址的64个更有效的比特)是相同的。
图3示出本发明的方法在小型网络中的应用。
路由器R1已经获得了值为2001:db8:1:0000::0/48的初始前缀。这种格式的意义在前面引用的关于IPv6协议地址格式的文献中进行了说明。然而，重要的是注意到，这里的“48”表示该前缀的长度的比特数，其长度最大为64比特。至于接口全球地址，后面没有提及通用标识符部分U。
路由器R1在其授予能力范围内，用这个初始前缀来确定将要发送给其相邻路由器的子前缀。在该例中，分配三个额外的比特将编址空间分割成23＝8个更小的空间(字段N的长度为3比特)。这样，例如“001”的第一个子空间被分配给路由器R2，例如“010”的第二个子空间被分配给路由器R5。发送给路由器R2和R5的子前缀分别为2001:db8:1:2000::0/51和2001:db8:1:4000::0/51。
路由器R1根据分配给连接到其接口的路由器的子前缀给那些接口分配网络号。
因此，接口I1a获得网络号2001:db8:1:2000::0/64。例如，如上所述，该64比特网络号可以通过增加通用标识符以获得128比特IPv6接口全球地址来完成。
同样，接口I1b获得64比特网络号2001:db8:1:4000::0/64。
例如，路由器R2和R5一拥有由授予者R1发送的前缀，之后它们就以同样的方式进行下去。因此，该过程在多个路由器上可以局部地并行执行。
路由器R2给接口I2a分配的网络号与路由器R1给接口I1a分配的网络号相同。
和前面的方式相同，路由器R2分配三个额外的比特将由授予者R1供应的前缀所确定的其编址空间分成八部分。
路由器R1给路由器分配子前缀。可以这么说，在授予树中，R5与在路由器R2具有相同的级别。因此，当分配子前缀时，路由器R2并不考虑其。
因此，路由器R2给路由器R4分配第一个子空间(例如“001”(注意：这些数字是字段N的比特值))，给路由器R5分配第二个子空间(例如“010”)。
因此，发送给它们的子前缀分别为2001:db8:1:2400::0/64和2001:db8:1:2800::0/64，因为“2400”的二进制数为“001-001-00…”而“2800”的二进制数为“001-001-00…”。注意，左边第一组数(“001”)由路由器R1分配给路由器R2的三个比特的值组成。
接口I2c和I5c的网络号的分配方式有所不同，因此需要在两个路由器R2和R5之间进行协商。在图3的例子中，协商的结果是这个号必须由路由器R5确定。因此，接口I2c和I5c的网络号包含路由器R5的子前缀，该子前缀同样作为接口I5a的网络号，对于接口I5a来说情况是完全相同的。
在该例中，路由器R3分配三个额外的比特将其编址空间分成八部分。因此，其给接口I5a分配第一个子空间(例如“001”)，给接口I5c分配第二个子空间(例如“010”)。于是这两个接口的网络号对于接口I5a为2001:db8:1:4400::0/64，对于接口I5c为2001:db8:1:4800::0/64。
对于接口I2b、I3b和I4情况有所不同，因为一方的路由器R2和另一方的路由器R3、路由器R4之间存在授予关系。再一次地，需要协商以确定必须使用分配给路由器R3还是分配给路由器R4的子前缀。尽管不同的实施例能够根据一些其它协商机制或不协商选择不同的网络地址，这里的协商意味着单个网络前缀能用于所有接口。
在图3的例子中，选择分配给路由器R4的子前缀。因此，这三个接口I2b、I3b和I4的网络号为2001:db8:1:2400::0/64。
本发明的另一个优点是，由于整个过程是树形结构，所以网络中的每个路由器向其接口分配基于由授予者供应的前缀而形成的全球地址。也就是说，从授予者来看，所有的网络号和其已经供应了前缀的路由器接口的全球地址是该前缀的“可聚集”地址(“可聚集地址”这一表述方式是指根据同一个前缀构成的地址)。同样，这些“可聚集地址”可以用单个条目的形式被存储授予者路由器的路由选择表中。
如果路由器必须对数据包进行路由选择，则这节省了路由器的存储空间，而且节省了在路由选择表中查询正确条目的时间。

Claims (5)

1.一种用于因特网通信网络的通信路由器(R2)，该路由器包括一组接口(I2a、I2b和I2c)，所述接口每一个都连接到一个或多个其它通信路由器(R1、R3、R4、R5)，还包括用于通过第一接口(I2a)接收来自第一其它通信路由器(R1)的地址前缀的装置，该通信路由器的特征在于，其还包括为每一个所述接口(I2b、I2c)分配全球地址的装置，该全球地址特别地根据所述地址前缀确定。
2.根据权利要求1的通信路由器，其中，所述分配装置通过将接口标识符与包含所述地址前缀的网络号链接，并形成由所述地址前缀形成的编址空间的编址子空间来确定所述接口之一的所述全球地址。
3.根据权利要求2的通信路由器，其中，所述分配装置分配给所述第一接口的网络号与所述第一通信路由器分配给连接到所述第一接口的接口的网络号相同。
4.根据权利要求1至3任一项的通信路由器，其中所述通信网络是网际协议第六版类型的网络。
5.根据权利要求2或3的通信路由器，其中，只对每个连接分配一个网络号。
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