CN1126347C - 使用移动ip数据的移动终接l2tp - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例，使用第2层虚拟通道，移动IP捆绑信息可用于传送移动终接分组。当一个本地网为一个移动节点接收预定给该移动节点的终接分组时，移动IP捆绑用于获取该移动节点接入的一个外部网的地址。在本地网与外部网之间建立一个第2层虚拟通道协议，并且从本地网到外部网进行一个呼出L2TP呼叫。从外部网到该移动节点进行一个呼叫，并且，通过本地网与外部网之间的第2层虚拟通道协议虚拟通道，在本地网与移动节点之间可以建立一个PPP会话。在建立PPP会话之后，本地网可任意地分配给移动节点一个专用IP地址，并且把标记该终接分组的本地IP地址转换为专用IP地址。

Description

使用移动IP数据的移动终接L2TP
                   发明领域
本发明通常涉及主机和移动节点之间的数据通信，特别是涉及主机和移动节点之间穿过互连网的数据通信。
                   发明背景
互联网协议(IP)，一个连接今天的互联网网的协议，根据IP地址把信息或者数据分组路由到它们的目的地。差不多就像一个非移动电话号码与在一堵墙中的物理插口相关那样，IP地址与一个固定网路位置相关。因此，当使用IP连到互联网上的一个计算机用户改变连接到互联网的计算机位置时，他的有关互联网的计算动作被中断。这是因为连接到互联网的每个新增位置与一个新的网络号码(因此，一个新IP地址)相关。为了恢复互联网计算动作，用户通常必须使他的计算机使用新IP地址进行一个新的互联网连接。
提供IP连接的高便携式无线计算设备正逐渐变得普及。这样的设备例如包括数字蜂窝电话，个人数字助理(PDA)，电子袖珍管理器甚至装备有诸如无线调制解调器或者与蜂窝电话一起的调制解调器之类的接口装置的膝上型计算机。由于各种原因，在移动中的用户可能不得不改变他的接入互联网的计算设备的位置。例如，用户的设备可能移出一个无线通信节点(通过该无线通信节点，接入位置被保持)的范围之外从而计算设备和互联网之间的链路可能丢失，或者与保持该链路相关的长途蜂窝电话和/或漫游费用可能变成禁止的。因此，移动网络的概念正逐渐变得有吸引力。在移动网络中，当用户改变他接入互联网的计算装置的位置时，计算动作不被中断。取而代之的是，所有需要的再连接自动并非交互式地发生以使它对用户来说可以是透明的。
移动IP(RFC 2002)是由互联网工程任务组内的工作组建议的一个标准，其被设计来解决使透明移动性成为可能的问题。移动IP的原理，例如，在Charles E.Perkins的Mobile Networking ThroughMobile IP(通过移动IP的移动网络)(版权所有，电气与电子技术工程师学会，1997年)中被描述，据此参考结合。关于网络的另外的术语和原理，包括点到点协议(PPP)以及第2层虚拟通道协议(L2TP)协议在内，在Charles E.Perkins的Mobile Networking Terminology(移动网络术语)(版权所有，1997年，电气与电子技术工程师学会)、Charles E.Perkins的Nomadicity：How Mobility will Affect theProtocol Stack(Nomadicity：移动性将如何影响协议栈)(版权所有，1997年，电气与电子工程师学会)以及Virtual PrivateNetworking：An Overview(虚拟专用网：概述)(版权所有，1998年Microsoft公司)中被各个描述并定义，据此将所有这些参考结合。
移动IP允许一个移动节点(例如一个用户的无线计算设备)使用两个IP地址来接收数据分组，这两个地址是一个固定的“本地”地址和一个“转交”地址。
本地地址为移动节点指定一个本地网，对于该移动节点的数据可以被发送到其上。本地网例如可以是一个运营者网络(像互联网服务提供者，或者ISP)或者一个企业网。
转交地址指定一个不同的或者″外部的″网络，该移动节点被接入该网络，并且由本地网为该移动节点接收的数据分组可以被转发用于传递到该移动节点。
移动IP需要在本地网内存在一个网络节点，即通常所说的一个″本地代理″，并且还需要在外部网内存在一个网络节点，即通常所说的一个″外部代理″。本地代理是本地网中执行移动IP本地代理功能的一个路由器。外部代理是外部网中执行移动IP外部代理功能的一个路由器。
任何时候该移动节点移动，即，改变它从一个外部网到另外一个外部网的接入位置，它都利用它的本地代理″登记″它新的转交地址。本地代理把移动节点的本地地址与当前转交地址相关联，并且这个信息和登记的一个持续时间(例如，认为该关联有效的一个时间周期)形成移动节点的一个″捆绑″。因此，当该移动节点改变网络时，它利用本地代理进行登记并且该本地代理修改该捆绑以便反映这个新的转交地址。
操作中，不论何时该移动节点不是直接地接入它的本地网(而是因此接入外部网)时，本地代理接收发给该本地地址的并打算送到该移动节点的所有分组。这些分组可以被称为″终接″分组。本地代理把它已收到的终接分组″虚拟通道传输″(tunnel)给外部代理，其最后将它们传送给移动节点。
通常来说，虚拟通道传输是一种使用互连网下部构造来在一个中间网络上把第一网络的数据传送到第二网络的方法。该中间网络可以是与第一和第二网络类型不同的一种类型。要传送的数据(或者″有效载荷″)可以是另外一个协议帧(或者分组)。代替在源节点产生一个帧时发送该帧，虚拟通道协议把该帧封装到一个附加报头中。该附加报头提供路由信息所以被封装的有效载荷可以穿过中间网络。然后通过中间网络或者互连网在虚拟通道端点之间路由被封装的有效载荷。被封装的分组通过它穿过互连网或者中间网络的路径被称作一个″虚拟通道″。一旦被封装的有效载荷到达它们在互连网上的目的地时，该有效载荷被解封装并被转送到它们在第二网络中的最终目的地。虚拟通道传输包括封装、传送以及解封装的整个过程。
在移动IP中为了来虚拟通道传输本地网和外部网之间的终接分组，本地代理修改每个终接分组以使转交地址作为终接分组的目的地IP地址出现。此修改可以理解为一个分组转换，或者更明确地理解为一个″改发″。在移动IP中，通过构造一个新的IP报头(其包含作为目的地IP地址的移动节点的转交地址)，本地代理把每个终接分组从本地网改发到转交地址。这个新的报头然后屏蔽或者封装包括原始IP报头在内的原始终接分组，以使在原始IP报头中的该移动节点的本地地址将不影响被封装分组的路由直到它到达转交地址为止。
当在转交地址(例如，移动节点所连接的外部网)处接收由本地代理发送的封装终接分组时，在外部网处的外部代理剥去包含转交地址的报头，从而解封装该终接分组，并且将该终接分组(在它的报头中具有本地地址)转发给该移动节点。本地地址确保终接分组将由TCP正确地处理或者无论什么更高级的协议从移动节点的IP(层3)处理层逻辑上接收它。必须由所有移动性代理使用移动IP来支持的缺省封装机制是如上所述的IP内IP，它为第3层虚拟通道。
在移动IP中，如上所述，打算送到移动节点的一个数据分组去向本地代理然后在它到达移动节点之前通过一个虚拟通道转到外部代理。可是，移动节点可以把分组直接地发送给通信者节点而不必虚拟通道传输。通过术语″三角形路由″获得这种不对称性，在此，三角形的单个支线从移动节点到达通信者节点，并且本地代理形成第三峰顶(vertex)，其控制从通信者节点流向该移动节点的数据所采取的路径。
总的来说，移动IP提供一种从主机到移动节点的第3层虚拟通道的方法。移动IP使用三角形路由以便终接到一个移动节点的所有分组首先被路由到本地代理，该本地代理保持了移动节点的IP地址与该移动节点所接入的外部代理的地址之间的一种捆绑的数据库。当该移动节点改变网络时，这种捆绑被更新到一个新的外部主机地址。为了把一个终接分组路由到该移动节点，本地代理使用第3层虚拟通道把该分组虚拟通道传输到外部代理。外部主机然后把该分组传送给该移动节点。
第2层虚拟通道(例如，在Virtual Private Networking PrivateNetworking：An Overview(虚拟专用网：概述)中被描述)允许一个远程或者移动节点通过向一个本地ISP进行呼叫来拨入本地互联网服务提供者(ISP)或者企业网。本地ISP然后通过一IP网(例如互联网)虚拟通道传输PPP帧来把该呼叫转发给本地ISP。这消除了对本地ISP的长途呼叫的需要，并且由于通过IP网的传送是可靠的，所以消除了对专用租用线路的需要。当然，当移动节点的所在之处为已知时，L2TP还允许本地网呼叫该移动节点。
第2层虚拟通道例如具有允许本地网分配一个IP地址给移动节点的一个优点，因为移动节点的识别利用诸如电话号码之类的一个第2层地址来进行。这允许专用网在一次会话期间内指定专用地址给移动节点。专用地址用于保存有限的并且需要全球唯一性的公共IP地址。使用专用地址还允许本地网在把分组传送给专用网内的移动节点之前，通过把公共地址转换为专用地址来向外部世界隐藏它的网络内部构造。
然而，移动节点的终接业务或者分组不能使用第2层虚拟通道来传送，除非移动节点的位置信息是可用的。对移动节点的一个正常移动电话呼叫可用于传送移动终接业务，但是这可能导致不希望的长途与漫游费用。
                    发明概述
根据本发明的实施例，使用第2层虚拟通道，移动IP捆绑信息可用于传送移动终接分组。当一个本地网为一个移动节点接收预指定给该移动节点的终接分组时，移动IP捆绑用于获取指明该移动节点接入的一个外部网的转交地址。在本地网中的L2TP网络服务器(LNS)与外部网中的L2TP接入集中器(LAC)之间创建一个第2层虚拟通道，并且从本地网到外部网进行一个呼出L2TP呼叫。响应于该L2TP呼叫，从外部网到该移动节点进行一个呼叫，并且，通过本地网与外部网之间的第2层虚拟通道，在本地网与移动节点之间可以建立一个PPP会话。一旦建立呼叫，本地网可任意地分配给移动节点一个专用IP地址，并且把标记该终接分组的本地IP地址转换为专用IP地址。例如，本地网可以利用专用IP地址代替本地IP地址来重新标记该终接分组。
                    附图简述
对于本领域的技术人员来说，从优选实施例的下列详细说明(当结合附图时)中本发明的其他目的和优点将变得显而易见。在附图中的类似元件通过类似的参考数字已经指明。
图1表示根据移动IP的数据流的示意图。
图2表示根据本发明的实施例的数据流的示意图。
                  发明详细描述
根据本发明的实施例，使用第2层虚拟通道，移动IP捆绑信息可用于传送在一个移动节点处终接的分组。当一个本地网为一个移动节点接收该移动节点预定的终接分组时，移动IP捆绑用于获取识别该移动节点所接入的外部网的一个转发或转交地址。在本地网与外部网之间创建按照L2TP的一个第2层虚拟通道，并且从本地网进行一个呼出L2TP呼叫。然后从外部网到该移动节点进行一个呼叫，并且，通过本地网与外部网之间的第2层虚拟通道，在本地网与移动节点之间可以建立一个PPP会话。一旦呼叫建立，则本地网本地任意地分配给该移动节点一个专用IP地址，并且把有关该终接分组(其由本地网接收并且打算送到该移动节点)的本地IP地址转换为专用IP地址。例如，本地网可以从终接分组的IP报头的目的地字段中去掉本地IP地址，并用专用IP地址代替之。
通过提供识别移动节点所连接的外部网的IP地址，移动IP捆绑信息只用于定位移动节点。第3层虚拟通道不被执行。在移动IP中，包含在捆绑中的位置信息指向移动节点登记的最后位置。因此，如果该移动节点没有重新登记就移动，例如，改变到对一个网络的一个新的接入位置时，则该位置信息变成无效。
图1表示根据移动IP的数据流。一个通信者节点通过链路102发送一个目的地分组103给移动节点112的本地地址。链路102表示诸如互联网之类的一个IP网，通过它在通信者节点100和本地网105之间路由分组。根据移动IP，网络路由表将分组103路由到本地网105中的本地代理104。分组103含有一个有效载荷和一个IP报头，该IP报头包含指明通信者节点100的一个IP源地址X和指明移动节点112的一个IP本地地址。本地代理104截取包含有移动节点的本地地址的那些分组。报头还表明一个协议。通过增加一IP报头(该IP报头包含作为IP源地址的本地代理104的IP地址和作为目的地IP地址的转交地址)，本地代理104封装目的地分组103以便产生分组107。本地代理104然后通过一个链路106把分组107发送给外部代理108。链路106表示位于本地网与外部网之间的一IP网，通过它分组103作为封装分组107被虚拟通道传输。外部代理108接收分组107，并通过去掉由本地代理104附加的IP报头来从分组107中解封装出分组103，从而恢复分组103。外部代理108然后通过一个链路110把分组103转发给移动节点。移动节点可以经外部网在一个单独的链路114上把分组115直接地发送给通信者节点100。链路114例如可以包括如互联网之类的一IP网。
图2表示根据本发明的实施例的数据流。通信者节点100使用移动节点112的本地地址通过链路102发送一个分组203给移动节点112。分组203表示所使用的层。由于分组203包含指明本地网105的一个目的地IP地址(移动节点112的本地地址)，所以分组203被转送给本地网。在本地网处，由本地代理104保持的移动IP捆绑信息用于确定移动节点112的转交地址，并且分组203被封装以便产生根据L2TP用于传输给移动节点112的分组207。和分组206一样，分组207也表示所使用的层。根据L2TP协议，通过增加一个PPP层，然后增加L2TP、UDP和IP层来执行封装。最后附加的IP层包括一个报头，其指示本地代理104的IP地址作为源IP地址，并且包含在移动节点112的移动IP捆绑中的IP转交地址作为目的地IP地址。
当各层被附加时，在本地网中的L2TP网络服务器(LNS)与外部网中的L2TP接入集中器(LAC)之间产生一个第2层虚拟通道，并且从本地网到外部网进行一呼出L2TP呼叫。响应于该L2TP呼叫，从外部网到该移动节点进行一个呼叫，并且，通过本地网与外部网之间的第2层虚拟通道，在本地网与移动节点之间可以建立一个PPP会话。
换言之，在已经建立第2层虚拟通道之后，并且在从外部网109到移动节点112已经进行呼叫之后，通过本地网105与外部网109之间的第2层虚拟通道，在本地网105与移动节点112之间可以建立一个PPP会话。其后，通过该PPP会话与第2层虚拟通道，终接分组可以被路由到移动节点112。
LNS 220通过链路106(即，位于本地网与外部网之间的IP网)可以把分组207发送给LAC 222，通过该链路106，分组203作为分组207虚拟通道传输。根据L2TP协议，当LAC 222接收分组207时，它通过剥去IP与L2DP层来对其进行解封装，如分组209所示。LAC 222然后通过由呼叫建立的链路110把分组209转发给移动节点112。因此，LAC 222从未看到紧跟在有效载荷后的IP层中的IP报头，因为它只在第2层(PPP)链路之上传送IP报头给移动节点112。因此，如果期望的话，本地网可以分配一个专用IP地址给移动节点112。
通过使用上述的同一系统，移动节点112还可以把分组发回到通信者节点100，但是是反向的，因为L2TP虚拟通道是双向的。可替代地，移动节点112可以经外部网109把分组直接发送给通信者节点100。例如，为了通过经单独的PPP会话，从移动节点112传送数据分组给外部网109来把数据分组从移动节点112传送给通信者节点100的目的，在外部网109与移动节点112之间可以建立一个单独的PPP会话，然后把数据分组从外部网109路由到例如表示如互联网之类的一IP网的链路214上。为了本发明的目的，第2层虚拟通道穿过的中间网络始终将是IP。或者换言之，至少直接毗连或围绕第2层虚拟通道的层将是IP，因为在理想或必要时，可以通过另外一个媒质等等递归地(虚拟通道内虚拟通道)来虚拟通道中间网络。此虚拟通道内虚拟通道的相同原理例如还可以应用到链路102。
本领域的技术人员应该理解，本发明可以以不偏离它的精神或本质特性的另外一种具体形式来具体表达，而且本发明不局限于在此描述的具体实施例。因此目前公开的实施例在各方面被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由附加的权利要求而不是前述的说明来表示，并且出现在它的含意、范围以及等价物内的所有改变都被包含在其中。

Claims (9)

1.一种数据网络，包括：
一个通信者节点；
一个移动节点；和
在该通信者节点与移动节点之间的一个移动IP接口，其中数据网络还包括：
一个本地网；
在该本地网内的一个本地代理；
在该本地网内的一个第2层虚拟通道协议网络服务器；
一个外部网；
在该外部网内的一个外部代理；
在该外部网内的一个第2层虚拟通道协议接入集中器；
在该第2层虚拟通道协议网络服务器与该第2层虚拟通道协议访问集中器之间的一个第2层虚拟通道协议接口；和
通过该第2层虚拟通道协议网络服务器与该第2层虚拟通道协议接入集中器之间的该第2层虚拟通道协议接口，在本地网与移动节点之间的一个点到点协议接口。
2.如权利要求1所述的数据网络，其中本地网与外部网的至少一个是一个运营者的网络。
3.如权利要求1所述的数据网络，其中本地网与外部网的至少一个是一个互联网服务提供者。
4.如权利要求1所述的数据网络，其中本地网与外部网的至少一个是一个企业网。
5.一种用于使用移动IP捆绑信息和第2层虚拟通道协议虚拟通道来把分组从通信者节点路由给移动节点的方法，包括步骤：
从通信者节点接收一个分组，用于路由给本地网内的对应于所述分组中的目的地地址的移动节点，其中目的地地址是该移动节点的一个本地地址；
使用该移动节点的本地地址和移动IP捆绑信息来确定相应于外部网的一个转交地址；
在本地网与外部网之间建立一个第2层虚拟通道协议虚拟通道；
从该外部网到移动节点进行一个呼叫；
在本地网与移动节点之间建立一个点到点协议会话；
根据第2层虚拟通道协议封装接收到的分组，用于通过该第2层虚拟通道协议虚拟通道从本地网传输到外部网；和
通过该第2层虚拟通道协议虚拟通道把封装分组从本地网发送到外部网。
6.如权利要求5所述的方法，还包括步骤：
在外部网处接收封装分组；
对接收分组进行解封装；和
把解封装分组转发给移动节点。
7.一种通过至少一个互连网用于发送数据分组给移动节点的方法，包括步骤：
在一个本地网处，接收含有第一互联网协议地址并且预定终端传送到一个移动节点的一个数据分组；
使用点到点协议封装该数据分组及第一互联网协议地址来产生第一消息包；
根据第2层虚拟通道协议，封装第一消息包与指明连接到移动节点的一个外部网的第二互联网协议地址以便创建第二消息包；
通过本地网与外部网之间的一个第2层虚拟通道协议，把该第二消息包从本地网转发到外部网；
在外部网处对第二消息包进行解封装以便恢复第一消息包；和
把恢复的第一消息包从外部网转发给移动节点。
8.如权利要求7所述的方法，还包括根据移动节点的移动IP捆绑信息确定第二互联网协议地址的步骤。
9.如权利要求7所述的方法，还包括根据第一互联网协议地址确定第二互联网协议地址的步骤。
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