TWI272809B - A method and system for a low-overhead mobility management protocol in the internet protocol layer - Google Patents

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Description

1272809 五、發明說明（1) 本發明關於一種能有高資料傳輸速率之行動網際網 路通訊的系統及方法，其亦支援包含即時和非即時服務 二者在内之多種通信流（t r a f f i c f 1 〇 w )。明確地說， 本發明關於一種管理一行動節點（Mobi le Node, MN )在 多重管理者網域内之移動率的方法。在一實施例中，該 多重管理者網域使用具網路位址轉譯能力的路由器 (Network Address Translation enabled routers, NATs )用於網際網路通訊。 在一行動網路内，每一行動節點（Μ N )與一單一存 取點（A c c e s s P 〇 i n t， A P )聯絡且經由一伴隨該A P之存 取路由器（A c c e s s R 〇 u t e r， A R )接收通訊。此情況代表 MN與網際網路間為一單點式附接。照慣例，移動率管理 計晝對行動網際網路協定（Internet Protocols, IPs) 採用兩階段分層方案。在一MN已從其原地AP移開的情況 中，原地AR自一根源節點〔一般稱為對應節點 (Corresponding Node, CN)〕接收呈一資料包封 (datagram )形式之通訊，且以對一已接收資料包封添 加一新標題的方式將此通訊重新包裝以將該C N通訊重新 導向且、、穿隧（tunnel )"至該MN之當前IP位址。此新 的/已重新包裝資料包封於其資料部分内封裝著原地CN資 料包封，這一般稱為雙重網際網路協定（I p - i n - I P )封 裝。 具網路位址轉譯能力的路由器（N A T s )可用於將專 用網路連接至網際網路。如第七圖所示，習知的網際網
1272809 五、發明說明（2) 路通訊是以在N A T s之間建立識別相互聯絡之節點之4 8位 元連結（b i n d i n g )的方式進行。位址空間劃分成一組已 註冊2 4位元全域位址及一組由網際網路位址號碼授權中 心(Internet Address Numbers Authority, IA N A )制 訂之未註冊2 4位元區域位址。專用網路得就該未註冊位 址空間使用任何位址。公眾或全域位址經註冊且每一 N A T 獲得此位址團中之一位址的指1定。
發明人確認到需要修改傳統的網路位址轉譯功能以 處理容許行動節點（Μ N s )於其自己.6勺專用網路内遷移的 情況以及容許Μ N s從一專用網路遷移至另一專用網路的情 況。 本發明針對一種新穎的系統和方法，其結合移動率 管理與最佳路由選擇以用於一行動空中介面。 本發明提出一種用以支援行動網際網路通訊之網路 系統，其包括複數個路由器（R 〇 u t e r s )及複數個行動節 點（Μ N s )。每一路由器有一唯一通訊位址。每一 Μ Ν可移 動至多個不同位置經由不同位置之不同路由器與網際網 路聯絡。每一 Μ Ν伴隨著一個原地路由器。
每一路由器有一相伴行動節點位置列表（Μ 〇 b i 1 e Ν〇d e L〇c a t i〇n L i s t )識別以此路由器為原地路由器之 每一 MN以及一對應於每一此等MN之一當前位置之路由器 的通訊位址。每一 Μ N可從該Μ N經由一路由器與網際網路 聯絡之一舊位置移動至該Μ Ν經由一不同路由器與網際網 路聯絡之一當前位置。在當前位置經由該不同路由器進
第8頁 1272809 五、發明說明（3) 行之通訊係藉由對該Μ N之原地路由器聯絡該不同路由器 之通訊位址做為對應於該Μ Ν之當前位置的通訊位址。因 此，從一對應節點（corresponding node, CN)到一選 定Μ N之一資料通訊係藉由存取該選定Μ N之原地路由器的 行動節點位置列表以判定對應於該選定ΜΝ之當前位置的 通訊位址且將該資料通訊導向該已判定通訊位址的方式 聯絡給該選定Μ Ν。 在一實施例中’該網路包含複數個存取路由器 (Access Routers, ARs )做為路由器。每一 AR 有一唯一 網際網路協定（I n t e r n e t P r 〇 t 〇 c ο 1， I P )位址以及A R s 對MNs聯絡資料之一地域存取範圍。每一mn伴隨著一個原 地AR且每一AR有一相伴節點位置表（Node Location Table, NLT )做為它的行動節點位置列表。此Nlt識別以 該AR為原地AR之每一 Μ N及每一此等Μ N之一當前位置的IP 位址。 每一 MN可移動至其原地AR之存取範圍以外到其他ARs 中任一選定A R之存取範圍内的一個位置以經由該選定a r 接收資料。為此目的，該MN通知其原地AR以該選定AR之 I P位址做為其當前位置。因此，從另一節點〔一般稱為 對應節點（CN )〕到一選定MN之一資料通訊藉由發出一 對該選定MN之原地AR之I P位址的查詢、自該選定MN之原 地AR的NLT接收該選定MN之當前位置的ip位址且將該資料 通訊導往所收到I P位址的方式聯絡給該選定M N。 較佳來說’该網路糸統包含複數個存取點（A c c e s s
1272809 五、發明說明（4) P〇i n t s， A P s )。每一 A R伴隨至少一個A P使Μ N s經由該等 APs與ARs聯絡。每一 AP有一存取範圍，在此範圍内對MNs 聯絡資料。伴隨一給定AR之APs的存取範圍總括定義為該 AR之存取範圍。 最好該網路系統亦包含複數個存取網路閘道器 (Access Network Gateways, ANGs ) 〇 每一 ANG 伴隨至 少一個A R且每一 A N G與網際網亨連接。
本發明提出一種利用標準格式資料包封於網際網路 内在一對應節點（C N )與一行動節點（Μ N )之間聯絡的 新穎方法。整體而言，該網際網路資料包封標準格式為 有一標題部分及一資料部分之資料包封，其中該標題部 分包含一根源網際網路協定（I Ρ )位址、一目標I Ρ位址 及一協定類型。在本發明之方法中，該C Ν經由一個有一 第一 I Ρ位址之A R與網際網路聯絡，該Μ Ν伴隨著一個有一 第二I Ρ位址的原地A R且該Μ Ν經由一個具有一第三I Ρ位址 之AR與網際網路聯絡。在該ΜΝ經由其原地AR通訊的情況 中，該第二和第三位址是相同的。
該C Ν發送一第一資料包封確認以該第一 I Ρ位址做為 標題根源I Ρ位址，以該第二I Ρ位址做為標題目標位址， 以一網際網路控制訊息協定（I n t e r n e t · C〇n t r〇1 Message Protocol， ICMP)做為標題協定類型，且在該 第一資料包封之資料部分内包含一對該MN之位置的查 詢。該原地AR自該CN接收該第一資料包封且以一第二資 料包封應答，其中以該第二I Ρ位址為標題根源I Ρ位址，
第10頁 1272809 五、發明說明（5) 以該第一 I P位址為標題目標I P位址，以一 I C Μ P為標題協 定類型，且在該第二資料包封之資料部分内包含一含有 該第三I Ρ位址的查詢應答。該C Ν接收該第二資料包封且 發送至少一第三資料包封，其中以該第一 I Ρ位址為標題 根源I Ρ位址’以該第三I Ρ位址為標題目標I Ρ位址’以一 資料訊息協定為標題協定類型，且在該第三資料包封之 資料部分内包含該ΜΝ之一識別/馬及給該ΜΝ之通訊資料。 該ΜΝ經由與其聯絡之AR接收該第三資料包封所含之通訊 貢料。 較佳來說，該原地A R維護一節點位置表（N L Τ )以識 別以此AR為原地AR的每一MN及每一此等MN之一當前位置 的I P位址。因此，該原地AR參照該節點位置表（NLT )造 出該第二資料包封之資料部分。 該方法最好亦包含在該Μ N經由一非其原地A R之A R與 網際網路聯絡時由該Μ N發送一標準格式資料包封。該Μ N 資料包封包含做為標題根源I Ρ位址之第三I Ρ位址，做為 標題目標I Ρ位址之第二I Ρ位址，一做為標題協定之使用 者資料協定（User Data Protocol， UDP)，且在該ΜΝ資 料包封之資料部分内包含該原地A R與第三I P位址之一識 別符。該原地AR接收該MN資料包封且利用此資料包封之 資料部分更新伴隨該原地AR之NLT。 在另一實施例中，每一路由器為一網路位址轉譯路 由器（Network Address Translation router, NAT ) o 然後該系統最好包括複數個網路，其中每一網路有一具
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第11頁 1272809 五、發明說明（6) 備一唯一全域位址之不同N A T、伴隨N A T之至少一個主機 (Η 〇 s t )以及至少一行動節點（Μ N )。該等行動節點 (Μ Ν )經由該等主機在該系統内聯絡。 每一主機伴隨著一個NAT且有一其能對該等MNs聯絡 資料的服務區。每一 Μ N在一原地網路内有一原地主機， 其定義一預設區域位址與該原地網路之N A Τ的全域位址配 對以定義該Μ N之一預設連結' 本發明讓每一網路之NAT具備一相伴的行動-原地資 料庫（Μ 〇 b i 1 e - Η 〇 m e D a t a b a s e， Μ H D )做為其行動節點位 置列表，此資料庫將以該網路為其原地網路之每一 Μ Ν與 a )該Μ Ν與該網路内一主機之一當前關聯的一個區域位址 或b ) —由該ΜΝ與一不同網路内一主機之一關聯的一個區 域位址以及該不同網路之NAT的全域位址所定義的連結視 為一體。每一網路之NAT的MHD亦將每一來訪MN (亦即一 在當前與該N A T相關之一主機有關聯但有一不同原地網路 的Μ N )與該Μ N之當前主機關聯的一個區域位址視為一 體。 每一 Μ Ν得從該Μ Ν經由一在一具有一第一 N A Τ之第一網 路内的第一相伴主機聯絡資料的一位置移至一在該第一 網路内之一第二主機服務區的位置以經由該第二主機聯 絡資料。經由該第二主機之MN通訊係藉由對該第一NAT之 Μ Η B聯絡一反映出該Μ N與該第二主機之關聯的區域位址而 促成。 每一 Μ Ν亦得從該Μ Ν經由該第一網路内第一相伴主機
第12頁 1272809 五、發明說明（7) 聯絡資料的一位置移至一在一具有一第二NAT之不同第二 網路内之第三主機之存取範圍内的位置以經由該第三主 機聯絡資料。經由該第三主機之Μ N通訊係藉由對該第二 NAT之Μ ΗΒ聯絡一反映出該ΜΝ與該第三主機之關聯的區域 位址而促成。在該第二網路並非該Μ Ν之原地網路的情況 中，該ΜΝ亦對該ΜΝ之原地網路NAT的ΜΗΒ聯絡一包含一反 映出該MN與該第三主機之關聯^的新區域位址及該第二NAT 之全域位址的連結。
該系統藉由建立一以一選定MN之預設連結或在該ΜN 之原地網路N A Τ的Μ Η Β内反映出之連結為本的連結使自一 對應節點（CN )至該選定ΜΝ之一資料通訊能夠聯絡給該 ΜΝ。建立起該連結之該NAΤ將該通訊導往在其ΜΗΒ内確認 之該Μ N的區域位址。 一較佳系統包含至少一伴隨著複數個主機的網路及 至少一個身為複數個Μ N s之原地主機的主機。非移動式的 節點亦可能與該系統内之主機有關。這些節點得由相關 主機之網路的Μ H D識別，或者該網路之N A Τ得設定為略過 將通訊導往非移動式節點的Μ H D。
較佳來說，每一網路之NAT的MHD識別24位元之區域 和全域位址及一位置攔。每一以此網路為其原地網路之 MN在NAT的MHD内與a )該MN與該網路内一主機之一當前關 聯的一個區域位址、一空全域位址、及在該位置攔内之 一原地旗標（home flag)，或b) —由該MN與一不同網 路内一主機之一關聯的一個區域位址及該不同網路之N A T
第13頁 1272809 五、發明說明（8) 之一全域位址所定義的連結以及在該位置欄内之一離去 旗標（away flag)視為一體。每一來訪MN最好在所訪網 路之N A T的Μ H D内與該Μ N之當前主機關聯之一區域位址、 一空全域位址、及位置搁内一原地旗標視為一體。在一 根源/對應節點（CN )與一ΜΝ之間以當對應位置攔有一離 去旗標時該Μ Ν之原地網路N A Τ的Μ H D内所反映出的連結為 本建立一連結。
本發明得用於施行一種網際網路架構，其由個別經 由N A T s連接於網際網路主幹的大量專用網路組成。在同 一專用網路内的主機能相互聯絡，且亦能經由網際網路 主幹與外界主機聯絡。每一專用網路内的路由器維持其 自有的區域路由，且該主幹内的路由器維持其自有的外 路由。更明確地說，在一特定網域内的路由器並不認識 該網域以外的路由器。同樣的，主幹（公眾）路由器並 不認識接往任何區域位址的路由器。 習於此技藝者將會從以下發明詳細說明更為明瞭本 發明之系統及方法的其他目的和優點。 圖式簡單說明 第一圖為一與網際網路相關之行動網路之架構和布 局的簡圖。 第二圖為一依據本發明之存取路由器之一節點位置
表。 第三圖為一習知網際網路資料包封的圖表。 第四圖為一依據本發明之網際網路控制訊息協定
第14頁 1272809 五、發明說明（9) (: ICMP ) 格 式 的 圖 表 〇 第 五 圖 為 一 依 據 本 發明 之 使 用 者 資 料 協 定 ( UPD ) 的 圖 表 〇 第 六 圖 為 一 可 應 用 於本 發 明 一 第 二 實 施 例 之 與網 際 網 路 相 關 之 行 動 網 路 的 架構 和 布 局 的 簡 圖 〇 第 七 圖 為 一 習 知 網 際網 路 通 訊 連 結 的 圖 表 0 第 八 圖 繪 出 一 依 據 本發 明 繪 於 第 六 圖 之 網 路 位址 轉 譯 路 由 器 (1 NATs ) 其 中 之一 之 行 動 -原地： 賢料庫 (MHD ) 的 局 部 〇 第 九 圖 繪 出 一 依 據 本發 明 繪 於 第 六 圖 之 網 路 位址 轉 譯 路 由 器 (: MATs ) 其 中 之一 之 行 動 -原地： 資料庫 (MHD ) 的 局 部 〇 縮 寫 用 詞 表 本 說 明 書 用 到 下 列 縮寫 詞 • ANG Ac c e s S N e t WO r k Gat :e way 存 取 網 路 閘 道 器 AP Ac c e S S P 〇 i n t 存 取 點 AR Ac c e S S R o u t e r 存 取 路 由 器 BER Bi t- E r r〇 r R a t e 位 元 錯 誤 率 CN Co r r e s P〇 nd in g Node 對應節點
第15頁
1272809 五、發明說明（10) COA Care of Address 轉送位址 DNS Domain Name Server 網域名稱伺服器 F N Foreign Network 外網路 HA Home Address 原地位址 ’ Η Ν I Home Network Identifier 原地網路識別符 I ANA Internet Address Numbers Authority 網際網路位址號碼授權中心 ICMP Internet Control Message Protocol 網際網路控制訊息協定 IETF Internet Engineering Task Forces 網際網路工程任務推動小組 IP Internet Protocol 網際網路協定 IPinIPInternet Protocol-In-Internet Protocol 雙重網際網路協定 MCN Mobile Communication Network 行動通訊網路 ΜHD Mobile-Home Database 行動-原地資料庫
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第16頁 1272809 五、發明說明（π) Μ N Mobile Node 行動節點 NAT Network Address Translation Router 網路位址轉譯路由器 N D P Neighborhood Discovery Protocol 鄰域發現協定 NLT Node Location Table 節點位置表 OSPF Open Shortest Path First 優先開啟最短路徑 QoS Quality of Service 服務品質 TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol 傳輸控制協定/網際網路協定 UDP User Datagram Protocol 使用者資料包封協定 V A Visiting Address 造訪位址 3GPP Third Generation Partnership Project 第三代合作計晝 較佳實施例詳細說明 本發明提出優於現行移動率管理協定（特別是當前
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第17頁 1272809 五、發明說明（12) 的3 G P P行動I P )的改良。本發明在I P資料包封内包含原 始CN之身份（identity)的同時免除對於自一CN至一 Μ N 之I P- i η- I Ρ封裝的需求，運用0SPF使自發送器至接收器 的路由最佳化，亦即無須像行動I Ρ —般要經由原地A R穿 隧。儘管本發明可應用於無線網路和有線網路，本發明 對架空時澗之縮減使其特別適合3GPP行動I P網路中之無 線空中介面通訊。 參照第一圖，其繪出一習知行動通訊網路（M C N )之 架構和布局。圖中所示元件與下列術語和定義有關。行 動節點（Μ Ν )意指一能改變其與網際網路之附接點的I Ρ 行動終端機。存取點（A Ρ )為一提供對Μ N s之有線或無線 空中介面連接的存取點。本發明在應用於促進一連續通 訊之交遞（hand-off)時通常僅會用在與無線ΜΝ介面相 關的情況。存取路由器（A R )為一連接於一或多個A P的 I P路由器。每一 A R代表單一 I P位址。存取網路閘道器 (ANG )為一將子網路連接於網際網路主幹的I P閘道器。 連接於同一 ANG之A Rs的組合隸屬於同一子網路。相反 地，連接於不同AN Gs之ARs為不同子網路的一部分。 每一 Μ N預先指派給一稱為其w原地網路（h 〇 m e network ) 〃之單一子網路。每一原地網路由一稱為原地 網路識別符（Η N I )的識別符識別。Μ N在其原地網路内連 接於一稱為、'原地A P ( h 〇 m e A Ρ )"的存取點，然後此存 取點連接於一稱為''原地A R ( h 〇 m e A R )"的路由器。每 一 A R有一唯一^ P位址，因此在一 Μ N與其原地A R間之键結
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1272809 五、發明說明（14) 且以存取路由器ARi為其原地AR。圖中為求簡潔僅示出行 動節點MNi，Q、MNi，i *MNi>k。圖中繪出行動節點MNi，k透過存 取點A Ph。和存取路由器A &經由第一子網路1 0與網際網路 聯絡。 本發明之移動率管理協定係設計給遍及一行動核心 網路（Μ 〇 b i 1 e C 〇 r e V e t w 〇 r k )遷移的行動節點。此協定 適用於在一單一子網路内移動或橫跨多個子網路的Μ N s。 依據本發明之協定，每當目標移至一新AR，即告知根源 該目標的新位置。若該MN移至一新AP但仍附接於相同的 A R，此意味著伴隨該Μ N之I P位址未曾改變。相反地，若 一 Μ Ν變成附接於一不同A R，其I Ρ位址改變以指示一新路 由。舉例來說，圖中顯示行動節點Μ N i，k離開其原地子網路 2 0且經由路由器A R i的位址而非路由器A R i的位址與網際網 路聯絡。 第一圖之行動節點MNQ，Q可潛在地重新定位以透過存取 點取代其原地存取點AP。』聯絡。在此情況中，會 經由其原地存取路由器A RQ保持與網際網路聯絡，是以其 相伴I P位址未曾改變。然而，若行動節點MNQ，Q是經由存取 點A Ph 〇存取網際網路，儘管Μ NQ，。仍留在其原地子網路1 0 内，其I P位址會改成存取路由器A R i的位址。
在常態作業過程中，MN可遍及於MCN移動。為促成在 任一給定時間定位一 Μ N的能力，每一 A R保有一目錄稱為 一、、節點位置表"（NLT ) 。NLT含有一以此AR為原地AR 之所有Μ N s之節點名稱（主機名稱）的詳表，以及由Μ N用
1272809 五、發明說明（15) 以與網際網路聯絡之A R之I P位址反映出的當前位置。若 MN在其原地AR，則其I P位址為其原地AR的位址。然而， 如果MN已離開其原地AR，則其I P位址唯一外AR的位址。 第二圖繪出一伴隨著子網路20之存取路由器ARi的節 點位置表30 ，其具備如第一圖所示之MNs的項目内容。處 於、原地〃之行動節點的當前位置為ARi的I P位址。表30 反映出ΜΝιΛ之當前IP位址為子網]路10之路由器ΑΙ^的IP位 址，此與Μ N i，k之圖示位置相符。
在I P資料包封能發送至一目標MN之前，必須先在根 源或對應節點（CN )之AR與目標MN之AR之間建立一TCP連 接。在做此事之前，根源CN先確定目標行動節點的當前 位置。藉由在同級點（p e e r )之間利用標準格式資料包 封交換一對I C Μ P (網際網路控制訊息協定）訊息的方式 完成此事。I C Μ Ρ是一種用於標準格式網際網路資料包封 之資料部分内的習知協定。I C Μ P s有一 Τ Υ Ρ Ε欄，此欄之類 型20和21迄今未曾用過。 第三圖繪出網際網路通訊之一標準格式資料包封。 該資料包封包含一標題部分和一資料部分。該標題部分 包含一根源I Ρ位址攔、一目標I Ρ位址攔、及一協定類型 攔。該資料部分對應於在該標題協定類型攔内指示之協 定類型。
第四圖繪出一種在一標準格式網際網路資料包封之 資料部分内聯絡的I C Μ Ρ格式。第四圖之I C Μ Ρ依據習知 I C Μ Ρ格式包含一類型攔、一代碼欄、一核對和攔、一識
第21頁 1272809 五、發明說明（16) 別符攔、一順序數攔、及一隨選資料欄。本發明之I C Μ P s 最好在類型欄内使用類型2 0或2 1 (詳見下文說明），然 就本發明的目的來說亦可使用過去未定義的類型。
為了自一CN聯絡資料給一ΜΝ，該CN首先用該目標ΜΝ 之節點名稱編入一 D N S内且依據習知協定檢索該Μ Ν之原地 I Ρ位址。接下來，該C Ν構造出一標準格式資料包封，其 含有一標題部分及一在一資料> 部分内之I C Μ Ρ節點位置查 詢訊息。該C Ν資料包封標題以該C Ν之A R的I Ρ位址為標題 根源I P位址，以該Μ N之原地A R的I P位址為標題目標位 址，且以當前指派給I C Μ P s的’ 1 ’為標題協定類型。該 I C Μ Ρ節點位置查詢訊息具備下列攔位設定： 類型=2 0 - 節點位置查詢
識別符=節點名稱-目標ΜΝ之節點名稱 其餘攔位以一習知方式填入，且將完成的I C Μ Ρ訊息 置入該CN之IP資料包封框架的資料部分内。將完成的IP 資料包封發送給該目標MN的原地AR。該目標MN之原地AR 一旦收到即評估核對和資料以確認是否自該C N正確收得 該I C Μ P查詢訊息。若核對和未能指示一正確I C Μ P訊息則 不會有任何回應且該C Ν必須重送其查詢。若正確地收到 該I C Μ Ρ訊息，該目標Μ Ν之原地A R用該C Ν之I C Μ Ρ識別符編 入NLT内並檢索該目標ΜΝ之當前IP位址。然後該目標ΜΝ之 原地AR構造出一具有一應答ICMP訊息的回應資料包封並 將其回送給該C N。該回應資料包封之標題以該目標Μ N之 原地A R的I Ρ位址為標題根源I Ρ位址，以該C Ν之A R的I Ρ位
第22頁 1272809 五、發明說明（17) 址為標題目標位址，且以當前指派給I C Μ P s的’ 1 ’為標題 協定類型。該I C Μ Ρ節點位置查詢應答訊息具備下列欄位 -J-n. r±> · θ又疋 · 類型=21 - 節點位置查詢應答 識別符=CN之節點名稱 隨選資料=目標Μ N之當前I P位址 代碼=1或1 3 - ’ 1 ’表示該Μ Ν目前不可用， 且’13’ ▲示該ΜΝ目前可用。 其餘攔位以一習知方式填入，且將完成的I C Μ Ρ訊息 置入回應資料包封框架的資料部分内。該ΜΝ之原地AR得 視需要以其NLT所指示之IP位置對該目標MN發送一訊息以 判定該Μ N是否有活動地連接於網際網路。若在一選定的 超時週期内未曾收到該查詢之確認，該ΜΝ的原地AR會用 代碼1 回應給該C Ν。在此情況中’該A R亦可設定為在 NLT内將該目標MN之當前位置重設為原地AR。 完成的I P資料包封發送給該C N。該C N之A R —旦收到 即評估核對和資料以確認是否正確收得該I CMP查詢應答 訊息。若核對和未能指示一正確I CM P訊息則不會採取任 何動作且該C N必須重送其查詢，因為其不會收到應答。 若正確地收到該I C Μ P訊息，該C N之A R用該I C Μ P之識別符 將該目標ΜΝ之當前IP位址轉送給該CN以及該CN是否可用 的資訊。 一旦知道了 I P位址，即在該發送者C N與接收者Μ N之 間建立一 T C Ρ連接且進行資料轉移。假設該Μ Ν是可用的，
第23頁 1272809 五、發明說明（18) 該C N構造出一或多個具有給該目標Μ N之資料的T C P / I P資 料包封且將其直接以該Μ Ν之當前I Ρ位址發送給該Μ Ν。該 等T C P / I Ρ資料包封的標題以該C Ν之A R的I Ρ位址為標題根 源I P位址，以該目標Μ N之當前A R的I P位址為標題目標位 址，且以當前指派給T C P / I P資料的’ 6 ’為標題協定類型。
若一目標Μ N在仍與C N聯絡之同時重新定位至一新 ΑΡ，則進行交遞作業（hand of f ) 〃 。就交遞作業來 說，要通知該C N該目標Μ N的新位置，使該目標Μ N能絲毫 不漏地繼續接收資料。在重新定位之後，若該目標Μ Ν之 新A Ρ是連接於同一 A R，亦即該Μ Ν的當前I Ρ位址不變，則 能正常地繼續連接。另一方面，若該Μ Ν移至一伴隨一不 同A R之A Ρ，該Μ Ν的當前I Ρ位址會改變且必須通知該C Ν此 新I Ρ位址。一旦得到通知，該C Ν用該目標Μ Ν之新當前I Ρ 位址做為T C Ρ / I Ρ資料包封内的標題目標位址。
要重新導引資料通信流時，ΜΝ對每一含有該目標ΜΝ 之新當前I Ρ位址的C Ν及該Μ Ν之原地A R發送一使用者資料 協定（U D P )訊息。在未與一 C N進行一在線通訊的情況 中，一 U D P通訊資料包封僅發送給該Μ N之原地A R。此亦發 生在該MN因重新定位至一處於所有相容APs之存取範圍以 外的位置或只是因為將其關掉而完全脫離網際網路之情 況而做Μ N重新連接之後。第五圖繪出一依據本發明使用 之UDP訊息的格式。 該U D Ρ訊息包含一根源主機名稱攔，一目標主機名稱 攔，一 U D Ρ訊息襴及一核對和攔。在該Μ Ν之U D Ρ訊息内，
第24頁 1272809 五、發明說明（19) 遠Μ N之節點名稱放在根源主機名稱攔内，且該c n之節點 名稱或ΜΝ之原地AR的節點名稱分別放在目標主機名稱攔 内。新的Μ Ν當前I Ρ位址放在該U D P t氏息之u D ρ訊息欄内。 該U D P訊息長度通常設定為1 2位元纟且，因其為3字長。 該U D P訊息包容於如第三圖所示之一標準格式資料包 封的資料部分。該目標Μ N之資料包封標題分別以該c n之 A R的I Ρ位址或該Μ Ν之原地A R 6勺I Ρ位址為標題目標I ρ位 址，且協定類型標示為1 7 "，此為當前指派給UDP訊息 的識別碼。 該Μ N之U D P訊息資料包封的標題根源I p位址會依所施 行之交送（hand over)的類型而定為、、舊的"ΜΝ當前IP 位址或 ''新的// Μ N當前I P位址。施行交送之一較佳方法 為、、先接再斷（make before break)"，其中該ΜΝ在停 止經由既有（、舊〃）A R的通訊之前取得其將要聯絡之 新AR的位址。在此等案例中，該MN之資料包封標題根源 I P位址會是既有的（、、舊〃 ）I P位址，而該MN之新位置 I P位址儲存在該MN之資料包封之UDP訊息的UDP訊息攔 内。否則該UDP訊息是在已開始經由新AR與目標MN通訊之 後聯絡，且該MN之UDP訊息資料包封會以新AR的位址做為 標題根源I P位址。 為了讓目標MN取得其將要聯絡之新AR的位址，該MN 發送一習知的鄰域發現協定（NDP )訊息。此NDP訊息為 一送回與具有一内有已重新定位之目標MN之存取範圍之 AP相關之路由器I P位址的標準協定。然後該MN發送UDP訊
第25頁 1272809 五、發明說明（20) 息資料包封以通知CN及該MN之原地AR該NDP結果。該原地 AR以所收到該MN之UDP訊息資料包封内的新IP位址更新其 NLT ° 該原地AR得視需要對該MN發送一確認UDP訊息或他種 確認訊息以證實該NLT之更新。對於該MN之原地AR所收到 之UDP的核對和有誤之情況的處理方式很重要。在此情況 中，NLT不會更新，因為該原ί也AR不會處理該111^内的資 訊。在沒有一確認的情況下，於一選定的超時週期之内 由該原地AR發送給該MN的確認許可該MN重新發送該UDP訊 息。 在目標MN自一CN接收資料之同時進行移動的情況 中，該MN發送含有給該CN之NDP結果的UDP訊息。然後該 CN藉由以新AR之IP位址做為TCP/IP資料包封内之標題目 標IP位址的方式重新導引該等TCP/IP資料包封。就於轉 換期間傳輸之資料塊來說，該Μ N與C N得聯絡決定該目標 Μ Ν得自該C Ν之最終成功接收T C P / I Ρ資料包封，使該C Ν能 對在新IP位址之目標ΜΝ重新發送任何遺漏的TCP/IP資料 包封。另一種選擇，得採取將該目標Μ N未收到的資料包 封自、、舊的AR轉送至、'新的夕AR。 如第六圖所示，本發明之一第二實施例施行為專用 網路1 0，1 2，2 0經由具網路位址轉譯能力的路由器 (N A T s )連接於一外界網際網路主幹。運用此一系統， 得將大量的專用網路連接於外界網際網路主幹。不同專 用網路内的主機能利用由I A Ν A指派之N A T註冊位址經由該
第26頁 1272809 五、發明說明（21) 主幹相互聯絡。同一專用網路内之主機能利用未註冊位 址其中之一相互聯絡。因此，此等註冊位址是全域唯一 的，而未註冊位址僅具有區域有效性。該等區域位址與 全域位址為互斥的且傳統上各為2 4位元。 舉例來說，網路40、42和50分別經由具NAT能力的路 由器NAT-A、NAT-B和NAT-N連接於網際網路。NAT-A、 NAT-B和NAT-N各自由IANA指疼一唯一全域位址。每一專 用網路4 0，4 2，5 0内的節點以節點所連接之主機為該指派 區域位址。舉例來說，圖中顯示節點MNQ，AQ經由Hos tAQ連接 於專用網路4 0 ，因此在Η 〇 s tA。之節點Μ N。，A。的區域位址是一
個表現出此連接的2 4位元碼。為了方便起見，在第六圖 和第七圖中，一 N A T之全域位址以N A T名稱識別，且指示 一特定節點Μ Nx與一 Η 〇 s tx間之一連接的區域位址表示為 Μ NX @Η 〇 s tX 〇
若有一通訊及/或資料封包要從一網路内之一節點發 送至另一網路内之一節點，在能進行資料轉移之前，要 先建立一習知的N AT表。傳統上將一開始進行接洽的節點 稱為對應節點（C N )。就節點對節點的通訊來說，第一 組動作為由該等節點當前連接之網路的N A T s建立一連 結。習知程序見於網際網路工程任務推動小組（I E T F ) 徵求建議文件（Request for Comments， RFCs )1631 和 3 0 3 2。一旦建立起一連結，得由以所建立之連結為本橫 跨全域網際網路並到達接收節點之NAT的對應節點（CN ) 發送一網際網路協定（I P )資料封包。
第27頁 1272809 五、發明說明（22) 第七圖繪出建立於C N與接收節點間之習知連結表的 格式。此等連結是由節點之全域和區域位址組合所構 成。舉例來說，在網路4 0内做為C N之節點Μ N 0，A 0可聯絡 網路50内之節點MNQ，BQ。就節點MNQ，AQ來說，連結資料為組 合的全域網址NAT-A與區域位址MNQ，AQ @H〇s tAQ。就節點 M tVB。來說，連結資料為組合的全域網址NAT-B與區域位址 MN"。@Hos tB0 ° ^ 將一資料封包自節點MNQ，A。外送至節點MNQ，BQ的程序如 下。將編碼為以該全域位址N A T - A為根源位址且以全域位 址NAT —B為目標位址的封包自該根源節點Μ N〇，A。發出。收信 的NAT (在本實例中為NAT-B )檢查其表内的連結，且檢 索收信節點之主機（在本實例中為HostBQ )的區域位址。 然後將該封包轉送給會讓節點MNQ，BQ收到的主機。在一節 點並非行動節點的情況中，其連結資料代表任何CN可在 習知連結系統與協定之下發送資料給它的一個永久位 址。然而，行動節點MN可能改變位置，是以在沒有一些 系統容納Μ N之連接變化的條件下單純地對一過往知曉的 位址發送資料並不能確保送達。 第八圖和第九圖繪出用以在圖示專用網路間施行一 微移動率協定的架構。該架構伴隨每一NAT包含一實體稱 為一行動-原地資料庫（MHD )。其為一大型目錄，緊密 耦合於每一 N A T，用以保持對該等專用網路内之Μ N s的追 縱。其亦指示出Μ Ν在何時移至一外網路（F Ν )。 每一NAT之M HD較佳就每一行動節點包含一索引欄，
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五、發明說明（23) 。2地/離去旗；^攔指示一行動節點是否伴兮 !域：址或轉送位址（C0A )攔及一NAT位址攔Λ - 原地網路内之原地主•，該主機定義— (HA) ^地位址類似於-非移動式節：之原欠：，址 位2處在f其為會用以接洽該MN的位；水=域 預5又連結為續之原地網路之NAT的全域位址盘之 地位址之一組合。若該MN在原地，會用設連^μν之原 一ΝΑΤ/ΝΑ了連接以進行CN/MN通訊。 、。又連'、.〇建立 原地主機伴隨著一特定NAT (亦即原地網路之nat 的所有MNs皆會在該NAT之MHD内有資料記錄。識別行動^ 點之一便利方式為使用其預設或原地位址（Η A )，是以即 一網路之N A T之Μ H D ’的索引欄最好詳列以此網路為原地網 路之所有Μ N s的H a s以識別每一 Μ Ν之資料記錄。 ^ 旗標爛呈現^一邏輯搁位’最好有一^值或1值以代表 相對於該網路之一原地狀態或離去狀態。在本實例中， 以0表示該Μ Ν與該網路内一主機有連接，且以1表示該Μ Ν 與一不同網路有連接。區域位址攔（COA )是用來指示該 Μ N目前連接那個主機。在該區域位址欄項目内容為一伴 隨一外網路之主機的情況中，該全域位址攔含有該外網 路之NAT的全域位址。在此情況中，旗標攔定為1。該旗 標攔為0時不需要全域位址值，因為相關全域位址為此 MHB之NAT的位址。 第八圖和第九圖繪出如第六圖所示在一給定時間點 之網路4 2和5 0之N A T - B和N A T - N各別的μ H D s的實例記錄。
第29頁 1272809 五、發明說明（24) 在一 Μ N與其原地主機聯絡的情況中（例如圖中就行 動節點MNQ，BG、MNG，B1 *MNq，nk所示），其相伴旗標欄定為0且 其區域或C 0 A欄的項目内容與其原地位址相同。不需要 N A T位址資訊。
就伴隨著一並非所屬原地主機但為所屬原地網路内 之主機的主機的Μ N s來說，該等Μ N之原地網路之N A T的Μ H D 具有以0為旗標攔且以Μ Ν與其并原地主機之當前關聯為區 域位址（C0A )的資料項。舉例來說，行動節點ΜΝ1)β。有一 原地主機Hostu，但其在第六圖所示為連接於主機 HostBl 。該MN於索引攔内以其HA (MN1>B0 @H〇stB0 )識別， 在構標棚内為0且如弟八圖所不以Μ N1，β 〇 @ Hostel為C0A。不 需要N A T位址欄資訊，因為Η 〇 s t B 1與Η 〇 s t B 0伴隨著具備相 伴全域位址（亦即N A T - B )之相同網路使其全域位址維持 相同。
在一 Μ N從一網路與一不同網路’之一主機連接的情況 中，該Μ Ν以一來訪位址登錄於該網路的N A Τ内。舉例來 說，節點MNi，Nk在網路50内有其原地主機HostNk，其經由 NAT-N與網際網路聯絡。在第六圖中顯示節點MN“Nk連接於 伴隨ΝΑΤ-B之主機HostB1造訪網路42。因此，對行動節點 MNi Nk 在NAT —B之MHD内以MNi Nk @Hos tB1代表之一來訪位址VA 指派一表示其透過ΝΑΤ-B與網際網路聯絡之旗標欄0及一 Μ N丨，Nk @ Η 〇 s t B1區域位址。
在行動節點（例如MNi，Nk )首先開始與外網路（例如 網路4 2 )聯絡之時，將一通訊發送給其原地網路之N AT
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五、發明說明（25) /在此案例中為NAT-N )以促成有效的通訊重新導引。送 之原地網路之N A 丁的通訊藉由將旗標欄設為1且提供 後續網際網路通訊之連結資料的方式改變該N A T之纟丨H j)内 有關該MN之表列内容的資料。該連結資料由指派的來訪 位址VA及該MN所造訪網路之NA的全域位址組成。 以行動節點Μ N i，N k為例，第九圖中N A T - N之Μ H D反映 出一旗標值為1 、一區域位址為MNi，Nk @HostB1且一 ΝΑ丁位址 為NAT-Β。一意圖與行動節點MNiNk聯絡之對應節點會無法 與NAT-N建立一連結，因為NAT-n之MHD内的旗標設為1。 在此情況中，該連結係以由NAT —N之MHD内MN1>Nk項的區域 位址和N A T位址攔代表的連結建立。然後進行通訊，建立 一與外N A T (在此實例中為n A T - B )之連結。 一旦來訪MN未建立起一與一不同網路之一主機的關 聯’其最好在其所造訪網路之NAT的MHD内保有其來訪位 址VA識別碼，此VA亦會在該行動節點之原地網路之NAT的 MHD内反映出來。 若來訪行動節點與其所造訪網路内之另一主機建立 起一關聯，其會在所造訪之NAT的MHD内保有其相同的VA 哉別碼，但會具備一新區域位址。此新區域位址會儲存 在該來訪MN之MHD記錄的C0A欄内，且該受訪網路的NAT會 以該C0A資料為本將通訊導往該MN。在此情況中不需要改 變該MN之原地網路之NAT的MHD。舉例來說，若MN1>Nk切換 其與HostB1之關聯且連接於H〇stB0，NAT - B之MHD内的C0A項 會從 MNliNk @HostB1 改成 MNi，Nk @HostB0 ，且在 NAT-N 之 MHD 内
第31頁 1272809 五、發明說明（26) 的各項都沒有變化。
較佳來說，主機會週期性地判定是否仍與一來訪Μ N 建立一連接。若受訪主機判定該Μ Ν已失聯且該Μ Ν未與另 一主機建立一連接，該受訪主機得將此事實聯絡給其相 伴NAT，該NAT會將該來訪ΜΝ之C0A項改成一空資料狀態。 其一實例為第八圖所示來訪節點MNh，Pq之項目。該項目顯 示MNh，Pq已與外主機HostB1連接，然其已不與網路42連接。 因此，在第六圖中未有MNh，Pq與任何主機之連接。此一項 目亦會讓一CN知道該Μ N已未與另一主機建立一連接，因 為在MNh，Pq之原地網路之NAT的MHD記錄未曾更新的情況 下，該CN僅會經由MNh，Pq iVA (亦即MNh，Pq @HostB1 )接洽網 路42。若一CN在此時試圖與該來訪節點聯絡且以該MN之 原地主機之NAT提交給受訪網路之NAT，則無法建立一連 結且會通訊失敗。 當一 Μ N之原地網路的N A T收到一通訊要將該Μ N之連結 資訊從一外NAT改成另一個，其最好對該第一外NAT發送 一訊息反映出該Μ N不再造訪該N A T之網路，如此得將來訪 節點記錄自該第一外N A T的Μ H D中刪除。在一 Μ N造訪過其 他網路之後返回其原地網路時最好亦發送此一訊息。
CN永遠不需要知道ΜΝ的當前位置。CN只需注意以一 Μ Ν之原地位址（Η A )及原地網路之全域位址為本的靜態 預設連結。此種安排省去要用全域的網際網路發送之登 錄訊息群。 MHDs與NATs之緊密耦合意味著一 IP資料封包無須先
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五、發明說明（27) 跑到原地網路。該封包得直接穿隧至MN所在的外網路。 這避免了聲名狼籍的三角路由問題。 讓Μ N s漫遊於多個外網路（f N s )的微移動率協定始 於CN之NAT試圖與ΜΝ之原地網路之NAT建立一連結。在μν 原地網路之N A T之Μ H D内的狀態位元為1時此程序失敗。這 代表該ΜΝ目前不在其原地網路（ΗΝ)内；其在一 FN内。 該F Ν已對該Μ Ν指派一 V A，該V 連同該F Ν之靜態全域位址 儲存在該MN之原地網路之NAT的MHD内。此連結資料回送 給該CN之NAT，然後該CN之NAT與該FN之NAT建立連結。然 後以與該MN連接於其原地網路内一主機之情況的相同方 式進行該協定之剩餘部分。 在一MN與一 CN聯絡的過程中，其自一外網路移至 一不同的外網路FN2，在該MN喪失與該FN!之接觸時最好將 該FN! 2MHD内該MN的項目設為〇，NULL, NULL。在該MN稍 後移至該不同FN2時，其經由一伴隨FN2 2NAT ( NAT-FN2 ) 的主機Host2與？1聯絡。該MN經指派一VA為MN @Host2，使 NAT - FN22MHD 内該 VA 的項目設為〇， MN @Host2, NULL。；!等 該連結資料（MN@Host2， NAT-FN2)發送給該MN之原地網 路的NAT和該CN的NAT。在該CN之NAT與NAT-FN2之間建立起 一新連結。然後如前所述進行該協定之剩餘部分。 在一MN與一CN聯絡的過程中，其自一外網路FNi移回 其原地網路HN，在該MN喪失與該之接觸時最好將該FL 之MHD内該MN的項目設為0， NULL, NULL。在該MN稍後移 回其HN時，其經由一伴隨其HN之NAT ( NAT-HN )的主機
第33頁 1272809 五、發明說明（28)
Hos tHN與其HN聯絡。要注意到Hos tHN可以是或不是該MN的 原地主機H〇s tHome。該MN在其HN之NAT的MHD内已有其HA之 一資料記錄為MN @HostH_。該記錄最好隨後改變成將相 伴資料欄設為〇， Μ Ν @ Η 〇 s t HN， N U L L。將該連結資料 (MN @HostHome, NAT-HN )發送給該CN 的 NAT。在該CN 之 NAT與NAT-HN之間建立起一新連結。然後如前所述進行該 協定之剩餘部分。 u 上述案例中之該CN的NAT —般是該CN之原地網路的 NAT。然而，如果該CN是一造訪一FN之MN，該CN之NAT為 該受訪FN的NAT。
習於此技藝者會瞭解到其他變異和替代方案會涵蓋 於本發明之範圍以内。
第34頁 1272809 圖式簡單說明 局的簡圖 第二 表。 第三 第四 (ICMP ) 第五 圖表。 第六 網路相關 第七 第八 譯路由器 的局部。 第九 譯路由器 的局部。 元件符號 1 0、1 2、 40 、42 、 第一圖為一與網際網路相關之行動網路之架構和布 〇 圖為一依據本發明之存取路由器之一節點位置 圖為一習知網際網路資料包封的圖表。 圖為一依據本發明之網際網路控制訊息協定 格式的圖表。 圖為一依據本發明‘使用者資料協定（UPD )的 圖為一可應用於本 之行動網路的架構 網際網 據本發 (NATs )其中之一 圖為一習知 圖繪出一依 圖繪出一依據本發 (NATs )其中之一 發明一第二實施例之與網際 和布局的簡圖。 路通訊連結的圖表。 明繪於第六圖之網路位址轉 之行動-原地資料庫（Μ H D ) 明繪於第六圖之網路位址轉 之行動-原地資料庫（MHD ) 說明 20 :專用網 5 0 :網路 路
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Claims (1)

1272809 申請專利範圍
1.「種經由網際網路協定網路在一行動節點和一控制節點 間通訊的方法’其步驟包含： 聯合該行動節點與連接至該網路的一原地路由器； 提供連接至該網路的複數個路由器； 若該打動節點超出該原地路由器的範圍，則擷取該行 動節點的目前路由器位址；以及 上針對該行動節點從該控制節點發送資料至該行動節點 的該目前路由器位址，丨中該目前路由器位址係不同於該 原地路由器位址。 其中該擷取步驟係 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法， 包含： 藉由該控制節點取得該原地路由器位址； 猎由該控制節點發送一信息至該原地路由器來請求 該行動節點的該目前路由器位址； 供應從該原地路由器的該行動節點的該目 位址至該控制節點。 』峪甶口口 3如申請專利範圍第2項所述之方法’其中該取得步驟係 包含存取一網域名稱伺服器。 請專利範圍第2項所述^方法，其中該供應步驟係 匕3 一珣儲存在該原地路由窃的一表中的該目前路由器位 址。 5 ^申請專利範圍第2項所述之方法，其中該供應步驟係 包έ決定該行動節點目前是否連接至該網路。 6· —種在—網際網路通訊協定（Iρ)網路中執行一交遞
Ir% , ίΓ
1272809 六、申請專利範圍 (handoff)的方法，該喃〒々a人μ ^ , 十 、、、同路包含與一原位路由器與一控制 :點相關連的-行動節‘點，該交遞係發生在一第一路由哭 :一弟一路f盗之間，冑行動節點係藉由該第-路由哭在 該交遞時間與該控制節點進行通信…法係包含在 在該原位路由器中姦a 卜卜 _ ^ 人 产 甲產生一節點位置表（NLT)，該NLT句 含該行動節點的一目前路由器位址； 』LT包 目前Π該第二路由器的1p位址，其係鄰近該行動節點的 從该行動即點發送一使用者包封協定（UDP)信息至該 控制節點與包含該第二路由器的該IP位址的原位路“由器1 針對該行動節點更新具有該第二路由器 ， NLT ·，以及 ^ 經由該第二路由器從該控制節點傳輸針對該行動^ 之資料。 ” 7·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該取得步驟係 包含發送一鄰域發現協定（NDP)信息以取得該第二路由器 的該I P位址。 "" 8·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該更新步驟係 包含在該更新步驟完成後，從該原位路由器發送一認可信 息至該行動節點。 9· 一種用以在複數個行動節點於一網際網路協定（Ip)網路 移動時追蹤該等複數個行動節點的行動—原地資料庫（mhd) 儲存裝置，該MHD儲存裝置屬於一網路位址轉譯路由哭 (NAD)且包含： 口口
第37頁
1272809 六、申請專利範圍 用於儲存由該NAD所服務的各行動節點的資料記錄的裝 置，其具有： 一索引攔位； 一旗標，用以指示該行動節點是否與該NAT相關連； 一位置位址攔位，其包含該行動節點的目前位置位 址；以及 一NAT位址欄位，在該行動節點正在造訪該目前的NAT 時，該NAT位址欄位包含該行動節點的一原位NAT值；以及 該MHD儲存裝置被配置在NAT之内，藉此，當一行動節點 在該網路中移動時，各自的Μ H D儲存裝置貢料記錄係經由 設定一旗標、一位置位址以及一NAT位址而被更新，以反 映該行動節點的該目前位置。
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