多地址空间移动网络架构、主机信息注册及数据发送方法

专利名称：多地址空间移动网络架构、主机信息注册及数据发送方法
技术领域：
本发明涉及移动互联网协议(IP):技术，特别涉及一种多地址空间移动 网络架构、主机信息注册方法以及数据发送方法。
背景技术：
节点标识(Node ID)网络架构是面向下一代互联网的网络协议体系。 这种网络架构中引入了位置标识域(LD， Locator domain )，用于标识采用 独立地址空间的网络，如IPV4, IPV6等。Node ID采用树型组网结构，Node ID网络架构中存在一个静态的核心网(CN, Core Network)和多个可移动 的边缘网(EN， edge network) 。 EN可以直接连接到CN上，也可以通过 其它EN间接地连接到CN上。连接不同EN的边界路由器称为边缘边界路 由器(ER, edge router)，连接CN和EN的边界路由器称为核心边界路由 器(CER， core edge router)。网络架构中的CN和各个EN采用独立的地址 空间，这些采用独立地址空间的网络用LD标识。
CER下联的EN的集合统称为edge tree, CER用于向edge tree发布缺 省路由。加入到EN的主机首先沿着到达CER的缺省路由发送注册消息， 该注册消息中包含该主机的HI和主机位置信息(host locator ) ， host locator 是主机在当前LD中的位置信息；CER保存HI与host locator的映射关系， 这样CER就知道如何到达它下联的edge tree内的主机了 。 CN中有 一个DHT 系统，用于存储CER ID与CER ID在CN中的位置信息(CER locator)的 映射关系。
图1为现有技术NodeID网络架构的系统示意图，其包括一个CN和三 个EN，该CN的位置标识域为LD1，三个EN的位置标识i或分别为LD2、
LD3和LD4,其中LD2和LD3分别通过NR2和NR3与CN连接，LD4通 过NR4与LD2相连，因此NR2和NR3属于CER, NR4属于ER。 在Node ID架构中，数据转发过程具体包括
源主机通过域名服务器(DNS， Domain Name Server )查找目的主机对 应的HI和CER ID ， DNS中存储有主机名称(host name ) 、 HI以及CER ID 的映射关系。以下为了区分源主机和目的主机对应的两个CER，将源主^/L对 应的CER称作入口 CER (Ingress CER),目的主机对应的CER称作出口 CER ( Egress CER)。源主机沿着到达CN的缺省路由发送数据报文给入口 CER，该报文中携带目的主机的HI以及出口 CER的CER ID;入口 CER收 到来自源主机的数据报文后，通过CN中的分布式哈希表(DHT， Distributed Hash Table )查找出口 CER的CER ID对应的位置标识(Locator);通过查 找到的Locator将接收到的报文发送给出口 CER,之后由出口 CER再转发 给目的主机。
由以上描述可见，现有技术的Node ID架构中，host name、 HI以及CER ID都注册在DNS上，当主机在LD之间快速切换时，需要到DNS上重新注 册切换后的host name、 HI以及CER ID的映射关系；当要向该主机发送数 据时，需要采用DNS递归查询方法从DNS中查询该主机所在LD的CERID。 这种方法中主机首先到本地DNS中查询，如果没有查找到对应条目，那么 将向上一级DNS查询，如果还没有，继续往上一级查询，直到到达ROOT DNS为止，这种查询方法的效率较低。因此，当主机所在LD动态快速更新 时，现有技术的主机注册信息的更新和查询效率都比较低。
此外，Node ID架构中的ER需要保存自身所连接的LD内所有主机的 HI和主机位置信息(host locator)的映射关系，CER需要保存它所连接的 edge tree内所有主机的HI和host locator的映射关系，当LD或者edge tree 内存在大量主机的情况下，CER和ER的路由表容量可能形成瓶颈。因此， 现有Node ID网络架构的可扩展性较差。

发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种主机信息注册方法，显著提高主机 注册信息的更新效率。
本发明实施例还提供了一种数据发送方法，显著提高目的主机注册信息 的查询效率。
本发明实施例还提供了一种实现上述主机信息注册方法和数据发送方 法的多地址空间移动网络架构。
本发明实施例提供的主机信息注册方法，包括
主机获取当前所加入的EN内可路由的主才几位置信息以及该EN中的 CER的信息；
所述主机通过所述EN中的CER向CN发送注册信息，该注册信息包括 主机的HI、主机位置信息以及所述EN内的一个或多个CER的CER ID。 本发明实施例提供的数据发送方法，包括
当源主机需要向目的主机发送数据报文时，根据目的主机的HI，经过 自身所在EN的入口 CER到CN中查找目的主机HI对应的CER ID以及主 机位置信息；
所述源主机向所述入口 CER发送数据报文，该数据才艮文中携带目的主 机HI对应的出口 CER的CER ID以及主机位置信息；
所述入口 CER接收所述数据报文，根据该数据报文中携带的出口 CER 的CER ID在所述CN中查找该出口 CER的位置信息；才艮据查找到的出口 CER的位置信息向所述出口 CER转发接收到的数据报文；
所述出口 CER接收所迷数据报文，采用该数据报文中携带的主机位置 信息向所述目的主机转发该数据报文。
本发明实施例提供的多地址空间移动网络架构，包括
核心网CN和边缘网EN,其特征在于，所述CN和EN采用独立的地址 空间，所述EN通过核心边界路由器CER与所述CN相连， 所述CN中设置了分布式哈希表DHT,用于接收主4几通过CER发送的 注册信息，存储或更新主才几标识HI与CER标识CER ID以及主才几位置信息 的映射关系；存储或更新CER ID与CER在所述CN中的-f立置信息的映射 关系；
所述CER，用于向自身所连接的EN通告到达所述CN的缺省路由；将 来自主机的注册信息转发给所述DHT;接收来自主机的查询消息，根据该 查询消息到所述DHT进行查询，将查询结果返回给相应主才几。
本发明实施例通过将host name与HI的映射关系，和HI与CER ID以 及host locator的映射关系分別存储到DNS和CN的DHT中，使得主机在发 生LD切换或者在LD内部发生移动时，只需要到DHT上更新HI对应的CER ID和host Locator,因此提高了主机注册信息的更新效率。同时，其它已知 目的主机的HI的源主机向目的主机发送数据报文时，只需要到DHT上查询 该目的主机的HI对应的CER ID和host locator即可。因此，本发明实施例 提供的数据发送方法中，HI到CER ID和host locator的映射关系的查询效 率得到提高。
本发明实施例提供的多地址空间移动阿络架构中，CN包括的DHT不 仅可以用于接收主机通过CER发送的注册信息，存储或更新主机标识HI与 CER标识CER ID以及主才几位置信息的映射关系；还可以用于存4诸或更新 CER ID与CER在CN中的位置信息的映射关系。因此本发明实施例提供的 网络架构和核心网可以实现上述的主机信息注册方法和数据发送方法。


图1为现有技术Node ID网络架构的系统示意图2为本发明多地址空间移动网络架构实施例的示意图3为本发明主机信息注册方法实施例的流程图4为本发明数据发送方法实施例的流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合实施 例和附图，对本发明做进一步地详细说明。
本发明实施例中，将host name与HI的映射关系，和HI与CER ID以 及host locator的映射关系分开存储，host name与HI的映射关系是静态的， 相对稳定的,可以采用DNS存储和查询；由于主机移动性导致HI与CERID 以及Host Locator的映射关系是动态变化的，因此这个映射关系可以采用 DHT的方式进行存储和查询。
采用这种分开存储的方式，使得主机在发生LD切换或者在LD内部发 生移动时，只需要到DHT上更新HI对应的CER ID和host Locator。同时， 其它已知目的主机的HI的源主机向目的主机发送数据4艮文时，只需要到 DHT上查询该目的主机的HI对应的CER ID和host locator即可。因此，本 发明实施例中，HI到CER ID和host locator的映射关系的更新和查询效率 得到提高。
本发明实施例中提供的多地址空间移动网络架构采用两级结构，网络 中存在一个CN和多个EN。所有EN通过CER直接连接到CN上，并且连 接EN的CER必须可以唯一标识该EN。 CN和每一个EN采用独立的地址 空间，这些独立地址空间可以相同，也可以不同。
一个EN可以通过一个或多个CER连接到CN上。网症各架构中的CN和 EN可以分别采用不同的地址空间。
如果一个CER只有一个CERID,那么这个CER只能连接一个EN;如 果一个物理CER可以划分为多个逻辑的CER,各个逻辑CER的CER ID不 同，则该物理CER可以连4妄多个EN，该EN的。舉一性通过逻辑CER的CER ID标识，即 一个CER ID只能对应 一个EN。
该网络架构的CN中设置了 DHT，该DHT用于接收主才几通过CER发送 的注册信息，存储或更新主才几标识HI与CER标识CER ID以及主才几位置信
息的映射关系；存储或更新CER ID与CER在CN中的4立置信息的映射关 系；
连接EN和CN的CER,用于向自身所连接的EN通告到达CN的缺省 路由；将来自主机的注册信息转发给DHT;接收来自主机的查询消息，根 据该查询消息到DHT进行查询，将查询结果返回给相应主才几。
图2为本发明多地址空间移动网络架构实施例的示意图。该架构包括 一个CN和三个EN,这四个网络分别采用不同的地址空间。CN用LDl标 识，三个EN分别用LD2、 LD3和LD4标识。三个EN分别通过NR1、 NR2 和NR3与CN连接，NR1、 NR2和NR3均为CER。
CN中包括DNS以及两个DHT系统， 一个为HostDHT,另 一个为CER DHT。其中，DNS的功能和组织方式与现有技术相同，这里不再赘述。
Host DHT,用于存储HI与CER ID以及host locator的映射关系，接收 主机通过CER发送的注册信息，根据接收到的注册信息更新存储的HI与 CER ID以及host locator的映射关系；
CER DHT,用于存储CER ID与CER locator的映射关系；
架构中的每一个CER,用于向它所连接的EN中通告到达CN的缺省路 由，该缺省路由信息中包含了该CER的CER ID以及该CER在所连接的EN 中的locator信息。这样，CER所连接的EN中的所有i 各由器就可以获知该 EN内的CER的信息了 。
这里所述的CER在所连接的EN中的Locator信息指CER在EN中可到 达的locator。因为架构中每一个CER连接了 EN和CN,在EN和CN中的 locator是不一样的，比如CN采用IPV4地址空间，EN采用IPV6地址空间， 那么CER在CN中的locator是一个在CN中可达的IPV4地址，在EN中的 locator是一个在EN中可达的IPV6地址。
架构中的每一个CER还用于接收来自主机的注册信息，将其转发给CN 中的host DHT;接收来自主机的查询消息，根据该查询消息到CN中的host DHT进4亍查询，将查询结果返回给相应主才几。
为了能够在EN与CN连接中断的情况下，仍然保i正EN内主机之间的 正常通信，架构中的CER还可以进一步包括
信息保存^t块，用于在该CER连接的EN和CN的连4妄中断时，保存接 收到的注册信息，该注册信息中携带了 HI到CER ID和host locator的映射
关系；
信息查询模块，用于接收到来自主机的查询消息，根据该查询消息对信
息保存模块保存的注册信息进行检索，并向对应主机返回索结果。
另外一种能够在EN与CN连接中断的情况下，仍然保证EN内主机之 间的正常通信的方式为进一步在网络架构中的每个EN中设置EN host DHT，用于存4渚或更新EN本地主机的HI与host locator以及CER ID的映 射关系。在EN中设置ENhostDHT可以用于EN内部主机之间的通信需要， 特别是，可以在EN与CN连接中断时，用于EN内部主机之间的通信需要。 由以上描述可见，架构中的CER不需要保存自身所连接的edge tree内 所有主机HI和Locator的映射关系，或者只是在CN和EN的连接中断时， 才用于保存接收到的注册信息，因此本发明实施例提供的这种网络架构与现 有技术的网络架构相比具有更好的可扩展性。
本发明实施例还提供了一种主机信息注册方法，包括 主机获取当前所加入的EN内可路由的主机位置信息以及该EN中的 CER的信息；该主机通过当前所加入的EN中的CER向CN发送注册信息， 该注册信息包括主机的HI、主机位置信息以及所述EN内的一个或多个CER 的CER ID 。
图3为本发明主机信息注册方法实施例的流程图，该流程包括
步骤301 ，主机力。入到EN之后，首先获取该EN内可3各由的host locator
以及该EN中的CER的信息。
本步骤中，主机获取该EN内可路由的host locator的方式可以为通过
动态主才几配置协议(DHCP)方式动态获取IP地址，或者通过IPv6的无状
态地址自动配置方式生成IPv6地址。主才几获取该EN内的CER的信息的方
式可以为该EN内的缺省网关路由器的DHCP中继(DHCP relay)将该 EN内的CER的信息添加在DHCP的扩展选项(option )中发送给主机，或 者将该EN内的CER的信息通过缺省网关路由器的IPv6路由器通告(IPv6 Router Advertisement)信息发送给主才几。
EN中的CER的信息包括CER ID以及CER在该EN中的位置信息以 及一些其它信息，比如CER到路由器的距离等。这些信息由EN中的路由 器从CER发布的到达CN的路由信息中提取，并通知给主才几。
步骤302,主机通过自身所在EN中的一个CER向HostDHT发送注册 信息，该注册信息包括主冲几的HI、 host Locator以及主才几所在EN内的一个 或多个CER的CERID。
本步骤中，主机将注册信息发送到EN中的一个CER,然后由这个CER 代理将接收到的注册信息注册到CN中的HostDHT。
注册信息中携带的主机所在EN内的CER的CER ID至少为该EN内的 一个CER的CER ID,也可以为该EN内所有CER的CER ID,或者为该 EN内的部分CER的CER ID。
当主^L确定发生LD切换或在LD内移动时，通过当前所在LD的CER 向CN中的host DHT重新注册新的CER ID和host Locator,同时还通知正 在通信的对端主机它目前的CER ID和host Locator,以保证移动过程中会话 不被中断。
如果在网络架构中的每一个EN中设置了 EN host DHT,则当EN和CN 之间的连接中断，则主机加入到该EN后，向该EN内的EN host DHT发送 注册信息，该注册信息包括主机的HI、 host Locator以及主机所在EN的 所有CER的CER ID。当主机在EN内移动时，该主机重新向所在EN中的 EN host DHT注册新的HI和CER ID以及host Locator的映射关系。
当EN发生网络移动，即EN中的CER通过CN的其它位置与CN连接， 则该CER在CN中的locator,即CER locator,将发生改变，在这种情况下， 发生移动的EN中的主机不需要重新注册位置信息，只需要该CER到CERDHT上注册CER ID和最新的CER Locator即可，也就是说EN网络移动对 于主机而言是透明的。
本发明实施例还提供了一种数据发送方法，包括
源主机根据目的主机的HI,经过自身所在EN中的入口 CER到CN中 查找目的主机对应的CER ID以及主机位置信息；源主机向入口 CER发送数 据报文；入口 CER接收来自源主机的数据报文，根据该数据报文中携带的 CER ID在CN中查找连接目的主机所在EN的出口 CER的位置信息；根据 查找到的出口 CER的位置信息向出口 CER转发接收到的数据报文；出口 CER接收来自入口 CER的数据报文，采用该数据报文中携带的主机位置信 息向目的主机转发该数据报文。
在源主机向入口 CER发送数据报文前，该方法还可以进一步包括源 主机判断自身的CER ID和查找到的目的主机的CER ID是否相同，如果相 同，源主机直接采用查找到的目的主机的主机位置信息向目的主机发送数据 报文；否则，源主机向入口 CER发送数据报文，执行后续的数据报文转发 过程。
图4为本发明数据发送方法实施例的流程图，该流程包括
步骤401,在源主机需要向目的主机发送数据报文时，源主机首先通过 DNS查找目的主机的host name对应的HI。
这里，源主机通过DNS查找目的主机的host name对应的HI时，具体 的实现过程可能是源主机通过自身所在LD内的DNS查找，也可能是源主 机经过CER中继到CN中的DNS进行查找。
步骤402,源主机经过自身所在EN中的入口 CER代理到CN中的Host DHT,查找目的主机的HI对应的CER ID以及host locator。
本步骤中，由于EN和CN采用不同的地址空间，CN中的DHT采用 CN的地址空间，EN中的主才几采用EN的地址空间，所以EN中的主机无法 直接访问DHT,必须由CER来中继，具体可以包括CER接收来自源主机 的查询消息，根据该查询消息到CN中的Host DHT进行查找，并将查询结
果返回纟合源主才几。
步骤403，源主机首先判断自己的CER ID和目的主机的CER ID是否 相同，即源主机和目的主机是否处于同一个EN,如果是，则执行步骤404; 否则，执行步骤405。
步骤404,源主机直接采用查找到的目的主机的host locator向目的主机
发送数据报文。
步骤405，源主机向入口 CER发送数据报文，该数据报文中携带目的 主机对应的HI、 CER ID以及host locator。
步骤406,入口 CER收到来自源主机的数据报文之后，在CN中的CER DHT上查找出口 CER对应的CER locator,之后采用查找到的CER Locator 向出口 CER转发接收到的数据报文。
步骤407,出口 CER收到来自入口 CER的数据报文之后，采用数据报 文中携带的目的主机的host locator向目的主机转发该数据报文。
由于host DHT存在于CN中，所以EN中的主才几进4亍信息注册和查询 时都需要EN的CER进行代理。当EN与CN的连接中断，注册消息就被保 存在CER上。源主机发送的查询消息到达CER之后，CER对自身保存的映 射信息进行检索，获取目的主机的host locator ，并返回给源主机；源主机根 据接收到的目的主机的host locator向目的主机发送数据报文。这样在EN与 CN的连接中断情况下，EN内部的主机仍然可以保持通信。
如果在网络架构中的每一个EN中设置了 ENhostDHT，则当EN和CN 之间的连接中断时，该EN内的源主机需要向该EN内的目的主机发送数据 报文时，从EN内的EN host DHT查询目的主机HI对应的host locator,通 过查找到的host locator向目的主机发送数据报文。
由以上描述可知，本发明实施例通过将host name与HI的映射关系， 和HI与CER ID以及host locator的映射关系分别存储到DNS和CN的DHT 中，使得主机注册信息的更新和查询效率得到显著的提高。另外，本发明实 施例中，HI与Locator的映射关系由CN中的Host DHT系统维护，不需要
CER进行维护，因此可以提高整个网络架构的可扩展性。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的 保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种多地址空间移动网络架构，包括核心网CN和边缘网EN，其特征在于，所述CN和EN采用独立的地址空间，所述EN通过核心边界路由器CER与所述CN相连，所述CN中设置了分布式哈希表DHT，用于接收主机通过CER发送的注册信息，存储或更新主机标识HI与CER标识CER ID以及主机位置信息的映射关系；存储或更新CER ID与CER在所述CN中的位置信息的映射关系；所述CER，用于向自身所连接的EN通告到达所述CN的缺省路由；将来自主机的注册信息转发给所述DHT；接收来自主机的查询消息，根据该查询消息到所述DHT进行查询，将查询结果返回给相应主机。
2、 如权利要求1所述的网络架构，其特征在于，所述DHT由Host DHT 和CERDHT构成，其中所述HostDHT，用于接收主机通过CER发送的注册信息，存储或更新 HI与CER ID以及主机位置信息的映射关系；所述CER DHT,用于存储或更新CER ID与CER在所述CN中的位置 信息的映射关系。
3、 如权利要求l或2所述的网络架构，其特征在于，所述CER进一步 包括信息保存模块，用于在所述CER连接的EN和CN的连接中断时，保存 接收到的注册信息；信息查询模块，用于接收到来自主机的查询消息，根据该查询消息对所 述信息保存模块保存的注册信息进行检索，并向对应主机返回检索结果。
4、 如权利要求1或2所述的网络架构，其特征在于，所述网络架构中 的每个EN中设置有EN host DHT，用于存储或更新所述EN本地主机的HI 与主机位置信息以及CER ID的映射关系。
5、 一种主机信息注册方法，其特征在于，包括主机获取当前所加入的EN内可路由的主机位置信息以及该EN中的 CER的信息；所述主才几通过所述EN中的CER向CN发送注册信息，该注册信息包括 主机的HI、主机位置信息以及所述EN内的一个或多个CER的CERID。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述可路由的主机位 置信息的方式为所述主机通过动态主机配置协议DHCP方式动态获取IP 地址或者通过IPv6的无状态地址自动配置方式生成IPv6地址。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述CER的信息的方 式为所述EN内的缺省网关路由器的DHCP中继将该所述CER的信息添 加在DHCP的扩展选项中发送给所述主机；或者通过缺省网关路由器的IPv6路由器通告信息将所述CER的信息发 送纟合所述主才几。
8、 如权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括 当所述主机确定自身发生移动时，通过当前所在EN的CER向CN重新注册新的HI和CER ID以及主机位置信息的映射关系；将自身目前的CER ID 和主机位置信息通知正在通信的对端主机。
9、 如权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，如果网络架构 中的EN中设置了 EN host DHT,则该方法进一步包括当所述EN和CN 之间的连接中断时，加入到所述EN的主机向该EN内的EN host DHT发送 注册信息；当所述EN内的主才几在EN内移动时，所述主机重新向所在EN中的EN host DHT注册新的HI和CER ID以及主才几位置4言息的映射关系。
10、 一种数据发送方法，其特征在于，包括当源主机需要向目的主机发送数据报文时，根据目的主机的HI，经过 自身所在EN的入口 CER到CN中查找目的主机HI对应的CER ID以及主 机位置信息；所述源主机向所述入口 CER发送数据报文，该数据报文中携带目的主 机HI对应的出口 CER的CER ID以及主机位置信息；所述入口 CER接收所述数据报文，根据该数据报文中携带的出口 CER 的CER ID在所述CN中查找该出口 CER的位置信息；才艮据查找到的出口 CER的位置信息向所述出口 CER转发接收到的数据报文；所述出口 CER接收所述数据报文，采用该数据报文中携带的主机位置 信息向所述目的主机转发该数据报文。
11、 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述源主机向所述入口 CER发送数据报文前，该方法进一步包括所述源主机判断自身HI对应的 CERID和查找到的目的主机HI应对的CERID是否相同，如果相同，所述 源主机直接采用查找到的目的主机的主机位置信息向目的主机发送数据报 文；否则，所述源主机向所述入口 CER发送数据报文，执行后续的数据报 文转发过程。
12、 如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，当EN与CN的连 接中断，加入EN的主机的注册消息被保存在该EN对应的CER上时，该方 法进一步包括所述EN内的源主机需要向该EN内的目的主机发送数据报 文时，向所述EN对应的CER发送查询消息，所述CER对自身保存的映射 信息进行检索，获取目的主机的主机位置信息，并返回给所述源主机；所述源主机根据接收到的目的主机的主机位置信息向所述目的主机发 送数据报文。
13、 如权利要求IO或11所述的方法，其特征在于，当EN与CN的连 接中断，加入EN的主机的注册消息4皮保存在所述EN中的EN host DHT内 时，该方法进一步包括所述EN内的源主机需要向该EN内的目的主机发送数据报文时，从所 述EN内的EN host DHT查询目的主机HI对应的主机位置信息，通过查找 到的主机位置信息向所述目的主机发送数据报文。
全文摘要
本发明实施例公开了一种多地址空间移动网络架构，其中EN通过CER与CN相连，CN中设置的DHT不仅用于存储或更新CER ID与CER在CN中的位置信息的映射关系；还用于接收主机通过CER发送的注册信息，存储或更新主机标识HI与CER标识CER ID以及主机位置信息的映射关系。本发明实施例还公开了一种主机信息注册方法，包括主机获取当前所加入的EN内可路由的主机位置信息以及该EN中的CER的信息；主机通过所述EN中的CER向CN发送注册信息。同时又公开了一种数据发送方法。利用本发明实施例提供的网络架构和方法可以提高主机注册信息的更新和查询效率。
文档编号H04L12/56GK101350807SQ20071012998
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者徐小虎 申请人:华为技术有限公司