專利名稱：使用主動arp實現移動終端跨ip網際漫游的方法
技術領域：
本發明涉及一種移動終端在不同IP網際中進行數據通信的方法，特別涉及一種利用主動ARP協議實現移動終端在IP網際間無縫漫游的方法。
因特網協議IP隨著因特網Internet的飛速發展已成為數據通信領域最重要的標準之一。除因特網外，還廣泛應用于企業網、校園網等多種網絡環境。目前，因特網已是世界上最大的信息庫，為人們提供WWW瀏覽、FTP、e_mail等服務；同時，許多新的網絡服務如IP語音VoIP、網上視頻點播VOD等也在不斷涌現。另外，無線通信技術的發展，如802.11、藍牙技術等，以及提供IP連接高性能、低成本的移動終端設備的普及，如筆記本電腦、PocketPC、個人數字助理PDA等，將人們從以往的網線束縛中解放了出來，這極大地改變了人們生活、工作的形態，人們希望能隨時、隨地訪問網絡。然而，現有的TCP/IP協議并不提供對終端移動性的支持，這是由編址方式和路由算法決定的。在TCP/IP協議中，所有網絡設備都必須有一個IP地址用于數據交互，而事實上IP地址是指向網絡連接而不是指向網絡設備的。因此，當一個終端從一個IP子網移動到另一個IP子網時，它必須改變IP地址才能訪問網絡。而上層的協議如TCP是利用端口號和IP地址來標識網絡連接的，當終端設備的IP地址改變了，其TCP連接也就中斷。同樣UDP協議也存在類似的問題。當前，因特網上超過95％的應用服務是基于TCP協議的，因此要保持終端在IP子網間無縫漫游，其IP地址一定要保持不變，這要求針對現有的TCP/IP協議提出新的解決方案。
移動IP協議RFC2002提出了一種支持終端的移動性的方法。在原有網絡拓撲的基礎上引入了家代理(Home Agent)、外地代理(Foreign Agent)和移動終端(Mobile Terminal)三個漫游實體。其網絡結構參見

圖1。每一個IP子網1、6、11都通過路由器2、7、13與因特網10相連。將移動終端5所屬的IP子網稱為家網1，除家網1以外的其他IP子網稱為外地網。家網1有終端4、家代理3、移動終端5以及與因特網10相連的路由器2，家代理3主要完成對移動終端5的身份認證、位置管理，截獲發往移動終端5的數據報，并利用隧道技術RFC2003將數據報轉發到對應的外地代理8。外地代理8作為移動終端5在外地網6的默認路由器，協助移動終端5向家代理3轉發身份認證信息和轉交地址，同時將家代理3通過隧道轉發給移動終端5的數據報解包，發送給移動終端5；移動終端5指可以在不同IP子網間無縫漫游，且漫游過程中保持其IP地址不變的終端設備。
RFC2002協議的工作過程如下1].移動終端5利用代理搜尋功能檢測自己所處狀態，即本身位置是在家網1還是在外地網6。如在家網1，則執行步驟5]；如在外地網6，則獲得轉交地址，其通常為外地代理8的IP地址；2].移動終端5通過外地代理8向家代理3進行身份認證，并通知轉交地址；3].家代理3截獲發往移動終端5的IP數據報，并利用隧道發往外地代理8；4].外地代理8從隧道中取出發往移動終端5的IP數據報，轉發給移動終端5；5].移動終端5按IPv4協議收發IP數據報。
由上可知，移動終端5通過接收代理公告來判斷自己目前的位置和狀態，并采取相應的動作與家代理3、外地代理8配合實現跨IP子網的漫游[1].如果移動終端5在家網1，且沒有移動，則與其他終端一樣正常收發數據報；[2].如果移動終端5在外地網6，則要根據外地代理8的代理公告，將本節點的默認路由表項設為當前外地代理8的IP地址，同時刪除原來默認路由表項和指向家網1的直達路由表項，再通過外地代理8向家代理3注冊，通告自己當前的位置；[3].如果移動終端5從外地網6回到家網1，相應地也要將默認路由器2設回為家網1的默認網關，添加指向家網1的直達路由表項。因此，移動終端5動態修改路由表是實現移動IP協議的關鍵步驟之一。而Windows95/98/Me等操作系統不支持對路由表的動態修改，對路由表的修改要在系統重新啟動之后才起作用，這必然會導致移動終端5在不同IP子網間移動過程中各種網絡應用中斷，無法實現對IP移動性的支持。如移動終端5在IP子網間漫游時，WWW瀏覽、FTP、e_mail等網絡應用都將中斷，許多實時的網絡應用，如VOD、VoIP、網絡會議等也無法實現，造成時間和經濟上的損失。鑒于Windows在終端操作系統上占有絕對的市場份額，這實際上已嚴重阻礙了移動IP技術的應用和推廣。如果要使Windows等操作系統支持移動IP協議，必須重寫TCP/IP協議棧，而TCP/IP協議棧在整個操作系統中占有很大的比重，許多商用操作系統不提供TCP/IP協議棧的源代碼，因此，對TCP/IP協議棧的修改難度和工作量都很大，且對普通用戶來說，其使用和安裝也都很繁瑣。
本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足之處，而提供一種主動地址解析協議，并利用它實現一種無須修改移動終端的路由表項即能保證移動終端跨IP子網漫游，為傳統TCP/IP協議提供了移動性支持的使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法。
本發明設計方案如下一種使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法，其特殊之處在于該方法的實現包括1].當移動終端5在外地網6漫游時，通過接收外地代理8的代理公告，判斷自己是否漫游到新的IP子網；①.若是，則執行AARP協議，將外地代理8的MAC地址和本終端4的默認網關的IP地址在ARP Cache中綁定，將家網1中各終端4的IP地址與外地代理8的MAC地址綁定，移動終端5在修改ARP Cache時其屬性為靜態；②.否則，不執行AARP操作；2].當移動終端5從外地網6回到家網1時，先清空ARP Cache，然后按正常的ARP操作建立ARP Cache表，將ARP cache的屬性恢復為動態，進行正常的IP數據報收發。
上述執行AARP協議是將默認網關的IP地址和外地代理8的MAC地址在ARPcache中進行主動地綁定，并且利用家網1的IP地址的網絡掩碼推算出家網1中其他網絡設備的IP地址的范圍，將各個IP地址和外地代理的MAC地址進行綁定。
上述移動終端5回到家網1是指移動終端5從外地網6剛返回家網1，還未完成切換；所述的移動終端5回到家網1后，通過家代理3的代理公告中信息判斷自己已在家網時，移動終端5自動清空其ARP cache表中的綁定項，可通過正常的ARP操作，重建ARP cache表并發送數據報。
上述移動終端5在外地網6是指移動終端5在不同外地網6間漫游或剛從家網1移動到外地網6；所述的移動終端5從家網1移動到外地網6，其通過接收外地代理8的代理公告判斷本身移動到了外地網6時，移動終端5先清空自己的ARP cache，然后主動由外地代理8的代理公告中獲取外代理服務器的MAC地址MAC_FA，并主動將默認網關的IP地址IP_GW和外地代理8的MAC地址在ARP cache中進行主動地綁定，利用家網1的IP地址的網絡掩碼推算出家網1中其他網絡設備的IP地址范圍，將各個IP地址和外地代理8的MAC地址進行綁定。
本發明與現有技術相比具有如下優點移動終端在不同IP子網間移動過程中，各種網絡的應用不會中斷，可實現對IP移動性的支持，經濟而又節省時間；Windows等操作系統支持移動IP協議時，無須重寫TCP/IP協議棧，因此，大大節省了工作量，使用和安裝均簡便。主動ARP協議的移動終端是根據代理公告中的內容判斷自己當前的狀態和位置，然后主動對ARP Cache表進行操作，不用修改路由表即能在不同IP子網間漫游。本發明可適用于目前市場上包括Windows在內的絕大多數操作系統，可移植性強。大大提高了移動IP技術的應用范圍，實用性強。
附面說明如下圖1為移動IP網絡拓撲結構原理圖；圖2為圖1中部分網絡設備的IP地址和MAC地址對應表；圖3為圖1中移動終端在家網時的ARP Cache表；圖4為圖1中移動終端在外網時的ARP Cache表。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步詳述發明采用主動ARP協議，而不是根據ARP請求或響應數據報中的內容來被動的修改自己的ARP Cache，其移動終端是根據代理公告中的內容來判斷自己當前的狀態和位置，然后主動對ARP Cache表進行操作，從而可不修改路由表就能在不同IP子網間漫游的功能。其主要特點如下1].當移動終端在家網，沒有漫游，它于其他終端一樣按標準IPv4協議收發數據報。
2].當移動終端在外網漫游時，通過接收外地代理的代理公告，判斷自己是否漫游到新的IP子網；①.如果是，則執行AARP協議，將外地代理的MAC地址和本終端的默認網關的IP地址在ARP Cache中綁定，將家網中各終端的IP地址與外地代理的MAC地址綁定，移動終端在修改ARP Cache時將其屬性設為靜態(static)；②.否則，不執行AARP操作。
3].當移動終端從外地網回到家網時，它要清空ARP Cache，隨后可按正常的ARP操作建立ARP Cache表，進行正常的IP數據報收發。
本發明中的對各漫游實體的定義與RFC2002相同，涉及家代理、外地代理和移動終端。RFC2002中所定義的代理公告、隧道技術、移動終端向家代理進行身份認證、位置管理等方法也適用與本發明。
參見圖1，本發明的具體實現方法如下1.移動終端在家網移動終端5在家網1指的是移動終端5初始通信時就在家網1和移動終端5從外地網6回到家網1，且已完成切換的情形。這時移動終端5和其他終端一樣進行符合IPv4協議的數據報收發。假設它正在和本網的終端4和其他IP網11中的終端12通信，通過正常的ARP操作，它的ARP cache表應包含路由器2和終端4的IP地址和MAC地址的綁定，參見圖3。2.移動終端在外地網移動終端5在外地網6指移動終端5在不同外地網6間漫游或剛從家網1移動到外地網6的情形。當移動終端5通過接收外地代理8的代理公告判斷出它本身移動到了外地網6時，則執行AARP協議將默認網關的IP地址和外地代理8的MAC地址在ARP cache中進行主動地綁定，并且利用家網1的IP地址的網絡掩碼推算出家網1中其他網絡設備的IP地址的范圍，將各個IP地址和外地代理8的MAC地址進行綁定，這時它的ARP cache表如附圖4。
移動終端5要和終端12通信時，由于終端12不屬于其家網1，故發往終端12的數據報應通過默認網關轉發，通過查詢ARP cache表，移動節點將利用外地代理8的MAC地址發送數據報，這樣，該數據報就會直接發往外地代理8，而外地代理8都具有路由功能，它會根據數據報中的目的IP地址進行相應的轉發。當移動終端5與終端4通信時，它也會根據ARP cache表中的對應表項發送數據報，由于終端4的IP地址所對應的MAC地址也已被改為外地代理8的MAC地址，因此，發往終端4的數據報也會直接發往外地代理8，再由外地代理8轉發。這樣在不改變路由表的情況下，移動節點在跨IP子網的漫游時發往家網1和外地網節點的數據報都可通過外地代理8的轉發實現。上述對ARP cache表的操作不同于標準的ARP操作要根據ARP應答報文來被動改變，而是移動節點主動進行IP地址和MAC地址的綁定，故稱該協議為主動ARP協議。考慮到在許多操作系統中會定時或不定時地自動清除ARP cache，移動終端5在外地網6改變ARP cache的綁定時應將其屬性設為靜態(static)，保證其不會被系統更新；3.移動終端回到家網移動終端5回到家網1指移動終端5從外地網6剛返回家網1，還未完成切換的情形。移動節點可從家代理3的代理公告和當前狀態判斷出自己已在家網1，這時，它應清除ARP cache表同時并將ARP cache的屬性則應恢復為動態(dynamic)，以響應本子網的網絡變化，隨后它就可以通過正常的ARP操作，重建ARP cache表并發送數據報。
本發明的具體工作過程參見圖1，移動終端5在家網1使用正常的ARP操作實現同本網固定主機的通信工作過程如下移動終端5在家網時若要與處于同一子網的終端4通信，首先移動終端5要查詢自己的路由表，以便通過路由表判斷所要通信的終端4在網絡中所處的位置，移動終端5通過判斷終端4的IP地址IP_T4與子網掩碼發現終端4和移動終端設備處于同一網段，于是移動終端5開始查詢自己的ARP cache表，如果ARP cache表中沒有相應的終端4的IP地址IP_T4與其MAC地址MAC_T4的綁定，移動終端5將通過ARP請求廣播在本網中請求IP地址為IP_T4的MAC地址。此廣播將會被本網內的所有終端設備獲得，于是本網內的所有終端設備都將檢查自己的IP地址是否與被請求的IP_T4地址相同，因此只有終端4會對移動終端5的ARP請求進行響應，將本機的MAC地址MAC_T4連同本機IP地址發回給移動終端5，并將移動終端5的MAC地址MAC_T5添加到本機的ARP cache表中，移動終端5在收到ARP響應后同樣會將終端4的MAC地址MAC_T4添加到本機的ARP cache表中，于是移動終端5與終端4的連接就形成了，它們之間可以進行正常的符合Ipv4協議的數據報收發。
在圖1中，移動終端5在家網1時，若要與另一子網的終端12通信，首先移動終端5要查詢自己的路由表，以便通過路由表判斷所要通信的終端設備在網絡中所處的位置，移動終端5通過判斷終端12的IP地址IP_T12與子網掩碼發現終端12和移動終端5處于不同的網段，移動終端5會直接請求其路由器2(IP_GW)的MAC地址，路由器2會將本機的MAC地址MAC_GW連同本機IP地址IP_GW發回給移動終端5，并將移動終端5的MAC地址MAC_T5添加到本機的ARPcache表中，移動終端5在收到ARP響應后同樣會將路由器2的MAC地址MAC_GW添加到本機的ARP cache表中，接下來路由器2通過其路由功能使移動終端5與終端12的連接形成，它們之間可以進行正常的符合Ipv4協議的數據報收發。
下面按通信對端為家網中的終端和通信對端不是家網中的終端這兩種情況來詳細介紹移動終端在漫游時對網絡設備的訪問在圖1中，移動終端5從家網1移動到外地網6，當移動終端5通過接收外地代理8的代理公告判斷出它本身移動到了外地網6時，這時移動終端5先獲取外代理服務器的MAC地址MAC_FA，并主動將默認網關的IP地址IP_GW和外地代理8的MAC地址在ARP cache中進行主動地綁定，并且利用家網IP地址的網絡掩碼推算出家網1中其他網絡設備的IP地址的范圍，將各個IP地址和外地代理8的MAC地址進行綁定。移動終端5要和終端12通信時，移動終端5通過判斷終端12的IP地址IP_T12與子網掩碼發現終端12和移動終端設備處于不同的網段，移動終端5不會在全網段發送ARP請求廣播，而是直接請求其路由器2(IP_GW)的MAC地址，故發往終端12的數據報應通過默認網關轉發，查詢ARP cache表，此時ARP cache表中默認網關的IP地址IP_GW和外地代理8的MAC地址已經進行了主動綁定。該數據報就會直接根據綁定的MAC地址MAC_FA發往外地代理8，而外地代理8會在其路由表中添加移動終端5路由直達項，同時由于外地代理8都具有路由功能，它會根據數據報中的目的IP地址進行相應的轉發。于是就可以實現移動終端5在其外地網6中與終端12的正常通信。
在圖1中移動終端5從家網1移動到外地網6，并與外地網6的終端設備9通信，方式是首先移動終端5要查詢自己的路由表，以便通過路由表判斷所要通信的終端設備在網絡中所處的位置，移動終端5通過判斷終端9的IP地址IP_T9與子網掩碼發現終端9和移動終端設備處于不同的網段，移動終端5不會在全網段發送ARP請求廣播，而是直接請求其路由器2(IP_GW)的MAC地址，又由于其ARP cache表中默認網關的IP地址IP_GW和外地代理的MAC地址已經進行了主動綁定，數據包會被直接發送到外地代理8上，由外地代理8判斷終端9與其處于同一網段，于是可以通過正常的ARP協議將數據報轉發給終端9，以實現移動終端5移動到外地網6后與外地網6的終端9的正常通信。
在附圖1中移動終端5從家網1移動到外地網6，并與其家網1的終端4通信方式如下，首先移動終端5要查詢自己的路由表，以便通過路由表判斷所要通信的終端設備在網絡中所處的位置，移動終端5通過判斷終端4的IP地址IP_T4與子網掩碼發現終端4和移動終端設備處于同一網段，于是查詢自己的ARP cache表，由上面可知在其ARP cache表中已經存在終端4與外地代理8的MAC的綁定項，于是移動終端5會將其直接轉發到外地代理8，并由外地代理8根據其路由功能將數據報轉發至終端4，以實現移動終端5移動到外地網6后與其家網1的終端4的正常通信。
移動終端5回到家網1后通過家代理3的代理公告中信息可以判斷出自己已在家網1，這時，移動終端5會自動清空其ARP cache表中的綁定項，隨后它就可以通過正常的ARP操作，重建ARP cache表并發送數據報。
權利要求
1.一種使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法，其特征在于該方法的實現包括1].當移動終端(5)在外地網(6)漫游時，通過接收外地代理(8)的代理公告，判斷自己是否漫游到新的IP子網；①.若是，則執行AARP協議，將外地代理(8)的MAC地址和本終端(4)的默認網關的IP地址在ARP Cache中綁定，將家網(1)中各終端的IP地址與外地代理(8)的MAC地址綁定，移動終端(5)在修改ARPCache時其屬性為靜態；②.否則，不執行AARP操作；2].當移動終端(5)從外地網(6)回到家網(1)時，先清空ARP Cache，然后按正常的ARP操作建立ARP Cache表，將ARP cache的屬性恢復為動態，進行正常的IP數據報收發。
2.如權利要求1所述的使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法，其特征在于所述的執行AARP協議是將默認網關的IP地址和外地代理(8)的MAC地址在ARP cache中進行主動地綁定，并且利用家網(1)的IP地址的網絡掩碼推算出家網(1)中其他網絡設備的IP地址的范圍，將各個IP地址和外地代理(8)的MAC地址進行綁定。
3.如權利要求1或2所述的使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法，其特征在于所述的移動終端(5)回到家網(1)是指移動終端(5)從外地網(6)剛返回家網(1)，還未完成切換；所述的移動終端(5)回到家網(1)后，通過家代理(3)的代理公告中信息判斷自己已在家網(1)時，移動終端(5)清空其ARP cache表中的綁定項，可通過正常的ARP操作，重建ARP cache表并發送數據報。
4.如權利要求3所述的使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法，其特征在于所述的移動終端(5)在外地網(6)是指移動終端(5)在不同外地網間漫游或剛從家網(1)移動到外地網；所述的移動終端(5)從家網(1)移動到外地網(6)，其通過接收外地代理(8)的代理公告判斷本身移動到了外地網(6)時，移動終端(5)先獲取外代理服務器的MAC地址MAC FA，并主動將默認網關的IP地址IP GW和外地代理(8)的MAC地址在ARP cache中進行主動地綁定，利用家網(1)的IP地址的網絡掩碼推算出家網(1)中其他網絡設備的IP地址范圍，將各個IP地址和外地代理(8)的MAC地址進行綁定。
全文摘要
本發明采用主動地址解析協議實現一種無須修改移動終端的路由表項即能保證移動終端跨IP子網漫游，為傳統TCP/IP協議提供了移動性支持的使用主動ARP實現移動終端跨IP網際漫游的方法。當移動終端在外網時，通過接收外代理的公告，判斷自己是否漫游到新的IP子網；是，則執行AARP協議，移動終端在修改ARP Cache時其屬性為靜態；否則，不執行AARP操作。當移動終端從外網回到家網時，先清空ARP Cache，然后按正常的ARP操作建立ARP Cache表，將ARP cache的屬性恢復為動態，進行正常的IP數據報收發。
文檔編號H04L29/12GK1420705SQ0213936
公開日2003年5月28日 申請日期2002年8月15日 優先權日2002年8月15日
發明者張寧, 萬曉輝 申請人:西安西電捷通無線網絡通信有限公司