Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу для усовершенствованной поддержки мобильного Интернет-протокола при осуществлении связи на основе мобильного Интернет-протокола и, в частности, относится к устройству, системе и способу для усовершенствованной маршрутизации согласно мобильному Интернет-протоколу в сетях связи.
Предшествующий уровень техники
В связи с наблюдающимся в последние годы непрерывным развитием систем и сетей мобильной и беспроводной связи, а также с растущим разнообразием портативных или мобильных устройств, обеспечивающих повышенные возможности соединения, все больший интерес представляют ресурсы и услуги обмена информацией и сообщениями, обеспечиваемые Интернетом.
Хотя Интернет долгое время был стационарным и стал до известной степени мобильным лишь недавно, современные исследования в основном сосредоточены на мобильной вычислительной и сетевой деятельности, в частности, на обеспечении ее непрерывности при смене пункта подключения пользовательского оборудования к Интернету и автоматизации всех операций, необходимых для восстановления соединения, без участия пользователя.
Для этой цели, в качестве стандартного протокола, был предложен «мобильный Интернет-протокол» (мобильный IP, Mobile IP), который построен на Интернет-протоколе (IP) от версии 4 (IPv4), дополнительно усовершенствованный в версии 6 (IPv6), с целью обеспечения прозрачности мобильности для приложений и существующих протоколов более высокого уровня.
При этом эффективное развертывание мобильного IP (IPv6 или IPv4 с оптимизацией маршрутов) существенно зависит от поддержки мобильного IP так называемыми узлами-корреспондентами, например, серверами IP-сети, в том числе веб-серверами, серверами электронной почты, потоковыми медиа-серверами, серверами мгновенного обмена сообщениями, серверами телефонной связи, прокси-серверами и т.п. или одноранговыми IP-терминалами. Маршрутизация на узлы-корреспонденты производится на основании адреса назначения в IP-пакетах. Однако прямая маршрутизация от узлов-корреспондентов обратно на мобильный узел зависит от кэша привязки, поддерживаемого узлом-корреспондентом. Элементы кэша привязки поддерживают отображение между сравнительно долгосрочным собственным адресом мобильного узла и сравнительно краткосрочным передаточным адресом мобильного узла. В отсутствие кэша привязки, пакеты, адресованные мобильному узлу, будут маршрутизироваться по собственному адресу, из-за чего может значительно увеличиться объем обработки маршрутизации и, таким образом, возникать задержка в доставке пакетов. Наличие кэша привязки позволяет узлу-корреспонденту маршрутизировать пакет непосредственно по текущему передаточному адресу мобильного узла и, таким образом, избегать излишней обработки маршрутизации и связанной с этим задержки. В то же время, мобильность создает значительные проблемы безопасности, связанные с гарантированной доставкой IP-пакетов исключительно назначенному получателю. Это чрезвычайно важно, поскольку иначе, например, неправильный хост может объявить готовность к IP-соединению от имени мобильного узла, в результате чего узел-корреспондент больше не сможет связываться с настоящим мобильным узлом или хостом, имеющим соответствующий собственный адрес, но будет направлять весь трафик, предназначенный для этого адреса, на неправильный хост.
Поэтому узел-корреспондент должен аутентифицировать мобильный узел, передающий обновление привязки, и авторизовать мобильный узел, давая ему разрешение объявлять право собственности на заявленный собственный адрес. Для этого применяется так называемое управление кэшем привязки.
Однако добавлять дополнительную служебную нагрузку такого управления кэшем привязки и ассоциированные с этим охранные функции, конфигурацию и управление, к сфере ответственности некоторых хостов-корреспондентов нежелательно по следующим причинам.
Первая причина состоит в том, что, например, в серверном пуле, где нагрузка отдельного сервера обычно достигает максимальных значений при высоком трафике в определенные периоды суток, любая дополнительная нагрузка, связанная с вычислениями и/или сохранением, потребует включения в состав пула дополнительных серверов.
Вторая причина состоит в том, что пользовательский терминал, работающий по мобильному IP, может связываться с произвольным количеством отдельных серверов из одного и того же пула. В этом случае каждый сервер будет по отдельности обрабатывать переданные обновления привязки, т.е. сообщения, извещающие о новой привязке элемент, которому нужно знать новый передаточный адрес мобильного узла, что, соответственно, приведет к увеличению общей нагрузки серверного пула или группы серверов. Кроме того, при использовании метода выравнивания нагрузки, согласно которому IP-пакеты, имеющие один и тот же IP-адрес назначения, распределяются на несколько отдельных хостов для обработки, может случиться так, что только один отдельно взятый сервер будет принимать от мобильного хоста обновление привязки, вследствие чего мобильный узел будет передавать практически неограниченное количество дополнительных обновлений привязки даже в случае получения от отдельного серверного хоста положительного квитирования привязки.
Третья причина состоит в том, что поставщики услуг Интернет, обслуживающие узел-корреспондент, в общем, материально не заинтересованы в добавлении поддержки мобильного IP на каждый узел-корреспондент. Если узлы-корреспонденты не поддерживают мобильный IP, то весь трафик для мобильного узла будет направляться через собственный агент мобильного узла и, таким образом, увеличивать трафиковую нагрузку как собственного агента, так и собственной сети, поскольку пакеты, маршрутизируемые через собственный агент, обычно получают более длинный маршрут, чем пакеты, маршрутизируемые от хоста-корреспондента прямо на текущий сетевой пункт подключения мобильного узла. Соответственно, поддержка мобильного IP на узлах-корреспондентах имеет два основных недостатка, которые представляют значительные проблемы для поставщиков услуг Интернет: первый состоит в том, что обновления привязки мобильного IP после обработки переводятся в элементы кэша привязки уровня IP, что отнимает как место, так и время обработки у каждого узла-корреспондента; и второй состоит в том, что для обработки обновления привязки, каждый узел-корреспондент должен осуществлять защитную обработку, например, обработку защиты Интернет-протокола (IPsec), включающую в себя управление ключами, генерирование ключей сеанса и т.п. или любую другую подходящую защитную обработку, приводящую к значительной служебной вычислительной нагрузке и к необходимости поддерживать дополнительные состояния для каждого подключенного хоста за пределами времени действия, например, отдельных соединений протокола управления передачей (TCP).
Вышеупомянутые недостатки, в частности, могут приводить к практически неуправляемым нагрузкам, например, когда отдельный сервер обслуживает большое количество запросов на короткое обслуживание от большого количества отдельных клиентских мобильных хостов.
Сущность изобретения
Ввиду вышесказанного, задачей изобретения является обеспечение устройства, способа и системы для обеспечения поддержки мобильного IP в существующих сетях без необходимости каких-либо изменений хостов-корреспондентов, входящих в состав существующих сетей, и для упрощения управления ассоциациями и политиками безопасности со стороны хоста-корреспондента в целом.
Согласно изобретению для решения этой задачи предусмотрены устройство по п.1, способ по п.16 и система по п.25, соответственно.
Преимущественные дополнительные реализации изобретения раскрыты в прилагаемых зависимых пунктах.
В частности, обеспечено устройство для маршрутизации согласно Интернет-протоколу, которое отличается тем, что средство поддержки приспособлено для поддержки кэша привязки, относящегося к мобильности, вне отдельного узла-корреспондента; и средство управления приспособлено для управления кэшем привязки со стороны узла-корреспондента.
Соответственно, предложенные сетевое устройство и соответствующий способ обеспечивают возможность поддержки кэша привязки, необходимого для мобильной доставки IP-пакета, и управления им вне отдельного хоста-корреспондента, а также обеспечивают ассоциированные защитные функции, тем самым освобождая отдельный хост-корреспондент от всех функций, относящихся к узлу-корреспонденту мобильного IP.
В соответствии с преимущественной дополнительной реализацией, устройство может дополнительно содержать средство проверки, предназначенное для проверки каждого пакета, маршрутизируемого через устройство, на предмет сообщений, относящихся к привязке IP-адреса; средство обработки, предназначенное для обработки сообщений, относящихся к привязке адреса, обнаруженных в пакете, содержащих любую необходимую сигнализацию для осуществления процесса привязки адреса; и средство формирования элемента кэша привязки, предназначенное для формирования элемента кэша привязки в кэше привязки на основании процесса привязки адреса.
Такое устройство, предпочтительно, дополнительно содержит средство поддержки, предназначенное для обеспечения соответствующих защитных функций.
Предпочтительно, средство модификации может быть приспособлено для удаления сообщения, относящегося к привязке IP-адреса, для пакета после обработки средством обработки.
В случаях, когда в направлении маршрутизации присутствует несколько узлов-корреспондентов, средство обработки может быть приспособлено прекращать обработку сообщений, относящихся к привязке IP-адреса, после обработки первого процесса привязки адреса, задающего отображение одного и того же собственного адреса в передаточный адрес.
В соответствии с преимущественной дополнительной реализацией, средство проверки может быть приспособлено для проверки каждого пакета, маршрутизируемого через устройство, на предмет совпадения адреса отправителя и, в необязательном порядке, опции собственного адреса мобильного IP, с существующим элементом кэша привязки; может быть обеспечено средство замены для замены передаточного адреса в поле адреса отправителя совпадающего пакета собственным адресом, указанным в совпадающем элементе кэша привязки; и может быть обеспечено средство маршрутизации для маршрутизации пакета на узел-корреспондент, указанный адресом назначения в пакете.
Кроме того, может быть обеспечено средство удаления для удаления опции собственного адреса мобильного IP из пакета после обработки средством обработки.
В соответствии с еще одной преимущественной дополнительной реализацией, средство проверки может быть приспособлено для проверки адреса назначения каждого IP-пакета, маршрутизируемого через устройство, на предмет совпадения с собственным адресом в существующем элементе кэша привязки. В этом случае может быть предусмотрено средство перехвата для перехвата совпадающего IP-пакета и для туннелирования пакета по передаточному адресу получателя, полученному из совпадающего элемента кэша привязки. Кроме того, может быть обеспечено средство добавления для добавления заголовка маршрутизации к совпадающему IP-пакету для маршрутизации пакета по передаточному адресу получателя, полученному из совпадающего элемента кэша привязки.
Устройство маршрутизации может размещаться в одном или нескольких маршрутизаторах, через которые маршрутизируется трафик на узел-корреспондент и от него. Для отдельного узла-корреспондента, устройство маршрутизации может размещаться в маршрутизаторе доступа, обслуживающем отдельный узел-корреспондент.
В качестве другой опции, устройство маршрутизации может быть выполнено как устройство, приспособленное для включения в сеть узлов-корреспондентов и для обеспечения всех функций, относящихся к узлу-корреспонденту мобильного IP, для всех хостов-корреспондентов в сети. В частности, устройство маршрутизации может быть обеспечено как расширение для защитных устройств и/или устройств выравнивания нагрузки. Для отдельного узла-корреспондента, устройство маршрутизации может размещаться в маршрутизаторе более высокого уровня, обслуживающем узел-корреспондент.
С использованием устройства, построенного в соответствии с вышеизложенным, изобретение обеспечивает сетевой объект, способ и систему, позволяющие узлу-корреспонденту обслуживать мобильный хост без необходимости в каких-либо дополнительных функциях или конфигурации для самого узла-корреспондента, и, вместе с тем, использовать прямую маршрутизацию, обеспечиваемую обновлением привязки, передаваемым мобильным узлом (т.е. без маршрутизации пакетов на мобильный узел через его собственный агент).
Таким образом, настоящее изобретение позволяет существенно упростить управление политиками безопасности по сравнению с управлением ими на отдельных хостах-корреспондентах, и придать дополнительную обрабатывающую способность для аутентификации и авторизации запросов на обновление привязки предложенному сетевому объекту вместо того, чтобы придавать ее каждому узлу-корреспонденту в отдельности.
Перечень чертежей
Теперь опишем настоящее изобретение более подробно со ссылками на предпочтительный вариант осуществления, который в настоящее время считается наилучшим режимом осуществления изобретения, совместно с прилагаемым чертежом, на котором показана структурная схема сети для обеспечения мобильного доступа, содержащей устройство, отвечающее предпочтительному варианту осуществления.
Описание предпочтительного варианта осуществления Сеть, изображенная на чертеже, в принципе, действует на основании известных протоколов и механизмов, разработанных для сетевого уровня Интернет для поддержки мобильности, согласно техническим описаниям мобильного IP, которые добавляют поддержку мобильности к протоколу IP сетевого уровня Интернет за счет маршрутизации в динамической сети, где соединения все время изменяются.
С этой целью мобильный IP, в основном, позволяет мобильному узлу (МУ, MN) 1 из совокупности мобильных узлов с МУ1 по МУn передавать обновления привязки для использования двух IP-адресов, собственного адреса, благодаря которому мобильный узел логически проявляется как подключенный к своей собственной сети, и так называемого передаточного адреса, который меняется при переходе в каждый новый пункт подключения и идентифицирует соответствующий пункт подключения мобильного узла относительно сетевой топологии. В вышеуказанной конфигурации, мобильный IP требует наличия сетевого узла, действующего как собственный агент (СА, НА) 2, который туннелирует пакеты, переданные на мобильный узел по собственному адресу мобильного узла, на его текущий передаточный адрес.
При переносе IP-пакета, адресация осуществляется с использованием привязок, содержащих собственный адрес мобильного узла, т.е. его адрес в соответствующей собственной сети, передаточный адрес мобильного узла и время действия регистрации. Всякий раз, когда мобильный узел 1 перемещается в стороннюю сеть, требуется обновление привязки, которое представляет собой сообщение, сообщающее новую привязку сетевому объекту, которому нужно знать новый передаточный адрес мобильного узла 1.
В общем, любой IP-узел может иметь свойство быть мобильным узлом или узлом-корреспондентом. Кроме того, заметим, что на фиг.1 не показано ни одного дополнительного маршрутизатора, который может быть предусмотрен для обеспечения соединений с Интернетом/сетью связи.
Исходя из вышесказанного, опишем подробно данный вариант осуществления на примере группы серверов, изображенной в правой стороне чертежа, согласно которой сеть или группа 4 серверных сайтов связана с Интернетом через маршрутизатор 5 доступа (М), обеспечивающий всю обработку узла или хоста-корреспондента, относящуюся к мобильному IP, для ряда серверов (С1, С2, ..., Cn) 4а-4n.
Согласно варианту осуществления, серверы 4а-4n не содержат никаких кэшей привязки (КП, ВС). Напротив, кэш привязки поддерживается вне отдельных узлов-корреспондентов (например, с С1 по Cn 4а-4n) сети 4 серверных сайтов, в объекте или элементе сети, соответственно, как предложено здесь, который обеспечивает необходимую обработку кэша привязки и защитные функции для всех серверов 4а-4n в сети 4 серверных сайтов и, таким образом, освобождает отдельные узлы-корреспонденты от всех функций, относящихся к узлу-корреспонденту мобильного IP.
Сетевой элемент, обеспечивающий эти функции, называется здесь «агент-корреспондент» (АК, СА) 6, и он, предпочтительно, входит в состав одного или нескольких маршрутизаторов, через которые трафик маршрутизируется на соответствующие узлы-корреспонденты и от них. В целом для отдельного узла-корреспондента, например, однорангового мобильного терминала, агент-корреспондент 6 может быть встроен, например, в маршрутизатор 5 доступа или любой маршрутизатор более высокого уровня, который обслуживает этот узел-корреспондент. Что касается сетей серверных сайтов, например, сети 4 серверных сайтов, показанной на чертеже, маршрутизатор(ы) 5, обслуживающий(е) подсеть(и) сайтов, в данном случае, предпочтительно, способны управлять кэшем привязки от имени всех серверов 4а-4n, показанных на схеме.
Более конкретно, агент-корреспондент 6 содержит средство выборки, которое выбирает IP-пакеты, поступающие из Интернета/сети связи, детектируя поступающие IP-пакеты, маршрутизируемые через устройство, средство проверки, которое проверяет каждый поступивший пакет на предмет содержащегося в нем обновления привязки мобильного IP, средство обработки, которое обрабатывает обновление привязки, обнаруженное в пакете, средство формирования элемента кэша привязки, которое формирует элемент кэша привязки в ассоциированном кэше привязки вне узла-корреспондента на основании обнаруженного обновления привязки, средство замены, которое заменяет передаточный адрес мобильного узла, содержащийся в поле адреса отправителя обновления привязки, собственным адресом мобильного IP, указанным в сформированном элементе кэша привязки, и средство маршрутизации, которое маршрутизирует пакет на узел-корреспондент.
В связи с вышеописанным, конкретная реализация агента-корреспондента 6 состоит в обеспечении корреспондентского устройства мобильного IP, которое можно включить в сеть узла(ов)-корреспондента(ов), и которое может обеспечивать все функции, относящиеся к узлу-корреспонденту мобильного IP, для всех узлов-корреспондентов в сайте.
Альтернативно, функции агента-корреспондента 6 можно также обеспечить в виде устройства расширения для, например, известных защитных устройств и устройств выравнивания нагрузки, и, в целом, можно обеспечивать на более высоком уровне сети доступа в зависимости от конкретных причин задания размеров сети.
Теперь схематически опишем работу вышеупомянутого агента-корреспондента 6.
При поступлении IP-пакетов из IP-сети, агент-корреспондент 6 выбирает пакет, детектируя и проверяя каждый поступающий пакет, маршрутизируемый через него, на предмет обновлений привязки мобильного IP и формирует элементы кэша привязки на основании обновлений привязки, принятых от мобильного узла 1. Другими словами, обновление привязки адресуется узлу-корреспонденту, но обрабатывается агентом-корреспондентом 6.
Кроме того, агент-корреспондент 6 можно настроить так, чтобы он, при необходимости, передавал квитирование привязки или любую другую необходимую сигнализацию мобильного IP.
После обработки обнаруженного обновления привязки мобильного IP, при наличии в пакете других опций или полезной нагрузки, относящихся к немобильному IP, пакет маршрутизируется обычным образом на адресованный узел-корреспондент, например, один из серверов 4а-4n, или «автономный» узел-корреспондент 3 Интернета/сети связи. Для этого содержимое поступившего пакета модифицируется для замены передаточного адреса в поле адреса отправителя собственным адресом мобильного узла 1, указанным либо в элементе кэша привязки, либо возможной опции собственного адреса мобильного IP.
Передаточный адрес в поле адреса отправителя пакетов, совпадающий с элементом кэша привязки, можно заменить собственным адресом мобильного узла, полученным из элемента кэша привязки. Это применимо как к пакетам, содержащим опцию обновления привязки, так и ко всем остальным пакетам.
Для всех поступающих IP-пакетов с собственным адресом мобильного IP, агент-корреспондент 6 можно настроить так, чтобы он либо заменял в опции собственного адреса исходный адрес отправителя собственным адресом, либо, в необязательном порядке, удалял опцию собственного адреса из пакета, если пакет не защищен от модификации. Применительно к последнему случаю заметим, что оставление на месте опции собственного адреса не причиняет никакого вреда соответствующему узлу-корреспонденту, даже если он обрабатывает опцию собственного адреса, поскольку в опции собственного адреса и в поле адреса отправителя содержится один и тот же IP-адрес.
Кроме того, если узлы-корреспонденты реализуют обработку опции собственного адреса, предусмотренную техническим описанием мобильного IP, то оставление без изменений опции собственного адреса и сопутствующего IP-адреса отправителя не представляет никакой функциональной опасности, поскольку узел-корреспондент будет использовать собственный адрес в опции собственного адреса как логический адрес отправителя, даже если узел-корреспондент не поддерживает кэш привязки. Для IP-пакетов, отправляемых узлом-корреспондентом обратно на мобильный узел 1, агент-корреспондент 6, опять же, перехватывает отправленные пакеты и либо туннелирует их на мобильный узел 1, как это сделал бы собственный агент, либо добавляет, если пакет не защищен от модификации, заголовок маршрутизации, как это делал бы сам узел-корреспондент, если бы в нем размещался кэш привязки (в соответствии с обычными функциями узла-корреспондента мобильного IP).
В случаях, когда мобильный узел 1 сообщается с несколькими узлами-корреспондентами, расположенными по другую сторону от агента-корреспондента 6, можно сделать так, чтобы агент- корреспондент 6 блокировал или ограничивал обработку обновлений привязки после получения первого, поскольку действующая привязка, отображающая один и тот же собственный адрес в адрес узла-корреспондента, уже присутствует.
Кроме того, мобильный узел 1, распознающий, что IP-пакеты от дополнительных узлов-корреспондентов поступают не через собственный агент, но маршрутизируются напрямую, можно настроить так, чтобы он не отправлял никаких дополнительных обновлений привязки (даже если мобильный узел в действительности не обменивался обновлением привязки с индивидуальным соответствующим адресом при передаче пакета).
Согласно вышеописанному, предложенный агент-корреспондент 6 мобильного IP представляет собой сетевой объект, поддерживающий кэш привязки и управляющий обновлениями привязки, относящимися к мобильному IP, и функциями безопасности от имени и вместо, соответственно, самих узлов-корреспондентов. Это позволяет, например, не затрагивать существующие группы серверов и, в то же время, поддерживать прямую маршрутизацию от узлов-корреспондентов на мобильные IP-клиенты. В необязательном порядке, предложенный агент-корреспондент 6 позволяет мобильному хосту управлять только одной привязкой со всем серверным сайтом даже при наличии связи с несколькими узлами-корреспондентами на упомянутом сайте. Предложенный агент-корреспондент 6 также позволяет конструировать устройство агента-корреспондента мобильного IP для включения в серверный сайт и поддержки режима plug-and-play для мобильных клиентов на серверном сайте. Кроме того, функции агента-корреспондента можно интегрировать в другие сетевые элементы, например маршрутизаторы доступа.
Заметим, что настоящее изобретение не ограничивается никакой конкретной последовательностью сигнализации для управления кэшем привязки, но может использоваться совместно с любой возможной сигнализацией кэша привязки. Таким образом, предпочтительный вариант осуществления можно модифицировать в рамках объема, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
Изобретение относится к устройству, системе и способу для усовершенствованной поддержки мобильного Интернет-протокола при осуществлении связи на основе мобильного Интернет-протокола. Предложены устройство и способ для мобильного IP, в которых кэш привязки, относящийся к мобильности, обеспечен вне отдельного узла-корреспондента, и управление им обеспечивается от имени узла-корреспондента. Таким образом, узел-корреспондент может выступать в качестве мобильного хоста без необходимости в дополнительных функциях и конфигурации узлов-корреспондентов. Техническим результатом является упрощение управления политикой безопасности предоставление дополнительной возможности для аутентификации и авторизации запросов на обновление привязки предложенному сетевому объекту. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 1 ил.
заменяют передаточный адрес в поле адреса отправителя в пакете, переданном мобильным узлом, собственным адресом, сохраненным на этапе поддержки.
причем передаточный адрес в поле адреса отправителя в совпадающем пакете заменяют собственным адресом, указанным в совпадающем элементе кэша привязки.
| US 2001012777 A1, 09.08.2001 | |||
| СПОСОБ ОБСЛУЖИВАНИЯ ТЕРМИНАЛОВ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ИХ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ В КОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ | 2000 |
|
RU2172076C1 |
| Устройство для выделения синхроимпульсов из полного видеосигнала | 1980 |
|
SU924913A1 |
| US 6195705 В1, 27.02.2001. | |||
