CN101080904A

CN101080904A - 桥接数据网络通信

Info

Publication number: CN101080904A
Application number: CNA2004800446110A
Authority: CN
Inventors: P·伯利姆帕萨基斯; I·科斯基南; P·于日法吕西
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2007-11-28
Also published as: US20080215754A1; WO2006051148A1; EP1810461A1

Abstract

当将分组从连接到要求确认的网络的节点发送到在桥接器背后的节点时，改变原目的地地址(在桥接器背后的节点的地址)。在驱动器级别上，以桥接器的MAC地址取代目的地地址，而将原目的地地址移到分组的附加字段。因此在发送节点与桥接器之间的通信意味着是点到点的(从节点到桥接器)。因而，当桥接器收到分组时，从固件自动地确认它，而发送节点不尝试重新发送它。分组被转发到桥接器的驱动器。驱动器再次通过以在“去往……的原目的地地址”附加字段中找到的原目的地地址来取代目的地地址、并且通过同时完全地去除该字段来修改接收的分组。因此该包看似与发送节点上的应用原本所生成的包基本上相同。

Description

桥接数据网络通信

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种用于桥接在网络节点之间的数据通信的装置。本发明还涉及根据权利要求16前序部分的一种网络节点，用于经由桥接器向另一网络节点进行数据通信。本发明还涉及根据权利要求17前序部分的一种用于桥接在多个网络平台之间的数据通信的系统。本发明还涉及根据权利要求18前序部分的一种用于桥接数据通信的子组件。本发明还涉及这些装置的用途。

背景技术

桥接器在多个网络接口之间对业务进行中继。例如，桥接器将两个或者多个物理以太网连接在一起形成一个更大的(逻辑)以太网。

桥接器颇为灵活；LAN(局域网)可以是传统的以太网设备。LAN也可以由例如PPP(点到点协议)、VPN(虚拟专用网)或者WLAN(无线局域网)的伪设备构成。通常所有设备具有相同的最大分组大小(MTU)。桥接器并非必须是分片分组。设备可以支持以太网等，例如具有6字节的源地址和目的地地址。设备也可以支持混杂操作。桥接器还可以能够接收所有网络业务而不仅仅是去往它自身地址的业务。设备也可以允许源地址欺骗。桥接器可以如同数据来自另一主机一样通过网络发送该数据。

然而在一些网络如无线网络中还有一些造成桥接问题的特征如分组确认。

例如，在WLAN中，当无线节点发送分组到另一无线节点时，它预期收到接收确认。如果该无线节点没有收到确认，则该无线节点尝试重新发送分组。此确认以原分组的发送方的地址作为目的地。如图1中所示，该确认以原数据分组被发送到的主机的地址作为起始。在图1中终端A和终端C与要求确认的无线网络(101)如WLAN相耦合。终端A发送分组到终端C。该分组具有以下数据信息：源：A，目的地：C，以及作为内容的数据。终端C接收该分组。终端C向终端A发送针对接收分组的确认。另一方面，该确认具有以下数据信息：源：C，目的地：A，以及作为内容的确认数据。

然而，当如图2中所示将例如WLAN网络的要求确认的网络与另一网络如固定以太网网络进行桥接时，确认将不会正常工作。如果通过要求确认的网络(101)连接到桥接器(B)的终端C发送分组到通过例如以太网的任一种网络(100)连接到桥接器(B)的终端A时，该分组通过桥接器(B)转发到在图2中是终端A的目的地设备。终端C预期从终端A接收确认。然而，由于终端A是通常无确认地进行操作的设备，所以完全没有确认。因此终端A可以是无确认地进行操作的固定以太网设备。因而终端C认为分组没有到达并且尝试重新发送它。

例如，针对上述问题的实验室测试使终端C(例如具有NokiaD211 WLAN卡的Windows XP PC)向桥接器(例如在混杂模式下运行的具有tnetw1100b WLAN芯片组的Linux PC)发送分组7次。因此该问题造成WLAN网络上多6倍的业务。

针对该问题的已知解决方案是这样的桥接器，该桥接器代表在桥接器背后的设备来进行确认。然而，确认分组是从栈中很低的级别发送的，例如是从固件发送的。众所周知，基本上没有容易的方式来获得修改固件的机会。另外，在充当桥接器的WLAN卡中需要专门设计的固件。

另一种已知的可选解决方案是代理ARP(地址解析协议)技术，其中通常为路由器的一个主机应答针对另一机器的ARP请求。通过“伪装”它的身份，路由器接受用于将分组寻路由到“真实”目的地的职责。代理ARP允许站点对于两个物理网络来使用单个IP地址。

如果桥接器的WLAN卡不支持混杂模式则也可以使用代理ARP。如果硬件不支持代理ARP则Windows XP自动地对其进行使用。此外还有更多缺点。例如，代理ARP实际上不是根据802.11d标准的桥接器。又如，代理ARP必须具有IP认知。代理ARP由于它通过ARP进行中继所以仅利用IP协议起作用。对于代理ARP而言，应当有用于IPv4和用于IPv6的不同版本，因为ARP是不同的。另外，由于技术实施问题，所以在Linux中不支持IPv6代理ARP。

又一种可选解决方案简单地是丢弃重复包。这意味着当从桥接器收到重复包时应当丢弃它们而不传递到更高的栈级别。然而，重复的WLAN业务仍然要例如在空中传输，这浪费了网络的带宽和能力。

发明内容

因此本发明的目的是通过减少不必要的重新发送和确认来节省数据通信桥接的带宽。该目的通过根据权利要求1的一种用于桥接在至少两个网络节点之间的数据通信的装置来实现。根据本发明的又一方面，该目的也通过根据权利要求16的一种网络节点来实现。根据本发明的又一方面，该目的也通过根据权利要求17的一种用于桥接在多个网络平台之间的数据通信的系统来实现。另外，该目的通过根据权利要求18的一种子组件来实现。另外，该目的通过这些装置的使用来实现。

在用于桥接在至少两个网络节点之间的数据通信的装置中，数据通信的分组具有用于在节点之间对分组进行寻址的原地址。原地址适于以桥接装置的地址来取代。另外，原地址在实际分组中仍然是可取回的。由此，修改的分组可以蒙骗在节点之一与桥接器之间的确认系统。在桥接装置与节点之一之间的数据通信看似一种蒙骗其间的确认系统的点到点通信。可以避免在要求确认的网络上不必要的分组重复。由此可以节省带宽和功率。另外由于分组被修改所以无需对桥接装置的接口的具体固件或者硬件修改。桥接器对于任何协议(而不仅仅是IP)都可以是透明的。另外，IP栈在桥接器上不是必需的，这使得各种实施例独立于网络协议。在又一实施例中，可以在桥接器中使用基于802.1d标准的桥接。

在本发明的各种更多实施例中，当将分组从连接到要求确认的网络的节点发送到在桥接器背后的节点时，改变原目的地地址，即在桥接器背后的节点的地址。在NIC(网络接口卡)驱动器级别上，以桥接器的MAC(介质访问控制)取代目的地地址，而将原目的地地址移到分组的附加字段(例如命名为“去往......的原目的地地址”)。因此在发送节点与桥接器之间的通信看上去好似点到点数据通信(从节点到桥接器)。因此当桥接器收到分组时，从固件自动地确认该分组，而发送节点不尝试重新发送它。

仍然参照各种更多实施例，可以将分组转发到桥接器的NIC的驱动器。专门修改的驱动器再次修改接收的分组。这是通过以在分组的“去往......的原目的地地址”附加字段中找到的原目的地地址来取代目的地地址而实现的。另外，可以在取代地址以后或者同时去除附加字段。因此该分组可以看似与发送节点上的应用原本所生成的分组基本上相同。另外将分组传递到桥接软件以便向其它网络转发。

在各种更多实施例中仅仅对要求确认的网络的NIC的驱动器(或者可选地称为伪驱动器)进行改型。

在附属权利要求中已经具体说明了本发明的更多实施例。

附图说明

现在将参照附图仅作为例子来描述本发明，在附图中：

图1描绘了无线网络中分组和确认传输的例子；

图2描绘了网络桥接的例子；

图3描绘了根据本发明更多实施例的栈层和驱动器中的分组转换；

图4描绘了根据本发明更多实施例的分组交换和转换顺序。

具体实施方式

图3呈现了根据本发明更多实施例用于桥接在两个网络之间的数据通信的系统的有关设备中的不同栈。为简洁起见图示了两个网络。应当注意，本发明不限于两个不同的数据通信网络而是可以在多个网络平台中进行操作。图3也描绘了在设备的伪驱动器中应用的分组转换。在图3中两个网络节点终端A和终端B适于经由桥接器B进行通信。终端A经由并非必须要求确认的例如以太网等的数据通信网络(100)与桥接器B相耦合。终端C经由要求确认的例如WLAN等的数据通信网络(101)与桥接器B相耦合。终端A包括用于数据通信的各种栈。较低级别的栈可以是具有地址MAC 1的网络接口硬件。接着有固件、驱动器、一些联网栈，而最高的级别可以是应用。桥接器B包括两个耦合接口：用于与终端A耦合的耦合接口303和用于与终端B耦合的耦合接口304。耦合接口303包括低级别的栈，比如具有地址MAC 2的网络接口硬件。耦合接口303也具有固件和驱动器栈。耦合接口304也具有低级别的栈，比如具有地址MAC 3的网络接口硬件。另外，耦合接口304具有固件和驱动器300。例如如下文进一步所述，驱动器300被配置用以修改在终端A与C之间被桥接的分组数据通信。终端C包括用于数据通信的各种栈。低级别的栈可以是具有地址MAC 4的网络接口硬件。接着有固件、一些联网栈，而最高的级别可以是应用。终端C也包括伪驱动器301。例如如下文进一步所述，伪驱动器301被配置用以修改分组数据通信。

参照图3中的分组传输305，终端A发送去往终端C的分组。该分组来自MAC 1(即终端A)，而它去往MC 4(即终端C)。该分组由桥接器B中继，该桥接器B桥接在终端A与终端C之间的数据通信。桥接器B的驱动器300被配置用以用地址MAC 3取代地址MAC 1，该地址MAC 3是桥接器B的地址。另外驱动器300被配置用以向分组添加附加字段。该附加字段具有如下信息：该分组来自MAC 1，即分组的原地址是MAC 1。分组从桥接器B转发到终端C。终端C接收分组而伪驱动器301修改分组使得它基本上具有原格式。伪驱动器301以原MAC 1地址取代MAC 3地址。伪驱动器301从分组的附加字段接收信息。另外，伪驱动器301可以去除分组的附加字段。

另外参照图3中的分组传输306，终端C发送去往终端A的分组。这可以是在从终端A接收分组之后的后续情形。然而应当注意，这也可以与从终端A接收分组无关。终端C发送去往终端A的分组。该分组来自MAC 4(即终端C)去往MAC 1(即终端A)。伪驱动器301被配置用以用地址MAC 3取代目的地地址MAC 1，该地址MAC 3是桥接器B的地址。另外，伪驱动器301被配置用以向分组添加附加字段。该附加字段具有如下信息：分组去往MAC 1，即分组的原目的地地址是MAC 1。分组被转发到桥接器B。桥接器B接收分组而驱动器300修改分组使得它基本上具有原格式。驱动器300以原MAC 1地址来取代MAC 3地址。伪驱动器301从分组的附加字段接收信息。另外，驱动器300可以去除分组的附加字段。

各种更多实施

本发明的各种更多实施例可以减轻重复问题而无需硬件的任何实质性固件变化。只需在要求确认的网络中的网络接口卡(NIC)的驱动器(或者可选地称为伪驱动器)上施加修改。

一些更多实施例可以应用于蓝牙-WLAN网关设备中。例如，这些实施例可以减轻在这样的系统中的分组重复和宽带浪费问题。因此可以应用实施在蓝牙-WLAN网关设备中的又一优选实施例以便避免分组在WLAN接口中的重复。

可以修改蓝牙-WLAN桥接器上的WLAN驱动器以便减轻分组重复。因此，该实施可以仅仅基于软件或者逻辑而并非必须要求桥接设备中的实质性硬件修改。

各种更多过程

图4示出了在两个通信节点(可选地称为通信对等体)与桥接器之间的数据和确认流的例子。如图4中所示，示出有终端A。例如，终端A可以是具有PAN(个人区域网)接口的蓝牙设备。该终端具有地址MAC A。例如，PAN接口可以具有蓝牙地址MAC A。在图4中也示出了终端C。终端C具有地址MAC C。终端C例如可以是具有MAC地址C的WLAN设备C。图4的系统也包括桥接装置B。桥接装置B在通向终端A的接口上具有地址MAC D而在通向终端C的接口上具有地址MAC B。桥接器B可以是在蓝牙接口上具有蓝牙地址MAC D而在WLAN接口上具有地址MAC B的蓝牙-WLAN桥接器。在两个接口之间的桥接可以用802.11d标准来完成。

在又一实施例中，蓝牙设备是使用蓝牙PAN配置来连接的，而WLAN设备可以经由ad-hoc模式或者基础结构模式来连接。

回到图4，图4的系统例如在蓝牙和WLAN网络中可连同许多客户机来操作，但是为了简化而描述仅有蓝牙/WLAN设备的例子。

如图4的图中所示的逐步消息交换可以如下。在步骤401中WLAN设备C想要发送消息“某事物”到蓝牙设备A。在步骤402中在WLAN网络上广播寻求设备A的MAC地址的ARP请求。在步骤402’中桥接器B接收广播消息并且将它转发到蓝牙接口MAC A。在步骤403中蓝牙设备A接收请求并且答复。该答复包含如下信息：发送方的源地址(MAC A)，目的地地址(MAC C)，数据，其中该数据是(设备A在“MAC”A处)。在步骤404中桥接器B从蓝牙接口MAC A接收答复并且将它转发到桥接器B的WLAN驱动器。WLAN驱动器修改基本上所有的发出分组。WLAN驱动器适于以它自己的地址(“MAC B”)取代原源地址(“MAC A”)。因此看上去桥接器B是发送方。另外，WLAN驱动器适于在分组中的附加字段中保持原源地址以供进一步使用。例如可以在以太网分组中提供这样的字段。因此WLAN驱动器可以修改分组并且将原地址信息记录到分组。在步骤404’中修改的分组被转发到WLAN接口。例如可以空中发送该分组。

WLAN设备C接收分组。在步骤405中WLAN接口的固件以WLAN专用的确认向发送方(“MAC B”)自动地往回确认接收。分组被转发到设备C的WLAN驱动器。在步骤406中WLAN驱动器提取分组信息。提取的是MAC A实际上在MAC B背后的这一信息。驱动器发现这是专门修改的分组(根据额外字段)，并且现在它知道地址“MACA”在具有地址“MAC B”的桥接器背后。在步骤406’中将此信息存储于本地临时桥接器表中。在步骤407中驱动器修改分组。驱动器从额外字段获得原源地址并且将它放回到分组的源地址中。因此WLAN驱动器改变响应。该分组现在包含如下信息：来自：MAC A，去往：MAC C，数据：设备A在“MAC A”处。现在转发分组(即ARP答复)到联网栈以供发送。在步骤408中终端C的联网栈发送实际数据。该分组包含如下信息：源地址(“MAC C”)，目的地地址(“MACA”)和实际数据(“某事物”)。在步骤409中当WLAN驱动器收到分组时，驱动器修改该分组。在步骤409’中，WLAN驱动器根据本地临时桥接器表解析在其背后有设备A(“MAC A”)的桥接器(“MACB”)。因此，目的地地址变成“MAC B”而原目的地(“MAC A”)存储于WLAN分组的额外字段中。该分组包含如下信息：来自：MAC C，去往：MAC B，数据：某事物，额外：去往A的原目的地地址。在步骤410中分组被发送到WLAN接口并且在空中行进。在步骤411中桥接器B在WLAN接口上接收分组。在步骤412中WLAN接口的固件以WLAN专用的确认向发送方(“MAC C”)自动地往回确认接收。桥接器B的驱动器发现接收的分组是专门修改的分组。这归因于关于额外字段的信息。因此桥接器B的驱动器在步骤413中将分组修改回到原格式。目的地被取代并且它现在是地址“MAC A”。该分组被转发到联网栈和桥接软件。该分组被传送到蓝牙接口，并且进而在步骤414中空中发送该分组。蓝牙设备A按照设备C的联网栈原来所生成分组对其进行接收。

应当注意图4的场合与在设备A发送数据到设备C时相似。

衍生和范围

虽然以上描述包含许多细节，但是提供这些细节仅仅是为了说明本发明而不应当理解为对本发明的范围的限制。也应当注意，可以在单个或者多个实施例中用各种方式组合许多细节。因此对于本领域技术人员不言而喻，可以在本发明的装置和过程中进行各种修改和变形而不脱离本发明的精神或者范围。

Claims

1.一种用于桥接在至少两个网络节点之间的数据通信的装置，所述数据通信包括至少一个分组，所述至少一个分组具有用于在所述至少两个节点之间对该分组进行寻址的第一地址，所述装置特征在于其还包括用于以所述装置的第二地址取代所述第一地址的装置，使得所述第一地址在所述分组中是可取回的。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括用于在所述分组中的附加字段中保存所述第一地址的装置。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括用于在所述分组中生成附加字段的装置，使得所述第一地址可存储于所述附加字段中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置和所述节点中的一个节点适于读取所述第二地址，使得在所述至少两个节点之间的所述数据通信适于类似于在所述装置与所述节点中的所述一个节点之间的点到点数据通信。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括用于确认所述接收的分组的装置。

6.根据权利要求2所述的装置，其中所述装置还包括用于以所述第一地址取代所述第二地址的装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述用于取代的装置适于从所述分组的所述附加字段获得所述第一地址。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置还包括用于去除所述分组中的所述附加字段的装置。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一地址包括所述节点中的一个节点的地址，而所述第二地址包括用于桥接的所述装置的地址。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一地址包括用于桥接的所述装置的地址，而所述第二地址包括所述节点中的一个节点的地址。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述地址包括MAC地址。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括配置用以在要求确认的网络与不要求确认的网络之间进行操作的桥接器。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括在蓝牙网络与WLAN网络之间的桥接器。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括至少两个接口，各接口适于与所述节点中的对应网络节点进行通信。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述各接口具有地址。

16.一种网络节点，用于经由如下装置与另一网络节点进行的数据通信，该装置用于桥接在所述网络节点之间的所述数据通信，所述数据通信包括至少一个分组，所述至少一个分组具有用于在所述节点之间对该分组进行寻址的第一地址，所述网络节点的特征在于其还包括用于以所述网络节点的第二地址取代所述第一地址的装置，使得所述第一地址在所述分组中是可取回的。

17.一种用于桥接在多个网络平台之间的数据通信的系统，所述数据通信包括至少一个分组，所述至少一个分组具有用于在所述平台之间对该分组进行寻址的第一地址，所述系统的特征在于其还包括用于以所述系统的第二地址取代所述第一地址的装置，使得所述第一地址在所述分组中是可取回的。

18.一种用于桥接在至少两个网络节点之间的数据通信的子组件，所述数据通信包括至少一个分组，所述至少一个分组具有用于在所述至少两个节点之间对该分组进行寻址的第一地址，所述子组件的特征在于其还包括用于以所述子组件的第二地址取代所述第一地址的装置，使得所述第一地址在所述分组中是可取回的。

19.一种用于桥接在至少两个网络节点之间的数据通信的方法，所述数据通信包括至少一个分组，所述至少一个分组具有用于在所述至少两个节点之间对该分组进行寻址的第一地址，所述方法的特征在于其包括用于以第二地址取代所述第一地址的步骤，使得所述第一地址在所述分组中是可取回的。

20.一种计算机程序，包括当所述程序在计算机上运行时适于执行根据权利要求19所述的方法的步骤的计算机程序代码装置。

21.如权利要求20所述的计算机程序，实施于计算机可读介质上。

22.一种计算机可读介质，包括当运行于计算机上时适于实现根据权利要求19所述的方法的程序代码。

23.一种承载根据权利要求20所述的计算机可执行程序的载体介质。