（通信与信息系统专业论文）nemo网络仿真与性能分析.pdf

南京邮电学院硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着移动通信技术和i n t e r n e t 的飞速发展，人们不再满足于在固定地点接入 i n t e r n e t 服务，而希望能在任何时间任何地点享受不问断的i n t e m e t 服务。对单移 动节点接入i n t e m e t 的研究集中在移动d 技术上，而对网络整体移动性的研究还 在起步阶段。i e t f 于2 0 0 3 年底成立了n e m o ( n e t w o r km o b i l i t y ) 工作组，专 门研究网络移动性问题。n e m o 网络的移动性作为对p 移动性的扩展，其典型 应用场所包括飞行器、车船等交通设施上的网络接入，以及个人范围内的掌上电 脑、移动电话、数码相机等构成的小型网络。n e m o 网络在商业和军事方面均 有很大的应用前景。 移动p 主要用于单节点的移动性管理，对具有整体移动性的n e m o 网络而 占，需要在技术方案上进行调整或改进，诸如如何发现代理、如何注册整个网络、 如何选路等等。本文分析了四种n e m o 网络实现方案：基于域内路由协议的方 案、基于移动口的方案、基于移动口移动路由的方案和基于移动i p 外地代理 的方案。以此为基础，本文提出了新的基于转发移动路由器的方案，详细分析了 接入i n t e r n e t 时的路由和寻址方式、与移动口的适配途径、移动路出器的功能扩 展等。 目前，n e m o 技术处于需求分析和功能设计阶段，对n e m o 的研究也主要 集中在可行性方面。为深入研究n e m o 的移动支持能力、网络的整体性以及各 种技术方案特点，本文以u cb e r k l e y 开发的n s 网络仿真器为平台，针对转发移 动路由器的方案，扩展了n e m o 网络的仿真计算能力。以移动节点( m o b l i e n o d e ) 为基类派生定义了移动路由器( m r ) 仿真对象类，并为m r 添加了新开发的选 择分类器( s e l r e p l i c a t o r ) ，使其能够转发移动口消息：以固定节点( n o d e ) 为 基类扩展定义了移动网络节点( m n n ) 仿真对象类，并为m n n 添加了移动i p 注册代理( r e g a g e n t ) ，使其能够收发移动口消息：以w l a n 基站类( b a s e s t a t i o n ) 为基类派生出家乡代理( h a ) 和外地代理( f a ) 仿真对象类，并修改其中d s d v 路由算法，使它们能够向m n n 发送移动坤消息。 南京邮电学院硕士研究生学位论文 摘要 本文还以典型的移动网络拓扑作为仿真计算的场景，在自行开发的仿真系统 上，对n e m o 的吞吐性能进行了初步的实验研究。仿真网络包括2 个基站和1 个通信对端，n e m o 网络则由1 个m r 和2 8 个m n n 组成，m r 在2 个基站 之间移动切换。基站和m r 通过w l a n 互连并延用d s d v 路由算法。通信对端 向每个m n n 发送分组大小为1 2 8 字节、速率为2 0 0 k b s 的c b r ( 固定比特率) 业务流。为了便于对比，还进行了相同条件下移动口的仿真实验。结果显示， 在n e m o 网络节点数e 1 较少时，n e m o 网络比单纯移动伊的切换时延要短，数 据报文丢失率略低：随着节点数目的增大，n e m o 网络的性能比移动伊有明显 的劣化趋势。 研究表明，随着n e m o 网络规模的增大，使用单个移动路由器势易成为 n e m o 网络与外界通信的瓶颈。这个问题可以采用多宿主( m u l t i h o m i n g ) 技术 来增加移动路由器与外部网络互连的途径。研究发现，n e m o 网络作为一个整 体，需要更完善的移动性管理机制，而安全性、服务质量保证等问题也需要进一 步探索。 堕皇l 坐鱼兰堕堡主型塑皇兰堡堕茎羔坐! 坚 a b s t r a c t a st h ef a s td e v e l o p m e n to fm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n t e r n e tt e c h n o l o g y , p e o p l ea r en o ts a t i s f i e dw i t ht h ef i x e da c c e s s i n gs e r v i c e s t oi n t e r n e t t h e yw a n tt o e n j o yi n t e m e ts e r v i c ea n y w h e r e a n da n y t i m ew h e nt h e ya r em o v i n g c u r r e n t l ys t u d i e s o nas i n g l em o b i l en o d ea c c e s s i n gi n t e m e ta r ef o c u s e do nm o b i l ei p h o w e v e r , t h e p r o b l e mo ft h em o b i l i t yo fn e t w o r ka sw h o l eh a sr e c e i v e dl e s s a t t e n t i o n f o rt h i s r e a s o n ，i n2 0 0 3t h ei n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ( i e t f ) o r g a n i z e dan e m o ( n e t w o r km o b i l i t y ) w o r k i n gg r o u pa i m e da tr e s o l v i n gt h i sp r o b l e m a sa ne x t e n s i o n t o 口m o b i l i t y , n e m oc a r lb eu s e di nv a r i o u ss c e n a r i o s ，s u c ha sa c c e s s i n gn e t w o r k si n t r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e sl i k ep l a n e ，s h i p ，t r a i n ，c a r , e t c ，o rap e r s o n a l a r e an e t w o r k c o n s i s t e di ne l e c t r o n i ca p p l i a n c e sl i k ep d a ，m o b i l ep h o n e s ，d i g i t a lc a m e r a s ，e t c n e m oh a sg r e a tp o t e n t i a l sf o rb o t hb u s i n e s sa n dm i l i t a r y w h e nu s e df o rn e m o ，m o b i l ei p , w h i c hw a sd e s i g n e df o rm o b i l i t ym a n a g e m e n t f o rs i n g l en o d e ，n e e d st ob ee x t e n d e dt om a n a g en e t w o r ka sw h o l e ，s u c ha sa g e n t d i s c o v e r y , w h o l en e t w o r kr e g i s t e ri nh o m ea g e n t ，p a c k e t sr o u t i n g ，e t c f o u rn e m o s o l u t i o n sa r es u m m a r i z e di n t h i sp a p e r , i n c l u d i n gi n t r a - d o m a i nr o u t i n gp r o t o c o l s s o l u t i o n ，m o b i l ei p - b a s e ds o l u t i o n ，m o b i l ei pm o b i l er o u t i n g ，a n dm o b i l ei pf o r e i g n a g e n ts o l u t i o n b a s e do nt h ea b o v ef o u rs o l u t i o n s ，w ep r o p o s ean e wn e m o s o l u t i o n c a l l e df m r ( f o r w a r d i n gm o b i l er o u t e r ) d e t a i l e dd i s c u s s e sa b o u tp a c k e tr o u t i n g ， a d d r e s s i n g ，m o b i l e i p a d a p t i n g a n dm o b i l er o u t e rc o n f i g u r a t i o ni nf m ra r e p r e s e n t e di nt h et h e s i s n o wn e m ot e c h n o l o g yi si nt h es t a g eo fr e q u i r e m e n ta n a l y s i sa n df u n c t i o n a l d e s i g n ，a n d r e l a t i v er e s e a r c h i n gw o r k sa r ec o n c e n t r a t e d0 1 1t h e a v a i l a b i l i t yo f p r o p o s e ds o l u t i o n s i no r d e rt ok n o wm o r ea b o u tt h e c h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r k m o b i l i t ya n dv a r i o u ss o l u t i o n so fn e m o ，w ea d o p tn sd e v e l o p e db yu cb e r k l e yt o s i m u l a t en e m o i no r d e rt os i m u l a t et h ef m rs o l u t i o n ，s o m en sm o d u l e sa r e e x t e n d e d w ed e f i n eam r ( m o b i l er o u t e r ) o b j e c ti n h e r i t e df r o mm o b i l e n o d e t h e s e l e c tr e p l i c a t o ro b j e c td e v e l o p e db yu si sc o n f i g u r e di n t om r ，w h i c hi se n a b l e dt o l i l 南京邮电学院 西 士研究生学位论文 a b s n a c t f o r w a r dm o b i l ei pm e s s a g e s am n n ( m o b i l en e t w o r kn o d e ) o b j e c ti si n h e r i t e d f r o mt h en o r m a ln o d ea n di n t e g r a t e db yam o b i l ei pr e g i s t e ra g e n tt h a tc a ns e n da n d r e c e i v em o b i l ei pm e s s a g e s t h eh a ( h o m ea g e n t ) a n df a ( f o r e i g na g e n t ) o b j e c t s d e r i v ef r o mb a s e s t a t i o n t h ed s d va l g o r i t h mi sr e v i s e ds ot h a tt h eh aa n df ac a n s e n dm o b i l ei pm e s s a g e st om n n s w ee m p l o yat y p i c a ls i m u l a t i o ns c e n a r i ot or e s e a r c ht h et h r o u g h p u tp e r f o r m a n c e o f n e m o t h es i m u l a t i o nn e t w o r kc o n s i s t so f 2b a s es t a t i o n sa n d1c o u n t e r p a r tn o d e c o n n e c t e db yf i x e dl i n k s ，a n d1m ra n d2 - 8m n na r eu s e dt of o r mam o b i l e s u b n e t w o r k w l a ni sa p p l i e dt oc o n n e c tb a s es t a t i o n sa n dm o b i l er o u t e r ac b r s o u r c ei ss e t t l e di nc o u n t e r p a r tn o d e ，w h i c hc o n s t a n t l ys e n d s12 8b y t e s ，2 0 0 k b sd a t a p a c k e t st oe v e r ym n n i n o r d e rt oc o m p a r ew i t hn e m o ，t h es i m u l a t i o no fm o b i l ei p w i t hs i m i l a rc o n d i t i o n si sc o n d u c t e d i ti ss h o w e dt h a tw h e nt h en u m b e ro fm n ni s s m a l l ，t h eh a n d o f fd e l a ya n dt h er a t eo fp a c k e td r o po fn e m oi sr e l a t i v e l ys m a l l e r t h a nt h a to fm o b i l ei p h o w e v e lo u rr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep e r f o r m a n c eo fn e m o d e c r e a s e sf a s t e rt h a nt h a to fm o b i l ei pw i t ht h en u m b e ro fm n n i n c r e a s i n g ， i ti sc o n c l u d e dt h a tas i n g l em rw i l lb et h ec o m m u n i c a t i o nb o t t l e n e c kf o rt h e l a r g e s c a l en e t w o r k w eb e l i e v et h a tt h es o l u t i o ni s t os u p p o r tm u l t i h o m i n gf o r n e m o a saw h o l en e t w o r k ，s o m ea l t e r n a t i v em o b i l em a n a g e m e n tm e c h a n i s mn e e d t ob ed e v e l o p e df o rn e m oa n dt h eo r i g i n a lm o b i l ei pp r o t o c o ls h o u l db eo p t i m i z e d i na d d i t i o n ，i s s u e ss u c ha sn e t w o r ks e c u r i t ya n dq o sa r es t i l lo p e n 南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：，磊垦刍日期： 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：薄导师签名：避日期： 南京邮电学院硕i ：研究生学位论立第一章绪论 1 1n e m o 及其应用 第一章绪论 随着i n t e m e t 的规模和影响同益扩大，人们越来越需要在同常工作生活中使 用i n t e r n e t 。这也带来了人们对i n t e r n e t 需求的提高，越来越多的用户希望i n t e r n e t 能够跟着他们移动的步伐。移动通信最初出现在大众面前，是二十世纪八十年代 的移动电话。随着1 9 9 3 年移动耐i 】的引入，对d 移动性和i p 上移动管理【2 1 的研 究丌始展丌。移动i p v 4 m 和它的高级版本移动i p v 6 r 4 1 ，是用来处理口移动性的 协议，两者在原有i p 协议上进行了协议扩展和加强。随着无线手持设备的出现， 诸如口蜂窝电话、掌上电脑等和i n t e m e t 连接移动设备，用户对口移动性的需 求不断增大。 目前向单个移动节点发送信息的问题已经得到了深入研究，但是向聚集移动 节点( 移动网络内的节点) 发送信息的特殊问题还很少引起关注。然而，网络移动 。| 生( n e m o n e t w o r km o b i l i t y ) 5 1 场景却非常普遍，比如火车、飞机、轮船等交通工 具能够载运大量的节点一起移动。一种连接这种聚集移动节点的方法是把这些交 通工具上的节点都看作独立的实体，每个节点只处理自己的连接。但是这些节点 作为一个整体在一起移动会产生额外的信令，每个节点上需要安装特殊的软件， 而且每个节点需要安全支持。所以对聚集移动节点单个化的考虑方式很有可能减 弱移动性管理，而一个和多个特定的网络移动性协议却能够很可靠高效的在这种 场景中运作。 网络移动性最初出现在移动d 领域，1 9 9 3 年的移动口标准草案中出现了移 动i p v 4 移动路由的概念，既是对网络移动性的一种解决方案。从名字上可以看 出，移动路由是i p v 4 网络移动性的一个标准解决方案，但是仍然有一些非常可 行的方案正在被研究。事实上，原本i n t e m e t 工程任务组( i e t f ) 打算把移动i p v 4 移动路由引入到移动i p v 6 中。因为移动i p v 6 使用了目的选项报头可以用来传送 家乡地址和针对网络移动性的路由优化信息，将移动i p v 4 移动路由的原理直接 应用到移动i p v 6 中并不合适。出于这个原因，i e t f 创建了新的工作组处理这 些特殊的问题，这就是现在的n e m o 工作组( n e t w o r km o b i l i t v w o r kg r o u d ) 【6 1 0 南京邮电学院硕j 二研究生学位论文第一章绪论 1 2 已有技术对n e m o 的支持 一个典型的b 3 g 系统由不同的接入网技术构成，例如蜂窝( c e l l u l a r ) 技术、 无线局域网( w l a n ) 7 1 、自组织网络( a dh o e ) g l 等。整个系统需要依靠加强 的口网络技术作为统一的网络层，通过异构的接入网为基于p 的应用提供同构 的网络。目前移动d 技术是提供节点移动性支持的基本解决方案，它具有独立 于接入网络类型，对应用层透明等特点。随着网络移动性概念的提出，移动口 需要支持聚集移动节点的整体移动的需求。因此，移动口需要在路由机制，通 信方式上进行相应的扩展。 另一方面，传统域内路由协议如最短路径优先( o s p f ) 9 1 、选路信息协议 ( r i p ) 1 0 1 等在i p v 6 “舭1 中扩展后，结合i p v 6 的地址自动配置，也可以用来提 供对网络移动性的支持。 目前由i e t f 的m a n e t ( m o b i l ea dh o cn e t w o r k ) 1 3 i t _ 作组研究的a c th o c 网络是一种无线移动节点的聚合网络，这和网络移动性也存在很多共同点。a d h o e 路由技术也能够为网络移动提供支持。 1 3n e m o 的研究现状 目前欧洲的o v e r d r i v e 项目正在从事网络移动性的研究活动。该项目设计 了基于i p v 6 的车上网络，提供乘客经过车辆上的移动路由器接入i n t e r a c t ，它能 在3 g 、w l a n 、d v b t ( 移动数字电视) 接入i n t e m e t 。在这个项目中，基于 l i n u x 的移动路由器、家乡代理和移动网络节点原型已经得到开发，使用了 l i v s i xi p v 6 移动i p v 6 开放源代码协议栈。这些原型将被综合到测试床中作为功 能性确认和示范。 1 4n e m o 仿真研究的平台选择 由于n e m o 网络的特殊性，建立实际的实验环境比较困难，所以在网络性 能分析和改善的研究中，网络仿真器必不可少。目前较为常用的网络仿真器有 n s ( n e t w o r ks i m u l a t o r ) 、o p n e t 、g l o m o s i m 等等。其中n s 是一种开放源 南京邮电学院硕j ：研究生学位论文第一章绪论 代码、可以免费下载和更新的仿真器，不但有大量的研究人员为其作扩展，而且 自行扩展也非常方便和灵活，是应用较为广泛的一种网络仿真器。n s 是u c b e r k l e y 开发的一套面向对象、事件驱动的网络仿真器，用c + + 和o t c l 语言编写， 是一种通用的多协议网络仿真软件，支持的网络类型包括局域网、广域网、移动 通信网、卫星通信网等等，可为多种不同的研究领域提供仿真试验环境。 为了支持对移动无线网络的仿真，c m um o n a r c h 项目组对n s 作了移动性 扩展 1 5 1 ，增加了若干网络组件，如无线信道模型、m a c 层协议、链路层、a dh o e 路由协议等等，使n s 可以对一般的无线局域网和移动多跳自组织网络，并支持 移动口。另外，为了增强仿真器的可用性，c m u 扩展部分还增加了随机移动模 型和随机流量的生成工具，并提供了新的t r a c e 支持，使用户可以跟踪网络低层 协议实体的各个细节。将n s 作为本课题的仿真实验和研究的基础是可行的。 1 5 论文的安排 第二章将首先论述移动口网络的概念及其运行机制，然后将对n e m o 网络 的概念和结构进行详细的论述，最后对n e m o 网络的几种实现方案进行深入的 分析。第三章详细介绍了本文所用的仿真工具n s 2 ，对其仿真配置方法和仿真原 理进行了介绍，重点阐述了与本文相关的移动节点配霞部分。第四章首先分析了 n e m o 网络的需求，在结合已有n e m o 方案的基础上提出了转发移动路由器的 方案，并阐述了该方案在n s 仿真器中的实现过程。第五章给出了n e m o 网络 方案和原有移动口方案的仿真结果，在比较两者性能的基础上对结果作了详细 的分析。最后对研究工作和成果进行了总结并指出下一步研究方向。 南京邮电学院硕上研究生学位论文第二章移动i p 和n e m o 2 1 移动l p 第二章移动i p 和n e m o i n t e m e t 和移动通信技术的迅猛发展，特别是大量移动设备的出现，使人们 希望能在移动环境中保持与i n t e r n e t 连接和连续的通信，以及能够通过网络获取 各种实时通信业务。这就给基于p 的移动性管理提出了新的要求和挑战。移动 i p 技术正是为了解决t c p 口网络不支持移动而产生的新技术。它对t c p i p 协 议作了必要的补充，使t c p i p 网络支持漫游功能，人们可以在漫游的同时仍然 保持唯的网络职地址与外界保持通信。 2 1 1 移动i p 基本运行机制 2 1 1 1 移动i p 的基本概念 移动l p 技术是实现移动主机在相对广大的范围内支持终端移动性的关键技 术，它确保了移动主机在移动过程中正常通信，并具有双向连通特性。支持漫游 能力的移动口系统中，涉及以下几个概念： 移动主机( m h m o b i l eh o s t ) ：是指需要在不同网段间移动的计算机； 移动i p 服务器：是实现移动口的硬件设备，具有自动判别注册的移动 主机是本网的移动主机，还是来访的移动主机的功能。根据移动主机所 属的网段不同，移动i p 服务器被分为家乡代理( h a h o m e a g e n t ) 和外 地代理( f a - f o r e i g n a g e n t ) ； 移动i p 客户端软件：安装在移动主机上的软件，可以在多种操作系统 中为用户提供跨网段漫游接入，主要用来实现和外地代理、家乡代理进 行网络通信功能。 代理发现( a g e n td i s c o v e r y ) ：移动主机用来判断自己是否处于漫游状态。 家乡地址( h a h o m ea d d r e s s ) ：移动主机在家乡代理所在网络时使用的 4 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第二章移动l p 和n e m o 地址，一般是永久分配的地址。 转交地址( c o a c a r e - o f a d d r e s s ) ：移动主机移动到外地网络时从外地 代理处得到的临时地址。 隧道( t u n n e l ) ：家乡代理与外地代理之间临时建立的双向数据通道。 家乡代理( h a ) 、 移动i p 服务器 外地代理( f a ) ， ， 移动i p 服务器 a 一一一一一一一飞、- 一一一一一一一一一r 图2 1 移动p 系统实例 以一个实际的例子( 如图2 1 ) 来说明移动口的工作机制。首先用户在家 乡网络中的“家乡代理”移动口服务器登记注册。当用户携带移动主机( 如手 提电脑) 从a 位置移动到b 位置，在b 位置用户将自己的手提电脑接入b 处的 局域网( 有线网络或无线网络环境) 中，然后打开移动球客户端软件，这时手 提电脑会自动进行代理发现，判断自己是否处于漫游状态。接下来，b 处局域网 中的移动口服务器( “外地代理”) 分配给该电脑一个转交地址。得到转交地址 后，该用户的手提电脑要进行认证登录，认证成功后系统就在a 处与b 处的两 个移动口服务器之间建立一条通道( 即所谓的隧道，这是通过隧道技术实现的) 。 至此，该用户的手提电脑就可以通过外地代理与外界进行正常的网络通信。同时 a 处的“家乡代理”的移动豫服务器将其他与该用户联系的网络信息转发给b 处的“外地代理”移动p 服务器，此时“外地代理”又将得到的信息转给该用 南京邮电学院顿七研究生学位论文 第二章移动l p 和n e m o 户的手提电脑。在此过程中，该用户的网络地址没有发生任何变化，并且与原网 络保持了统一的、双向的、即时的通信联系。 简单说来，移动d 是一种计算机网络通信协议，它能够保证计算机在移动 过程中在不改变现有i p 地址、不中断正在进行的通信以及不中断正在执行的网 络应用的情况下实现对网络的不问断访问。移动m 技术的关键在于如何安全高 效地将发送给用户的数据从家乡t c p i p 网络转发到用户当前接入的t c p i p 网 络。在转发数据的过程中，为了解决安全性的问题，需要使用加密技术。 2 1 1 2 代理发现与移动检测 移动主机通过接收代理通告进行代理发现。家乡代理和外地代理通过周期性 地组播或广播代理通告消息( a g e n ta d v e r t i s e m e n t ) ，通告与相应链路的连接关系。 代理通告是在i c m p 路由通告消息中增加相应的“移动代理通告扩展”部分，用 来说明移动代理是家乡代理还是外地代理、其网络地址和通告有效期等信息。当 移动主机切换到新链路，而又没有耐心等待代理通告消息时，可以发送代理请求 消息( a g e n ts o l i c i t a t i o n ) 迫使链路上的所有代理发送一个代理通告消息。 移动主机收到的代理通告消息后，通过检查消息的源p 地址是否和家乡链 路有相同的网络前缀来判断它是连接在家乡链路上还是外地链路上。当连接到家 乡链路上时，移动主机就象固定节点一样工作，不再利用移动p 的其它功能。 当移动主机检测到它从家乡链路移动到外地链路，就比较代理通告消息的源地址 是否与上一个消息的源地址相同来判断是否从一个外地链路移动到新的外地链 路。如果移动主机检测到链路改变，它就要向其家乡代理发送注册信息重新注册。 2 1 。1 3 注册 当移动主机漫游到外地网络时，它需要得到一个代表其当前所在位_ 置的转交 地址。当外地链路上有外地代理时，移动主机就可以从代理通告中的转交地址列 表中选择一个地址作为外地代理转交地址( f o r e i g n a g e n tc a r e o f a d d r e s s ) 。当外 地链路上没有外地代理时，移动主机通过动态主机配置协议( d h c p ) 或手工配 置的方法获得配置转交地址( c o l l o c a t e dc a r e o f a d d r e s s ) 。 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第二章移动i p 和n e m o 移动主机获得转交地址后，发送移动m 中定义的注册请求( r e g i s t r a t i o n r s e q u e s t ) 消息向家乡代理重新注册。该消息中包含了移动主机的家乡地址、转 交地址、家乡代理的i p 地址、注册有效期等信息。移动主机所处的外地链路上 的外地代理收到注册请求后，将该消息中继( r e l a y ) 给移动主机的家乡代理。家 乡代理确认注册信息后，就会将移动主机的家乡地址和相应的转交地址存放在绑 定缓存中，完成家乡地址和转交地址的绑定，并向外地代理发送注册应答消息 ( r e g i s t r a t i o nr e p l y ) 确认注册。外地代理再把该注册应答中继给移动主机完成注 册。在此注册过程中，家乡代理和外地代理会对每条注册请求和注册应答进行独 立的有效性检查，一旦发现无效的消息，就生成一个新的注册应答发送给移动主 机，拒绝其注册请求。 当移动主机从外地链路回到家乡链路上时，它将向家乡代理发送取消注册的 请求( d e r e g i s t r a t i o n ) ，以便恢复在家乡链路上的正常通信。 2 1 1 4 分组的路由选择 因为移动口的设计目的是要在不改变移动主机原有i p 地址的前提下，实现 网络的不问断通信，因此所有发送给移动主机的分组，其目的地址都是移动主机 的家乡地址。因为家乡代理会使用路由协议发送路由通告，所以不管移动主机位 于哪个外地链路上，目的地址为移动主机家乡地址的分组都将首先到达移动主机 的家乡代理。 如果移动主机已经在家乡代理中注册了一个或多个转交地址，那么家乡代理 在截取到这些发给移动主机的分组后，将使用每一个转交地址对这些分组进行一 次再封装。再封装就是在原有i p 分组外再加一层i p 包头，这层i p 包头的源地 址为家乡代理的i p 地址目的地址为移动主机的转交地址。然后家乡代理将封 装后的分组向外地链路转发，分组将在外地链路上得到解封装，这个过程在移动 m 的实现中称为隧道。 隧道中的分组被转发给外地代理后，外地代理发现分组的目的地址是转交地 址，判断出该分组是发给已注册的移动主机的，就去掉外层p 包头解封装该分 组，将原始的分组转发给移动主机。如果外地链路上没有外地代理，外地链路上 7 南京邮i b 学院硕士研究生学位造文 第二章移动i p 和n e m o 的路出器就将隧道中的分组按转交地址转发给移动主机，由移动主机自己进行解 封装。 通信对端 图2 2 移动口的三角路由 移动主机向外发送数据时，会首先在外地链路上选择一个路由器作为默认的 路由器，一般情况下选择外地代理作为其默认路由器。移动主机发送的分组将通 过默认路由器直接发送给通信对端，无需采用隧道机制。于是，通信对端发送的 分组通过移动主机的家乡代理转发给移动主机。而移动主机发送的分组直接发送 到通信对端，就出现了如图2 2 所示的三角路由现象。 2 1 2 移动i p v 6 移动i p v 6 的运行机制与移动i p v 4 大致相同，在只是概念上略有不同。移动 i p v 6 中仍然有移动主机和家乡代理的概念，但没有外地代理。家乡地址、家乡 链路、转交地址和外地链路的概念和移动i p v 4 中几乎一样。移动i p v 6 中同时采 用隧道和源选路技术向连接在外地链路上的移动主机传送分组，而在移动i p v 4 中则只用了隧道技术。 在移动i p v 6 实际工作中，移动主机采用i p v 6 版的路由器发现( r o u t e r r i s c o v e r y ) ，使用地址自动配置确定其转交地址，通过布告( n o t i f i c a t i o n ) 过程将 其转交地址告诉家乡代理。如果可以保证操作时的安全性，移动主机也可以将它 的转交地址布告通知通信对端，以实现路由优化。于是，没有获知移动主机转交 南京邮i 也学院顾l 研究生学位论文 第二章移动i p 和n e m o 地址的通信对端，送出的分组和移动i p v 4 一样路由；获知移动主机转交地址的 通信对端送出的分组可以利用i p v 6 选路报头直接送给移动主机，选路报头将移 动主机的转交地址作为一个中间目的地址。在相反方向，移动主机送出的分组采 用特殊的机制被直接路由到它们的目的地。 2 1 3 移动i p 存在的问题和优化方法 尽管移动口能支持终端的移动性，保持用户在移动过程中的通信但是当 前仍面临很多问题。 2 1 3 1 路由效率 移动d 中经常遇到三角路由问题，即通信对端发送分组到移动主机时，首 先要到达家乡代理，尔后由家乡代理通过隧道转发给移动主机，而移动主机可以 直接向通信对端发送分组。三角路由问题会增加分组传输的时延，占用网络资源 并且加重家乡代理的处理负担。文献 19 中提出的解决方法是采用路由优化技术， 即移动主机将其转交地址通知通信对端，使通信对端可以通过隧道直接发送分组 到移动主机。但是路由优化方案需要通信对端支持路由优化协议，增加通信对端 的复杂程度，还会带来新的安全问题。事实上，只有当移动主机与家乡代理比较 远且与通信对端较近时采用路由优化才有较大意义。因此，应根据实际的网络拓 扑结构并在考虑安全性的前提下来决定是否采用路由优化。 2 1 3 2 安全性问题 安全性是移动口中需要特别注意的一个问题，因为移动终端通常都是通过 易受到安全攻击的无线链路直接连接到i n t e r n e t 上的。例如，在移动终端注册过 程中，家乡代理总是认为经过授权的注册信息是来自移动终端，而非虚假节点， 这就带来了安全隐患。另外，安全性还带来了一个问题一一防火墙。一般企业网 为了防止外部站点攻击，通常配置防火墙防止外部节点通过i n t e m e t 攻击本网， 而将所有不符合特定规定的分组全部拦截在网外，所以给移动终端的通信带来了 很大的影响。当移动终端发送分组到处于防火墙后的通信对端时，由于分组中携 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第二章移动i p 和n e m o 带了移动终端的家乡地址，却又不是从家乡网络中来，所以该分组很有可能被当 作攻击分组而阻挡在防火墙外，造成通信无法正常进行。为了解决该问题，文献 和 2 0 】提出了移动口穿越防火墙的两种解决方案。 2 1 3 3 服务质量保证 随着移动业务的不断丌展，通过移动p 开展实时业务的需求也日益迫切。 但是无线网络的资源相对匮乏，特别是移动节点不断改变位置且作为接收者时， 向它提供实时业务将变得非常困难。现有的q o s 体系结构包括集成服务模型 ( i n t e r s e r v ) 1 2 1 1 和差分服务模型( d i f f s e r v ) 【22 1 ，它们都没有考虑移动环境下的 q o s 保证，必须进行适当修改。可行的方法是采用修改过的资源预留协议 ( r s v p ) t ”i ，文2 4 1 中提出了移动p 实现q o s 的一种方案。在移动口中进行资源 预留的代价将会很高，服务提供商将会向得到较高q o s 保证的用户收取更多的 费用。 2 1 3 4 性能和扩展问题 文【25 1 研究了当移动终端远离家乡网络时，移动口会带来较大的切换时延问 题。实际上，当移动终端位于外地网时，如果网络没有发生拥塞，其注册带来的 时延尚可接收。然而，当网络发生拥塞时，由于注册信息的丢失而导致注册时延 很大，通信几乎无法正常进行。另外，随着用户数的增加也带来了可扩展性问题， 由于移动代理每秒仅可以处理上百个用户，所以扩展问题的瓶颈在于网络本身。 文1 2 州中论述了使用分层移动i p ( h i e r a r i c h i c a lm o b i l ei p ) 、h a w a i i 等微移动协议 来解决这个问题的方法。 2 2n e m o 网络概述 未来的网络是一个全i p 网络，具有无处不在的i n t e r n e t 接入，用户能够在任 何时间任何地方接入i n t e m e t ，而不用中断业务。目前在办公室和家中的i n t e m e t 接入已经相当普遍，但是我们仍然缺乏在街边和上班途中接入i n t e r n e t 的方法。 然而，随着i p v 6 中的移动技术的出现，特别是网络移动性( n e m o - n e t w o r k o 南京邮电学院珂i 上研究生学位论文 第二章移动l p 和n e m o m o b i l i t y ) 的实际应用和多宿主连接( m u l t i - h o m i n g ) 技术的支持，我们有 可能实现期待中的无所不在的网络。 n e m o 网络允许整个网络在物理位置上发生移动，在k n t e m e t 网络拓扑上改 变接入点。随着n e m o 网络这一概念的引入，任何设备都能方便的接入i n t e r n e t 。 在现实生活中使用n e m o 网络的典型例子有：个域网( p a n p e r s o n a la r e a n e t w o r k ，在个人范围内相连的小型网络，由i n t e m e t 网络组件构成，如掌上电 脑、移动电话、数码相机等) 2 9 1 ；交通工具上使用的传感器网络( 如飞机、轮 船、公共汽车、火车上的传感器) ；在移动的运输设备中( 如出租车、火车、飞 机、火车、轿车等) 为整个的i n t e m e t 设备提供网络接入( 如笔记本电脑、数码 相机、移动电话、甚至p a n ) 3 0 1 。 2 2 1n e m o 网络基本概念 网络的移动性发生在当网络的一部分改变其在整个网络拓扑中的接入点时。 但是i n t e r n e t 很难被配置成在数据不问断传输的同时仍然允许连接的设备移动， 因为传统的网络层协议无法感知设备改变了它与整体网络拓扑的连接点。在i p v 6 体系中，i n t e m e t 中的每个网络设备都被分配一个i p v 6 地址，这个地址的前缀表 示该设备在i n t e m e t 网络拓扑中的位置。每次移动节点( m n m o b i l e n o d e ) 改变 其在网络拓扑中的接入点都会导致i p v 6 地址的变更，同时也会造成其在网络拓 扑中可达性的变更。支持这种移动特性的机制，必须能够维持一个不问断的连接。 某些情况下众多的移动节点聚集在一起，由一个移动路由器( m r - m o b i l e r o u t e r ) 来通告该域的信息，这个与移动路由器相连接的移动节点称为n e m o 网络节点 ( m n n m o b i l en e t w o r kn o d e ) 。由移动路由器和移动网络节点构成的域形成了 本文论述的n e m o 网络。在n e m o 网络中只有移动路由器改变其物理接入点和 其地址。但是移动路由器口地址的改变会影响整个n e m o 网络在i n t e m e t 的 路由。要保持n e m o 网络在移动过程中不会造成传输层连接的中断。需要有特 殊的移动性管理