动态更新地址解析协议高速缓存表的方法和系统

摘要

一种在专用网络中现有的终端协议地址发生改变的情况下、动态更新在其他终端的地址解析协议(ARP)高速缓存表中注册的信息的方法和系统。该方法包括：检测多个终端的协议地址是否被复制，并且是否改变了具有复制协议地址的至少一个终端的协议地址；通过其协议地址已经改变的终端，将有关先前使用的协议地址的信息及其硬件地址发送到多个相邻终端；根据所接收的信息更新所述地址信息表；通过具有复制协议地址的多个终端中没有改变协议地址的终端，将其自身的地址信息发送至所述多个相邻终端；和通过在第四步骤中接收到所述地址信息的所述多个相邻终端，根据所接收的信息更新所述地址信息表。

说明书

本申请要求于2003年7月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2003-0046976号的优先权，在此全文引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在专用网络中有效更新地址解析协议(ARP)快速缓冲存储表的方法，特别涉及一种专用网络中现有的终端的IP(网际协议)地址因与其他网际协议地址冲突而改变时、动态更新在其他终端的ARP高速缓存表中注册的信息的方法和系统。

背景技术

根据图1所示的现有技术，当存在于专用(ad hoc)网络的终端150在一定情形下自行移动或者从专用网络断开，终端150总是广播未经请求的地址解析协议(UnARP)分组。响应于该广播，每个相邻终端110到140查寻或检查它自己的ARP高速缓存表，而且当发现终端150的高速缓存IP值出现在它自己的高速缓存表中时，便删除该终端150的高速缓存IP值。通过这一过程，可以阻止在相同的IP地址中出现具有不同MAC(媒介存取控制)地址的多个主机。

由于在现有技术中只考虑普通有线网络，所以很难检测哪个主机从网络上断开了。目前，只有草案RFC(请求注解)可以利用。RFC意思是涉及互连网技术的官方技术文件，由IETF(因特网工程任务组)发布，并且提供基本的方案用于通告有关协议的研究和标准的新观念。美国南加利福尼亚大学信息科学学院提供由IETF发布的所有可搜索的RFC名单。因此，从网站http：//www.rfc-editor.org/rfc.html可以获取有关ARP更为详尽的内容。例如，RFC826和RFC1868包括分别涉及普通ARP和UnARP的内容。

在专用网络，为了避免与多个终端的IP地址的冲突，并且当终端从网络上断开时，可以改变指定终端的IP地址。因此，只使用UnARP会导致效率低下。另外，当分组丢失时，该方法也不能提供解决之道。

由于在没有任何装置比如基本结构上的访问点(AP)的帮助下，可能配置MANet(移动专用网络)，因而不能使用分配IP地址的协议，诸如在有线网络中使用的DHCP(动态主机配置协议)。因此，有必要让终端自行分配IP地址和检测IP地址复制。然而，在MANet，复制IP地址分配可能在自动IP地址分配的过程中发生。当由于IP地址冲突而致使IP地址改变时现有主机的ARP高速缓存表仍然不变，从而产生问题。

即使ARP高速缓存表设计为在预定时段后更新，由于IP地址改变造成ARP高速缓存表错误，也不能在此时段进行正常的通信。用于更新ARP高速缓存表的时间段没有未被指定为标准，但该时间段介于2分钟到4小时的范围之间。这种更新方案是按以下方法配置的，即每个终端向多个相邻终端广播IP地址和MAC地址的请求，并且然后所述多个相邻终端以单播响应发送所期望的地址信息。

如果采用一种减少更新时间段的方法来解决以上问题，则相应地需要消耗大量的网络资源。因此，该方法效率不高。所以需要一种当IP地址改变时通过动态更新ARP高速缓存表来允许正常通信的方法。

发明内容

在两个或两个以上的终端在专用网络中使用相同的IP地址的情况下，必须给所述多个终端而不是单个终端重新分配新IP地址，该新IP地址不复制现存的IP地址。由于即使IP地址冲突而致使IP地址改变，ARP高速缓存表也不会更新，然而，可能发生不反映已改变网络位置的情况。在此种情况下，在现有的多个终端与IP地址已改变的终端之间不能进行通信。

本发明致力于解决上述问题。本发明的一方面是通过使用免费ARP使IP地址保持不变的终端将其自身的地址信息发送到现有终端来动态更新ARP高速缓存表。

此外，本发明提出一种新的ARP消息，及选择性UnARP。本发明的另一方面是通过使用选择性UnARP允许将错误的地址信息选择性地从现有终端的ARP高速缓存表中删除来动态更新ARP高速缓存表。

根据本发明的一方面，提供一种在专用网络中动态更新地址信息表的方法，包括：第一步骤，检测多个终端的协议地址是否被复制，并且改变具有复制协议地址的至少一个终端的协议地址；第二步骤，通过协议地址已经改变的终端，将有关先前使用的协议地址的信息以及协议地址已经改变的终端的硬件地址发送到多个相邻终端；和第三步骤，通过接收到地址信息的所述多个相邻终端，根据所接收的信息更新所述地址信息表。

根据本发明的另一方面，提供一种在专用网络中动态更新地址信息表的方法，包括：第一步骤，检测多个终端的协议地址是否被复制，并且改变具有复制协议地址的那些终端的协议地址；第二步骤，通过具有所述复制协议地址的多个终端中没有改变协议地址的终端，将协议地址没有改变的终端的地址信息发送到多个相邻终端；和第三步骤，通过接收到地址信息的所述多个相邻终端，根据所接收的信息更新所述地址信息表。

根据本发明的另一方面，提供一种在专用网络中动态更新地址信息表的方法，包括：第一步骤，检测多个终端的协议地址是否被复制，并且改变具有复制协议地址的那些终端的协议地址；第二步骤，通过协议地址已经改变的终端，将有关所述先前使用的协议地址的信息以及协议地址已经改变的那些终端的硬件地址发送到多个相邻终端；第三步骤，通过接收到所述地址信息的所述多个相邻终端，根据所接收的信息更新所述地址信息表；第四步骤，通过具有复制协议地址的多个终端中没有改变协议地址的终端，将其自身的地址信息发送至所述多个相邻终端；和第五步骤，通过在第四步骤中接收到所述地址信息的所述多个相邻终端，根据所接收的信息更新所述地址信息表。

根据本发明的另一方面，提供一种在专用网络中动态更新地址信息表的系统，包括：第一终端，当在多个终端之间复制协议地址时，在所述专用网络上使用自动地址分配功能来改变所述第一终端的协议地址；和多个相邻终端，位于能够与所述第一终端直接通信的位置之内，其中所述第一终端发送有关先前使用的地址及其自身的硬件地址的信息，并且所述多个相邻终端根据所接收的信息更新所述地址信息表。

附图说明

通过结合附图对本发明的示例性实施例进行描述，本发明的上述和其他方面、特性和优点将会变得更加清楚，其中：

图1图解说明了现有技术UnARP的操作；

图2图解说明了现有ARP分组的结构；

图3图解说明了其中复制了IP地址的专用网络操作环境；

图4图解说明了当ARP高速缓存表未被更新时如何发送分组；

图5图解说明了本发明的选择性UnARP分组的结构；和

图6图解说明了一种当IP地址被复制时根据本发明更新ARP高速缓存表的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的示例性实施例。

图2图解说明了现有ARP分组的结构。参照图2，按原样使用ARP消息的基本格式，并且每个终端在专用网络上操作。该终端能够自动分配协议地址，例如IP地址。因此，该终端能检测IP地址的复制。此外，如图3所示，如果另一个终端要求经由相同的IP地址连接，则相关的终端能检测复制IP地址，并分配新的IP地址至另一个终端。以下，尽管在此已说明IP地址是用来作为协议地址的范例，但本发明不限于此。应当理解为这里可以应用无线通信的任何协议。

为了纠正错误的ARP高速缓存，本发明计划使用现有免费ARP。首先讨论免费ARP分组的结构。免费ARP分组包括：源硬件地址字段，其上写有发送免费ARP分组的终端的MAC地址；源协议地址字段，其上写有所述终端的协议地址；目的硬件地址字段，其上未写有任何东西；以及目的协议地址字段，其上再次写有发送终端的协议地址。在目的协议地址上再次写有终端的IP地址的意思是没有指定目的地广播免费ARP分组。因此，可以将免费ARP分组发送到位于专用网络中一个跃距之内的所有终端。

另外，本发明按以下方法配置，即添加一个选择性UnARP分组，使得每个终端能够检查由该终端发送的分组是否被送回到该终端以形成一个循环，而且当形成循环时使多个相邻终端正确地更新它们的ARP高速缓存。在此值得注意的是多个相邻终端是指位于发送终端的一个跃距之内的多个终端。稍后将结合图5详细说明选择性UnARP分组的结构。

图3图解说明了其中复制了IP地址的专用网络操作环境。该图说明的情况是，当IP地址分别为A、B、C和D的终端310、320、330和340在专用网络上相互通信时，与终端a310有相同IP地址A的终端e350接近专用网络。首先，终端e350接近网络前的专用网络的构造如下。由于所有的多个终端位于一个跃距之内，每个终端能够直接将分组发送到其它终端。另外，如图所示，因为终端d340和终端b320将分组发送到终端a310并从终端a310接收到分组，所以这两个终端储存了该终端的IP地址A和MAC地址0x7777。

接下来讨论IP地址为A、MAC地址为0x1111的终端e350试图获得对现有专用网络的访问的情况。因为具有相同IP地址A的两个不同终端都出现在网络上，其中所述两个终端中的一个终端必须改变其IP地址，并被分配新的IP地址，这样就与先前的地址不再冲突了。在MAC地址为0x7777的终端a310将其地址A改为不同的地址G的情况下，常规的算法只使得终端a的IP地址改变，但不允许多个相邻终端更新它们的ARP高速缓存表。因此相邻终端的ARP高速缓存表，例如终端b320和终端d340，只有等到定时器终止或收到ARP更新信息时才能更新。于是终端b320或终端d340保持它们<IP：A，MAC：0x7777>的条目(entry)，此为错误的ARP信息。

图4图解说明了当ARP高速缓存表未更新时如何发送分组。参照此图，当终端b320试图将分组发送到MAC地址为0x1111的终端e350时，应该通过终端d340发送分组。为此，终端b320将分组送到终端d340。由于接收到分组的终端d340的ARP高速缓存表341储存了IP地址A的MAC地址0x7777，在将发送分组的MAC地址设置为0x7777之后才发送分组。由于终端a310与发送分组的终端具有相同的MAC地址，但是具有不同的IP地址，终端a310将分组转发到终端d340。

专用网络环境基本上支持一个跃距上的通信但要求具有超出在一个跃距上发送分组的能力。所以当所接收的分组不是终端理应收到的分组时，将所接收的分组转发到相关终端，这样分组就能超出一个跃距而发送到其它终端。然而，当指定终端与发送分组的终端具有相同的MAC地址但具有不同的IP地址时，如果分组不含有关将被转发分组的终端的信息，则该分组可能被丢弃。

另外，因为即使终端a310打算将分组转发到终端e350也应当通过终端d340发送该分组，终端a310首先将分组发送到终端d340。接着，终端d340以ARP高速缓存表341为基础将分组再发送到终端a310，则可能发生“乒乓”现象。结果，不能将分组发送到终端e350。而且，由于终端d340在发送分组时更新ARP高速缓存表341上到期的定时器，所以可能产生连续的消息发送失败。

图5图解说明了本发明的选择性UnARP分组的结构。基本的分组具有与图2所示的典型的ARP相同的字段格式。在常规的UnARP中，通过源发送终端将硬件地址字段560设定为“空”值。另一方面，硬件地址，即发送终端的MAC地址，被设定为选择性UnARP中的硬件地址字段。另外，发送终端的协议地址通过常规的UnARP上的发送终端被设定为源协议地址字段570，而先前使用的IP地址被设定为选择性UnARP上的源协议地址字段。

下面将说明整个分组的字段格式。第一个16位字段是硬件型字段510，其上写有诸如以太网或分组无线电网的硬件类型。之后的16位字段是比硬件型字段更高的协议型字段520，其上通常写有IP地址。接下来的两个字段530和540分别表示前两个字段510和520的地址大小。在典型的ARP分组中，首先确定是请求消息还是响应消息，然后把所确定的消息写入之后的消息类型字段。然而，由于只有响应消息存在于UnARP分组或选择性UnARP分组中，所以将响应消息写入选择性UnARP消息类型字段550中。

结果，源硬件的MAC地址被写入源硬件地址字段560。源协议地址具有分组的IP地址，即改变前所使用的IP地址，当“乒乓”现象发生时此IP地址会被错误地发送。例如，当由于如图4所示的IP地址冲突而引起终端a的IP地址从A变为G时，终端a将其自身的MAC地址0x7777写入选择性UnARP分组的源硬件地址，并将先前使用的IP地址A写入源协议地址字段。

目的硬件地址字段580留空。另外，将广播地址值置于目的协议地址字段590。在此，广播地址值对应于表示广播的特殊值符。也就是，如果把特殊值放入字段中，则可以将分组发送到所有能够相互通信的多个相邻终端，而不需指定目的终端。

接收到选择性UnARP的每个相邻终端从其自身的ARP高速缓存表中搜索具有与写在选择性UnARP的源协议地址字段570相同IP地址的条目。如果该条目的MAC地址与选择性UnARP的源硬件地址字段560的内容一致，则删除该条目，并用正确的条目值来更新该条目。否则该条目不被删除且保持不变。

例如，如图4所示，相邻终端a320，b330和c340从终端a接收选择性UnARP分组。此处，终端b320和d340具有ARP高速缓存表中地址A的条目。因此，终端b320和d340搜索对应于写人选择性UnARP分组的源协议地址字段570的IP地址A的条目<IP：A，MAC：0x7777>。另外，确定写入选择性UnARP的源硬件地址字段560中的0x7777值与条目中的MAC值0x7777相等。之后，删除该条目，并添加正确的条目<IP：G，MAC：0x7777>。

结果，由于通过上述过程产生和发送了选择性UnARP分组，所以能够正确地更新仅具有相邻终端的错误IP和MAC地址的ARP高速缓存表。从而，通过选择性UnARP分组可以防止在ARP高速缓存表中对正确更新的条目的不适当的删除。同时，可以动态保留ARP高速缓存表中条目的正确值。

图6图解说明了一种当复制IP地址时根据本发明更新ARP高速缓存表的方法的流程图。

首先，当检测到复制IP地址时(S610)，自动地址分配功能将新的IP地址分配给具有复制IP地址的某些终端。接着，确定具有复制IP地址的终端中哪个是IP地址已改变的终端，或者哪个是IP地址未改变的终端(S620)。IP地址保持不变的终端发送免费ARP用以更新相邻终端中的ARP表(S631)。包含未改变终端的IP地址和MAC地址的免费ARP被广播到相邻终端，从而能够正确地更新具有与免费ARP相同的IP地址和MAC地址的终端上的ARP高速缓存表(S632)。具体说来，如图4所示，IP地址保持不变的终端e350将它的信息<IP：A，MAC：0x1111>发送到相邻终端以使得在位于一个跃距内的终端d340中的ARP高速缓存表的值能被正确地改为值<IP：A，MAC：0x1111>。因此，即使终端b320想要将分组发送到终端e350，该分组绝不会错误地转发到终端a310，因为具有转发器功能的终端d340在ARP高速缓存表上具有正确的MAC地址值。

其次，当IP地址已改变的终端从相邻终端收到分组时，确定所接收的分组中的IP地址是否与该终端的IP地址一致(S630)。如果确定这两个IP地址相互匹配，则这意味着分组被正确发送，并且因此不会产生问题。否则，分组将被送到具有IP地址的正确终端。如果IP地址已改变的终端需要再次将分组送回已经发送过分组的相邻终端，即“乒乓”现象发生，则应当执行本发明提出的选择性UnARP分组发送过程，以确保将分组发送到正确的终端。如果“乒乓”现象没有发生，则将该分组最终转发到正确的终端(S615)。

现在说明选择性UnARP分组的发送过程。首先，IP地址已改变的终端将它的MAC地址和先前使用的IP地址分别写入选择性UnARP分组的源硬件地址字段和源协议地址字段。另外，目的硬件地址字段留空，且将广播地址写入UnARP分组的目的硬件地址字段(S650)。接着，广播其字段填有预定值的选择性UnARP分组(S660)。然后，收到选择性UnARP分组的每个相邻终端从它自身ARP高速缓存中的条目搜索与写在选择性UnARP分组的源协议地址字段上相同IP地址的条目。然后确定所搜索的条目的MAC地址是否与选择性UnARP分组的源硬件地址字段的值一致(S670)。如果确定这两个值一致，则删除该条目，接着，把具有已发送选择性UnARP分组的终端的正确IP和MAC地址的条目添加到该ARP高速缓存表(S680)。否则，所搜索的条目不会被删除且保持不变。

尽管在图6所图解说明的实施例中都使用了免费ARP和选择性UnARP，但它们不一定同时使用，而且还可能独立使用。当由于IP地址冲突而造成IP地址改变时，只有造成IP地址冲突发生的终端能知道IP地址的改变。因此，至少一个终端需要请求它的相邻终端更正错误的IP地址。即，通过使IP地址已经改变的终端发送免费ARP，或使IP地址未改变的终端发送选择性UnARP，能够动态地保持相邻终端的ARP高速缓存表具有正确值。

如上文说明，即使使用这两种方法的任一种，都能充分地完成正确的发送。然而，与有线通信相比，由于无线通信容易引起不可预料的问题，例如分组的丢失，因此为了安全发送，最好两种方法都使用。

在专用网络中，由于终端自身能够分配IP地址，因此由于相同IP地址的复制使用会产生IP地址冲突。然而，在现有技术中，即使因IP地址冲突而使IP地址改变，ARP高速缓存表也不会更新。结果，分组有可能被错误的发送。根据本发明，ARP高速缓存表利用免费ARP和选择性UnARP进行更新。即，当上述冲突问题发生时，ARP高速缓存表中的相关内容不会无条件地删除，而是只有在满足预定条件时才会删除和更新。因此，能够更有效地利用网络资源。

另外，能够动态地更正由终端的ARP高速缓存表之间的差异引起的错误。因此，即使在具有更多分组丢失发生的无线通信环境下，也能够实现更稳定的通信。

尽管本发明是结合其示例性实施例来详细描述的，但本发明不限于此。本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。