Beschreibung
Verfahren, Netzübergangsknoten und Endgerät zur paketorientierten Datenübertragung
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 .
Bei Version 6 des Internet Protokolls (IPvβ) werden 16 ByteIP Adressen verwendet. Davon werden gemäß RFC 3513 der IETF die letzten 8 Byte als sogenannte "Interface ID" (Schnittstellenidentifikationsnummern) zur Unterscheidung von Netz- knoten 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 ermög- licht. In IPvβ 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 ""Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6" (DHCPv6) , RFC 3315.
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 transpor- tiert werden. In diesem Fall wird jedem PDP Kontext ein eigenes IPvδ 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 IPvδ Endgerät mit dem Inter- net. Die mobilen IPvδ Endgeräte nutzen IPv6 Adressenautokon- figuration gemäß RFC 2462 oder RFC 3315 zur Auswahl ihrer IPvδ 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 Unterschei- d ng 8 Byte reserviert sind.
Es ist damit zu rechnen, dass sehr viele mobile Endgeräte von 3GPP Mobilfunknetzen unterstützt werden müssen, wobei für fast jedes mobile IPvδ Endgerät ein eigener PDP Kontext und somit ein eigenes IPvδ 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 4Byte IPvδ 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 kür- zerer Präfix und nicht wie im Beispiel ein 32 bit Präfix zugewiesen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einen Ressour- cenengpass von PDP Kontexten durch eine limitierte Zahl von IPvδ 8 Byte Subnetz-Präfixen zu vermeiden.
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 .
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 Schnittstel- lenidentifikationsnummer ausgewählt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Netzübergangsknoten sowie einem Endgerät, die mit Mitteln zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens ausgestaltet sind.
Die Erfindung ist auch bei anderen Szenarien anwendbar, wo viele IPvδ Subnetze, die die IPvδ 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.
Vorzugsweise werden mit der Erfindungen folgende Probleme gelöst:
Problem 1: Zwei IPvδ Endgeräte dürfen nicht die selbe Interface ID zur Bildung und somit die selbe IPvδ Adresse nützen.
Problem 2: Der GGSN muss empfangene Pakete an den richtigen PDP Kontext weiter leiten.
Problem 3: Ein Transport von Paketen zwischen mobilen IPvδ Endgeräten in verschiedenen PDP Kontexten mit dem selben Subnetz Präfix muss möglich sein.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen, anhand einer Zeichnung erläuterten Aus- führungsformen.
Die Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine schematisch dargestellte typische Netzkonfigura- tion,
Figur 2 schematisch ein Meldungsablaufdiagramm im Falle der genannten "Stateless Adress Autoconfiguration" und
Figur 3 schematisch ein Meldungsablaufdiagramm im Falle der genannten "Statefull Adress Autoconfiguration".
Figur 1 zeigt die eingangs beschriebene Netzkonfiguration. Gemäß dem Stand der Technik werden die mobile IPvδ 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 IPvδ Pakete transportiert . Der GGSN verbindet die PDP Kontexte mit einem
IPvδ Netz. Oft ist dem GGSN ein so genannter "Edge Router" vorgeschalten. Die mobilen IPvδ Endgeräte nutzen IPvδ Adres- senautokonfiguration gemäß RFC 2462 oder RFC 3315 zur Auswahl ihrer IPvδ Adressen. Im Falle der Statefull Address Au- toconfiguration gemäß RFC 3315 wird typischerweise ein externer DHCP Server verwendet.
Erfindungsgemäß wird derselbe 8 Byte IPvδ Subnet Präfix mehren PDP Kontexten zugewiesen. Entsprechend befinden sich die Endgeräte A, B und C alle im IPvδ Subnetz 1, und ihre globale IPvδ Addresse setzt sich jeweils aus dem IPvδ Subnet Präfix 1 und einer individuellen Schnittstellenidentifikationsnummer (Interface ID A, Interface ID B, Interface ID C) zusammen.
Die in den Figuren 2 und 3 mit einer "Klammer" versehenen Meldungsabläufe können optional und alternativ ablaufen.
Figur 2 stellt einen typischen Ablauf der Kommunikation bei der Stateless Address Autoconfiguration dar. Die Netzkonfiguration entspricht Figur 1, wobei kein DHCP Server verwendet wird. Das mobile Endgerät A beginnt die Kommunikation durch das Aktivieren des PDP Kontextes A (Figur 2, Schritt 1.) . Der GGSN entscheidet in seiner Antwortnachricht, dass die Stateless Address Autoconfiguration verwendet wird (Figur 2, Schritt 3.). Im Weiteren sind folgende Abläufe dargestellt: - Die optionalen Neighbor Discovery (Figur 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 (Figur 2, Schritte 6. bis 8.) - Das Endgerät A empfängt ein IP Nutzpaket von einem beliebigen Empfänger (Figur 2, Schritte 9. bis 11.) Das Endgerät A sendet ein IP Nutzpaket das Endgerät B im selben Subnetz 1 (Figur 2, Schritte 12. bis 16.)
Das Endgerät A beendet die Kommunikation durch Löschen des PDP Kontextes A (Figur 2, Schritte 17. bis 19.)
Figur 3 stellt einen typischen Ablauf der Kommunikation bei der Statefull Address Autoconfiguration dar. Die Netzkonfiguration entspricht Figur 1, wobei der DHCP Server verwendet wird. Das mobile Endgerät A beginnt die Kommunikation durch das Aktivieren des PDP Kontextes A (Figur 3, Schritt 1.). Der GGSN entscheidet in seiner Antwortnachricht, dass die State- füll Address Autoconfiguration verwendet wird (Figur 3,
Schritt 2.) . Im Weiteren sind folgende Abläufe dargestellt: Die Statefull Address Autoconfiguration der globalen IPv6 Addresse des Endgerätes A mittels DHCP (Figur 3, Schritte 3. bis 12.) - Das Endgerät A empfängt ein IP Nutzpaket von einem beliebigen Empfänger (Figur 3, Schritte 13. bis 15.) - Das Endgerät A sendet ein IP Nutzpaket das Endgerät B im selben Subnetz 1 (Figur 3, Schritte 16. bis 20.) Das Endgerät A beendet die Kommunikation durch Löschen des PDP Kontextes A (Figur 3, Schritte 21. bis 23.)
Die Lösungen zu den oben dargestellten Problemen werden anhand der Figuren im folgenden genauer beschrieben:
Lösung zu Problem 1:
Stateless Address Autoconfiguration (Figur 2)
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 (Figur 2, Schritt 2., 5., 7.). Auch die Liste aller Interface IDs enthält vorzugsweise Informationen über den zugehörigen PDP Kontex .
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 Signali- sierung mit (Figur 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 Figur 2 dargestellt) .
Der GGSN kann gemäß RFC 2462 auch aus speziellen so genannten "Neighbor Solicitation Messages" (Figur 2, Schritt 4.) über verwendete Interface IDs lernen. Ebenso enthält die so genannte Source IP Adresse im IP Header von vom mobilen Ipvδ Endgerät gesendeten Paketen die Interface ID (Figur 2, Schritt 6.). Der GGSN speichert auch verwendete Interface IDs ab, über die er auf diese beiden Arten erfährt.
Wenn der PDP Kontext gelöscht wird, entfernt der GGSN die entsprechenden Interface IDs wieder aus der Liste (Figur 2, Schritt 17., 18., 19.) .
Gemäß TS 29.061 weist der GGSN beim Aktivieren des PDP Kontextes mit Hilfe der dabei verwendeten Signalisierung dem mobilen IPvδ Endgerät eine Interface ID zu, die das mobile IPvδ
Endgerät aber nur zur Bildung einer so genannten link-local IPvδ Adresse, aber nicht notwendigerweise auch zur Bildung einer globalen IPvδ Adresse nützen muss (Figur 2, Schritt 3.) .
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 Ab- wärtskompatibilität zu gewährleisten, gibt das mobile IPv6 vorzugsweise in dem so genannten PDP Activate Request (Figur 2, Schritt 1.) an, ob es die vom GGSN bereitgestellte Interface ID im Falle der Stateless Adress Autoconfiguration auch zur Bildung der globalen IPvδ Adresse verwenden wird. Andern- falls verwendet der GGSN ein eignes IPvδ Subnetz für den entsprechenden PDP Kontext.
Um Fehlverhalten auszuschließen, und auch für den Fall, dass die Änderung in der Spezifikation nicht möglich ist, über-' prüft der GGSN beim Erhalt einer Neighbor Solicitation Message zur sogenannten "Duplicate Address Detection" gemäß RFC 2462 (Figur 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. 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 64bit Adressraums der Interface IDs sind solche Kollisionen sehr unwahrscheinlich.
Statefull Address Autoconfiguration (Figur 3)
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 (Figur 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 (Figur 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 Figur 1 und 3 ist ein externer DHCP Server dargestellt) .
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.
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 (Figur 3, Schritt 3. , 7. ) in DHCP Relay Forward Nachrichten und schickt diese Nachrichten an den DHCP Server (Figur 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 IPvδ Endgerät in eine DHCP Relay Backward Nachrichten enkapsuliert (Figur 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 (Figur 3, Schritt 6., 12.). Erfindungsgemäß entnimmt der GGSN der DHCP Reply Message die zugewiesene IP Adresse und speichert die darin enthaltene Interface ID ab (Figur 3, Schritt 11) .
Wenn der PDP Kontext gelöscht wird, entfernt der GGSN die entsprechenden Interface IDs wieder aus der Liste. (Figur 3, Schritt 21. bis 23.)
Lösung zu Problem 2 :
Der GGSN speichert erfindungsgemäß die in einem gegebenen PDP Kontext verwendeten Interface IDs oder vollständigen IPv6 Adressen ab. Beim Empfang eines IPvδ Nutzpakets betrachtet der GGSN neben dem Subnetz Präfix auch die Interface ID der vollständige IPvδ Zieladresse, um den PDP Kontext auszuwählen, in dem er das Nutzpaket weiterreicht (Figur 2, Schritt 10., 15., sowie Figur 3, Schritt 14., 19.). Für die Stateless Adress Autoconfiguration wurde bereits be- schrieben, wie der GGSN die verwendeten Interface IDs feststellt und speichert (Figur 2, Schritt 2., 5., 7.). Für die Stateful Adress Autoconfiguration entnimmt der GGSN die zugewiesene IPvδ Adresse der DHCP Antwort (Figur 3, Schritt 11) .
Lösung zu Problem 3:
Der PDP Kontext stellt eine Punkt-zu-Punkt Verbindung dar. Deswegen' sendet das mobile IPvδ Endgerät alle Pakete an den
GGSN, selbst wenn das Ziel der Pakete eine IP Adresse mit dem selben Netzwerk Präfix ist (Figur 2, Schritt 12. sowie Figur 3, Schritt 16.). Da der PDP Kontext als Punkt-zu-Punkt Verbindung auch keine Adressen auf der Transportebene unterhalb IP vorsieht, wird das mobile IPvδ Endgerät keine Address Resolution gemäß RFC 2461 betreiben.
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 IPvδ Paketen innerhalb eines PDP Kontextes, ob die Pakete an eine IPvδ global eindeutige Zieladresse mit der selben Subnetz Präfix gerichtet sind, und reicht die Pakete gegebenenfalls weiter (nicht in Figur 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 (Figur 2, Schritt 13. sowie Figur 3, Schritt 17.). Sollten die Pakete an eine IPvδ Zieladresse im selben Subnetz gerichtet sein, sendet sie der Edge Router zurück an den GGSN (Figur 2, Schritt 14. sowie Figur 3, Schritt 18.). Der GGSN verwendet die unter 2. beschriebenen Mechanismen, um den PDP Kontext auszuwählen Figur 2, Schritt 15. sowie Figur 3, Schritt 19.).