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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Netzübergangsknoten zur paketorientierten
Datenübertragung
zwischen mindestens einem Endgerät, insbesondere
einem mobilen Endgerät,
und einem paketorientierten Kommunikationsnetz über einen Netzübergangsknoten,
wobei für
die Datenübertragung
zum Netzübergangsknoten
ein Kommunikationskontext verwendet wird, dem ein sogenannter Subnetz-Präfix zugewiesen
ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Endgerät zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei
Version 6 des Internet Protokolls (IPv6) werden 16 Byte IP Adressen
verwendet. Davon werden gemäß RFC 3513
der IETF die letzten 8 Byte als sogenannte „Interface ID" (Schnittstellenidentifikationsnummern)
zur Unterscheidung von Netzknoten innerhalb eines Subnetzes der
tiefsten Hierarchiestufe verwendet, und die ersten 8 Byte als sogenannter „Subnet
Präfix" (Netzadresse für ein paketorientiertes
unterteiltes Kommunikationsnetz) zur Unterscheidung der Subnetze
verwendet. Damit wird eine Autokonfiguration der IPv6 Adresse ermöglicht.
In IPv6 sind zwei Mechanismen zur Autokonfiguration von Adressen
definiert, die sogenannte „Stateless Address
Autoconfiguration, RFC 2462, und die sogenannte „Statefull Address Autoconfiguration" mit Hilfe des so
genannten „Dynamit
Host Configuration Protocol for IPv6" (DHCPv6), RFC 3315.
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Ein
von der 3GPP standardisiertes Mobilfunknetz kann den sogenannten „General
Packet Radio Service (GPRS)",
3GPP TS 23.060 und TS 29.061, beinhalten. Hier wird das mobile Endge rät mittels
eines sogenannten „PDP
Kontextes" (Kommunikationskontextes)
mit einem Netzübergangsknoten,
vorzugsweise mit einem sogenannten „Gateway GPRS Support Node" (GGSN) verbunden.
Innerhalb des PDP Kontextes können
IPv6 Pakete transportiert werden. In diesem Fall wird jedem PDP Kontext
ein eigenes IPv6 Subnetz zugewiesen, das mittels einer eigenen 8
Byte Subnet Präfix
identifiziert wird. Der GGSN verbindet dieses Subnetz als sogenannter
Router mit anderen IPv6 Subnetzen, und verbindet dadurch das mobile
IPv6 Endgerät
mit dem Internet. Die mobilen IPv6 Endgeräte nutzen IPv6 Adressenautokonfiguration
gemäß RFC 2462
oder RFC 3315 zur Auswahl ihrer IPv6 Adressen. Mittels eines PDP
Kontextes und dem entsprechenden IPv6 Subnetz sind nur ein oder
sehr wenige mobile Endgeräte
mit dem GGSN verbunden, obwohl für
ihre Unterscheidung 8 Byte reserviert sind.
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Es
ist damit zu rechnen, dass sehr viele mobile Endgeräte von 3GPP
Mobilfunknetzen unterstützt
werden müssen,
wobei für
fast jedes mobile IPv6 Endgerät
ein eigener PDP Kontext und somit ein eigenes IPv6 Subnetz benötigt wird.
Bei bestimmten Konfigurationen eines 3GPP Mobilfunknetzes kann es
dadurch zu einer Knappheit von Subnetz Präfixen kommen. Wird beispielsweise
dem Betreiber eines 3GPP Mobilfunknetzes ein 4 Byte IPv6 Adress-Präfix für sein Netz
zugeteilt, und verwendet der Betreiber weitere 2 Byte für die Unterscheidung
seiner GGSNs, so bleiben dem Betreiber pro GGSN nur 2 Byte (65536)
zur Unterscheidung der PDP Kontexte. IETF RFC 3177 empfiehlt sogar,
Betreibern nur einen wesentlich kleineren Adressraum zur Verfügung zu
stellen, in dem ihnen einen 47 bit oder etwas kürzerer Präfix und nicht wie im Beispiel
ein 32 bit Präfix
zugewiesen wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einen Ressourcenengpass
von PDP Kontexten durch eine limitierte Zahl von IPv6 8 Byte Subnetz-Präfixen zu
vermeiden.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Vorrichtung eines
Netzübergangsknotens sowie
eines Endgerätes
gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren, bei
dem
- – im
Netzübergangsknoten
demselben Subnetz-Präfix
mehrere Kommunikationskontexte zugewiesen wird,
- – eine
dem Endgerät
zugeordnete Schnittstellenidentifikationsnummer innerhalb eines
Kommunikationskontextes empfangen oder ausgewählt und gespeichert wird,
- – und
beim Senden von Daten zum Endgerät
ein geeigneter Kommunikationskontext anhand der gespeicherten Schnittstellenidentifikationsnummer
ausgewählt
wird.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Netzübergangsknoten
sowie einem Endgerät, die
mit Mitteln zum Durchführen
des oben beschriebenen Verfahrens ausgestaltet sind.
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Die
Erfindung ist auch bei anderen Szenarien anwendbar, wo viele IPv6
Subnetze, die die IPv6 Adressen-Autokonfiguration nützen, mittels
eines oder wenigen Netzknoten mit dem Internet verbunden sind. Ein
Beispiel außerhalb
von 3GPP ist ein sogenannter Internet Access Point, der IPv6 Endgeräten ermöglicht,
sich mittels Wählverbindungen über das
Telefonnetz mit dem Internet zu verbinden.
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Vorzugsweise
werden mit der Erfindungen folgende Probleme gelöst:
- Problem 1: Zwei
IPv6 Endgeräte
dürfen
nicht die selbe Interface ID zur Bildung und somit die selbe IPv6 Adresse
nützen.
- Problem 2: Der GGSN muss empfangene Pakete an den richtigen
PDP Kontext weiter leiten.
- Problem 3: Ein Transport von Paketen zwischen mobilen IPv6 Endgeräten in verschiedenen
PDP Kontexten mit dem selben Subnetz Präfix muss möglich sein.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen,
anhand einer Zeichnung erläuterten
Ausführungsformen.
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Die
Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematisch dargestellte typische Netzkonfiguration,
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2 schematisch
ein Meldungsablaufdiagramm im Falle der genannten „Stateless
Adress Autoconfiguration" und
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3 schematisch
ein Meldungsablaufdiagramm im Falle der genannten „Statefull
Adress Autoconfiguration".
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1 zeigt
die eingangs beschriebene Netzkonfiguration. Gemäß dem Stand der Technik werden
die mobile IPv6 Endgeräte
A, B, und C jeweils mittels eines eignen PDP Kontextes (PDP Kontext
A, B und C) mit dem Gateway GPRS Support Node GGSN verbunden. Innerhalb
der PDP Kontexte werden IPv6 Pakete transportiert. Der GGSN verbindet die
PDP Kontexte mit einem IPv6 Netz. Oft ist dem GGSN ein so genannter „Edge Router" vorgeschalten. Die
mobilen IPv6 Endgeräte
nutzen IPv6 Adressenautokonfiguration gemäß RFC 2462 oder RFC 3315 zur
Auswahl ihrer IPv6 Adressen. Im Falle der Statefull Address Autoconfiguration
gemäß RFC 3315
wird typischerweise ein externer DHCP Server verwendet.
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Erfindungsgemäß wird derselbe
8 Byte IPv6 Subnet Präfix
mehren PDP Kontexten zugewiesen. Entsprechend befinden sich die
Endgeräte
A, B und C alle im IPv6 Subnetz 1, und ihre globale IPv6 Addresse
setzt sich jeweils aus dem IPv6 Subnet Präfix 1 und einer individuellen
Schnittstellenidentifikationsnummer (Interface ID A, Interface ID
B, Interface ID C) zusammen.
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Die
in den 2 und 3 mit einer „Klammer" versehenen Meldungsabläufe können optional und
alternativ ablaufen.
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2 stellt
einen typischen Ablauf der Kommunikation bei der Stateless Address
Autoconfiguration dar. Die Netzkonfiguration entspricht 1,
wobei kein DHCP Server verwendet wird. Das mobile Endgerät A beginnt
die Kommunikation durch das Aktivieren des PDP Kontextes A (2,
Schritt 1.). Der GGSN entscheidet in seiner Antwortnachricht, dass
die Stateless Address Autoconfiguration verwendet wird (2,
Schritt 3.). Im Weiteren sind folgende Abläufe dargestellt:
- – Die
optionalen Neighbor Discovery (2, Schritte
4. und 5.) kann beim Verbindungsaufbau oder während der bestehenden Verbindung
ablaufen.
- – Das
Endgerät
A sendet ein IP Nutzpaket an einen beliebigen Empfänger(2,
Schritte 6. bis 8.)
- – Das
Endgerät
A empfängt
ein IP Nutzpaket von einem beliebigen Empfänger (2, Schritte
9. bis 11.)
- – Das
Endgerät
A sendet ein IP Nutzpaket das Endgerät B im selben Subnetz 1 (2,
Schritte 12. bis 16.)
- – Das
Endgerät
A beendet die Kommunikation durch Löschen des PDP Kontextes A (2, Schritte
17. bis 19.)
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3 stellt
einen typischen Ablauf der Kommunikation bei der Statefull Address
Autoconfiguration dar. Die Netzkonfiguration entspricht 1,
wobei der DHCP Server verwendet wird. Das mobile Endgerät A beginnt
die Kommunikation durch das Aktivieren des PDP Kontextes A (3,
Schritt 1.). Der GGSN entscheidet in seiner Antwortnachricht,
dass die Statefull Address Autoconfiguration verwendet wird (3,
Schritt 2.). Im Weiteren sind folgende Abläufe dargestellt:
- – Die
Statefull Address Autoconfiguration der globalen IPv6 Addresse des
Endgerätes
A mittels DHCP (3, Schritte 3. bis 12.)
- – Das
Endgerät
A empfängt
ein IP Nutzpaket von einem beliebigen Empfänger (3, Schritte
13. bis 15.)
- – Das
Endgerät
A sendet ein IP Nutzpaket das Endgerät B im selben Subnetz 1 (3,
Schritte 16. bis 20.)
- – Das
Endgerät
A beendet die Kommunikation durch Löschen des PDP Kontextes A (3, Schritte
21. bis 23.)
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Die
Lösungen
zu den oben dargestellten Problemen werden anhand der Figuren im
folgenden genauer beschrieben:
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Lösung zu Problem 1:
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Stateless Address Autoconfiguration
(2)
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Der
Gateway GPRS Support Node GGSN unterhält eine Datenbasis mit verwendeten
Interface IDs (Schnittstellenidentifikationsnummern) für einen gegeben
Subnetz Präfix,
und stellt so sicher, dass die selben Interface IDs nicht mehrfach
verwendet werden. Der GGSN kann beispielsweise eine Liste aller verwen deten
Interface IDs unterhalten oder für
jeden PDP Kontext (Kommunikationskontext) die verwendeten Interface
IDs getrennt abspeichern (2, Schritt
2., 5., 7.). Auch die Liste aller Interface IDs enthält vorzugsweise
Informationen über
den zugehörigen
PDP Kontext.
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Der
GGSN sucht bei der Aktivierung des PDP Kontextes eine noch nicht
verwendete Interface ID auf und teilt sie dem UE in der zur Aktivierung
des PDP Kontextes gehörenden
Signalisierung mit (2, Schritt 1. bis 3.). Der GGSN
speichert, dass diese Interface ID verwendet wird. Der GGSN sucht sich
auch eine noch nicht verwendete Interface ID für sein Ende des PDP Kontextes
aus. Der GGSN kann hierfür
bei allen PDP Kontexten dieselbe Interface ID verwenden, da sie
nur zur Bildung einer sogenannten link-local IPv6 Adresse verwendet
wird. Der GGSN speichert in jedem Fall, dass die Interface ID verwendet
wird (nicht in 2 dargestellt).
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Der
GGSN kann gemäß RFC 2462
auch aus speziellen so genannten „Neighbor Solicitation Messages" (2,
Schritt 4.) über
verwendete Interface IDs lernen. Ebenso enthält die so genannte Source IP
Adresse im IP Header von vom mobilen Ipv6 Endgerät gesendeten Paketen die Interface
ID (2, Schritt 6.). Der GGSN speichert auch verwendete
Interface IDs ab, über
die er auf diese beiden Arten erfährt.
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Wenn
der PDP Kontext gelöscht
wird, entfernt der GGSN die entsprechenden Interface IDs wieder
aus der Liste (2, Schritt 17., 18., 19.).
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Gemäß TS 29.061
weist der GGSN beim Aktivieren des PDP Kontextes mit Hilfe der dabei
verwendeten Signalisierung dem mobilen IPv6 Endgerät eine Interface
ID zu, die das mobile IPv6 Endgerät aber nur zur Bildung einer
so genannten link-local IPv6 Adresse, aber nicht notwendigerweise
auch zur Bildung einer globalen IPv6 Adresse nützen muss (2,
Schritt 3.).
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Vorzugsweise
wird die Spezifikation so abgewandelt, dass das Endgerät im Falle
der stateless Adress Autoconfiguration dieselbe Interface ID für die Bildung
der link-lokal IP Adresse und der globalen IPv6 Adresse verwenden
muss. Um eine Abwärtskompatibilität zu gewährleisten,
gibt das mobile IPv6 vorzugsweise in dem so genannten PDP Activate
Request (2, Schritt 1.) an, ob es die
vom GGSN bereitgestellte Interface ID im Falle der Stateless Adress
Autoconfiguration auch zur Bildung der globalen IPv6 Adresse verwenden
wird. Andernfalls verwendet der GGSN ein eignes IPv6 Subnetz für den entsprechenden
PDP Kontext.
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Um
Fehlverhalten auszuschließen,
und auch für
den Fall, dass die Änderung
in der Spezifikation nicht möglich
ist, überprüft der GGSN
beim Erhalt einer Neighbor Solicitation Message zur sogenannten „Duplicate
Address Detection" gemäß RFC 2462 (2,
Schritt 4), ob die dort angegebene Interface ID bereits in einem
anderen PDP Kontext oder im selben PDP Kontext vom GGSN Interface
verwendet wird. Sollte dies der Fall sein, antwortet der GGSN mit
einer so genannten „Neighbor
Advertisement Message" mit
einer so genannten „tentative
target address",
die die schon verwendete Interface ID enthält. Dadurch wird gemäß RFC 2462
dem mobilen IPv6 Endgerät
untersagt, diese Interface ID zu verwenden.
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Beim
Erhalt von IP Paketen mit einem in einem anderen PDP Kontext bereits
verwendeten Interface ID deaktiviert der GGSN den PDP Kontext. Auf
Grund des 64 bit Adressraums der Interface IDs sind solche Kollisionen
sehr unwahrscheinlich.
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Statefull Address Autoconfiguration
(3)
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Nach
dem Aktivieren eines PDP Kontextes verlangt das mobile Endgerät mit Hilfe
eines DHCP Requests gemäß RFC 3315
die Zuordnung einer global eindeutigen IPv6 Adresse von einem DHCP
Server (3, Schritt 3. bis 12.). Der
DHCP Server vergibt IP Adressen, wobei er für jeden PDP Kontext den richtigen
Network Präfix
liefert für
jeden Network Präfix
eindeutige Interface IDs (3, Schritt
9). Hierbei kann erfindungsgemäß der selbe
Network Präfix mehreren
PDP Kontexten zugeordnet sein. Der DHCP Server kann in den GGSN
integriert sein oder dem GGSN vorgeschaltet sein (In 1 und 3 ist
ein externer DHCP Server dargestellt).
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Falls
der DHCP Server in den GGSN integriert ist, weiß der DHCP Server direkt von
dem PDP Kontext, in dem der Request empfangen wurde, und wählt den
Network Präfix
entsprechend.
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Falls
der DHCP Server dem GGSN vorgeschaltet wurde, übernimmt der GGSN die Aufgabe
eines so genannten DHCP Relay Agents, wie in TS 29.061 beschrieben.
Der GGSN verpackt innerhalb eines PDP Kontextes empfangene DHCP
Nachrichten (3, Schritt 3., 7.) in DHCP Relay
Forward Nachrichten und schickt diese Nachrichten an den DHCP Server
(3, Schritt 4., 8.). Innerhalb der DHCP Relay Forward
Nachrichten wird der dem PDP Kontext entsprechende Netzwerk Präfix sowie
zur eindeutigen Identifizierung des PDP Kontextes auch eine so genannte
DHCP Interface ID (nicht identisch zur IPv6 Interface ID) angegeben.
Der DHCP Server beantwortet die DHCP Nachricht, wobei er die Nachricht
an das mobile IPv6 Endgerät
in eine DHCP Relay Backward Nachrichten enkapsuliert (3, Schritt
5., 10.), die auch die selbe DHCP Interface ID ent hält. Der
DHCP Server verhält
sich gemäß RFC 3315
und benötigt
keine spezielle Anpassung, und kein Wissen über PDP Kontexte. Der GGSN
entnimmt der DHCP Relay Backward Nachricht die DHCP Nachricht an
das mobile Endgerät
und reicht diese Nachricht in dem mit der DHCP Interface ID angegebenen
PDP Kontext weiter (3, Schritt 6., 12.). Erfindungsgemäß entnimmt
der GGSN der DHCP Reply Message die zugewiesene IP Adresse und speichert
die darin enthaltene Interface ID ab (3, Schritt
11).
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Wenn
der PDP Kontext gelöscht
wird, entfernt der GGSN die entsprechenden Interface IDs wieder
aus der Liste. (3, Schritt 21. bis 23.)
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Lösung zu Problem 2:
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Der
GGSN speichert erfindungsgemäß die in einem
gegebenen PDP Kontext verwendeten Interface IDs oder vollständigen IPv6
Adressen ab. Beim Empfang eines IPv6 Nutzpakets betrachtet der GGSN
neben dem Subnetz Präfix
auch die Interface ID der vollständige
IPv6 Zieladresse, um den PDP Kontext auszuwählen, in dem er das Nutzpaket
weiterreicht (2, Schritt 10., 15., sowie 3,
Schritt 14., 19.).
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Für die Stateless
Adress Autoconfiguration wurde bereits beschrieben, wie der GGSN
die verwendeten Interface IDs feststellt und speichert (2,
Schritt 2., 5., 7.). Für
die Stateful Adress Autoconfiguration entnimmt der GGSN die zugewiesene
IPv6 Adresse der DHCP Antwort (3, Schritt 11).
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Lösung zu Problem 3:
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Der
PDP Kontext stellt eine Punkt-zu-Punkt Verbindung dar. Deswegen
sendet das mobile IPv6 Endgerät
alle Pakete an den GGSN, selbst wenn das Ziel der Pakete eine IP
Adresse mit dem selben Netzwerk Präfix ist (2,
Schritt 12. sowie 3, Schritt 16.). Da der PDP
Kontext als Punkt-zu-Punkt Verbindung auch keine Adressen auf der
Transportebene unterhalb IP vorsieht, wird das mobile IPv6 Endgerät keine
Address Resolution gemäß RFC 2461
betreiben.
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Das
Weiterreichen von IPv6 Paketen zwischen PDP Kontexten mit dem selben
Subnetz Präfix kann
auf zwei Arten erreicht werden:
- A. Der GGSN
reicht Pakete zwischen PDP Kontexten mit dem selben Subnetz Präfix direkt
weiter. Dazu prüft
der GGSN bei Erhalt von IPv6 Paketen innerhalb eines PDP Kontextes,
ob die Pakete an eine IPv6 global eindeutige Zieladresse mit der
selben Subnetz Präfix
gerichtet sind, und reicht die Pakete gegebenenfalls weiter (nicht
in 2 und 3 dargestellt).
- B. Der GGSN reicht alle in einem PDP Kontext enthaltenen Pakete
unabhängig
von der Zieladresse an einen so genannten Edge Router weiter (2,
Schritt 13. sowie 3, Schritt 17.). Sollten die
Pakete an eine IPv6 Zieladresse im selben Subnetz gerichtet sein,
sendet sie der Edge Router zurück
an den GGSN (2, Schritt 14. sowie 3,
Schritt 18.). Der GGSN verwendet die unter 2. beschriebenen Mechanismen,
um den PDP Kontext auszuwählen 2,
Schritt 15. sowie 3, Schritt 19.).