职业学院通信工程技术专业-移动IP节点技术.doc

苏州信息职业技术学院毕业设计报告（论文）系 别： 通信与信息工程系 专 业： 通信技术 班 级： G100402 学 生 姓 名： 学 生 学 号： G100402 设计（论文）题目： 移动IP节点技术 指 导 教 师： 起 讫 日 期： 2014.9.32015.11.16 苏州信息职业技术学院毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名系部通信与信息工程系学号G100402课题名称指导教师评语：建议成绩： 指导教师： 2012年11月日评阅教师评语：建议成绩： 评阅教师: 2012年11月日答辩小组评语：建议成绩： 答辩小组负责人： 2012年11月日（注：成绩评定表由答辩小组负责填写）苏州信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书专业通信技术学号G100402姓名课题名称：主要技术指标：（注：视具体课题而定，有的课题无此项要求） 工作内容和要求： 主要参考文献：（注：以下为举例，至少列5篇）1 张喜云.宽带接入网技术.西安电子科技大学出版社, 20072余劢等.FTTH规模发展下光缆接入网络建设策略探讨J.电信技术,2011,43 李炯等.浅谈城域网建设中微型光缆的使用J. 移动通信,2008,(18).4 胡焱军. FTTH质量控制的主要措施A.信息通信,20095 曹淼. 小区OLT建设必要性研究J. 现代电信科技,2010.10学 生（签名） 2012年9月 10日指 导 教师（签名） 2012年9月 10日教研室主任（签名） 2012年9月 10日系 主 任（签名） 2012年9月 10日苏州信息职业技术学院毕业设计（论文）开题报告专业通信技术学号G100402姓名设计（论文）题目1 选题的背景和意义： 2 课题研究的主要内容： 3 主要研究（设计）方法论述： 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止）日期工作内容2012. 9.3 - 2012. 9.14查找资料确立选题2012. 9.15-2012.10.8完成开题报告2012.10.9-2012.11.8（毕业设计内容）2012.11.9-2012.11.11撰写论文2012.11.142012.11.15毕业设计答辩2012.11.162012.11.18根据答辩小组和指导老师意见修改论文，力争在内容和格式上符合毕业设计规范要求。五、指导教师意见：，同意开题指导教师签名： 2012年10月8日六、系部意见 同意开题系主任签名： 2012年10月9日（注：开题报告由做毕业设计的学生负责填写）苏州信息职业技术学院毕业设计（论文）中期检查表学生姓名学号G100402指导教师选题情况课题名称难易程度偏难适中偏易工作量较大适中较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况 指导教师 2012年10月25日所在专业意见： 继续进行（或修改课题） 系主任 2012年10月25日（注：中期检查由指导老师负责填写）移动IP节点技术移动【摘要】目前，随着社会的发展和科学技术的技术，IP业务发展指数日趋提高，人们在生活品质上也追求在移动的状态下轻松便捷高效的使用通讯设备，这就掀起了移动通讯网发展的新端倪，移动IP节点技术获得了飞速的发展，也在通讯中得到广泛的使用。移动IP主要的目的和功能是为了实现移动节点在移动中保持其连接性和连续性，主要的使用环境是在TCP/IP网络中，此项技术给人们的通讯提供了广阔的空间，一定程度上摆脱了地域的限制。本文中，首先分析了有关移动IP的相关概念，紧接着分析了移动通信中移动IP节点技术的实现，最后有探究了三角路由的相关问题探究.移动IP其实就是一种网络通信和信息传递的协议，主要的功能就是保障计算机或者通讯设备在移动的过程中在网络IP地址不发生变化、网络通信不受限制和中断的情况下对网络开展陆续的访问和连接,依据这一特性，移动IP对移动通讯有着巨大的促进作用和吸引力，真正实现了移动通讯。移动 IP主要的目的就是实现移动节点在移动的过程中保持连接性，它可以实现使移动节点用一个永久的IP地址连接到任何链路上的IP路由机制，他给人们带来了广阔的漫游服务，在移动通讯中移动IP的使用可以是移动网络随处安家，一定程度上摆脱了区域的限制，方便了人们的生活，提高了通讯的质量。移动IP的关键技术有代理搜索、转交地址、登陆和隧道技术等。我们说的移动节点（mobile node），一般是指在移动环境下工作的计算机通讯设备，并且这些设备都安装有无线信息接收设备和无线网卡，具有移动通讯和无线通讯的作用。可以简单的理解为具有永久IP地址的移动终端。【Abstract】 Mobile IP is a set of protocols defined in RFC 2002 by IETF Mobile IP Group, which mainly aims at mobile node seamless roaming in Internet. The most important feature of Mobile IP is that it can make mobile terminal roam in Internet with the same and not changed IP address. At the same time, communication cannot be interrupted all the time. The specific solution includes two parts: one is the solution of mobile node, and the other is the solution of the home .In this thesis, we carry out a scheme for agent searching process, registration & registration reply process, and routing of the data packets towards the double protocol stack IPv4/IPv6.Agent Discovery Agent discovery helps mobile node to confirm its position, and the mobile node must know which link it is, the home link or the foreign link. Through this process, the mobile node can make sure whether it has moved after the last registration. Agent searching is the most important precondition that cannot be absent to offer the roaming communication, for only by knowing its position, can mobile node registers its care-of address obtained on foreign link on home agent properly. Then home agent can route the packets properly to mobile node according to the new way. After agent searching process, there comes the registration, which keep the continuous contact between the mobile node and the home agent. Commonly, the home agent is a router in the home link of the mobile node, the mainly effect of which is transmitting the packets from other nodes to the roaming mobile node. When the mobile node is away from home link, it registers its care-of address to its home agent. This is done through exchange of a Registration Request and Registration Reply messages (which are sent with UDP using well known port number 434). Depending on the method of attachment, the mobile node will register either directly with its home agent, or through a foreign agent, which forwards the registration to the home agent. The care-of address can either be determined from a foreign agents advertisements (a foreign agent care-of address), or by some external assignment mechanism such as DHCP (a co-located care-of address). When the home agent receives the register message, it will maintain a register message table in the server, where the original registered care of address will be replaced by the new registered care-of address. Then a reply message will be sent to the mobile node also by well-known port 434. OK, all the register and reply process .the register, the packet can be routed in IP layer. Among all the routing process, our thesis emphasizes on the mobile node. The work of the mobile node mainly involves two parts, the one is that mobile node receives packets from other net nodes, and the other is the mobile node actively communicates with other nodes. If the mobile node receives packets from other nodes, there comes two condition: one way is that its position is on the home route, then it will discover that the destination address of the packets is the home address, so it receives packets. The other way is that the mobile node is on the roaming foreign link, at this time, the packets destination address it receives will be the care-of address transmitted by the home agent. In order to communicate with other nodes only with its home address, the mobile node will dispose the packets like this: First, it will shuck off the IP head, so comes out the home address which be added by home agent. Second, the mobile node can use home address to send packets to the communication opposite. Generally, the home agent substitutes the mobile node to receive packets in home link, then send all the packets through the channel to the care-of address, so the roaming mobile node receives the packets on the foreign link on the other hand, the mobile node maybe actively communicates with other nodes. Here also two conditions: the one is the mobile node discovers that it is on the home link through agent searching, then no.【关键词】 移动节点； 数据包； 家乡链路； 代理搜索； 外地链路； 转交地址； 移动通信； 设计与实现； 隧道技术；目录 1 引言12 移动通讯中移动IP节点技术的实现12.1 移动IP节点的关键技术12.2 移动IP技术的工作过程23 移动IP技术的具体方案53.1技术优化概述53.2移动节点的切换操作53.3仿真实现64 移动IP技术中的关键环节74.1代理搜索74.2注销注册74.3传递数据包的选路8结论9主要参考文献91 引言 随着移动通信技术的发展，任何移动节点都可以与IP核心网进行无缝的连接，从而形成无线网络。就目前来看，数据连接的方法多种多样，如：WLAN、蓝牙和GSM等。其中在移动无线网络中的实现过程中，移动IP技术最为关键。移动IP一般包括移动节点、归属代理和外埠代理，其中归属代理和外埠代理又称为本地代理与外地代理，统称为移动代理。移动节点指的是在移动环境下工作的一些安有移动信息接收和无线网卡的计算机通讯设备，由此这些设备具备了移动通讯和无线通讯的功能。简单点的说，就是这些设备具有了长久IP地址的移动终端。归属代理又称作本地代理，也就是说这是在本地链路上的代理路由器。同理，外埠代理又称外地代理，就是在外部链路上的代理路由器。移动IP的原理如下：首先移动节点归属代理是信息的入口，相比较而言，外埠代理就是信息的出口。一般先经过归属代理进行数据包的封装，然后传达给外埠代理。当外埠代理接收到数据包之后，进行数据的解开并将其传递给移动节点。一般来说，数据包在隧道内时，路由环会将它重新放回到隧道的入口处。由此，需要在数据包上加封IP的报头。一旦归属代理将广播包传递到了移动节点那里，就需要对其进行重新封装。值得注意的是，归属代理向移动节点进行传送时的本地地址是里层隧道，相反的，归属代理往移动节点转交时的地址是外层隧道。当解封的IP报头获得得到了数据之后，就会报告移动节点，综上，这就是节点向移动节点发送数据的全过程。2 移动通讯中移动IP技术的实现2.1 移动IP技术的关键技术在移动通讯中，移动IP节点技术实现的需要依靠的技术有很多，其中关键的技术就是隧道技术(Tunneling)。隧道技术的种类包括IP的IP封装、IP的最小封装和通用路由封装。RFC2004是这样定义IP的最小封装的：IP的最小封装是一种可以选择的隧道，其主要目的是为了能够减少实现隧道所需要的额外字节数，这个过程需要去掉IP的IP封装中的内层IP报头和外层IP的报头的冗余部分才能实现。2.2 移动IP技术的工作过程通常情况下，移动IP的工作过程分为三个阶段：代理发现、注册和数据包传送。在代理发现阶段主要是由本地代理和外地代理进行周期性地广播消息，这样链路上的所有节点才能够接收到这个消息，并对其进行检查且决定它的连接方式是本地链路还是漫游链路。一般情况下，如果是漫游链路，移动节点就可以从代理广播消息中得到需要转交的地址。与此同时，移动节点依据IP报头来由此判断自己所处的位置，如果原IP地址的网络前缀和移动节点的本地地址的网络前缀相同，那么就可以确定移动节点处于本地链路上。由此，移动节点可以根据从广播消息中得到ICMP路由器广播部分的生存区域，并由这个阶段去通知移动节点从同一个代理处接收到一个广播的平均时间。使用移动 IP 可将 IP 数据报路由到移动节点。无论移动节点连接到何处，移动节点的家乡地址可始终标识该移动节点。如果移动节点不在家乡网络上，则转交地址将与移动节点的家乡地址相关联。转交地址可提供有关移动节点当前连接点的信息。移动 IP 使用注册机制向家乡代理注册转交地址。家乡代理可将数据报从家乡网络重定向到转交地址。家乡代理会构造一个新的包含移动节点转交地址的 IP 数据包头，将其用作目标 IP 地址。这个新的 IP 数据包头用于封装初始 IP 数据报。因此，移动节点的家乡地址不会影响已封装数据报的路由，直到数据报到达转交地址为止。这种类型的封装被称为隧道连接。数据报到达转交地址之后，将对数据报解除封装。然后，将数据报传送到移动节点。下图显示了驻留在家乡网络（网络 A）上的移动节点在移动到外地网络（网络 B）之前的情形。这两个网络都支持移动 IP。移动节点始终与其家乡地址128.226.3.30相关联。图27-2 驻留在家乡网络上的移动节点下图显示了已经移到外地网络（网络 B）的移动节点。家乡网络（网络 A）上的家乡代理会拦截发往移动节点的数据报，并对数据报进行封装。然后，数据报会发送到网络 B 上的外地代理。外地代理会去除外部头，然后将数据报传送到位于网络 B 上的移动节点。图27-3 移到外地网络的移动节点转交地址可能属于外地代理。它可能由移动节点通过动态主机配置协议 (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP) 或点对点协议 (Point-to-Point Protocol, PPP) 获取。对于后一种情况，移动节点具有协同定位的转交地址。移动代理（家乡代理和外地代理）通过使用代理通告消息来通告其是否存在。移动节点也可以选择请求代理通告消息。移动节点可使用通过代理请求消息在本地连接的任何移动代理。移动节点使用代理通告确定移动节点是在家乡网络上还是在外地网络上。移动节点使用特殊注册过程通知家乡代理有关移动节点的当前位置。移动节点会始终“侦听”移动代理通告以确定移动代理是否存在。移动节点使用这些通告帮助确定移动节点何时移到另一个子网。如果移动节点确定其已移到新位置，则会使用新的外地代理将注册消息转发到家乡代理。移动节点从一个外地网络移到另一个外地网络时，会使用同一过程。如果移动节点检测到其位于家乡网络上，则移动节点将不使用移动服务。移动节点返回到家乡网络时，会向家乡代理取消注册。3 移动IP技术的具体方案3.1技术优化概述现阶段,移动切换机制包括快速移动IPv6,层次型移动IPv6和快速层次型移动IPv6等。这2种方案各有优缺点。针对快速移动IPv6和层次型移动IPv6存在的一些不足,从减少移动节点移动后注册绑定更新消息的交互数量,减少切换时延的角度出发,给出了基于层次型移动IPv6上的切换优化方案1,2。优化方案是在层次型移动IPv6模型原有的基础上将多个特定的MAP域合并,形成一个更大范围的域,引进一个新的功能实体区域锚点(Regional Anchor Point,RAP),其功能同移动锚点(MAP)一样,充当了一个临时家乡代理,但是比MAP管理的范围更大一些。MN在这种模型下移动时,其转交地址就由3部分组成,分别是链路转交地址(是指保存在移动锚点内的MN的临时地址)、锚转交地址(是保存在移动锚点和区域锚点内的移动节点的临时地址,即移动锚点所在的子网前缀)和域转交地址(是保存在家乡代理和通信对端内的MN的地址,即区域锚点所的子网前缀)。此时移动节点就分为3种访问网络的情况:1)是移动节点在同一个移动锚点域中移动;2)是移动节点在不同移动锚点域内但是在同一个区域锚点域内移动;3)是移动节点在不同的区域锚点域内移动。3.2移动节点的切换操作该优化方案对标准的移动IPv6的协议绑定更新消息进行了相应扩展,此处称为区域绑定更新消息,其格式如图2所示。在区域绑定更新消息中添加了一个新的标记,R标记。如果该标记设置为1,则表示了区域锚点注册。在绑定更新消息中必须设置R标记、M标记和A标记。移动节点访问网络分为3种情况:1)当移动节点在同一个MAP域内移动时,移动节点只需要向移动锚点MAP注册即可,即R=0,M=1,A=0;2)当移动节点在不同的移动锚点域但是同一个区域锚点域内移动时,移动节点需要先向移动锚点注册,然后移动锚点再向区域锚点注册,因此R=1,M=1,A=0;3)当移动节点在不同的区域锚点内移动时,移动节点需要向家乡代理和通信对端节点注册,即R=0,M=0,A=1。当移动节点在同一个MAP域内移动时,切换过程同层次型移动IPv6;当移动节点在不同的RAP域内移动时,移动节点的切换过程如同标准移动IPv6的切换。当移动节点在同一个RAP域内的不同MAP域内移动时,其切换原理如图3所示。当移动节点检测移动到新的MAP域时,移动节点的锚转交地址也会发生相应的变化,其具体操作过程见参考文献3。移动节点在同一RAP域不同MAP的这种切换方式,可以认为是移动节点的双层切换。在此过程中,需要发起MAP的切换过程。在向家乡代理和通信对端节点的家乡地址发送绑定更新前,应该先等待移动锚点的绑定确认消息,因此在向家乡代理和通信对端节点绑定区域转交地址时,绑定生存周期不能大于移动节点在移动锚点中的绑定生存周期,该值在绑定确认消息中获得。3.3仿真实现为了验证该优化方案的可行性和有效行,在OPNET仿真环境下进行了相关的实验4,5。在仿真试验中,设定AR的覆盖范围没有重叠的区域,也不存在AR覆盖的真空区域。其中,有线链路均为10 M/ps,每条链路时延固定为5 ms;无线链路为2 Mb/s,时延为20 ms。链路导致的丢包忽略不计。通信对端向移动节点发送数据,采用适用于实时业务的UDP数据分组类型,每个包大小为400 b,UDP数据分组的发送间隔取20 ms。图4为OPNET环境下切换时延同移动节点距离家乡代理的距离之间的关系。图4中MN与HA的距离为50 m处是一个MAP域,距离为100 m处是一个RAP域。由图4分析可知,移动节点在MAP1域内移动和在RAP域内移动时,移动节点的切换时延跟距离没有关系。当移动节点移出RAP域时,移动节点的切换时延就跟随的增大而增大。在HMIPv6模型中,当移动节点在不同的MAP域内移动时,其切换时延也会跟随的增大而增大。移动IP的注册阶段，移动节点向本地代理注册转交地址。注册发生的情形是位置移动时，进行得到转交地址的注册；回到本地链路时，重新进行注册；使用的地址超过了生存时间时。注册过程使用的消息是请求和应答消息。4 移动IP技术中的关键环节4.1代理搜索移动节点在工作的过程中充分的利用代理搜索主要完成的工作就是判断自身处在本地链路上还是外地链路上；检查是否做出了相关链路的切换和转移；如果移动节点通过代理搜索判定自身处在外地链路上的话，要取得相对应的转交地址，代理搜索主要有代理请求消息和代理广播消息组成。代理请求消息是当移动节点发送此消息时，目的是使链路上的所有代理立即发送一个代理广播消息，移动节点快速切换链路，而代理发送广播消息的频率不够时，会发送本消息。也就是说，在工作的过程中，如果移动节点不想完整或者等待需要下一时段发送的代理广播消息时，这时就可以应用发送代理请求消息，目的就是让所有链路上的代理立即发送一个代理广播消息。代理广播消息就是本地代理利用这个消息向移动节点宣布它们的功能。移动节点在链路上被定义为本地代理的时候就可以在相关的链路上广播或组播代理广播消息，这可以帮助移动节点断定链路上有没有代理存在，如果有的话还要断定其IP地址及功能。4.2注销注册通过上述代理搜索之后要进行的就是移动IP的注册了，经过上述环节的处理，移动IP可以断定自身所处的链路了，是本地链路还是外地链路，并判定自身所处的位置。在工作中，如果移动节点的网络从一条链路上切换到一条新的链路上，移动IP节点就可以完整注册的工作了。在注册的过程中，要特别的注意，移动节点注册的时间是有限制的，有一定的生存时间存在，有时候移动节点的位置可能没有发生变化，但也必须在时间段之内完整注册。在移动IP的注册中就是需要本地代理在外地链路上取得一个转交地址，实现对要过期的注册重新发挥作用，实现注册生效，并在本地链路上完整注销工作。4.3传递数据包的选路 在移动IP的工作流程中，数据包选路的技术必须要切合实际，要在考虑移动节点所处的位置，这项技术也是移动IP的重要技术之一。在工作中，工作人员必须考虑到这两种情况：移动节点与本地链路或者外地链路连接，其中移动节点与外地链路连接是还包括移动节点采用代理转交地址或者移动节点采用的是配置转交地址【7】。移动节点在任何的工作环境中，都会利用注册机制告知它的本地代理，获得相关的IP地址信息，这样本地代理就可以转发与它通讯的移动节点给它发送的数据包8。数据的通信是双向的，外地链路上的移动节点要完成接收数据包和发送数据的工作。在移动通讯的工作中，通信主机发往移动主机的分组必须经过本地代理，而从移动主机发往通讯主机的分组是直接发送的，两个方向的通信不是同一路径，所以出现了“三角路由”的问题，这使得工作效率变得低下。在移动IP中，由于发给移动主机都是经过本地代理的，但不一定是最佳路由，所以需要对路由进行合理的优化，但是此过程中由于移动节点对转交地址通知对端的消息缺乏有效的认证，容易收到拒绝服务，为了防止注册信息的真实性可以为每个移动节点和它的归属代理配置一对密钥。这时移动IP对通讯主机的要求极高，通讯主机必须能获取捆绑信息、包封以及建立隧道，要对其协议栈开展大刀阔斧的修正。结论随着社会的发展和科学技术的进步，人们的生活质量越来越高，人们对通讯的需求也是越来越大，对其要求也是越来越高。在快节奏的社会生活中，移动通讯已经成为人们通讯的有效组成部分，对其工作的质量有了明确的要求，为了迎合消费者的需求，跟上时代发展的步伐，通讯行业必须认真钻研技术，提高移动通讯的服务质量和水准。移动IP的使用大大提高了移动通讯的质量，使得在移动的过程中保持通讯的连续性。在目前的社会发展中，网络和通讯已经成为社会发展的必须品，移动IP技术的开发和研究开创了IP技术发展的新领域，已