CN100461746C - 用于优化携带反向路由头部的消息的移动网络中的路由器布置 - Google Patents

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Abstract

移动路由器被配置为用于优化反向路由头部的使用，以在始发移动路由器和归属代理之间指定路径。反向路由头部使得在去往归属代理的路径中的每个移动路由器都能够指定其转交地址，从而使得归属代理能够建立经由对应的移动路由器去往始发移动路由器的双向隧道。移动路由器基于该移动路由器是否缺少下述路由表条目，通过将所接收到的分组的源地址值插入到反向路由头部中，并且将其对应的转交地址插入到源地址字段中，来有选择地更新所接收到的分组中的反向路由头部：所述路由表条目指定经由该源地址值，在反向路由头部中的最近条目的可达性。该移动路由器还可以请求始发移动路由器增加反向路由头部的大小。

Description

用于优化携带反向路由头部的消息的移动网络中的路由器布置
技术领域
本发明涉及利用移动路由器的移动网络管理，其中移动网络能够改变其到广域网(例如，因特网)的附接点，从而改变移动网络在其关联拓扑中的可达性。
背景技术
因特网工程任务(IETF)组已经提议提高基于因特网协议(IP)的移动设备(例如，膝上型计算机、IP电话、个人数字助理等)的移动性支持，以便提供连续的基于因特网协议(IP)的连接。例如，IETF有一个移动IP工作组，该组已经开发出路由支持来准许IP节点(主机和路由器)使用IPv4或IPv6在IP子网之间无缝“漫游”。另外，移动网络(MONET)组(已改名为网络移动性(NEMO)组)已经公布了不同的因特网草案，在地址为http://www.nal.motlabs.com/monet/的网络移动性主页处的万维网中可以找到这些草案。由Thierry Ernst提交的一个题为“Network Mobility Support Terminology”(2002年2月)的示例性因特网草案可以在地址为http://www.nal.motlabs.com/monet/drafts/draft-ernst-monet-terminology-01.txt的万维网处得到，该草案公开的全部内容通过参考结合于此。
例如，Ernst描述了一种可以部署在飞机中的示例性移动网络，其中乘客建立他们各自的IP主机设备(例如，膝上型计算机、数字电话、个人数字助理等)到飞机中的移动路由器的IP连接，以用于在飞机上执行因特网接入；在飞行期间，飞机中的移动路由器可以经由不同的因特网服务提供商(ISP)改变其到因特网的附接点，例如，通过经由各个无线链路或者地球同步卫星链路改变连接以实现越洋飞行。注意，在移动网络中乘客也可以有他或她自己的网络(即，个人区域网)。
根据NEMO组，移动网络可以包括一个或多个IP子网，并且经由一个或多个移动路由器(MR)被连接到全球因特网。移动路由器具有至少两个网络接口：朝向广域网的出接口和从移动网络中来的入接口。移动网络节点可以包括：本地固定节点(LFN)(在维持正在进行的会话时不能改变它们的附接点的节点)；本地移动节点(LMN)(属于移动网络，并能够在移动网络之内或移动网络之外改变它们的附接点的移动节点)；以及访问移动节点(VMN)(不属于移动网络，并可以将它们的附接点从移动网络外改变到移动网络内的移动节点)。这些节点中的每一个都可以是主机或路由器。
因此，移动路由器是这样的路由器，其被配置为用于在移动网络和诸如因特网之类的广域网的附接路由器之间建立通信链路，从而为移动网络提供到广域网的连接。从而，移动路由器充当网关以在移动网络和因特网之间路由分组。
IETF还有一个移动Ad-hoc网络(MANET)工作组，该工作组致力于开发由IEFT采用的标准化的MANET路由规范。根据MANET工作组，“移动ad hoc网络”(MANET)是由无线链路连接的移动路由器(和关联主机)的自治系统—其联合方式构成任意图形。路由器可以随意移动，并且可以任意地组织其自身；这样，网络的无线拓扑可以快速并不可预测地改变。这种网络可以以独立的方式运行，或者可以被连接到更大的因特网。
MANET系统特别适于可能表现出不稳定拓扑的低功率无线网络，在该网络中，无线发射源和接收机之间的无线传播特性和信号质量难于建模和量化。在MANET中，设备地址被关联到设备，而不是拓扑位置，因为不存在固定的网络基础设施。因此，当被寻址的设备移动时，该移动就改变路由基础设施。因此，如由Baker提交的题为“An Outsider’s View ofMANET”的因特网草案(在地址为http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-baker-manet-review-01.txt的万维网上的IETF可获得该草案，其公开的全部内容通过参考被结合于此)中所述，MANET的基本行为是：路由节点随身携带有地址或地址前缀，并且当其移动时，该路由节点移动实际地址；当这种情况发生时，必须根据新的拓扑重新计算路由。例如，每个移动路由器保留其地址前缀；因此，MANET中的相邻移动路由器可以具有不同的地址前缀。
在由Johnson等提交的题为“Mobility Support in IPv6”的因特网草案(在地址为http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-ipv6-18.txt的万维网上可获得该草案，其公开的全部内容通过参考被结合于此)中公开了“移动IPv6”协议。根据Johoson等，移动IPv6协议使得移动节点能够从一个链路移动到另一个链路，而不改变该移动节点的IP地址。因此，移动节点总是可以通过其“归属地址”(即，在其归属链路上，在其归属子网前缀中分配给移动节点的IP地址)来寻址。可以使用该地址将分组路由至移动节点，而不用考虑移动节点到因特网的当前附接点。在移动到新链路之后，移动节点还可以继续与其他节点(固定的或移动的)进行通信。从而，移动节点远离其归属链路的运动对于传输及高层协议和应用来说是透明的。
如果移动网络具有嵌套移动网络拓扑(其中多个移动路由器被递归连接)就需要特别注意。图1A图示了嵌套的移动网络10，其具有嵌套附接的移动路由器12a、12b、12c、12d、12e和12f，这使得本地固定节点(例如，LFN1)14能够经由诸如因特网18之类的广域分组交换网络与对端节点16通信。由本地固定节点14向对端节点16发送的分组被移动路由器12c接收到；移动路由器12c添加具有源地址和目的地址的IPv6头部，该源地址指定移动路由器12c的归属地址，而目的地址指定对端节点16。分组从移动路由器12c到因特网18的路径是从MR3 12c到MR2 12b、到MR1 12a、再经由接入路由器22到因特网18。
如图1A所述，移动路由器12c具有关联的归属代理20，用于转发将移动路由器12c的归属地址指定为目的地址的分组。在接收到指定移动路由器12c的归属地址的分组时，归属代理20向为移动路由器12c注册的转交地址(即，本地固定节点14)转发分组。尽管未示出，但是移动路由器12a和12b也都具有各自的归属代理。
图1B图示了由移动路由器12a、12b和12c实现的双向嵌套隧道22a、22b和22c，用于在本地固定节点14和对端节点16之间进行通信。具体地说，由Knivetor，T.提交的题为“Mobile Router Support with MobileIP”的因特网草案(在地址为http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-kniveton-mobrtr-03.txt的万维网上可获得该草案，其公开的全部内容通过参考被结合于此)建议了如图1B所示的隧道中隧道(tunnel-within-tunnel)的方法。因此，根据Kniveton，本地固定节点14和对端节点16之间的通信可以基于移动路由器(例如，12a)和对应的归属代理(例如，20a)之间的双向隧道(例如，22a)，由移动路由器12a、12b和12c，以及各自的归属代理20a、20b和20c来实现。
取决于归属代理20a、20b和20c的相对位置，嵌套的双向隧道22a、22b和22c会在因特网18的基础设施中导致非常低效的“弹球路由”。
发明内容
需要这样一种布置，该布置能够以在嵌套的移动网络节点和对端节点之间的最小跳数来实现在该嵌套的移动网络节点和对端节点之间的通信。
还需要这样一种布置，该布置能够使用单条双向隧道实现在嵌套的移动网络节点和对端节点之间的通信，同时将分组头部大小的增长最小化。
利用本发明可以达到这些和其他需求，其中移动路由器被配置为优化反向路由头部的使用，该反向路由头部用来指定始发移动路由器和对应的归属代理之间的路径。反向路由头部使得在去往归属代理的路径中的每个移动路由器都能够指定其对应的转交地址，从而使得归属代理能够经由该对应的移动路由器建立去往始发移动路由器的双向隧道。移动路由器基于该移动路由器是否缺少下述路由表条目，通过将所接收到的分组的源地址值插入到反向路由头部中，并且将其对应的转交地址插入到源地址字段中，来有选择地更新所接收到的分组中的反向路由头部：所述路由表条目指定经由该源地址值，在反向路由头部中的最近条目的可达性。如果移动路由器确定反向路由头部没有足够的空间用于插入源地址值，则该移动路由器可以向始发移动路由器发送消息来增大该反向路由头部的大小。始发移动路由器还可以被配置为基于所确定的在始发移动路由器和目的地归属代理之间的连接中的稳定性特征，在所选择的情况中发送反向路由头部。
因此，反向路由头部的使用可以被优化为使所增加的数据流量最小化，并且确保反向路由头部被配置为使空槽数目最小化。
本发明的一个方面提供了一种移动网络的移动路由器中的方法。该方法包括接收具有源地址字段、目的地址字段和反向路由头部的分组，源地址字段具有指定该分组的源的源地址值，目的地址字段具有指定始发移动路由器的归属代理的目的地址值，反向路由头部被配置为用于存储地址。反向路由头部至少具有指定始发移动路由器的转交地址的第一条目。该方法还包括：基于所确定的不存在下述路由表条目的情况，通过将源地址值插入到反向路由头部中的检测出的空条目字段中，来有选择地更新该反向路由头部，其中所述路由表条目指定由源地址值，在该反向路由头部中标识出的条目的可达性。然后，向所标识出的路由器输出分组，这包括将移动路由器的转交地址插入到源地址字段中。
本发明的另一个方面提供了一种移动路由器中的方法，该方法包括基于对应的接收到的路由器通告消息，附接到默认路由器，其中路由器通告消息具有树信息选项字段，该字段具有指定对应的路由器的网络拓扑模型的属性。该方法还包括接收来自规定的归属代理的具有路由头部的消息，所述路由头部指定在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址。该方法还包括生成基于IPv6的反向路由头部。该基于IPv6的反向路由头部具有归属地址字段和所选择的数目的空地址槽，归属地址字段指定可由规定的归属代理识别的移动路由器的对应的规定的归属地址，所选择的数目的空地址槽使得能够存储在移动路由器和规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址。所选择的数目是基于在路由头部中指定的转交地址的数目来确定的。该方法还包括：生成外部IPv6头部，该头部具有源地址字段和目的地址字段，源地址字段指定移动路由器的转交地址，目的地址字段指定规定的归属代理的地址；以及向默认路由器输出分组，该分组至少包括外部IPv6头部，并且有选择地包括基于IPv6的反向路由头部。
本发明的其他优点和新颖特征将在下面的说明中部分阐述，并且部分将在研究下面的内容后对本领域的技术人员来说变得清楚，或者可以通过实施本发明来学习。本发明的优点可以通过在所附权利要求中具体指出的手段和组合来实现和获得。
附图说明
参考附图，在所有的附图中，具有相同标号的元件代表相同的元件，其中：
图1A和图1B分别图示了已知(现有技术)的移动网络和在移动网络中的末端节点和对端节点之间发送分组的隧道中隧道方法。
图2图示了根据本发明实施方式被配置用于移动网络中通信的移动路由器。
图3图示了来自所接收到的路由器通告消息的树信息选项。
图4图示了在反向路由头部中插入地址。
图5图示了根据本发明实施方式的截短的路由头部。
图6图示了根据本发明实施方式，由始发移动路由器有选择地生成基于IPv6的反向路由头部或截短的基于IPv6的路由头部的方法。
图7图示了根据本发明实施方式，由中间移动路由器处理具有反向路由头部的分组的方法。
图8图示了根据本发明实施方式，基于反向路由头部在始发移动路由器和对应的归属代理之间建立的双向隧道。
具体实施方式
本发明公开的实施方式针对优化在移动网络中基于IPv6的反向路由头部的生成和使用。基本的生成和使用在2002年6月19日由发明人公开为因特网草案“IPv6 Reverse Routing Header and its application to MobileNetworks”(在地址为http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-thubert-nemo-reverse-routing-header-00.txt的万维网上可获得该草案，其公开的全部内容通过参考被结合于此)。最近的版本于2002年10月11日公布，在地址为http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-thubert-nemo-reverse-routing-header-01.txt的万维网上可获得，其公开的全部内容通过参考被结合于此。
所公开的实施方式通过选择多个空地址槽，来优化始发移动路由器生成反向路由头部的过程，其中所述多个空地址槽用于存储始发移动路由器与该路由器的归属代理之间的路由器的转交地址。如下所述，始发移动路由器最初基于接收到的路由器通告消息，选择附接到路由器的多个空地址槽，其中所述通告消息具有指定包括树(即，网络拓扑模型)中的跳数(即，深度)在内的属性的树信息选项。在向其归属代理发送绑定更新消息时，始发移动路由器可以基于从归属代理接收到的绑定确认消息中的路由头部，确认所需空槽的数目。另外，始发移动路由器可以基于从在始发移动路由器和归属代理之间的路由器接收到的因特网控制消息协议(ICMP)消息，调整空槽的数目；在这种情形中，其间的路由器响应于检测到用于插入其转交地址的空槽数目不足而发送ICMP消息，这将在下面描述。
始发移动路由器还使反向路由头部(“第4类头部”)的使用最小化，以节约中间路由器中的带宽和处理资源，并且不发送反向路由头部，除非在网络拓扑中检测出了变化，或者非活动定时器超时(指示在始发移动路由器和归属代理之间的通信路径中可能发生了故障)。在这种不需要反向路由头部的情形中，始发移动路由器改为发送截短的路由头部(“第3类”)，下面将对其进行描述。
通过插入接收具有反向路由头部的分组的路由器，也优化反向路由头部的使用。如下所述，插入的路由器使用规定的路由协议来确定在其网络拓扑模型中可达的移动路由器(即，树中在其下的路由器)，并且在路由表条目中存储路由信息。
如果响应于接收到具有反向路由头部的分组，移动路由器确定存在这样的路由表条目，该条目经由分组的源地址指定反向路由头部中的一个条目的可达性，则没必要进一步更新反向路由头部。由于进一步更新反向路由头部是不必要的，所以移动路由器仅仅用其自己的转交地址更新源地址字段，然后沿树向上转发。因此，反向路由头部的大小被最小化。
然而，如果移动路由器确定不存在这样的路由表条目，该条目经由分组的源地址指定反向路由头部中的一个条目的可达性，则移动路由器更新反向路由头部和源地址字段，然后沿树向上转发分组。如果确定不存在前述条目是因为路由表条目指示不同的、非默认的路由，而不是分组的源，则移动路由器使路由表条目无效，使其成为无效并过时的。在这种情形中，可以在分组已被转发之后再更新路由表条目，从而使等待时间最小化。
首先将描述被配置为用于优化反向路由头部的生成和使用的移动路由器，接下来将描述反向路由头部的优化。
图2详细图示了移动路由器30c(MR3)，该移动路由器30c被配置为附接到另一个移动路由器30b(MR2)，以建立基于树的网络拓扑模型32。基于树的网络拓扑模型32具有下述所需特性：每个移动路由器(例如，30a、30b、30c、30d和30e)都只选择一个路由器作为其附接路由器以确保不存在循环，从而确保树型拓扑。所公开的移动路由器30可以将第2层集群动态组装为基于树的拓扑模型32，以便优化移动IP操作，例如，通过使用在2002年8月15日递交的题为“Arrangement for OptimizingConnections between Roaming Mobile Routers in a Mobile Network”的共同转让的未决申请10/218,515(代理案卷95-484，该申请公开的全部内容通过参考被结合于此)中描述的附接技术。
根据公开的实施方式，将基于树的拓扑模型32组织成集群，其中诸如移动路由器30a(MR1)之类的顶层移动路由器(TLMR)(根据具有其他移动路由器可见的最高相对优先值来确定)充当集群头(即，树的根)。可以通过使用主动式优化路由算法(ORA)MANET协议来优化树32中的内部通信。所有非TLMR移动路由器(例如，30b、30c、30d和30e)都注册到TLMR 30a，从而使得TLMR能够知道去往集群中所有前缀的源路由路径。
如下详细描述，每个移动路由器都通过将默认路由器选为附接路由器，并且将附接路由器注册为树的成员来“附接”到附接路由器。多种建议已经被提交到因特网工程任务组(IETF)，用于使移动路由器根据IPv6协议附接到移动网络，这些建议包括上面结合于此的由Thubert等于2002年6月19日递交的“IPv6 Reverse Routing Header and its Application toMobile Networks”。
每个移动路由器包括：IPv6接口40，用于发送和接收IPv6分组；和路由资源42，该路由资源42被配置为执行路由操作，包括路由器附接选择、路由器注册、绑定更新和反向路由头部处理，下面将对此进行描述。路由资源42输出路由器通告(RA)消息34(将参考图3对其进行描述)，该消息使得其他路由器能够基于对应的RA消息，独立确定是否要关联到(即，附接到)对应的路由器(也被称作路由器通告(RA)始发者)。因此，在接收到来自路由器30b或30e的RA消息时，移动路由器30c(例如，“MR3”)的路由资源42基于该RA消息所提供的属性，利用选择资源来选择是否要附接到已经输出该RA消息的对应的路由器通告始发者，下面将对此进行描述。移动路由器30c的路由资源42通过将RA消息中的信息存储到其默认的路由器列表55中，并且将该RA消息的源选为其附接路由器来关联到路由器通告始发者；然后，路由资源42向附接路由器发送注册消息，以请求它成为树的成员。
内部默认路由器列表55中的路由器信息可以使用已知的路由器发现技术，并且通过检测未经请求的路由器通告消息来获得。路由器通告消息可以包括树信息选项66(在上面结合的Thubert等人的文件中有所描述，并将在下面结合图3示出)，这使得移动路由器能够在默认路由器列表中存储每个检测到的路由器的属性，以及检测到的路由器所附接到的树的属性。
一旦移动路由器(例如，30c)选择将默认路由器(例如，30b)用作附接路由器，移动路由器就经由在集群内部使用的路由协议(例如，MANET协议或移动IP的扩展)向TLMR(例如，30a)发送注册请求。每个沿着路径通往TLMR的移动路由器(例如，30b、30a)都检测来自始发移动路由器(例如，30c)的注册请求，并且在其路由表33中存储始发移动路由器(例如，30c)的转交地址43和通往始发移动路由器的源路由路径45。
因此，TLMR可以在它们的路由表中存储：经由它们的附接路由器到广域网(例如，因特网)的默认路由(如在上面结合的申请10/218,515中所述)；到它们的集群内部的前缀的源路由路径；以及根据标准路由协议，经由虚拟隧道22通过各个TLMR 12a和12b去往所连接的集群中的移动网络的传统路由。
每个已接收到注册消息的路由器都将所指定的移动路由器30c注册为已经发送了该注册消息的移动路由器，并且在其路由表33中存储地址前缀43和由源路由所指定的路由路径45。
每个路由器对是否附接到另一个路由器的独立选择使得路由器能够动态建立基于树的网络拓扑模型，其中每个路由器都可以连续确定是否优选树中的替换附接点。
每个路由器(例如，30c)都包括IPv6网络接口40，例如利用无线802.11链路的IPv6或移动IPv4网络接口。IP网络接口40可以包括例如被配置为在集群(例如，被实现为MANET)中执行MANET协议通信的主动式发现资源。可以用于识别移动路由器的示例性主动式MANET协议资源包括OSPF(版本3)资源，它被配置为用于监控由MANET中的每个移动路由器所通告的链路连接信息，并且还被配置为用于维护路由表33；可以使用的另一个路由协议是源树自适应路由(STAR)协议，在由J.J.Garcia-Luna-Aceves等人提交的因特网草案(可以在地址为http://www.ietf.org/proceedings/99nov/I-D/draft-ietf-manet-star-00.txt的万维网上的IETF处获得该草案)中描述了该协议。路由表33被配置为用于存储移动路由器12的IP地址43和关联的连接和源路由(SR)信息(例如，链路状态等)45。协议资源还可以包括优化链路状态路由(OLSR)协议资源，它被配置为用于使用hello消息和链路状态泛滥来识别移动路由器16，以填充路由表33。在上面结合的由Baker提交的因特网草案中描述了关于MANET协议资源的其他信息。
路由器30c还包括附接路由器寄存器50，它被配置为用于指定由移动路由器30c从默认路由器列表55中选出的当前附接路由器的IP地址。或者，附接路由器寄存器50可以为选出的路由器指定指向默认路由器列表55中的条目的指针。路由器30c还包括用于存储其对应的归属代理122的地址(MR3_HA)的归属代理寄存器52。
图3详细图示了根据本发明实施方式，由路由资源42生成的路由器通告消息34。RA消息34包括与在RFC 2461中描述的一样的路由器通告字段。根据公开的实施方式，树信息选项字段66被添加到RA消息34，RA消息34包括由路由资源42中的树信息发生器资源所生成的多个属性68，这些属性指定了由路由器通告始发者利用的网络拓扑模型32，所述路由器通告始发者由IPv6头部中的它的对应的IP源地址(SA)标识。
例如，树信息选项字段66包括树标识符68a、树组标识符68b、优先字段68c、树深度字段68d、固定/移动字段68e和延迟定时器字段68f。树标识符字段68a被配置为用于存储顶层移动路由器的IP地址，例如基于IEEE的64位扩展唯一标识符(EUI-64)的链路本地地址。树组字段68b被配置为用于存储诸如连接到TLMR的移动路由器的IPv6地址之类的树组标识符，这使得选择资源46能够区分相同集群中的多个树组(即，分支)。优先字段68c被配置为用于存储与在对应的优先寄存器54中存储的一样的用于移动路由器30c的优先值，这使得接收RA消息34的移动路由器能够决定是否关联到RA消息34的源。
树深度字段68d被配置为用于存储由树信息生成资源48b指定的在树32中移动路由器的深度，这使得接收RA消息的其他路由器能够确定在树32中路由器通告始发者的相对位置。固定/移动字段68e被配置为用于指定对应的树32是接地树还是漂浮树。具体地说，如果顶层移动路由器被连接到固定的路由器，则认为树32是固定的。延迟定时器字段68f被配置为用于存储其他路由器用于延迟随后的拓扑变化的预定延迟间隔，从而响应于RA消息34来延迟随后的RA消息的传播。
树信息选项(TIO)66还可以包括路径校验和字段(图3未示出)，路径校验和字段使得移动路由器能够确定在其上通过树的路径是否已经改变；换句话说，路径校验和改变指示真实的路径改变。当传播TIO时，中间移动路由器使用它在TIO中接收到的校验和以及16字节的它的转交地址，来建立字节串；然后，移动路由器利用该结果覆写TIO中的校验和。这种操作在树深度增加的同时被执行。TLMR使用为0的校验和用于它的计算。
图4图示了由始发移动路由器30c、中间移动路由器30b和顶层移动路由器30a分别更新反向路由头部90a、90b和90c。具体地说，图4图示了分组100，该分组具有源地址字段102、目的地址字段104、扩展头部106、反向路由头部(例如，90a)、以及已由诸如图2的本地固定节点15之类的始发源生成的内部分组108。
如上面所结合的Thubert等的草案所述，作为始发移动路由器的移动路由器30c输出分组100，该分组具有源地址字段102，其指定移动路由器30c的转交地址112c(MR3_CoA)，以及在反向路由头部90a中的所选择的多个空地址槽114。空地址槽使得路由器30b和30a能够在IPv6头部中(例如，在反向路由头部或源地址字段102中)存储它们各自的转交地址。
具体地说，移动路由器30c的路由资源42具有用于生成反向路由头部的资源43：资源43将为移动路由器30c规定的归属地址116(MR3_HAddr)插入到第一槽(槽0)中，并且在类型字段118中指定路由头部的类型为“4”。路由资源42将移动路由器30c的转交地址112c插入到源地址字段102中，将对应的归属代理122的地址120(MR3_HA)插入到目的地址字段104中，并且向其附接路由器30b输出分组100。
移动路由器30b响应于检测到反向路由头部90a，通过将源地址值112c插入到所检测出的空条目字段“槽1”，从而更新反向路由头部90b，来有选择地更新反向路由头部。移动路由器30b将其自己的转发地址112b插入到源地址字段102中，并且向其附接路由器30a输出该分组。下面参考图5、图6和图7描述反向路由头部的选择更新。
移动路由器30a响应于检测到反向路由头部90a，通过将源地址值112b插入到所检测出的空条目字段“槽2”，从而更新反向路由头部90a，来有选择地更新反向路由头部。移动路由器30a将其自己的转发地址112a插入到源地址字段102中，并且向接入路由器22输出该分组，以传递到移动路由器30c的归属代理122，结果导致如图8所示的隧道130。下面参考图5、图6和图7描述反向路由头部的选择更新。
归属代理122读取底部条目来识别移动路由器30c的归属地址，好像该条目是移动IPv6归属地址目的地选项一样(即，作为到绑定缓存中的索引)使用该条目。归属代理122现在可以通过使用在建立路由头部过程中得到的反向路由头部90c和源地址102，而经由隧道130，直接发回分组。
反向路由头部90c使得能够最准确地更新归属代理122中的对端绑定缓存条目。尽管这种布置在高度移动和嵌套配置中尤其有益，但是这种解决办法在某些情况中可能是没必要的。另外，使用反向路由头部要求在所有中间移动路由器中和对应的归属代理122中都要进行处理。另外，反向路由头部使分组大小增加了比在移动网络中的每一跳的IP地址的大小大的部分。
根据公开的实施方式，利用最初生成反向路由头部90a的始发移动路由器30c和确定是否更新反向路由头部90a的中间移动路由器30b和30a来优化反向路由头部操作。所公开的优化操作使得能够有选择地减少分组的大小，以避免浪费带宽，并减少中间路由器中的处理需求。
具体地说，如果移动路由器30c确定不需要反向路由头部(如参考图6所述)，则始发移动路由器30c可以改为发送裁短的基于IPv6的路由头部91，其具有归属地址字段116，而没有用于存储中间路由器的转交地址的出现在反向路由头部90中的地址槽。相反，裁短的路由头部91只包括路由头部类型(第3类)字段119和用于移动路由器30c的归属地址116的字段。
因此，裁短的头部91代替了移动IP MIP归属地址选项，并且允许归属代理122确定分组的实际源，以访问其内部路由表中的对应的安全关联。另外，中间移动路由器响应于检测到裁短的头部91，被配置为用于自动转发分组100，而不更新该裁短的头部，只用对应的转交地址(例如，112a)更新源地址字段102。
图6图示了根据本发明实施方式，在建立双向隧道130时，由始发移动路由器30c的路由资源42用来对反向路由头部(RRH)90a的使用进行优化的方法。这里参考图6和图7描述的步骤可以实现为存储在计算机可读介质(例如，软盘、硬盘、EEPROM、CD-ROM等)中的可执行代码、或者经由计算机可读传输介质(例如，光缆、导电传输线介质、无线电磁介质等)传播的可执行代码。
该方法开始于步骤200，在该步骤中，始发移动路由器30c的路由资源42例如基于检测出的附接路由器寄存器50中的变化，确定是否要新附接到移动路由器。如果检测到指示树32的拓扑中的变化的新路由器附接，则路由资源42在步骤202中基于来自对应的路由器通告消息34的对应的树信息选项66的树深度信息68d，选择反向路由头部所需的槽的数目。
假定在步骤204中移动路由器接收到了分组。如果在步骤206中消息是来自对应的归属代理122的绑定确认，则路由资源42基于在绑定确认消息中的路由头部，在步骤208中设置用于反向路由头部的选择出的槽的数目。因此，路由资源42可以基于步骤202中的树深度信息，或者根据来自归属代理122的任何消息的路由头部的槽数目，选择将在反向路由头部90a中被使用的槽114的数目。注意，路由资源42还可以响应于接收由中间移动路由器(例如，30b或30a)生成的因特网控制消息协议(ICMP)消息，在步骤210中增加槽的数目，下面将参考图7对其进行描述。
始发移动路由器30c还选择是否对输出到其附接路由器30b的每个数据分组分组100添加反向路由头部90a或者截短的头部91。例如，路由资源42可以在步骤212中检查非活动定时器是否期满，这指示在一段规定的时间间隔内还未接收到来自归属代理122的消息。另外，路由资源42可以在步骤214中检查被配置为用于监控网络拓扑模型32的稳定性的启发式定时器是否指示需要向归属代理122发送完整的反向路由头部90a。如果在步骤212或214中路由资源42确定需要第4类的反向路由头部，则路由资源42中的RRH资源43在步骤216中生成反向路由头部90a，并且将该反向路由头部90a添加到分组108中。另外，如果在步骤212或214中路由资源42确定不需要第4类的反向路由头部，则RRH资源43在步骤218中生成截短的路由头部91，并且将该截短的头部91添加到分组108中。
然后，在步骤220中输出具有所选择的路由头部的分组，该分组还具有为移动路由器30c指定转交地址的源地址字段102和指定归属代理地址120的目的地址字段104。
图7图示了根据本发明实施方式，基于优化的处理，在中间路由器(例如，30b或30a)中的路由资源42处理具有反向路由头部(例如，90a或90b)的分组100的方法。
该方法开始于步骤230，在该步骤中，中间路由器的IPv6接口40接收具有反向路由头部的分组。注意，在本实施例中，假定分组包括与截短的头部91相对的反向路由头部90；如果中间路由器接收到具有截短的头部91的分组，则中间路由器将仅仅用其自身的转交地址更新源地址字段，然后将该分组向上转发到其对应的附接路由器。
路由资源42在步骤232中检查其内部路由表33，以确定是否没有必要更新反向路由头部。具体地说，如果中间路由器(例如，30b)的路由资源42确定由于其内部路由表中的冗余信息而无需使用反向路由头部，则可以避免更新反向路由头部。
具体地说，路由资源42(例如，移动路由器30a的)确定路由表33是否包括这样的条目43：该条目具有源路由路径45，其指示最近的反向路由头部条目(例如，MR3_CoA)是经由在源地址字段102中指定的源地址(例如，MR2_CoA)112b可达的。如上所述，移动路由器应当已经通过使用动态路由协议而注册到中间路由器，从而使得每个移动路由器都能够通过其对应的路由表33，知道在其关联的子树下的路由，以到达该树中的更低节点。换句话说，路由资源42检查其路由表33是否能经由作为具有RRH的分组的源的路由器来路由如下分组，该分组的目的地是反向路由头部的最近的条目。
如果在步骤232中路由资源42确定其路由表33包括这样的表条目43，该条目指定经由源地址值112，反向路由头部中的最近条目的可达性，则没必要进一步更新反向路由头部。因此，如果没有必要进一步更新反向路由头部，则路由资源42在步骤234中用其自身的转交地址(例如，112a)更新源地址字段102，并且输出不具有更新过的反向路由头部的分组。
如果在步骤232中路由资源42确定例如由于过时的条目而不存在这样的路由表条目43，该条目指定经由在源地址字段102中指定的源地址值，反向路由头部中的最近条目的可达性，则路由资源42在步骤236中使该过时的路由表条目无效。
路由资源42在步骤238中检查反向路由头部90是否包括空槽114，可用来插入在源地址字段102中指定的地址。如果没有空槽114可用，则中间移动路由器的路由资源42在步骤240中向始发移动路由器30c输出ICMP消息，指出反向路由头部太小。如参考图6所述，始发移动路由器响应于所接收到的ICMP消息，在步骤210中增加用于后续RRH消息的槽的数目。由于在所接收到的分组中无空槽114可用，所以已经发送了ICMP消息的中间路由器的路由资源42在步骤242中通过添加新的IPv6头部34来封装所接收到的分组，该新的IPv6头部具有指定中间路由器(例如，“MR2_HAddr”)的归属地址116的新RRH 66。然后，中间路由器在步骤242中输出具有新添加的IPv6头部的封装过的分组，以用于传递到其对应的归属代理(例如，“MR2_HA”)。
如果在步骤238中存在可用空槽，则路由资源42在步骤244中通过将来自源地址字段102的源地址值(例如，112b)插入到下一个可用的空槽114中，并且用其自身对应的转交地址(例如，112a)覆写源地址字段102，来更新反向路由头部。然后，路由资源在步骤246中输出具有更新过的源地址字段102和更新过的反向路由头部的分组。
根据公开的实施方式，反向路由头部的使用在始发移动路由器和中间路由器中得到优化，这提供了反向路由头部的最大效用，同时使不必要的带宽和移动路由器中的处理资源最小化。始发移动路由器可以取决于移动网络的相对稳定性，有选择地生成反向路由头部，其中，在快速变化的网络中，始发移动路由器可以更频繁地生成反向路由头部，反之，在相对稳定的网络中，始发移动路由器可以更多地使用截短的头部，从而导致相当大的带宽节约，同时保持与归属代理之间的可靠连接。此外，所公开的优化方法可以独立地实现于每个移动路由器中，这可以简化移动网络中的部署。
尽管已经结合当前认为最实用、最优选的实施方式描述了所公开的实施方式，但是应当理解，本发明不受限于所公开的实施方式，相反，而是要覆盖包括在所附权利要求的精神和范围中的各种修改和等同布置。

Claims (30)

1.一种移动网络的移动路由器中的方法，所述方法包括：
接收具有源地址字段、目的地址字段和被配置为用于存储地址的反向路由头部的分组，所述源地址字段具有指定所述分组的源的源地址值，所述目的地址字段具有指定始发移动路由器的归属代理的目的地址值，所述反向路由头部至少具有指定所述始发移动路由器的转交地址的第一条目；
基于所确定的不存在下述第一路由表条目的情况，通过将所述源地址值插入到所述反向路由头部的检测出的空条目字段中，来有选择地更新所述反向路由头部：所述第一路由表条目指定经由所述源地址值，在所述反向路由头部中标识出的条目的可达性；和
向标识出的路由器输出所述分组，这包括将所述移动路由器的转交地址插入到所述源地址字段中。
2.如权利要求1所述的方法，还包括基于所确定的不存在所述空条目字段的情况，向所述始发移动路由器发送消息，该消息请求增加所述反向路由头部的大小。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述发送包括基于所述反向路由头部，生成所述消息的IPv6头部，所述IPv6头部指定去往所述始发移动路由器的路径。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述发送包括根据因特网控制消息协议发送所述消息。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述输出包括基于所确定的存在所述第一路由表条目的情况，输出如下分组，所述分组具有未经所述移动路由器更新的所述反向路由头部。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
检测第二路由表条目，所述第二路由表条目指定经由不同于所述源地址值的另一地址，在所述反向路由头部中标识出的条目的可达性；和
基于对不同于所述源地址值的所述另一地址的所述检测，使所述第二路由表条目作为过时的而被无效。
7.一种移动路由器中的方法，所述的方法包括：
基于对应的接收到的路由器通告消息，附接到默认路由器，其中所述路由器通告消息具有树信息选项字段，所述树信息选项字段具有指定所述对应的路由器的网络拓扑模型的属性；
接收来自规定的归属代理的具有路由头部的消息，所述路由头部指定在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址；
生成基于IPv6的反向路由头部，所述反向路由头部具有归属地址字段和所选择的数目的空地址槽，所述归属地址字段指定可由所述规定的归属代理识别的所述移动路由器的对应的规定的归属地址，所述所选择的数目的空地址槽使得能够存储在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器的各自的转交地址，其中所述所选择的数目是基于在所述路由头部中指定的所述转交地址的数目来确定的；
第二生成外部IPv6头部，所述外部IPv6头部具有源地址字段和目的地址字段，所述源地址字段指定所述移动路由器的所述转交地址，所述目的地址字段指定所述规定的归属代理的地址；和
向所述默认路由器输出分组，所述分组至少包括所述外部IPv6头部，并且有选择地包括所述基于IPv6的反向路由头部。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
第三生成截短的基于IPv6的路由头部，所述路由头部具有所述归属地址字段，但是没有所述地址槽，其中所述地址槽用于存储在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址；和
基于所确定的所述网络拓扑模型的稳定性，输出另一个分组，该分组包括从所述基于IPv6的反向路由头部和所述截短的基于IPv6的路由头部中选择出的一个。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述所确定的稳定性是基于非活动定时器的期满。
10.如权利要求7所述的方法，还包括：
接收指定所述空地址槽数目不足的因特网控制消息协议消息；
所述选择包括基于所述因特网控制消息协议消息来增加所述所选择的数目。
11.一种被配置为用于在移动网络中建立通信的移动路由器，所述移动路由器包括：
IPv6接口，该IPv6接口被配置为用于接收具有源地址字段、目的地址字段和被配置为用于存储地址的反向路由头部的分组，所述源地址字段具有指定所述分组的源的源地址值，所述目的地址字段具有指定始发移动路由器的归属代理的目的地址值，所述反向路由头部至少具有指定所述始发移动路由器的转交地址的第一条目；和
路由资源，该路由资源被配置为用于基于所确定的不存在下述第一路由表条目的情况，通过将所述源地址值插入到所述反向路由头部的检测出的空条目字段中，来有选择地更新所述反向路由头部：所述第一路由表条目指定经由所述源地址值，在所述反向路由头部中标识出的条目的可达性；
所述IPv6接口被配置为用于向标识出的路由器输出所述分组，这包括将所述移动路由器的转交地址插入到所述源地址字段中。
12.如权利要求11所述的移动路由器，其中，所述路由资源被配置为用于基于所确定的不存在所述空条目字段的情况，生成请求增加所述反向路由头部大小的消息，以用于传输到所述始发移动路由器。
13.如权利要求12所述的移动路由器，其中，所述路由资源被配置为用于基于所述反向路由头部，生成所述消息的IPv6头部，其中所述IPv6头部指定去往所述始发移动路由器的路径。
14.如权利要求13所述的移动路由器，其中，所述路由资源被配置为用于根据因特网控制消息协议来生成所述消息。
15.如权利要求11所述的移动路由器，其中，所述路由资源被配置为用于基于所确定的存在所述第一路由表条目的情况，生成所述分组，所述分组具有未被更新的所述反向路由头部。
16.如权利要求11所述的移动路由器，其中所述路由资源被配置为用于：
检测第二路由表条目，所述第二路由表条目指定经由不同于所述源地址值的另一地址，在所述反向路由头部中标识出的条目的可达性；和
基于对不同于所述源地址值的所述另一地址的所述检测，使所述第二路由表条目作为过时的而被无效。
17.一种被配置为用于在移动网络中建立通信的移动路由器，所述移动路由器包括：
路由资源，该路由资源被配置为用于：
(1)基于对应的接收到的路由器通告消息，附接到默认路由器，其中所述路由器通告消息具有树信息选项字段，所述树信息选项字段具有指定所述对应的路由器的网络拓扑模型的属性，
(2)接收来自规定的归属代理的具有路由头部的消息，其中所述路由头部指定在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址，
(3)生成基于IPv6的反向路由头部，所述反向路由头部具有归属地址字段和所选择的数目的空地址槽，所述归属地址字段指定可由所述规定的归属代理识别的所述移动路由器的对应的规定的归属地址，所述所选择的数目的空地址槽使得能够存储在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址，其中所述所选择的数目是基于在所述路由头部中指定的所述转交地址的数目来确定的，以及
(4)第二生成外部IPv6头部，所述外部IPv6头部具有源地址字段和目的地址字段，所述源地址字段指定所述移动路由器的所述转交地址，所述目的地址字段指定所述规定的归属代理的地址；和
IPv6接口，该IPv6接口被配置为用于向所述默认路由器输出分组，所述分组至少包括所述外部IPv6头部，并且所述路由资源已经有选择地将所述基于IPv6的反向路由头部添加到了所述分组中。
18.如权利要求17所述的移动路由器，其中所述路由资源还被配置为用于：
第三生成截短的基于IPv6的路由头部，所述路由头部具有所述归属地址字段，但是没有所述地址槽，其中所述地址槽用于存储在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址；和
基于所确定的所述网络拓扑模型的稳定性，选择所述基于IPv6的反向路由头部和所述截短的基于IPv6的路由头部之一。
19.如权利要求18所述的移动路由器，其中，所述所确定的稳定性是基于非活动定时器的期满。
20.如权利要求17所述的移动路由器，其中，所述路由资源被配置为响应于接收到指定所述空地址槽数目不足的因特网控制消息协议消息，而基于所述因特网控制消息协议消息来增加所述所选择的数目。
21.一种用于通过移动网络中的移动路由器建立通信的设备，包括：
用于接收具有源地址字段、目的地址字段和被配置为用于存储地址的反向路由头部的分组的装置，所述源地址字段具有指定所述分组的源的源地址值，所述目的地址字段具有指定始发移动路由器的归属代理的目的地址值，所述反向路由头部至少具有指定所述始发移动路由器的转交地址的第一条目；
用于基于所确定的不存在下述第一路由表条目的情况，通过将所述源地址值插入到所述反向路由头部的检测出的空条目字段中，来有选择地更新所述反向路由头部的装置：所述第一路由表条目指定经由所述源地址值，在所述反向路由头部中标识出的条目的可达性；和
用于向标识出的路由器输出所述分组的装置，该装置包括用于将所述移动路由器的转交地址插入到所述源地址字段中的装置。
22.如权利要求21所述的设备，还包括用于下述操作的装置：基于所确定的不存在所述空条目字段的情况，向所述始发移动路由器发送消息，该消息请求增加所述反向路由头部的大小。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述用于发送的装置包括用于基于所述反向路由头部生成所述消息的IPv6头部的装置，所述IPv6头部指定去往所述始发移动路由器的路径。
24.如权利要求23所述的设备，其中，所述用于发送的装置包括用于根据因特网控制消息协议发送所述消息的装置。
25.如权利要求21所述的设备，其中，所述用于输出的装置包括用于基于所确定的存在所述第一路由表条目的情况，输出所述分组的装置，所述分组具有未经所述移动路由器更新的所述反向路由头部。
26.如权利要求21所述的设备，还包括：
用于检测第二路由表条目的装置，所述第二路由表条目指定经由不同于所述源地址值的另一地址，在所述反向路由头部中标识出的条目的可达性；和
用于基于对不同于所述源地址值的所述另一地址的所述检测，使所述第二路由表条目作为过时的而被无效的装置。
27.一种用于通过移动网络中的移动路由器建立通信的设备，包括：
用于基于对应的接收到的路由器通告消息，附接到默认路由器的装置，其中所述路由器通告消息具有树信息选项字段，所述树信息选项字段具有指定所述对应的路由器的网络拓扑模型的属性；
用于接收来自规定的归属代理的具有路由头部的消息的装置，其中所述路由头部指定在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址；
用于生成基于IPv6的反向路由头部的装置，所述反向路由头部具有归属地址字段和所选择的数目的空地址槽，所述归属地址字段指定可由所述规定的归属代理识别的所述移动路由器的对应的规定的归属地址，所述所选择的数目的空地址槽使得能够存储在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址，其中所述所选择的数目是基于在所述路由头部中指定的所述转交地址的数目来确定的；
用于第二生成外部IPv6头部的装置，所述外部IPv6头部具有源地址字段和目的地址字段，所述源地址字段指定所述移动路由器的所述转交地址，所述目的地址字段指定所述规定的归属代理的地址；和
用于向所述默认路由器输出分组的装置，所述分组至少包括所述外部IPv6头部，并且有选择地包括所述基于IPv6的反向路由头部。
28.如权利要求27所述的设备，还包括：
用于第三生成截短的基于IPv6的路由头部的装置，所述路由头部具有所述归属地址字段，但是没有所述地址槽，其中所述地址槽用于存储在所述移动路由器和所述规定的归属代理之间的路由器各自的转交地址；和
所述用于输出的装置包括用于基于所确定的所述网络拓扑模型的稳定性，选择所述基于IPv6的反向路由头部和所述截短的基于IPv6的路由头部之一的装置。
29.如权利要求28所述的设备，其中，所述所确定的稳定性是基于非活动定时器的期满。
30.如权利要求27所述的设备，还包括：
用于接收指定所述空地址槽数目不足的因特网控制消息协议消息的装置；
所述用于选择的装置包括用于基于所述因特网控制消息协议消息来增加所述所选择的数目的装置。
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