（通信与信息系统专业论文）nemo转发路由器的结点感知及路由重配置技术.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：网络技术与应用 作 者：三旦堕级研究生 周展 指导教师王塞煎 题目：n e m o 转发路由器的结点感知及路由重配置技术 英文题目：o nt h er o u t i n gr e c o n f i g u r a t i o nw i t hn o d ea w a r e n e s s f o rt h en e m of o r w a r d i n gr o u t e r 主题词：网络移动性转发路由器结点感知路由重配置 蝶形路由 k e y w o r d s ： n e t w o r km o b i l i t y f o r w a r d i n gr o u t e r n o d ea w a r e n e s s r o u t i n gt a b l er e c o n f i g u r a t i o n b u t t e r f l y - t y p er o u t i n gp a t h 南京邮电大学学位论文独创性声明 x8 5 0 7 4 3 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 含为获得南京邮电大学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： ! 虱礁日期：丝! ：竺：9 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、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 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：一函屋 导师签名日期：彻占一p ，3 南京| i f | i i u 人学倾十i 叶究生学位论文摘要 摘要 近来，移动通信和i n t e r n e t 日益深入人们的生活，变得越来越不可或缺。人们希望接 入i n t e m e t 的地点延伸到了移动性的公共交通平台上，如火车、汽车、轮船等。为了满足 这些需求，正t f 成立了n e m o ( n e t w o r k m o b i l i t y ) 工作组，对单结点移动性的移动口技 术进行扩展，并从事网络移动性的标准化工作。移动口中，由于采用隧道技术引入了三角 路由问题。相应的，作为移动口扩展的n e m o ，则导致了双三角路由问题，本文称之为 “蝶形路出”。 蝶形路由的典型场景是发生在移动网络中结点之间的通信过程。按照n e m o 基本路出 方案，此场景中的蝶形路由会引入额外的开销和多余的传输路径，导致时延增加、消耗更 多的带宽。这些可以通过n e m o 中的移动路由器进行路由重配置及结点探测来改善。 本文提出的n e m o 转发路由器结点感知及路由重配置方案，可显著地降低带宽开销、 提高移动网络的吞吐性能。本方案中，移动路由器负责结点探测，经过注册和认证，把这 些结点的i p 地址和生命期添加到在线主机表中，并重新配置路由表项。当移动路由器接收 到去往网内结点的分组，就直接发送给目的结点，而不用绕到外部的i n t e m e t ，避免了蝶形 路径。这个方案同样适用于嵌套式移动网络。 为了对所提方案的性能进行分析，本文以n s 一2 仿真工具为基础并进行了扩展。在有 线结点模型中加入了m 口注册代理，使其完成移动访问结点( v m n ) 的功能；在家乡代 理( h a ) 模型中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 ) ，使代理通告能发送到v m n 所在的有线链路上：移动路由器( m r ) 模型中，引入h a s h 分类器( h a s h c l a s s i f i e r ) ，实 现在线主机表和路由重配置功能。 仿真计算采用了蝶形路由的典型场景。仿真实验结果表明，所提方案大大减少了额外 的丌销、避免了多余的传输路径、降低了端到端的分组时延，有效地提高了分组传送速度、 带宽利用有效性和处理时间等。这些特性对于带宽和功率受限的无线通信来说，意义显著。 南京邮电人学烦十研究生学位论文 a b s 仃a c t a b s t r a c t r e c e n t l y ，b o t ho ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n sa n dt h ei n t e m e th a v eb e e nr e c o g n i z e da st h e m o s tp o p u l a ra n df l o u r i s h i n gt e c h n o l o g i e si nh u m a nl i f e i np a r t i c u l a r ，t h ed e m a n df o ri n t e m e t a c c e s si nm o b i l ep l a t f o r m ss u c ha st r a i n s ，b u s e sa n ds h i p si sc o n s t a n t l yi n c r e a s i n g i no r d e rt o m e e ts u c hd e m a n d , aw o r k i n gg r o u pc a l l e dn e m oh a sb e e ns e tu pw i t h i nt h e 匝t ft oe x t e n dt h e b a s i ch o s tm o b i l i t ys u p p o r t ，m o b i l e1 p ，t os t u d yt h es t a n d a r do fn e t w o r km o b i l i t y m o b i l e 邛i s b a s e do nt u n n e l i n g ，w h i c hl e a d st oi n e f f e c t i v et r i a n g l er o u t i n gp a t h n e m o ，a si t se x t e n s i o n ， i n t r o d u c e sd o u b l et r i a n g l er o u t i n gp a t hp r o b l e m 血t h i sp a p e rw ec a l li tb t i t t e r f l y - t y p er o u t i n g p a t h t h e r ei sas p e c i a ls c e n a r i ow h e r en o d e sw i t h i nt h es a i u em o b i l en e t w o r kc o m m u n i c a t ew i t h e a c ho t h e r t h eb u t t e r f l y t y p ep a t hi ns u c hs c e n a r i ow i l lc o s tal a r g eo fo v e r h e a da n db r i n gi n e x t r ar o u t i n gp a t hf o rt h en e m ob a s i cs o l u t i o n t h i sk i n do fo v e r h e a da n de x t r ap a t hw i l lr e s u l t i n l a r g e l a t e n c i e sa n db a n d w i d t hc o n s u m i n g ，w h i c hc a r lb ei m p r o v e dv i ar o u t i n gt a b l e r e c o n f i g u r a t i o na n dn o d ed e t e c t i o nb ym o b i l er o u t e r so f n e m o i nt h i st h e s i s ，as o l u t i o no nt h er o u t i n gr e c o n f i g u r a f i o nw i t hn o d ea w a r e n e s sf o rn e m o f o r w a r d i n gr o u t e ri sp r o p o s e d ，w h i c hc a nr e d u c et h eo v e r h e a da n de n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo f t h em o b i l en e t w o r k i nt h i ss o l u t i o n ，m r ( m o b i l er o u t e 0d e t e c t st h en e w e n t e r i n gm o b i l en o d e s a f t e rf e 百s t r a t i o na n di d e n t i f i c a t i o n ，m ra d d se a c h 碑a d d r e s sa n di t sl i f e t i m ei n t oa no n l i n e h o s tl i s t ，a n dr e c o n f i g u r e st h er o u t i n gt a b l ea c c o r d i n g l y i fam o b i l en o d es e n d sap a c k e tw i t hi t s d e s t i n a t i o nt ot h em o b i l en o d ei nt h es a m em o b i l en e t w o r k 。m rw i l lf o r w a r di td i r e c t l yt ot h e c o r r e s p o n d i n gl i n kw i t h o u te x t r ar o u t i n gi ni n t e m e t t h i sp r o p o s e ds o l u t i o ni sa l s oa p p l i c a b l ef o r t h en e s t e dm o b i l en e t w o r k s i no r d e rt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e ds c h e m e ，n s 一2s i m u l a t o ri su s e da n d e x t e n d e d t h ew i r e dn o d em o d u l ei se x t e n d e dw i t hm p r e g i s t r a t i o nf u n c t i o nt oa c ta sav m ：n ( v i s i t i n gm o b i l en o d e ) s e l e c tr e p l i c a t o r ，an e wd e v e l o p e dc l a s s ，i sc o n f i g u r e di n t oh a s ( h o m e a g e n t s ) ，f o rf o r w a r d i n ga g e n ta d v e r t i s e m e n t st ow i r e dl i n k sw h e r ev m n sa r el o c a t e d a n da h a s h c l a s s i f i e ri sa d d e di n t om rt oi m p l e m e n tt h ef u n c t i o no fo n l i n eh o s tl i s ta n d r o u t i n gt a b l e r e c o n f i g u r a t i o n 南京邮电人学琐十研究生学位论文 a b s t r a c i a t y p i c a ls c e n a r i oi ss e tu pt os i m u l a t et h ep r o p o s e ds c h e m et h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w t h a tt h ep r o p o s e ds c h e m ec a nd r a m a t i c a l l yr e d u c ee x t r ap a c k e to v e r h e a d ，a v o i dl a r g et r a v e l i n g p a t h st h al e a d st ou n n e c e s s a r yl a r g ee n d t o e n dp a c k e td e l a y a n di nt u r n ，i ti s e x t r e m e l y e f f e c t i v ei nt e n so fs p e e d ，a s eo fb a n d w i d t h ，p r o c e s s i n gt i m e ，e t c t h e s ea r er e a l l ys i g n i f i c a n t f o rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sa si t sb a n d w i d t ha n dp o w e ri sl i m i t e d i i i 南京邮电太学砸1 研究生学位论文第一章引言 1 1 互联网移动技术现状 第1 章引言 当前，网络和通信技术的飞速发展，使i n t e r n e t 接入逐渐贴近个人化；信息的多样化， 使i n t e m e t 曰益深入人们的生活，人们对i n t e m e t 的依赖性也越来越强。目前，人们还主要 以固定接入方式访问i n t e m e t 。然而，随着人们生活节奏的加快，人们时常处于运动状态， 对于在任何时间、任何地点从i n t e r n e t 获取信息的需求越来越大，越来越期望i n t e m e t 能支 持移动应用。 然而，i n t e m e t 所采用的t c p i p 体系【1 1 并不支持移动性。因此，当设备在相同或不同 网络之间移动时，就产生了保持会话和应用连续性的问题。 支持基于理应用的移动性有何困难? 归根结底，p 是一个基于分组的协议并且是无 连接的，不像基于连接的电路交换网络。工作于网络层的口是一个无连接的协议，这表 示它可以通过重新路由分组来回避在中间网络中的故障。然而，大多数应用的传输层使 用传输控制协议( t c p ) 闭，而该协议是基于连接的。当然，在传输层也有用户数据报协 议( u d p ) 【3 】，它是一种无连接协议。但是，t c p 在过去和将来都是互联网传输层的主要 协议。 一个会话或应用的两端通常使用它们的口地址和t c p 端口号作为一个元组( t u p l e ) ， 形成一个连接。这个元组中，任何一项的改变都会断开连接或打断会话的连续性。当像笔 记本电脑、p d a 或移动电话这样的移动结点从一个接入点( 有线或无线) 到另一个接入点时， 网络可以为其指定一个新的口地址，这种口地址的改变往往会打断正在进行的会话。在 无线网络中，结点可能会在不同接入点之问频繁转换。因此，需要i p 的移动性来支持无缝 会话连续性。 目前有各种各样解决无缝移动问题的方案，可按这些方案在开放系统互连基本参考模 型( o s r m ) 中所属的层来进行分类。实现的方法可以不同，但最终结果通常是相同的， 即保证应用或会话的无缝连续性。这些解决方案可以在链路层、网络层或应用层中实现。 本文涉及的主要是网络层的实现：移动i p 4 在网络层中解决移动性问题。网络层移动性将 i p 地址和网络连接的改变对上层隐藏起来，使每个应用并不知道移动性的增强。它向所有 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章弓 言 的应用提供移动性，而不是对每个应用分别进行处理。移动口计划源于i n t e m e t 工程任务 组( i e t f ) 所做的工作。 基于以上网络层实现无缝移动的方案，诞生了各种移动路由技术，主要有m o b i l ei p 5 1 、 n e m o 6 、a dh o c f 7 j 等。 1 m o b i l e m m o b i l ei p 是一个因特网建议标准，它是解决口网络中移动性管理的最早方案。i n t e m e t 工程任务组i e t f 在r f c 2 0 0 2 r 5 1 中对m o b i l e 口有完整的描述。随着当前i p v 4 发展为i p v 6 ， m o b i l ei p 也将从m o b i l ei p v 4 【叼发展为m o b i l e 口v 6 吼 m o b i l ei p 的基本原理是让一个移动主机使用一对d 地址实现移动的功能。移动主机 ( m h m o b i l eh o s t ) 首先在家乡网络的家乡代理( h a h o m ea g e n t ) 登记注册，获得 家乡地址( h o a - - h o m ea d d r e s s ) c t o l 。当用户携带移动主机访问其他网络时，移动主机会 从该网络的外地代理( f a - - f o r e i g n a g e n t ) 得到一个转交地址( c o a c a r e o f - a d d r c s s ) 【1 0 j ， 进行认证登陆。认证成功后，家乡代理和外地代理之间就建立了一条隧道。此后，家乡代 理将所有发送给该移动主机的分组通过i p i n - i p 隧道转发到移动主机的转交地址处。从隧 道出来的分组将去掉外面封装的分组头，把里面的原分组发送给移动主机。因为应用会话 仍然使用家乡地址，会话的连续性得到保持。当移动主机再次移动时，它将获得一个新的 转交地址，并向它的家乡代理再次登记，向它告知自己新的转交地址，隧道的端点也随之 改变为新的转交地址。】 ( 1 ) 用于i p v 4 的移动p 在r f c 3 3 4 4 8 3 中规定了用于i p v 4 的移动p ，支持口v 4 的移动口是在e p v 4 之后设计 并应用的。出于已安装的口v 4 结点数量庞大，所以m o b i l e m v 4 的实施受到限制。m o b i l e i p v 4 中，转交地址通常从外地代理发布的代理通告中获得，是外地代理的一个口地址。这样， 许多结点可以共享一个转交地址，不会为很紧张的l p v 4 地址空间分配带来更多的麻烦。 在m o b i l e 口v 4 中，通信对端发送的分组总是通过移动结点的家乡代理转发给移动结 点，而移动结点的分组直接就可以发送给通信对端，形成了著名的三角路由现象。 ( 2 ) 用于i p v 6 的移动口 用于i p v 6 的移动p 是一项仍在进行中的工作。然而，i p v 6 将支持移动特性作为其整 体的一部分来考虑并设计，而不是在i p v 6 完成后再考虑，这相比于狃v 4 已经具有一些先 堕皇! ! ! ! ! 垫尘兰坠：! 坐! ! 生兰些笙兰型二兰! ! ! 天优势。从头开始设计的主要优点是使分组路由最优化，这表示移动结点和通信对端之间 的通信没有家乡代理的支持，因此会话端点之间分组的路由是最优化的。因为移动支持 是i p v 6 的标准特性，每个i p v 6 结点将都能支持p 移动性，所以只有当i p v 6 网络已广泛 铺设并开始替代当前i p v 4 互联网时，才能实现真正的移动性。m o b i l e i p v 6 与m o b i l e i p v 4 相比，有以下两点变化：1 它没有外地代理的概念。2 对于隧道端点至关重要的转交地 址( 通过自动配置获得) 在移动结点上。但是，家乡代理的概念依然存在，移动结点通过 绑定更新消息来向家乡代理指示它的当前接入点转交地址。 2 n e m o 如果把移动d 中的移动结点替换成一个移动网络，就是n e m o 路由技术【6 j y 。n e m o 是网络作为一个整体进行移动，通过改变其与i n t e r n e t 的接入点，从而改变它在i n t e m e t 网 络拓扑中的可达性。n e m o 只能通过管理其移动性的特定网关移动路由器( m r ) 1 0 1 来访问。n e m o 中至少有一个移动路由器。当n e m o 访问外地网络时，移动路由器通过 和家乡代理之间建立双向隧道，向外界通告自己的存在，使移动网络能和外界保持通信。 移动路由器是n e m o 的默认网关。 3 a dh o c a dh o c 路由技术”，主要适用于军事通信、灾难救助和工业控制等领域。它是一种由 一组带有无线收发装置的移动结点组成的一个多跳的、临时性的自治系统，具有无中心、 自组织、快速展开和移动等特点。这种网络同现有的移动通信网络和无线局域网相比，不 需要固定的基础设施，也没有固定的路由器，所有的结点都是移动的，并且都能以任意方 式动态地与其他结点进行分组转发。每一个结点同时完成主机和路由器的功能。它摆脱了 基站的束缚，通过移动主机自由的组网实现通信。 1 2n e m o 的典型应用场景 单个结点进行移动的场景非常普遍，如人们拿着手机，边走边通话。m i p v 4 和m i p v 6 都是对单个结点移动性的支持，但无法推广到对整个网络移动性的支持。事实上，移动性 既可以是单个结点进行移动，也可以是整个网络进行移动。整个网络进行移动的场景实际 上也很普遍：如民用的公共交通设施，汽车、火车、地铁、飞机、轮船等：军用方面有， 战斗机、坦克、战舰等。这些交通工具都能运载大量的结点一起移动，形成一个移动网络。 塑塞业! ! 查竺堡1 型! 塑兰兰些丝苎 苎二童! l 亘 天优势。从头开始设计的主要优点是使分组路由最优化，这表示移动结点和通信对端之间 的通信没有家乡代理的支持，因此会话端点之间分组的路由是最优化的。因为移动支持 是i p v 6 的标准特性，每个l p v 6 结点将都能支持p 移动性，所以只有当i p v 6 网络已广泛 铺设并开始替代当前i p v 4 互联网时，才能实现真正的邗移动性。m o b i l e i p v 6 与m o b i l e p v 4 相比，有以下两点变化：1 它没有外地代理的概念。2 对于隧道端点至关重要的转交地 址( 通过自动配置获得) 在移动结点上。但是，家乡代理的概念依然存在，移动结点通过 绑定更新消息来向家乡代理指示它的当前接入点转交地址。 2 n e m o 如果把移动i p 中的移动结点替换成一个移动网络，就是n e m o 路由技术1 6 】了。n e m o 是网络作为一个整体进行移动，通过改变其与h a t e m e t 的接入点，从而改变它在i n t e r n e t 网 络拓扑中的可达- 眭。n e m o 只能通过管理其移动性的特定网关移动路由器( m r ) 1 0 1 来访问。n e m o 中至少有一个移动路由器。当n e m o 访问外地网络时，移动路由器通过 和家乡代理之间建立双向隧道，向外界通告自己的存在。使移动网络能和外界保持通信。 移动路由器足n e m o 的默认酬关。 3 a dh o c a dh o e 路由技术唧，主要适用于军事通信、灾难救助和t 业控制等领域。它是种由 一组带有无线收发装置的移动结点组成的一个多跳的、临时性的自治系统，具有无中心、 自组织、快速展开和移动等特点。这种网络同现有的移动通信网络和无线局域网相比，不 需要固定的基础设施，也没有固定的路由器，所有的结点都是移动的，并且都能以任意方 式动态地与其他结点进行分组转发。每一个结点同时完成主机和路由器的功能。它摆脱了 基站的束缚，通过移动主机自由的组网实现通信。 1 2n e m o 的典型应用场景 单个结点进行移动的场景非常普遍，如人们拿着手机，边走边通话。m d v 4 和m i p v 6 都是对单个结点移动性的支持，但无法推广到对整个网络移动性的支持。事实上，移动性 既可以是单个结点进行移动，也可以是整个网络进行移动。整个网络进行移动的场景实际 上也很普遍：如民用的公共交通设施，汽车、火车、地铁、飞机、轮船等；军用方面确， 战斗机、坦克、战舰等。这些交通工具都能运载大量的结点一起移动，形成一个移动网络。 战斗机、坦克、战舰等。这些交通工具都能运载大量的结点一起移动，形威一个移动网络。 堕皇业! ! 盔兰型! 主坐塞兰兰堡堡墨： 笙二兰! ! 童 其内部可以有固定的结点，也可以有不断地进入或出去的移动访问结点，它们都通过移动 路由器与外界进行通信。 网络移动的场景中还有一个独特的地方，那就是n e m o 可以嵌套，也就是一个n e m o 中包含另一个n e m o 。这是因为移动路由器对于接入点来说就是单纯的一个结点。这种嵌 套场景在实际生活中也十分普遍。举个例子，一辆火车为乘客提供i n t e m e t 接入服务，在 火车内部建立了一个移动网络。假设有一个乘客，他携带了如p d a 、手机、手提电脑等多 个手持设备，这些设备又构成了一个个域网( p e r s o n a la r e an e t w o r k ) 。在这种情况下，火 车这个移动网络就是父n e m o ，而p a n 就是子n e m o 。事实上，n e m o 嵌套的层数可以 不止一层。 n e m o 的应用场景除以上所提到的之外，它还能应用于使用多种无线媒介与i n t e m e t 进行连接、在多个i n t e m e t 服务提供商之间进行切换的场景中。这主要归功与n e m o 的多 宿主( m u l t i h o m i n g ) 旧技术。 在m u l t i h o m i n g 情形下，可能需要同时使用不同的接口。这样才能使系统能够处理水 平切换( 在不同的接入点之间切换，但使用相同的通信媒体) 和垂直切换( 在不同的通信 媒体之间切换) 。单个i n t e m e t 服务提供商( i s p ) 即使有非常大的网络覆盖度仍然有其不 能到达的地方，所以切换是不可避免的。切换会在不同的i s p 管理域之间发生，也会发生 因为地理位置移动而在i n t e m e t 拓扑上的不同部分间切换。以一个实际生活中的场景为例， 在汽车等交通工具内的网络就是典型的使用多种无线媒介与i n t e r n e t 相连，车辆在通过一 个国家的边界时，既有可能改变不同的i s p ，也有可能改变媒体接入方式，更有可能两者 一起发生。如果n e m o 网络有多个接入点接入到不同的i s p ，不同接口使用不同的媒体接 入方式，就能够有效的避免因切换而引起的服务中断。 可见，n e m o 的应用场景具有十分的普遍性。 1 3 n e m o 近期的研究动态 以前，人们专注于对单个移动终端的研究，现在逐渐把目光转移到了网络的移动性。 在研究单个移动终端时，i e t f 提出了移动口技术。在研究移动口的分组路由时，发现移 动i p 存在需要优化1 1 3 】的三角路由，即通信对端发送的分组通过移动结点的家乡代理转发 给移动结点，而移动结点的分组可以直接发送给通信对端。于是在后来研究的m o b i l ei p v 6 中，直接把对三角路由进行优化作为协议设计的考虑要素。目前，在对n e m o 的研究过程 d 塑里l 堕! 查兰堡主! ! 堂! 皇兰垡丝茎塑二里! ! 童 中，人们发现其路由也需要优化1 4 j ，从而产生了不少优化方案。各种方案的分类可以从文 献1 1 中找到。 既然n e m o 是对移动i p 的扩展，那么对m o b i l ei p v 6 进行扩展，应该也能实现n e m o 的路由优化。为此，人们提出了一些通过扩展m o b i l e 口v 6 实现n e m o 路由优化的方案。 如，m d a t i q u rr a h m a na h a d 和s h a h e r ah o s s a i n 提出的n e m o 的路由优化方案，通过 在通信对端的缓存中建立移动访问结点的绑定更新来优化路由，以降低开销，增强移动网 络的性能；c a r l o sj e s f i s b e m a r d o s ，m a r c e l o b a g n u l o ，m a r i a c a l d e r 6 n 提出的m i r o n 方案【1 7 】， 则把m o b i l ei p v 6 中移动网络结点向通信对端发送的绑定更新消息进行了修改，把移动路 由器的转交地址看成是移动网络结点的转交地址，家乡地址仍然是移动网络结点自己的家 乡地址，从而使路由避开了移动网络结点的家乡代理和移动路由器的家乡代理，使路由尽 可能的优化。 然而其中的某些方案应用到嵌套的n e m o 时，就会出现多重隧道，路由不优化的问题。 结果降低了路由器的性能，消耗了更多的带宽，产生了更多的流量开销。i e t f 的n e m o 工作组，曾提出了支持网络移动性的两个方法：前缀绑定更新( p s b u - p r e f i xs c o p eb i n d i n g u p d a t e ) 1 8 和反向路由头( r r h - r e v e r s e r o u t i n g h e a d e r ) 【19 1 。p s b u 能支持单个移动网络 的路由优化，但在嵌套n e m o 中，就遇到了多重隧道的问题。r r h 是特地为嵌套n e m o 设 十的，专门用于减少嵌套n e m o 中的封装头。但是，每个分组仍然要经过移动路由器转 交地址和家乡代理之间的双向隧道，并没有实现路由优化，而且家乡链路上易产生流量拥 塞。鉴于此，z h i j u ng u ，d o n g m i ny a n g 和c h e e h ak i m 提出了通过在p s b u 中加入嵌套 n e m o 拓扑信息的方式优化嵌套n e m o 路由的方案2 0 1 ，既解决了多重隧道问题，又达到 了路由优化的目的。 以上这些方案主要都是针对通信对端在移动网络外面的场景提出的。对于通信对端也 在移动网络内部的情况，按照以上方案，分组都要从移动网络出去经过i n t e m e t 后再回到 移动网络中，产生了多余的路由和额外的开销。为此，本文提出了n e m o 转发路由器的结 点感知及路由重配置方案，使得移动网络内部结点之间的通信不必绕出移动网络，分组路 由达到优化，减少不必要的开销。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 4 。网络仿真与计算平台 随着通信技术的发展，新的通信技术层出不穷。在建造实际的通信系统比较困难的情 况下，要对系统可能达到的性能有所了解，进行网络仿真是非常有效的方法，也是目前广 泛采用的技术。它可以根据需要设计所需的网络模型，用相对很少的时间和费用研究网络 在不同条件下的各种特性，获取网络丰富有效的数据。网络仿真提供客观、可靠的定量依 据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。另外， 它还适用于在科学研究领域的通信新协议的研究开发。 比较著名的仿真工具有m a t l a b 2 ”、o p n e t 22 1 、n s 2 吲等。其中，m a t l a b 是通 用型的仿真软件，n s 一2 、o p n e t 则是专用型的。各种仿真软件都有自己的特点，适合于 不同的应用场合。 m a t l a b 【2 1 l 是由m a t h w o r k s 开发的科学计算软件，仰赖其高质量的数值计算函数赢 得了声誉。它的数值计算函数库因其内容的基础性和通用性，适应了诸如自动控制、信号 处理、动力工程、电力系统等应用学科的需要、并进而开发出一系列应用工具包。 o p n e t ( o p t i m i z e dp e r f o r m a n c en e t w o r ke n g i n e e r i n gt 0 0 1 ) 1 2 2 网络仿真软件是由m i l 3 公司开发的一个商业软件。它是一个可以对通信网络和分散式系统进行模拟和分析的综 合性仿真软件，可模拟l a n ，w a n ，i s d n ，w l a n 及卫星通信网等各种网络模型。o p n e t 功能强大，但其价格昂贵，且有严格许可证限制，更新比较慢。 n s 一2 ( n e t w o r ks i m u l a t o rv e r s i o n2 ) p 列是u cb e r k e l e y 开发的面向对象的、离散事件 驱动的网络环境模拟器。它可以模拟各种口网络环境，实现了对许多网络协议的模拟， 如t c p 、u d p ，和数据源发生器( t r a f f i cs o u r c e ) ，如f t p 、w w w 、t e l n e t 、w e b 、c b r 和 v b r 等。 n s 一2 软件是公开源代码( o p e ns o u r c e ) 的，可以免费从网上下载。这使得利用n s 进行 网络模拟的研究者可以很方便地扩展n s 的功能，也可以很方便地共享和交流彼此的研究 成果。这样，n s 的使用者就可以在别人研究成果的基础上开展研究，站在科研的最前沿。 而n s 则吸纳了这些n s 开发者贡献的各方面的模块，从而使它的构件库不断地丰富，这 正是一个好的网络模拟器的生命力之所在。 因此，将n s 作为本课题的仿真设计和开发的工具是可行的。 南京邮电人学硕士研究生学位论文第二章n e m o 技术综述 第2 章n e m o 技术综述 与m o b i l ei p 不同的是，m o b i l ei p 研究单个结点进行移动，而n e m o 关心的是整个网 j 络不断地改变它与i n t e m e t 的接入点，从而改变它在整个网络中的拓扑结构。其目的在于 向移动网络内的所有结点提供连续的i n t e r n e t 接x t 2 4 1 。 2 。1n e m o 的基本术语 1 n e m o 的功能实体 ( 1 ) 移动网络结点( m n n - - m o b i l en e t w o nn o d e ) ：是指移动网络中的各种不同的结 点。包括移动路由器、固定本地结点、移动本地结点、移动访问结点。 ( 2 ) 移动路由器( m r - - m o b i l er o u t e r ) ：是指移动网络的边缘路由器。它负责探测移 动网络的移动性，注册本地信息，对从移动网络出去或进入移动网络的分组( i pi n i p ) 进行封装和解封装。 ( 3 ) 固定本地结点( l f n - - l o c nf i x e dn o d e ) ：是指移动网络内的常驻固定结点，不 支持移动功能。 ( 4 ) 移动本地结点( l m n - - l o c a lm o b i l en o d e ) ：是指移动网络内的本地移动结点， 支持移动口功能。 ( 5 ) 移动访问结点( v m n - - v i s i t i n gm o b i l en o d e ) ：是指中途进入移动网络的移动结 点。 ( 6 ) 通信对端( c n - - c o r r e s p o n d e n t n o d e ) ：是指所有与m n n 通信的结点。 ( 7 ) 家乡代理( h a - - h o m ea g e n t ) ：是指位于移动网络结点家乡链路上的路由器。当 移动网络结点离开家乡网络时，它负责维护移动网络结点的家乡地址和转交地址 之间的对应关系，并将发往移动网络结点的分组通过隧道发送给在外地网络的移 动网络结点。 ( 8 ) 外地代理( f a - - f o r e i g na g e n t ) ：是指位于移动网络所访问的链路上的路由器。 它为注册的移动路由器提供路由服务。它接收移动路由器的家乡代理通过隧道发 来的报文，进行拆封后发给移动路由器；对于从移动路由器出来的报文，外地代 理通过反向隧道发送给移动路由器的家乡代理。 7 南京邮电大学钡 研究生学位论文 第= 章n e m o 技术综述 图2 1 表明了上述功能实体及它们之间的相互关系。 2 其他常用术语 图2 1n e r o 功能实体及其相互关系 ( 1 ) 家乡地址( h a h o m ea d d r e s s ) ：是指每个移动网络结点在家乡链路上长期拥有 的一个有效i p 地址。 ( 2 ) 转交地址( c o a c a r e - o f a d d r e s s ) ：是指移动网络结点离开家乡链路后，它被赋 予的反映其当日f 链路接入点的临时地址。 ( 3 ) 家乡网络( h o m en e t w o r k ) ：是指与移动网络结点的家乡地址具有相同前缀的网 络。 ( 4 ) 外地网络( f o r e i g nn e t w o r k ) ：是指除移动网络结点家乡网络外的任何网络，也就 是网络前缀与移动网络结点家乡地址网络前缀不同的网络。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章n e m o 技术综述 2 2n e m o 的运行机制 n e m o 解决的是当移动网络在外部链路之间不断移动时，能保持移动网络内部的结点 已有连接继续通信。下面通过讨论移动网络移动到外地网络时，如何收到其他结点发送给 它的分组以及它如何发送分组给其他结点，简单介绍n e m o 的运行机制。当移动网络连接 到外地网络时，按照基于网络前缀的路由机制，就不能正常接收到发送给移动网络家乡地 址的分组。假如在家乡网络到移动网络访问外地网络的路径上所有路由器都设置了特定主 机路由，发送给移动网络家乡地址的分组就能到达移动网络。但这种特定主机路由的设置 是复杂繁琐的，且不可能对于每一个移动网络都这样做。为此，n e m o 通过设置家乡地址、 转交地址的概念和它们之间的绑定，采用隧道技术作为其数据转发机制。 下面通过移动网络在移动过程中的几个通信阶段，简单说明n e m o 的工作机制。 2 2 1 代理发现 家乡代理和外地代理周期性地在一条或多条它们作为移动代理的链路上，组播或广播 称为代理通告的消息，通告它们与相应链路的连接关系。 代理通告是通过在 c m p 2 7 1 路由器通告消息中增加“移动代理通告扩展”部分，说明 移动代理是家乡代理或外地代理、它的网络地址和通告有效期等信息。 移动路由器根据收到的代理通告消息中的网络前缀集合，配置自己的家乡地址。同样， 移动路由器也将该通告中的网络前缀发送给它所连接的移动网络。移动路由器还将根据收 到的代理通告判断它是在家乡链路上或是在外地链路上。当连接在家乡链路上时，移动网 络路由器就像普通路由器一样工作。当移动路由器检测到它从家乡链路移动到外地链路， 或从一个外地链路移动到新的外地链路，它就要向家乡代理进行注册，并且作为移动网络 内部结点的默认路由器。 2 2 。2 注册 当移动网络连接在外地链路上时，作为移动网络默认网关的移动路由器需要一个代表 移动网络当前所在位置的转交地址。移动路由器可以从外地代理通告消息中获得外地代理 的转交地址，也可以通过动态配置协议d h c p 、手工配置等方法获得配置转交地址。 南京邮电大学碗士硎咒生学位论文第二荦n e m o 技术综述 移动路由器获得转交地址后，向家乡代理请求注册，发送绑定更新消息。移动路由器 可以单纯作为一个主机进行移动，也可以作为路由器携带一个网络进行移动。当它作为路 由器时，它发送的绑定更新消息中的f l a g 将设为r ，且带有移动网络地址前缀选项。家乡 代理收到后，一方面会将移动路由器的家乡地址和当前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：另一方面，将在自己与移动路由器当前转交地址之间建立 双向隧道，且为绑定更新消息中的移动网络地址前缀建立路由，以后收到发送给这些地址 前缀的分组，都将它们转发给移动路由器的当前转交地址。家乡代理完成这些任务后，就 向移动路由器发送注册应答。在这整个注册过程中，如果移动路由器使用外地代理转交地 址，就要通过外地代理进行注册请求和注册应答。 2 2 3 通信过程 当通信对端向移动网络发送分组时，家乡代理和家乡链路上的其他路由器通过与外地 链路上的路由器交换路由信息，使得发送给移动网络家乡地址的分组被正确转发到家乡链 路上。家乡代理通过a r p ( a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c 0 1 ) 协议来截取发向移动网络家乡地 址的分组。由于家乡代理已经为移动网络的地址前缀建立了转发功能，它将查找绑定缓存， 获得移动路由器注册的转交地址，然后通过隧道发送分组到移动路由器的转交地址。隧道 末端的移动路由器将对收到的分组进行核实，如果该分组的封装的i p 头中的源地址是家乡 代理的地址，内部口头的目的地址是移动网络地址前缀，则将该分组进行拆封得到原始分 组后，转发给移动网络内部。如果不是，就将该分组丢弃。 当移动网络向外发出分组时，分组首先到达移动路由器，由移动路由器对它进行封装， 通过反向隧道发送给家乡代理，家乡代理解封装以后，直接发送给通信对端。 2 2 4 注销 移动路由器根据收到的代理通告消息，判断如果它返回到家乡链路上，那么移动路由 器就直接向家乡代理进行注册完成注销。这个过程同移动口中的