[发明专利]基于OpenFlow实现移动切换的系统和方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，具体地涉及基于OpenFlow实现移动切换的系统和方法。

 

背景技术

在无线网络中，终端在移动过程中会改变网络接入点，为了保持节点通信的连续性，Internet工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）制定了移动IP标准通信协议。移动IP定义了三类功能实体：移动节点（Mobile Node，MN）、家乡代理（Home Agent，HA）、外地代理（Foreign Agent，FA）。其中，家乡代理和外地代理统称为移动代理（Mobility Agent，MA）。

当MN从一个MA覆盖的范围移动到另一个MA覆盖的范围时，将MN的通信转交给后一个MA的过程称为移动IP切换。移动IP切换主要经历两个阶段：移动检测（Movement Detection）阶段和重新注册（Re-registration）阶段。

节点通过Movement Detection来确定自己是否进入了新的链路，并向新的访问路由器（Access Router，AR）获取转交地址（Care of Address，CoA）。Movement Detection由三个阶段组成：1）获取移动提示，包括获取链路层触发信息（Link Layer Trigger），如信号强度的变化、自身链路标识（LID）的改变等，以及网络层信息，如接收到新的路由器广播通告（Router Advertisement，RA）或者当前RA生存期即将结束等。2）根据上述信息判断自身是否进入了新的链路。如果发现当前RA生存期结束，则认为自己连接到了新的链路上；如果接收到新RA，移动节点将新RA中的网络前缀同当前RA的网络前缀作比较，如果两者不同则认为发生自身连接到了新的链路上。3）移动节点通过DHCP或手动配置获得一个或多个新的CoA。

当漫游到某个外地子网时，MN必须向HA重新注册其当前的CoA，HA将MN的CoA与MN的家乡地址（Home of Address，HoA）绑定，以便能够向MN转发数据包。如果在外地网络中的MN欲与通信节点（Corresponding Node，CN）进行通信，CN发出的数据包需先发送给HA，HA封装该数据包，并通过隧道发送给FA，FA解封装数据包，并将其转发给MN；而MN发送数据时可将FA作为其缺省路由器，从而直接将数据发送给CN。

移动IP是一种简单有效的网络层移动性解决方案，但它依然存在一些问题。在IPv4网络中，移动IP最重要的问题是三角路由。移动IP中的三角路由现象可以通过图2来描述。该网络中包含了移动IP方案中定义的三类功能实体（HA、FA、MN）以及CN。当MN漫游到一个外地子网，为了保证在网络切换的过程中保持移动对于通信应用的透明，需要通信应用的网络层标识（即IP地址）保持不变。由于CN只知道MN的HoA而不知道其临时CoA，所以CN发给MN的数据包根据路由机制首先到达MN的HA，HA再对该数据包进行封装（新包的目的地址是MN的临时CoA，这个地址在Re-registration过程中与MN的HoA绑定），通过隧道转发给FA。FA将其解封装，然后发给MN（图2中CN到MN）。而MN发给CN的数据包则是按照路由规则通过FA直接发给CN（图2中MN到CN）。这样往返的数据流形成三角路由现象。三角路由问题严重浪费网络资源，增加数据包传输延迟，使得网络通信效率极度下降，并且增加了HA的处理负担。

移动IP中还存在入口过滤问题。如图3所示，MN与CN在不同的自治域：CN处于自治域A，并且该自治域有多个入口，且在入口处使用了防火墙，而MN处于另一个自治域B。在这种情况下，CN发出的请求数据包按照图3中CN到MN的路径通过HA转发到MN，而MN的响应数据包则是通过图3中MN到CN的路径返回给CN，响应数据包到达自治域A的另一个入口需要经过防火墙2。由于请求数据包未经过该防火墙，此时接收到的数据包就是没有请求的响应数据包，防火墙的规则通常是丢弃这类数据包，这就造成MN和CN通信的中断。如果响应数据包按照图3中CN到MN路径的反方向再经过HA使用隧道技术通信，将会造成更大的网络延迟和更低的通信效率。

 

发明内容

OpenFlow技术目前在固网中的研究和应用已经取得一定的成果，但OpenFlow技术在无线网络中的研究尚处于起步阶段，还没有具体成果。本发明结合OpenFlow技术与无线网络中的移动通信技术，提出一种基于OpenFlow技术实现移动切换的系统和方法。