一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法

摘要

本发明实施例公开了一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法，在自组网网络的每个自组网设备内构建隧道接入系统，用户计算机设备将用户IP数据包发送至相连接的自组网设备，自组网设备通过隧道接入系统对用户IP数据包进行隧道转换并传输至目标自组网设备的隧道接入系统，隧道协议的设计支持IP地址保持和随遇接入功能，通过在每个自组网设备上分别实施，从而实现了无家乡代理的设计，能确保无中心自组织网络在不部署家乡代理的条件下，计算机终端网络设备保持IP地址进行机动漫游，在不同的物理位置接入无中心网络，实现计算机终端网络设备的IP地址保持和随遇接入，而不需要调整网络构架，不会对已有网络业务产生影响。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及网络通信技术领域，具体涉及一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法。

背景技术

20世纪90年代中期，自组织网络开始成为移动通信领域一个公开的研究热点。因特网任务工作组(IETF)于1996年成立了MANET(Mobile Ad Hoc Networks)工作组，专门研究Ad Hoc网络环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计，这使得Ad Hoc网络的设计思路也由传统的单一技术体系过渡到基于IP的多技术体系，从而导致该网络更具有开放性、适应性、灵活性，提高了开发速度。各科研团体对无线自组织网络的研究不断升温，尤其是在网络层的路由协议方面，其研究工作已经取得了很大的进展。

自组织网络是一种与传统有基站(中心)无线网络相对的无中心结构通信网。传统的无线接入技术中，主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构，这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点，例如移动通信系统中的基站、802.11无线局域网(WLAN)中的接入点(AP)等等，中心节点与各个无线终端通过单跳无线链路相连，控制各无线终端对无线网络的访问，同时，又通过有线链路与有线骨干网相连，提供到骨干网的连接。而自组织网络采用全新的网格网理念设计，为网状拓扑结构，是一种多点到多点网络拓扑结构，在移动自组织网络结构中，各网络节点通过相邻其他网络节点，以无线多跳方式相连。

家乡代理(Home Agent)是网络中的静态节点，实现对移动节点的IP地址转发代理，而在自组织网络进行应用时，需要最小化对自组织网络构架的影响，消除静态节点，确保网络和终端设备的部署不引入静态节点及其服务设施，实现终端设备的IP地址保持和随遇接入。为满足该需要，本发明提供了一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法，以最小化对自组织网络构架的影响，消除静态节点，确保网络和终端设备的部署不引入静态节点及其服务设施，实现终端设备的IP地址保持和随遇接入。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法，所述方法包括：

构建自组网网络，所述自组网网络包括多个自组网通信连接的自组网设备，用户计算机设备与自组网设备连接；

在每个所述自组网设备内构建隧道接入系统以实现自组网设备之间的隧道通信，用户计算机设备将用户IP数据包发送至相连接的自组网设备，自组网设备通过隧道接入系统对所述用户IP数据包进行隧道转换并传输至目标自组网设备的隧道接入系统，其中隧道协议的设计支持IP地址保持和随遇接入功能；

目标自组网设备的隧道接入系统接收到经隧道转换的用户IP数据包后进行隧道解析，获取原始用户IP数据包并发送至目标用户计算机设备。

进一步地，隧道协议的设计具体包括：

隧道协议格式中包括原始mac包，所述原始mac包是自组网设备接收到的用户以太网数据包，所述原始mac包包括源mac、目的mac以及有效负载，源mac是用户以太网数据包的源mac地址，目的mac是用户以太网数据包的目的mac地址，原始mac包中的有效负载包括用户的IP数据包等有效传输数据，源mac和目的mac用于隧道网络寻址路由过程中的隧道学习环节，所述原始mac包作为隧道有效负载由隧道接入系统构造的UDP数据包所封装。

进一步地，所述UDP数据包还包括UDP头和隧道标签，UDP头为网络协议中的常规UDP头，隧道标签用于隧道建立和老化等隧道控制。

进一步地，隧道协议的设计具体还包括：

每个隧道数据包中含有一条隧道标签，用于表示本数据包所属的隧道；每个自组网设备中含有隧道标签列表，用于新建、存储和操作经由本自组网设备的所有隧道，每条标签表示一条从源自组网设备到目标自组网设备的隧道；每条隧道标签由目的mac、隧道标识和老化计数三部分组成。

进一步地，隧道标识为源自组网设备到目标自组网设备的隧道标志；目的mac为目标用户计算机设备的以太网数据包中的目的mac地址，同一目标自组网设备能挂载不同的目标用户计算机设备，这些目标用户计算机设备之间能复用一条隧道，以目标用户计算机设备的以太网数据包中的目的mac地址作为区分，视为子隧道的区分标识，由于计算机终端中IP地址和mac地址具有匹配关系，从而视为IP地址记录列表的区分标识，实现IP地址保持功能；老化计数用于辅助减少标签列表的维护开销，即每条隧道或子隧道具有一定的生命周期，该生命周期即为老化计数的初始值，自组网设备每次收到隧道数据包，标签列表中该隧道标签项对应老化计数值恢复为初始值，否则，标签列表中该隧道标签项老化计数值会周期性递减，为零值时，说明对应的用户计算机设备已经离开，则删除此标签项；当现存标签列表项与新收到的隧道协议包中标签项存在冲突时，说明对应的用户计算机随遇接入到新的自组网设备，标签列表应进行更新。

进一步地，所述隧道接入系统包括以太网接口处理模块和隧道管理模块；

用户IP数据包接入所述以太网接口处理模块，所述以太网接口处理模块用于实现杂散网卡接口、mac读写、有效性筛选、封装以及传输队列功能；

所述隧道管理模块用于顺序提取隧道封装的数据包，按照标签列表和隧道封装数据包内的标签项处理数据包。

进一步地，杂散网卡接口功能用于将自组网设备网卡设为杂散模式，并且接收用户IP包等数据；mac读写功能用于在以太网的mac层读取解析用户数据包；有效性筛选及封装功能用于将读取到的mac数据包作为隧道协议设计中的原始mac包隧道有效负载进行封装；传输队列功能用于将所有封装后的数据包加入队列尾部，队列头部数据包由隧道管理模块进行顺序提取处理。

进一步地，所述隧道管理模块还用于，在需要新建隧道时，根据目的mac地址主动构建arp数据包，并进行泛洪处理，泛洪处理即将此arp数据包发送至自组网网络内的所有自组网设备，如果有arp相应返回，说明可以构建隧道；如果隧道存在或者构建新隧道成功，则将隧道数据包发送至自组网设备的自组网传输模块进行传输。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提出的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法，在自组网网络的每个自组网设备内构建隧道接入系统，用户计算机设备将用户IP数据包发送至相连接的自组网设备，自组网设备通过隧道接入系统对用户IP数据包进行隧道转换并传输至目标自组网设备的隧道接入系统，隧道协议的设计支持IP地址保持和随遇接入功能，通过在每个自组网设备上分别实施，从而实现了无家乡代理的设计，能确保无中心自组织网络在不部署家乡代理的条件下，计算机终端网络设备保持IP地址进行机动漫游，在不同的物理位置接入无中心网络，实现计算机终端网络设备的IP地址保持和随遇接入，而不需要调整网络构架，最小化对自组织网络构架的影响，消除静态节点，确保网络和终端设备的部署不引入静态节点及其服务设施，不会对已有网络业务产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法中自组网网络拓扑结构图；

图3为本发明实施例1提供的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法中隧道协议格式示意图；

图4为本发明实施例1提供的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法中隧道标签示意图；

图5为本发明实施例1提供的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法中隧道数据传输流程示意图；

图6为本发明实施例1提供的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法中隧道数据包处理过程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提出了一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法，具体的，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S100、构建自组网网络，自组网网络包括多个自组网通信连接的自组网设备，用户计算机设备与自组网设备连接。

具体的，自组网网络的拓扑结构如图2所示，自组网设备之间构成自组通信网络；用户计算机设备通过所在接入的自组网设备，与其他用户设备进行IP通信。

S200、在每个自组网设备内构建隧道接入系统以实现自组网设备之间的隧道通信，用户计算机设备将用户IP数据包发送至相连接的自组网设备，自组网设备通过隧道接入系统对用户IP数据包进行隧道转换并传输至目标自组网设备的隧道接入系统，其中隧道协议的设计支持IP地址保持和随遇接入功能。

隧道协议的设计具体包括：

如图3所示，隧道协议格式中包括原始mac包，原始mac包是自组网设备接收到的用户以太网数据包，原始mac包包括源mac、目的mac以及有效负载，源mac是用户以太网数据包的源mac地址，目的mac是用户以太网数据包的目的mac地址，原始mac包中的有效负载包括用户的IP数据包等有效传输数据，源mac和目的mac用于隧道网络寻址路由过程中的隧道学习环节，原始mac包作为隧道有效负载由隧道接入系统构造的UDP数据包所封装。

上述原始mac包作为隧道有效负载，由隧道接入系统构造的UDP数据包所封装。UDP数据包还包括UDP头和隧道标签，UDP头为网络协议中的常规UDP头，隧道标签用于隧道建立和老化等隧道控制。mac头、IP头是新构造隧道协议包的外层包头，由自组网设备按照其自组网协议自行添加并按照其自组网协议进行传输，属于现有技术。

如图4所示，每条标签表示一条从源自组网设备到目标自组网设备的隧道，每条隧道标签由目的mac、隧道标识和老化计数三部分组成；每个隧道数据包中含有一条隧道标签，用于表示本数据包所属的隧道；每个自组网设备中含有隧道标签列表，用于新建、存储和操作经由本自组网设备的所有隧道。

进一步地，隧道标识为源自组网设备到目标自组网设备的隧道标志；目的mac为目标用户计算机设备的以太网数据包中的目的mac地址，同一目标自组网设备能挂载不同的目标用户计算机设备，这些目标用户计算机设备之间能复用一条隧道，以目标用户计算机设备的以太网数据包中的目的mac地址作为区分，可视为子隧道的区分标识，由于计算机终端中IP地址和mac地址具有匹配关系，从而可视为IP地址记录列表的区分标识，实现IP地址保持功能；老化计数用于辅助减少标签列表的维护开销，即每条隧道或子隧道具有一定的生命周期，该生命周期即为老化计数的初始值，自组网设备每次收到隧道数据包，标签列表中该隧道标签项对应老化计数值恢复为初始值，否则，标签列表中该隧道标签项老化计数值会周期性递减，为零值时，说明对应的用户计算机设备已经离开，则删除此标签项；当现存标签列表项与新收到的隧道协议包中标签项存在冲突时，说明对应的用户计算机随遇接入到新的自组网设备，标签列表应进行更新。

采用如上所述的隧道协议设计方法，对通信中的用户真实IP地址进行了隧道封装和动态列表刷新维护，在协议设计方法和机制上实现了IP地址保持和随遇接入；并在每个自组网设备上分别实施，从而实现了无家乡代理的设计。

具体的隧道数据传输流程如图5所示，，自组网设备中有隧道接入系统和自组网传输模量，其中隧道接入系统为实现本隧道设计方法的软硬件，自组网传输模块是自组网设备本身的传输功能，属于现有技术。

自组网设备内的隧道接入系统连接源用户计算机，对用户的IP包进行隧道处理，实现IP地址保持和随遇接入的隧道协议，隧道处理后的数据包经由自组网设备内的自组网传输功能传输至其他自组网设备中，并通过其他自组网设备内的隧道接入系统进行隧道解封，将解封后的数据包传输至目标用户计算机。

隧道数据包处理过程如图6所示，自组网设备内的隧道接入系统连接用户计算机，对用户IP数据包处理后，发送至自组网设备内的自组网传输模块进行传输。隧道接入系统包括以太网接口处理模块和隧道管理模块，用户IP数据包接入以太网接口处理模块，以太网接口处理模块用于实现杂散网卡接口、mac读写、有效性筛选、封装以及传输队列功能；杂散网卡接口功能用于将自组网设备网卡设为杂散模式，并且接收用户IP包等数据；mac读写功能用于在以太网的mac层读取解析用户数据包；有效性筛选及封装功能用于将读取到的mac数据包作为隧道协议设计中的原始mac包隧道有效负载进行封装，具体格式如图3所示；传输队列功能用于将所有封装后的数据包加入队列尾部，队列头部数据包由隧道管理模块进行顺序提取处理。

隧道管理模块用于顺序提取隧道封装的数据包，按照标签列表和隧道封装数据包内的标签项处理数据包，包括隧道标识、老化计数，具体如图4所示。

进一步地，隧道管理模块还用于，在需要新建隧道时，根据目的mac地址主动构建arp(以太网地址解析协议)数据包，并进行泛洪处理，泛洪处理即将此arp数据包发送至自组网网络内的所有自组网设备，如果有arp相应返回，说明可以构建隧道；如果隧道存在或者构建新隧道成功，则将隧道数据包发送至自组网设备的自组网传输模块进行传输。

S300、目标自组网设备的隧道接入系统接收到经隧道转换的用户IP数据包后进行隧道解析，获取原始用户IP数据包并发送至目标用户计算机设备。

本发明实施例提出的一种无家乡代理的自组网网络隧道通信方法，能确保无中心自组织网络在不部署家乡代理的条件下，计算机终端网络设备保持IP地址进行机动漫游，在不同的物理位置接入无中心网络，实现计算机终端网络设备的IP地址保持和随遇接入，而不需要调整网络构架，不会对已有网络业务产生影响。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。