名址映射系统、数据传输方法及名址映射维护方法

摘要

一种身份位置分离网络数据传输方法，包括：A、所述源映射节点接收源接入业务节点发送的报文，所述报文中携带目的身份标识；B、所述源映射节点查询节点路由表，确定所述目的路由标识所在的目的映射节点，若为当前映射节点，则当前映射节点为目的映射节点，转执行步骤D，否则执行步骤C；C、所述源映射节点将所述报文转发给确定的目的映射节点，所述目的映射节点接收所述报文；D、所述目的映射节点根据目的身份标识查询本地映射表获得目的路由标识，向所述目的路由标识对应的目的接入业务节点发送所述报文。本发明可以提高路由效率。名址映射系统、数据传输方法及名址映射维护方法。

说明书

技术领域

本发明涉及身份位置分离技术，尤其是一种身份位置分离网络的名址映射系统、数据传输方法及名址映射维护方法。

背景技术

为了解决互联网核心路由器节点路由表容量快速膨胀以及IP地址二义性的问题，IETF(互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force)近年来提出了身份与位置分离的技术，以LISP(身份位置分离协议，Locator and Identifier Separation Protocol)工作组提出的LISP协议为例，其终端的身份标识(EID，Endpoint IDentifier)不参与IP核心网的路由，骨干路由器只能看到边界接入路由器的接口路由地址(RLOC，Routing LOCator)，而一个边界路由器可以接入大量的终端，单独设置一个映射平面存储终端身份EID和路由器RLOC的对应关系。发往终端的报文首先需要在映射平面中查找到其对应的边界路由器RLOC，然后根据RLOC路由到目的终端所在接入路由器。其示意图见图1，其中ITR(Ingress Tunnel Router)、ETR(Egress Tunnel Router)分别表示入口隧道路由器、出口隧道路由器，是收发两端接入路由器的逻辑名称。

LISP可以大大缩减IP骨干网路由器的节点路由表容量，但是其将复杂性留在了映射平面，映射平面所要存储所有的EID-RLOC的对应关系，在IETF的LISP+ALT(ALT是Alternative Topology的缩写，表示一种可选拓扑方案)方案中其假定终端是不可移动的，每个终端固定属于某个接入路由器，因此在映射平面可以采用普通IP逐跳路由方式最终路由到目的接入路由器，但在移动网中这一假设并不成立，因此其不适合解决移动终端接入的身份位置分离网络问题。北京交通大学罗洪斌(音译)等在IEEE网站上公开“ADHT-based Identifier-to-locator Mapping Approach for a Scalable Internet”(译文：一种用于可扩展互联网的基于DHT技术的身份位置映射方法)的文章提出了一种采用CAN(内容寻址网络，Content Addressable Network)DHT(分布式哈希表，Distributed Hash Table)算法来构建映射平面的方法，但是由于CAN算法的平均查找跳数为(d/4)×d1/2(CAN采用笛卡尔多维空间模型，d为维度)，在其维度d＝lnN(N为映射平面节点的数量)时性能最佳，当映射平面的节点数量为1万时，在CAN技术构造的映射平面查找数据平均要经过7跳，引入时延在1秒以上，性能过低，而且其没有解决多运营商组网的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种身份位置分离网络的名址映射系统和数据传输方法，以提高路由效率。

为解决以上技术问题，本发明提供的一种身份位置分离网络的名址映射系统，所述名址映射系统包括通过网络连接的映射节点及接入业务节点，其中：

所述接入业务节点包括收发模块，用于接收终端和所述映射节点发送的报文，还用于向所述终端和所述映射节点发送报文；

所述映射节点包括：

收发模块，用于接收所述接入业务节点或其他映射节点发送的报文，以及向所述接入业务节点或其他映射节点发送报文；

节点路由表，用于体现身份标识与映射节点的对应关系；

节点确定模块，与所述收发模块及所述节点路由表连接，用于查询所述节点路由表，确定所述目的身份标识对应的映射节点，确定的映射节点是其他映射节点时，通知所述收发模块将报文转发给所述确定的映射节点；确定的映射节点为当前映射节点时，通知地址查询模块；

本地映射表，用于保存本地身份标识与路由标识的映射关系；

所述地址查询模块，与所述本地映射表连接，用于根据所述目的身份标识查询所述本地映射表获得目的路由标识，还用于通知所述收发模块向所述目的路由标识对应的接入业务节点发送报文。

进一步地，

所述接入业务节点的收发模块，还用于向映射节点发送注册或注销请求，其中携带要注册或注销的身份标识与路由标识的映射关系；

所述映射节点还包括与本地映射表连接的身份标识维护模块；

所述收发模块还用于接收所述接入业务节点发送的注册或注销请求；

所述节点确定模块，还用于根据所述接入业务节点的注册或注销请求查询所述节点路由表确定对应的映射节点，若确定的映射节点是当前映射节点，则通知所述身份标识维护模块，所述身份标识维护模块用于在所述本地映射表注册或注销对应的身份标识与路由标识的映射关系。

进一步地，

所述地址查询模块获得目的路由标识后，还用于通知所述收发模块向源路由标识对应的接入业务节点发送目的身份标识与目的路由标识的映射关系；

所述映射节点的收发模块还用于向源路由标识对应的接入业务节点发送所述映射关系；

所述接入业务节点还包括维护模块、与所述维护模块连接的本地缓存表以及与所述收发模块及本地缓存模块连接的查询模块；

所述接入业务节点的收发模块，还用于接收所述映射节点发送的映射关系，并通知所述维护模块在所述本地缓存表中保存所述映射关系，以及在接收到终端发送的报文时通知所述查询模块；

所述维护模块用于将所述映射关系缓存入所述本地缓存表；

所述本地缓存表用于保存身份标识与路由标识的映射关系；

所述查询模块用于根据目的身份标识查询本地缓存表，查到对应的目的路由标识时，通知所述收发模块将所述报文发送给对应的目的接入业务节点，未查到对应的目的路由标识时，通知所述收发模块将所述报文发送给映射节点。

进一步地，

每个接入业务节点配置至少一个映射节点，若所述接入业务节点配置多个映射节点，所述接入业务节点的收发模块采用轮选的方式从配置的映射节点中选择映射节点，并向选择的映射节点发送报文。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种身份位置分离网络数据传输方法，该方法基于名址映射系统实现，该系统包括映射节点及接入业务节点，每个映射节点设置节点路由表及本地映射表，该方法包括：

A、所述源映射节点接收源接入业务节点发送的报文，所述报文中携带目的身份标识；

B、所述源映射节点查询节点路由表，确定所述目的路由标识所在的目的映射节点，若为当前映射节点，则当前映射节点为目的映射节点，转执行步骤D，否则执行步骤C；

C、所述源映射节点将所述报文转发给确定的目的映射节点，所述目的映射节点接收所述报文；

D、所述目的映射节点根据目的身份标识查询本地映射表获得目的路由标识，向所述目的路由标识对应的目的接入业务节点发送所述报文。

进一步地，

步骤D中，所述目的映射节点获得所述目的路由标识后，将目的身份标识与目的路由标识的映射关系发送给所述源接入业务节点；所述源接入业务节点将所述映射关系保存在本地映射表；步骤A之前，所述源接入业务节点向所述源映射节点发送所述报文前，先根据目的身份标识查询本地映射表，若查到所述目的路由标识，则直接将所述报文转发给对应的目的接入业务节点，若没有查到所述目的路由标识，再执行步骤A。

进一步地，

每个接入业务节点配置至少一个映射节点，步骤A中，所述源映射节点是所述源接入业务节点采用轮选的方式从配置的多个映射节点选择的。

进一步地，

所述映射节点的节点路由表是根据分布式哈希表算法生成，所述节点路由表保存身份标识哈希值的分段与映射节点的对应关系。

为解决以上技术问题，本发明还提供了一种身份位置分离网络名址映射维护方法，该方法基于名址映射系统实现，该系统包括映射节点及接入业务节点，每个映射节点设置节点路由表及本地映射表，该方法包括：

A、所述映射节点接收接入业务节点发送注册或注销请求，其中携带终端的身份标识及所述接入业务节点的路由标识；

B、所述映射节点查询节点路由表确定对应的映射节点，若确定的映射节点是当前映射节点，则执行步骤D，否则执行步骤C

C、所述映射节点将所述注册或注销请求发送给步骤B确定的映射节点，并转执行步骤B；

D、所述映射节点在本地映射表注册或注销对应的身份标识与路由标识的映射关系。

进一步地，

所述映射节点的节点路由表是根据分布式哈希表算法生成的，所述节点路由表保存身份标识哈希值的分段与映射平面内映射节点的对应关系。

本发明身份位置分离系统的数据传输方法及名址映射系统在映射平面的映射节点存储节点路由表和本地映射表，映射节点通过查询节点路由表可以确定存储名址映射关系的映射节点，从而实现映射平面内单跳完成映射关系的快速查询，提高了路由效率。本发明节点路由表和本地映射表采用DHT(分布式哈希表)算法生成，性能较CAN算法大大提高，可以避免因运营商逐段分配身份标识造成的映射关系在映射节点分布不均匀的现象，而且查询本地映射表时不依赖于底层IP网络的拓扑，不需要限制用户的身份标识只能固定在某一个ASN接入，因此可很好地支持终端的移动性。

附图说明

图1为现有身份位置分离网络的架构示意图。

图2为本发明身份位置分离网络的系统框图。

图3为本发明身份位置分离网络的数据传输方法示意图。

图4为本发明应用实例一映射关系注册的流程图。

图5为本发明应用实例二映射平面内实现IP通信的流程图。

具体实施方式

本发明系统和方法的主要思想是在采用单跳分布式哈希表技术构建身份位置分离网络的映射平面，映射平面的映射节点存储节点路由表和根据节点路由表确定的部分本地映射表，映射节点通过查询节点路由表可以确定存储名(即身份标识)址(即路由标识)映射关系的映射节点，从而实现映射平面内一跳完成映射关系的快速查询，提高了路由效率。

图2为本发明身份位置分离网络的名址映射系统的结构示意图，该系统包括ASN(接入业务节点)101，IP核心网102，映射平面103，映射平面103由至少1个映射节点104构成。

一个ASN可以接入多个终端，每个终端具有特定的身份标识，终端通过ASN与其他终端进行通信。

每个ASN配置至少一个映射节点，配置多个映射节点时，接入业务节点采用轮选的方式从配置的映射节点中选择映射节点。

每个映射节点均保存节点路由表，节点路由表用于体现身份标识与映射节点的对应关系，通过该节点路由表，映射节点可以确定身份标识与路由标识的映射关系所在的映射节点，实现一跳寻址。

本发明中，节点路由表采用DHT算法生成，节点路由表中存储的是身份标识哈希值的分段与映射平面内映射节点的对应关系，采用DHT算法可以避免因运营商逐段分配身份标识造成的映射关系在映射节点分布不均匀的现象。目前的哈希算法一般采用MD5或SHA1，哈希输出为128bit或160bit的数值，以下简化采用16bit即0～65535的哈希值来解释单跳DHT算法：若身份标识哈希值是16bit，则为映射平面的映射节点也分配16bit的逻辑节点ID，一般来说映射节点数量远远小于身份标识数据条目数，若一个映射节点存储100个身份标识数据，系统中共有1万个身份标识数据，则只需要100个映射节点。身份标识数据所在的映射节点就是由身份标识的哈希值和节点ID之间的关系决定的，例如，可以采用如下简单的规则：身份标识存储在节点ID大于等于身份标识哈希值且最近的映射节点上，比如映射平面中有4个映射节点，节点ID分别为0、10000、30000、40000，若给定身份标识的哈希值分别为3000、16000，则其数据就应该分别存储在节点ID为10000、30000的映射节点上。为了实现本发明所说的单跳DHT，每个映射节点的节点路由表均存储所有映射节点的ID信息，故可根据目的身份标识的哈希值确定存储其数据的映射节点。

当然也可以采用其他规则来确定存储关系，例如根据身份标识哈希值与节点ID的差值的绝对值最小的方法选择存储关系。

除节点路由表外，各映射节点还设置本地映射表，用于保存在本映射节点注册的身份标识和路由标识的映射关系，不同映射节点之间无需交互数据，通过查询节点路由表最多一跳即可确定目的身份标识对应的映射节点，在该映射节点即可获得目的身份标识对应的目的路由标识。

优选地，本地映射表也采用DHT算法生成，在映射节点内，身份标识与路由标识映射关系存储在哪个映射节点的本地映射表中是依据DHT算法确定的，不依赖于底层IP网络的拓扑，不需要限制用户的EID只能固定在某一个ASN接入，因此可很好地支持终端的移动性。

本发明基于以上系统实现的数据传输过程如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：所述源映射节点接收源接入业务节点发送的报文，所述报文中携带目的身份标识；

每个接入业务节点配置至少一个映射节点，步骤A中，源映射节点是源接入业务节点采用轮选的方式从配置的多个映射节点选择的。

步骤302：所述源映射节点查询节点路由表，确定所述目的路由标识所在的目的映射节点，若为当前映射节点，则当前映射节点为目的映射节点，转执行步骤304；否则执行步骤303；

步骤303：所述源映射节点将所述报文转发给确定的目的映射节点，所述目的映射节点接收所述报文；

步骤304：所述目的映射节点根据目的身份标识查询本地映射表获得目的路由标识，向所述目的路由标识对应的目的接入业务节点发送所述报文。

步骤304中，所述目的映射节点获得所述目的路由标识后，将目的身份标识与目的路由标识的映射关系发送给所述源接入业务节点；所述源接入业务节点将所述映射关系保存在本地映射表；步骤301之前，所述源接入业务节点向所述源映射节点发送所述报文前，先根据目的身份标识查询本地映射表，若查到所述目的路由标识，则直接将所述报文转发给对应的目的接入业务节点，若没有查到所述目的路由标识，再执行步骤301。

在名址映射关系的注册或注销的维护过程中，也可一跳实现，即由接到注册或查询请求的映射节点通过查询节点路由表确定应该存储要注册或注销的映射关系的映射节点，并把注册或注销请求转到该确定的映射节点，由该映射节点完成注册或注销的维护，具体地，身份位置分离网络名址映射关系维护方法包括：

A、所述映射节点接收接入业务节点发送注册或注销请求，其中携带终端的身份标识及所述接入业务节点的路由标识；

B、所述映射节点查询节点路由表确定对应的映射节点，若确定的映射节点是当前映射节点，则执行步骤D，否则执行步骤C；

C、所述映射节点将所述注册或注销请求发送给步骤B确定的映射节点，并转执行步骤B；

D、所述映射节点在本地映射表注册或注销对应的身份标识与路由标识的映射关系。

下面结合附图和具体应用实例对本发明作进一步详细描述。

应用实例一

图4示出了UE附着到网络时向映射平面的映射节点注册名址映射关系的流程，包括以下步骤：

步骤401，UE向ASN进行注册，该注册流程采用现有流程；比如ASN是一个3GPP网络接入网关，则其采用3GPP分组域用户附着流程；

步骤402，当ASN处理完UE网络附着请求时，其向映射平面发起一个注册请求Map_Register，该请求携带UE的身份标识和自身的路由标识；

一般来说每个ASN可以配置多个映射平面的映射节点地址，其可以采用轮选的方式向多个映射节点发出请求以达到负载均衡的目的。

步骤403，映射节点1根据UE的身份标识查询节点路由表，获知该身份标识应该存储在映射节点2之上，故其向映射节点2发出DHT存储请求，请求存储UE的身份标识和ASN的路由标识的对应关系；

当采用单跳DHT，节点路由表实际上存储的是本映射平面所有映射节点的信息，为简化起见，假定节点ID长度为16bit(实际网络中一般为128bit或以上)，示意如下：

  节点ID  节点IP地址  节点端口号  节点状态  0x0100  10.1.1.1  7090  Active  0x0d00  10.9.8.5  7090  Active  0x8200  10.24.3.2  7090  Active  ……  ……  ……  ……

给定一个身份标识，查找节点路由表前首先将其哈希获得一个16bit的身份标识哈希值，假定为0x3012，在以上节点路由表示例中，0x8200节点ID是大于等于该值的最小节点ID，故该身份标识数据存储在0x8200节点ID对应的映射节点上。

步骤404，映射节点2收到映射关系存储请求后，在本地存储UE的身份标识和ASN的路由标识的对应关系；

在本步骤中，映射节点2有可能根据DHT算法的备份策略，向1个或多个其它节点备份该条数据。

步骤405，映射节点2向映射节点1返回DHT存储响应消息。

步骤406，映射节点1向ASN返回Map_Register响应消息，本实施例完成。

应用实例二

图5示出了在映射平面内实现IP通信的实施例流程，包括以下步骤：

步骤501，UE11发送一个IP报文，其目的地址为UE21的身份标识EID21；

步骤502，ASN1收到报文后，在本地身份标识-路由标识映射缓存表中未查到EID21的记录，将该报文封装后发给映射平面的映射节点1，其封装报文外层地址为映射节点1的IP地址；

关于映射节点的选择，可以采用静态配置方式，比如在ASN上配置多个映射节点，ASN对于每个发往映射平面的请求采用轮选等负载均衡方法在多个映射节点之间进行选择；

步骤503，映射节点1收到报文后，根据以EID21作为关键字查找节点路由表，获知其数据存储在映射节点2；

步骤504，映射节点1根据查询结果，将报文转发给映射节点2；

步骤505，映射节点2读取本地映射表获知EID21对应的RLOC21(ASN2的路由标识)，将收到的IP报文的外部封装目标地址改为RLOC21；

步骤506-507，映射节点2将EID21-RLOC21的对应关系通知ASN1，ASN1将其存储在自己的本地缓存中，以便后续发往EID21的IP报文可以在本地直接匹配到该条记录，无需再通过映射平面进行转发；

步骤508，映射节点2将更改过封装地址的报文发往RLOC21对应的ASN2；

步骤506和步骤508不分先后顺序。

步骤509，ASN2收到报文后，移除外部封装头部，将报文发给UE21，完成一次报文端到端的递交；

步骤510，UE11又发出一个目的地址为EID21的报文；

步骤511，ASN1收到报文后，在本地缓存查询获得EID21对应的路由标识RLOC21，将报文进行封装，封装目标地址为RLOC21，源地址为本ASN的RLOC11；

步骤512，ASN1将上一步封装的报文直接发给ASN2，无需再经过映射平面；

步骤513，ASN2收到ASN1发过来的报文后，移除外部封装头部，将报文转发给UE21。

为实现以上方法，本发明还提供了一种身份位置分离网络的名址映射系统，所述名址映射系统包括通过网络连接的映射节点及接入业务节点。

所述接入业务节点包括收发模块、维护模块、与所述维护模块连接的本地缓存表以及与所述收发模块及本地缓存模块连接的查询模块；：

收发模块，用于接收终端和所述映射节点发送的报文，以及在接收到终端发送的报文时通知所述查询模块；还用于向所述终端和所述映射节点发送报文；还用于接收所述映射节点发送的映射关系，并通知所述维护模块在所述本地缓存表中保存所述映射关系；还用于向映射节点发送注册或注销请求，其中携带要注册或注销的身份标识与路由标识的映射关系；

每个接入业务节点配置至少一个映射节点，若所述接入业务节点配置多个映射节点，所述接入业务节点的收发模块采用轮选的方式从配置的映射节点中选择映射节点，并向选择的映射节点发送报文

维护模块用于将所述映射关系缓存入所述本地缓存表；

本地缓存表用于保存身份标识与路由标识的映射关系；

查询模块用于根据目的身份标识查询本地缓存表，查到对应的目的路由标识时，通知所述收发模块将所述报文发送给对应的目的接入业务节点，未查到对应的目的路由标识时，通知所述收发模块将所述报文发送给映射节点。

所述映射节点包括收发模块、节点路由表、与收发模块及节点路由表连接节点确定模块、本地映射表、与收发模块、节点确定模块及本地映射表连接的地址查询模块、与本地映射表连接的身份标识维护模块、包括：

收发模块，用于接收所述接入业务节点或其他映射节点发送的报文，以及向所述接入业务节点或其他映射节点发送报文；所述收发模块还用于接收所述接入业务节点发送的注册或注销请求；还用于向源路由标识对应的接入业务节点发送所述映射关系；

节点路由表，用于体现身份标识与映射节点的对应关系，具体可以是身份标识哈希值分段与映射节点的对应关系；

路由维护模块，用于维护节点路由表，当映射平面有新映射节点加入、退出时，负责更改相应的节点路由表；

节点确定模块，用于查询所述节点路由表，确定所述目的身份标识对应的映射节点，确定的映射节点是其他映射节点时，通知收发模块将报文转发给所述确定的映射节点；确定的映射节点为当前映射节点时，通知所述地址查询模块；还用于根据所述接入业务节点的注册或注销请求查询所述节点路由表确定对应的映射节点，若确定的映射节点是当前映射节点，则通知所述身份标识维护模块；

地址查询模块，用于根据所述目的身份标识查询所述本地映射表获得目的路由标识，还用于通知所述收发模块向所述目的路由标识对应的接入业务节点发送报文；地址查询模块获得目的路由标识后，还用于通知所述收发模块向源路由标识对应的接入业务节点发送目的身份标识与目的路由标识的映射关系；

本地映射表，用于保存本地身份标识与路由标识的映射关系；

身份标识维护模块，用于在所述本地映射表注册或注销对应的身份标识与路由标识的映射关系。

本发明身份位置分离系统的数据传输方法及名址映射系统在映射平面的映射节点存储节点路由表和本地映射表，映射节点通过查询节点路由表可以确定存储名址映射关系的映射节点，从而实现映射平面内单跳完成映射关系的快速查询，提高了路由效率。本发明节点路由表和本地映射表采用DHT(分布式哈希表)算法生成，性能较CAN算法大大提高，可以避免因运营商逐段分配身份标识造成的映射关系在映射节点分布不均匀的现象，而且查询本地映射表时不依赖于底层IP网络的拓扑，不需要限制用户的身份标识只能固定在某一个ASN接入，因此可很好地支持终端的移动性。