计算机网络技术基础 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材 周舸 第十章 移动ip与下一代internet新

第十章移动IP与下一代INTERNET本章学习要点移动IP技术第三代INTERNET与中国101移动IP技术1011移动IP技术的概念L如何让人们能够随时随地地访问INTERNET，如何让移动计算机用户与台式计算机用户一样接入INTERNET，是当前INTERNET技术研究的一个热点，也是下一代真正的个人通信技术的目标。L移动IP技术是移动通信技术和IP技术的有机结合，它能够保证计算机在移动过程中，在不改变现有网络IP地址、不中断正在进行的网络通信及不中断正在执行的网络应用的情况下，实现对网络的不间断访问。L如何解决因结点的移动（即IP地址的变化）而导致通信中断是移动IP技术需要解决的首要问题。解决这个问题的基本思路与处理蜂窝移动电话呼叫相似，它将使用漫游、位置登记、隧道技术、鉴权等技术来实现。L目前IETF正在开发一套用于移动IP的技术规范，主要包括URFC2002（IP移动性支持）；URFC2003（IP内的IP封装）；URFC2004（IP内的最小封装）；URFC2290（用于PPPIPCP的移动IPV4配置选项）。1012与移动IP技术相关的几个重要术语1移动结点移动结点指从一个移动子网移到另一个移动子网的通信结点，如主机或路由器。2移动代理（MOBILITYAGENT）L移动代理分为本地代理（HOMEAGENT）和外地代理（FOREIGNAGENT）两类。L本地代理是本地网上的移动代理，实际上是一个移动子网路由器。其主要任务是当移动结点离开本地网，接入某一外地网时，截收发往该结点的数据包，并使用隧道技术将这些数据包转发到移动结点的转发结点。另外，本地代理还负责维护移动结点的当前位置信息。L外地代理位于移动结点当前连接的外地网上，它向已登记的移动结点提供选路服务。当使用外地代理转交地址时，外地代理负责拆分原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动结点。对于那些由移动结点发出的数据包而言，外地代理可作为已注册的移动结点的缺省路由器。3移动IP地址L移动IP结点拥有两个IP地址本地地址（HOMEADDRESS）和转交地址（CAREOFADDRESS）。L本地地址，是用来识别端到端连接的静态地址，也是移动结点与本地网连接时使用的地址，不管移动结点移至网络何处，其本地地址保持不变。L转交地址，即是隧道终点地址。它既可能是外地代理转交地址，也可能是驻留本地的转交地址。L外地代理转交地址是外地代理的一个地址，移动结点利用它进行登记。这种地址模式可使很多移动结点共享同一个转交地址，而且不对有限的IPV4地址空间提出不必要的要求，所以它常常被优先使用；而一个驻留本地的转交地址仅能被一个移动结点使用。L转交地址是仅供数据包选路使用的动态地址，也是移动结点与外区网连接时使用的临时地址。每当移动结点接入到一个新的网络时，转交地址就发生变化。4位置登记L移动结点必须将其位置信息向其本地代理进行登记，以便被找到。根据不同的网络连接方式，有通过外地代理登记和直接向本地代理进行登记两种不同的方式。L在外地代理登记中，其具体过程是移动结点首先向外地代理发送登记请求报文，外地代理接收并处理登记请求报文，然后将报文中继到移动结点的本地代理。本地代理处理完登记请求报文后向外地代理发送登记答复报文（接受或拒绝登记请求），外地代理处理登记答复报文，并将其转发到移动结点。L直接向本地代理进行登记的具体过程是移动结点向其本地代理发送登记请求报文，本地代理处理后向移动结点发送登记答复报文（接受或拒绝登记请求）。登记请求和登记答复报文使用用户数据报协议（UDP）进行传送。5代理发现L为了随时随地与其他结点进行通信，移动结点必须首先找到一个移动代理。移动IP定义了两种发现移动代理的方法一种是被动发现，另一种是主动发现。L被动发现，即移动结点等待本地代理周期性的广播代理通告报文；主动发现，即移动结点广播一条请求代理的报文。移动IP使用扩展的“ICMPROUTERDISCOVERY”机制作为代理发现的主要机制。L以上方法都可使移动结点识别出移动代理并获得转交地址，从而获悉移动代理可提供的任何服务，并确定其连至本地网还是某一外地网上，而且还可使移动结点检测到它何时从一个IP网络（或子网）漫游（或切换）到另一个IP网络（或子网）。L所有移动代理都具备代理通告功能，并可对代理请求做出响应。所有移动结点都必须具备代理请求功能，但是移动结点只有在没有收到移动代理的代理通告，并且无法通过链路层协议或其他方法获得转交地址的情况下，方可发送代理请求报文。6隧道技术L当移动结点在外地网上时，本地代理需要将原始数据包转发给已登记的外地代理，这需要使用IP隧道技术来实现。L隧道技术的具体过程是首先将原始IP数据包封装在转发的IP数据包中，然后使原始IP数据包原封不动的转发到处于隧道终点的转交地址处，在转交地址处拆分数据包的隧道封装，从而取出原始数据包，最后将原始数据包发送到移动结点。L若转交地址为驻留本地的转交地址，移动结点本身就是隧道的终点，它自身完成拆分数据包的隧道封装，取出原始数据包的工作。LRFC2003和RFC2004中分别定义了两种利用隧道封装数据包的技术L在RFC2003中所规定的IP数据报封装如图101所示。外层IP头标中的源地址和目的地址分别标识隧道的两个边界结点。内层IP头标（即原始IP头标）中的源地址和目的地址则分别标识原始数据包的发送结点和接收结点。内层IP头标在被传送到隧道出口结点期间将保持不变，从而使原始IP数据包原封不动地转发到处于隧道终点的转交地址。图101RFC2003IP内的IP封装示意图LRFC2004中定义的是一种IP内的最小封装技术。该技术规定，数据包在封装之前是不能被分片的。因此，对移动IP技术来讲，最小封装技术是可选的。为了使用最小封装技术来封装数据包，移动IP技术需要在原始数据包经修改后的IP头标和未修改的有效载荷之间插入最小转发头标，如图102所示。当拆分数据包时，隧道的出口结点将最小转发头标的字段保存到IP头标中，然后移走这个转发头标。图102RFC2004IP内的最小封装示意图1013移动IP的工作原理移动IP的工作原理主要分为以下步骤L移动代理（外地代理和本地代理）不停地向网上发送代理通告，以声明自己的存在；L移动结点分析收到的代理公告，确定自己是在本地网还是在外地网；图103移动IP系统结构示意图L若移动结点检测到自己位于本地网上，则不启动移动功能；如果结点是从注册的其他外地网返回本地网时，则向本地代理发出撤销其外地网注册信息的请求，声明自己已回到本地网中；L当移动结点检测到自己已漫游到某一外地网时，它将获得该外地网上的一个转交地址。这个转交地址可能通过外地代理的通告获得，也可能通过外部分配机制获得（如DHCP），即是移动结点在外地网暂时获得的新的IP地址；L离开本地网的移动结点向本地代理登记其新的转交地址，另外它也可能借助于外地代理向本地代理进行注册；L注册完毕后，所有发往移动结点的数据包被其本地代理接收。本地代理利用隧道技术封装该数据包，并将封装后的数据包发送到处于隧道终点的转交地址处。隧道终点（外地代理或移动结点本身）负责接收，拆分数据包的隧道封装，并最终传送到移动结点。1014移动IP技术发展的3个阶段移动IP技术的发展将分为3个阶段1移动业务的IP化在电路交换的移动通信网络中引入IP电话业务2移动网络的分组化在GSM网络中引入IP分组数据业务GPRS3第三代移动通信系统中实现全IP化返回本节首页返回本章首页102第三代INTERNET与中国1021什么是第三代INTERNETL第三代INTERNET并没有具体的标准，它是以“改变”和“融合”为主题的网络革新。L第三代INTERNET要“改变”的是IT业界、传统企业以及最终用户的观念；“融合”表示统一各种技术，它代表着移动通信网络与INTERNET的融合、传统经济与网络经济的融合以及INTERNET与社会、政治和文化的融合。L第三代INTERNET是指用户能够在高速、高度统一、开放的计算标准支持下，通过无所不在的通信终端，随时随地通过个性化、人性化的界面和应用环境来使用INTERNET。1022第三代INTERNET的主要特点1更大采用IPV6协议的第三代INTERNET将具有更加巨大的地址空间，网络规模将更大，接入网络的终端种类和数量将更多，网络应用将更广泛。2更快第三代INTERNET的传输速度及传输方式均有明显改变一是速度更快，二是都是端到端的传输，且效率更高3更安全与更可管理第三代INTERNET将会有更加严格的管理规范和管理手段。配合唯一确定的IP地址及源地址认证，可进行网络对象识别、身份认证和访问授权，并可对数据进行加密和保证数据的完整性。在确保网络畅通的同时，有效防范黑客、病毒的攻击，全面实现一个可信任的网络。4更便捷下一代INTERNET将真正实现数字化生活，可随时随地用任何一种方式高速上网，任何可能的东西都会成为网络化生活的一部分。1023中国的下一代互联网1中国下一代互联网的发展现状L中国从1999年开始，建立了NSFCNET，这是中国最先研究下一代互联网的试验床，是中国下一代互联网研究的一个里程碑。L2003年月，国家发改委、中国工程院、信息产业部、教育部等部门正式联合启动“中国下一代互联网（CNGI）示范工程”。这一工程大大促进了中国下一代互联网的研发，CERNET2是该项目中最大的核心网之一。L2004年12月底CERNET2初步建成，它连接了全国20个主要城市的25个CERNET2主干网的核心结点，并为全国160多所高校和科研机构提供了下一代互联网的高速接入。L2006年9月23日，中国下一代互联网示范工程（CNGI）核心网正式通过专家验收。10位院士14名专家评议指出CNGI示范网络取得了四项重大创新性成果，其中“纯IPV6网络”、“基于真实IPV6源地址的网络寻址体系结构”和“IPV4OVERIPV6网状体系结构过渡技术”三项，为国际首创。2中国下一代互联网的网络服务与结构L在IPV4时代，我国在互联网领域的研究落后国外810年。IPV6主干网络的顺利实施，使我国在这一领域的研究与应用已与国际水平并驾齐驱，一些方面甚至领先国际水平。（1）CNGI网络服务L融合了WEB服务特点，提供跨语言、跨平台和松耦合的服务架构，基于XML和HTTP的消息传送协议。L支持网格服务，对服务的注册、发现、调用、计算、组合都将是完全自治，并且是相对独立的一个P2P的系统。L提供无线、有线的统一服务平台，提供完全基于移动IP（而不是基于TDM）、完全面向数据的业务以及包括语音、图像、视频等在内的多媒体服务。L支持IMS（IPMULTIMEDIASUBSYSTEM）的ADHOC自组织网络，服务供应商和服务消费者将完全自治，能够动态和个性化地实现服务的调用。（2）CNGI网络结构CNGI结构包括传输域、服务域和分布式处理环境3个核心方面L传输域纯IPV6、全光网L服务域面向服务L分布式处理环境（DPE）还需加深研究返回本节首页返回本章首页本章小结每当人们谈到下一代网络时，就会一次次在激奋后陷入沉思。无论是运营商、企业、还是个人，对下一代网络的期许和定义都充满了极大的张力和不确定性。下一代网络到底是什么将为人们编制出一副什么样的网络图景呢本章我们首先介绍了移动IP技术的基本概