（通信与信息系统专业论文）基于mld代理的移动组播的设计与实现.pdf

虫塞翅噩 中文摘要 摘要： 由于组播应用的不断增加，组播领域的研究日渐受到人们的广泛关注。而另 一方面，近年来，移动设备迅速得到了普及，并且无线网络技术也得到了飞速的 发展，因此，如何为移动主机提供更好的支持引起了人们的普遍关注。由于组播 应用所具有的可扩展性强、高效等特点在移动这种资源受限的环境中显得尤为突 出和重要，因此，移动环境中的组播应用引起了人们越来越多的重视，在该领域 展开了大量的研究。 论文所做的主要工作是c n g i 项目“基于移动i p v 6 的互联网和移动通信的网络 融合”的一部分。本文在分析移动i p v 6 协议和组播协议原理的基础上，设计并实现 了一个在移动i p v 6 环境中实现组播业务的方案，即m l d 代理。m l d 代理是一个 简化的组播实现方案，这个方案可以和移动i p 紧密结合，利用m l d 协议的简洁 来简化移动组播。通过在边缘路由器上运行m l d 代理软件，一方面我们完全不用 理会核心路由器上的路由协议类型，做到协议无关；另一方面由于不用运行组播 协议，大大降低了开销。因此这种方案的实现具有很大的现实意义。 关键词：移动i p v 6 ；组播；m l d , 代理 分类号：t n 9 1 5 0 4 a b s i r 氏c r a st h ei n c r e a s i n ga p p l i c a t i o no fm u l t i c a s t ，t h er e s e a r c ho nm u l t i c a s ti sm o r ea n dm o r e c o n c e r n e d o nt h eo t h e rh a n d ，m o b i l ed e v i c e sh a v eb e e np e r m e a t e dq u i c k l y , a n d w i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g yh a sg o tg r e a td e v e l o p m e n ti nt h er e c e n ty e a r s a sa r e s u l t ，m o r ea t t e n t i o nh a sb e e np a i dt oh o wt op r o v i d eb e t t e rs u p p o r tf o rm o b i l eh o s t s a st h es t r o n ge x p a n s i b i l i t ya n dh i g h l ye f f e c t i v ec h a r a c t e ro fm u l t i c a s ta p p l i c a t i o ns e e m s m o r es i g n i f i c a n ti nm o b i l ei pw h o s ee n v i r o n m e n ti sr e s o u r c el i m i t e d ，m o b i l em u l t i c a s t c a u s e sm o r ea n dm o r er e c o g n i t i o na n dm a s sr e s e a r c h t 1 l em a i nj o bi n t h i sp a p e ri sp a r to ft h ec n g ip r o j c c t “i h ca m a l g a m a t i o nn e t w o r ko f i n t e m e ta n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nb a s e do nm i p v 6 ”o na n a l y s i sa tm o b i l ei pa n d m u l t i c a s tp r o t o c o l st h i sp a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t sas c h e m et or e a l i z em u l t i c a s t s e r v i c ei nm o b i l ei p v 6e n v i r o n m e n t ，w h i c hi sc a l l e dm i dp r o x y m l dp r o x yi sa s i m p l i l y i n gs c h e m ef o rm o b i l em u l t i c a s t t h i ss c h e m ec a nb ec o n n e c t e dw i t hm i p v 6 a n ds i m p l i f ym o b i l em u l t i c a s tb e n e f i t i n gf r o mt h ec o n c i s i o no fm l dp r o t o c 0 1 r u n n i n g m l dp r o x ys o f t w a r eo ne d g er o u t e r , w ec a ni g n o r et h ep r o t o c o lm n n i n go nt h ec o r e r o u t e r , o nt h eo t h e rh a n d ，w ed o n th a v et or u np i m s m ，w h i c hl e a d st ot h ed e c r e a s i n g o v e r h e a d n i sm a k e st h es c h e m eg r e a ts e n s e k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 ；m u l t i c a s t ；m l d ；p r o x y c l a s s n 0 ：t n 9 1 5 0 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：孑云玄 签字日期：研年厂月7 同 导师签名嘲、饵 签字嗍毋月伽 序 随著移动技术的发展，采用电路交换的无线网络将逐步被改造为以i p 分组交 换为基础的无线网络，移动i p 将变得同益重要，将与无线网络具有同等重要的地 位。移动i p v 6 不仅将成为移动运营商要做出选择的一项重要技术，还将成为能够 使3 g 网络和热点地区的蓝牙或w i f i 之间实现无缝漫游的一种基本技术。i p 组播 是一种允许一个或多个发送者发送单一的数据分组到多个接收者的网络技术。当 今宽带多媒体网络不断发展，各种宽带网络应用层出不穷，组播的研究越来越引 入注目。在移动环境中，如何把i p 组播技术和移动i p 技术相结合，为移动节点提 供组播服务，已经成为一个有待解决的问题。本文从两种协议的结合点着手，设 计并实现了一种基于m l d 代理的移动组播机制，并且给出了测试结果。 致谢 作为研究生学习和科研工作的总结，这篇论文凝结着我多年求学的思索和努 力，同样也蕴涵着我的老师、亲人、同学和朋友的支持与帮助。 本论文是在我的导师张宏科教授的悉心指导下完成的。张老师作为通信领域 知名的专家教授，对科学技术的发展方向有着很准确的预测和把握。张老师严谨 的治学态度和求实的科学精神将使我终生受益，张老师还教会了我许多做人的道 理，使我树立正确的科学观和人生观，踏实奋斗自己的人生。藉此论文完成之际， 谨向培育我的导师表示诚挚的谢意! 感谢周华春老师，在学习和工作中，您始终对我严格要求，并且给予了我许 多指导，您对我的言传身教将是我一生受用不尽的宝贵财富! 感谢秦雅娟老师给 我了很多无私的帮助和诚挚的关怀，感谢刘颖老师在我的科研和生活中指导和关 心。实验室的郜帅老师多次从具体技术问题上给我以亲切的指点，在此一并向你 们表示深深的谢意，没有你们的帮助和鼓励，也就没有我的进步! 感谢和我一起学习和工作过的关建峰博士，陈小华博士以及高国亮，郝永亮， 李昭桦，王崇，瞿伟，张洪远等硕士对我的关心和帮助，感谢在此表示诚挚的谢 意! 最后特别感谢我的父母，是你们含辛茹苦地把我养育成人，支持和鼓励我不 断进取，我的每一个进步，都凝刻着你们无私的支持和关爱。 祝我们的下一代互联网研究中心有着更加灿烂的明天! 1 引言 本文在分析移动1 p v 6 协议，组播协议和m l d 协议原理的基础上，设计并实 现了一种移动组播的实现方案，利用现有的移动i p v 6 环境实现组播数据的传送。 最后搭建了测试环境，对上述实现进行了完整的测试。 1 1 研究背景与意义 随著移动技术的发展，采用电路交换的无线网络将逐步被改造为以i p 分组交换 为基础的无线网络，移动i p 将交得日益重要，将与无线网络具有同等重要的地位。 移动i p v 6 不仅将成为移动运营商要做出选择的一项重要技术，还将成为能够使3 g 网络和热点地区的蓝牙或w i f i 之间实现无缝漫游的一种基本技术l l j 。 相对于目前广泛应用于无线网络的i p v 4 技术，移动i p v 6 的优势体现在：地址数 量大大增加，可以实现端到端的对等通信，地址的结构层次更加优化，内嵌的安 全机制，能够实现地址的自动配置，服务质量( q o s ) 提高，移动性更好，结构比 移动i p v 4 更加简单并且容易部署。 移动i p v 6 的目的是无论用户如何接入网络，都能使用户保留永久的i p 地址。移 动i p v 6 将允许用户从其手持设备上拔掉以太网的电缆之后，还能继续下载文件或者 进行i p 电话的通话( v o i p ) ，在这一过程中用户的连接不断转移，从办公室的无 线局域网( w i a n ) ，到外部环境的蜂窝网络，最后到家里的d s l i 奎线，但用户的 所有应用都不会中断。 另一方面，i p 组播是2 0 世纪9 0 年代初期发展起来的互联网络技术。i p 组播是 一种优化使用网络带宽的路由技术，采用组播技术，可以避免不必要的数据包复 制，减少骨干网络的数据流量，所以i p 组播一直是互联网络研究领域中的热点问题。 当今宽带多媒体网络不断发展，各种宽带网络应用层出不穷，可视化i p 电话 会议、网络音视频广播、多媒体远程教育、移动用户的i p 接入和转发成为不断 出现的网络新业务的代表。这些高带宽应用的不断增加对现有宽带多媒体网络的 承载能力提出了挑战。采用单播技术构建的传统网络已经无法满足新兴宽带网络 应用在带宽和网络服务质量方面的要求，随之而来的是网络延时、数据丢失等等 问题。此时通过引入i p 组播技术，有助于解决以上问题。i p 组播技术有其独特的 优越性在i p 组播网络中，即使用户数量成倍增长，主干带宽不需要随之增加。 这个优点使i p 组播成为互联网领域最具有革命性的网络技术之一。 i p 组播是一种允许一个或多个发送者( 组播源) 发送单一的数据分组到多个接 收者的网络技术【2 l o 组播源把数据分组发送到特定组播组，而只有作为该组播组成 员的主机才能接收到该分组。组播技术能在很大程度上节省网络带宽资源，因为 无论有多少个组播分组接收者，整个网络中任何一条链路只传送单一的分组。而 单播传输在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。如果一台发送者同时 给多个接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。如果有大 量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络 拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。组播与一对一的单播发送相比， 提高了数据传送效率，有效地利用了带宽，避免了重复发送造成的网络资源的浪 费，减少了主干网出现拥塞的可能性。同时它也避免了单播和广播中可能出现的 广播风暴问题。 在移动环境中，以前主要研究的是单播问题，而如何把m 组播技术和移动i p 技术相结合，为移动节点提供组播服务，已经成为一个有待解决的问题。 1 2 研究现状 1 2 1 移动i p 早期的移动互联网络理论与技术的研究主要有以下几个重要方面：一个是1 9 9 1 年由美国哥伦比亚大学的j o h nl o a n n i d i s 等人提出的，采用了虚拟移动子网和i pi ni p 隧道封包的方法，被称作c o l u m b i am o b i l ei p ，此后，j o h e nl o a n n i d i s 又进一步完善 了c o l u m b i am o b i l ei p 的设计思想和方法；另一个是s o n y 公司的f u m i o t e r q o k a 等人 设计的移动节点协议，即虚拟i p ( v i r t u a li p ，v i p ) 。后来，i b m 的c p e r k i n s 和y r e k h t e r 利用现有i p 协议的松散源路径也设计了一种移动节点协议。 1 9 9 4 年a m y l e s 和 c p e r k i n s 综合了上述三种移动节点协议，设计出一种新的协议m i p ，并由m 仃组织 发展为现在的m o b i l ei p 的r f c 3 3 4 4 1 3 j 协议。1 9 9 6 年i e t f 相继公布i p v 4 的主机移动 支持协议规范，包括r f c 2 0 0 2 ( i p 移动性支持) 、r f c 2 0 0 3 ( i p 分组到i p 分组的封装) 、 r f c 2 0 0 4 ( j 爱d , 封装协议) 、r f c 2 0 0 5 ( 移动i p 的应用) 和r f c 2 0 0 6 ( i p 移动性支持管理 对象的定义1 等，初步总结了移动i p 的一些前期研究成果，奠定了相关研究的基础。 2 0 0 3 年，盯r f 颁布了移动i p v 4 的新规范r f c 3 3 4 4 ，取代了r f c 2 0 0 2 。 与此同时，i e t f 于2 0 0 3 年针对i p 网络移动路由的研究趋势专门设立了四个工 作组负责相关的理论研究和协议标准化工作，分别是i p v 4 移动工作组、i p v 6 移动工 作组、移动i p v 6 信令和切换优化工作组( m i p v 6s i g n a l i n ga n dh a n d o f fo p t i m i z a t i o n ， m i p s h o p l 以及网络规模移动工作鲑 ( n e t w o r km o b i l i t y ，n e m o ) ，大大促进了该领 丑直 域的发展。 随着i p v 6 被选为下一代i p 网络协议【4 】将移动i p v 4 的研究成果应用到移动i p v 6 的协议设计以及i p v 6 协议的性能改进与完善成为了一个重要研究方面。1 9 9 6 年 i e t f 公布了第一个移动i p v 6 草案，到2 0 0 4 年初i p v 6 主机移动协议草案已经发展到了 第2 4 号版本，并于2 0 0 4 年6 月发布为r f c 3 7 7 5 成为第一个移动i p v 6 的标准【5 1 。移动 i p v 6 利用了i p v 6 自动配置、优化的报头和扩展选项，简化了主机移动协议的设计， 解决了移动i p v 4 人口过滤、三角路由等问题，并降低了网络开销，提高了工作性 能。 1 2 2 组播 1 9 8 8 年，i p 组播的概念最早是由斯坦福大学的s t e v ed e e r i n g 博士提出、并发 表了两篇论文：对互联网协议的组播扩展( am u l t i c a s te x t e n s i o nt ot h ei n t e r n e t p r o t o c 0 1 ) ( r f c 0 9 6 6 ) 和对i p 组播的主机扩展( h o s te x t e n s i o n sf o ri pm u l t i c a s t i n g ) ( r f c 0 9 8 8 ) 。 1 9 8 8 年，d w a l t z m a n ，c p o r t r i d g e ，s e d e e f i n g 发表论文：距离向量组播路 由选择协议( d i s t a n c ev e c t o rm u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) ( r f c l 0 7 5 ) 。文中提出了 新的组播体系结构：将组播的运行机制增加到数据网i p 层。这种体系结构称为i p 组播，它是组播路由协议的首次实甜6 】。 1 9 8 9 年s t e v ed e e r i n g 对标准i p 网络层协议进行了扩展，提出了i p 组播规范： 1 9 9 1 年，m 组播的主机扩展( h o s te x t e n s i o n sf o ri pm u l t i c a s t i n g ) ( r f c l l l 2 ) 由s e d e e r i n g 起草提出，替代了r f c 0 9 8 8 。r f c l l l 2 对i p 组播的业务提供的方 式和形式进行了描述和定义，被当作是m 组播的标准业务模型的定义。它不仅奠 定了组播网络体系结构和路由协议的基础，也成为i n t e m e t 组管理协议i g m p ( i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 的原型。 1 9 9 2 年i n t e r n e t 工程特别小组( i e ，r f ) 定义和发布了一个组播的网络标准， 建立l p 组播实验网m b o n e ，该网运行d v m r p ( d i s t a n c e v e c t o rm u l t i e a s tr o u t i n g p r o t o c 0 1 ) 协议，在m b o n e 上进行i p 组播的协议标准和部署方法的研究实验。由于 i e t f 成功的在m b o n e 组播网上使用组播举行了一次会议，引起人们的广泛关注， 随着m b o n e 的研究，其它多种域内多播协议相继被提出。 1 9 9 4 年，形成了对o s p f 协议的扩展协议m o s p f ( m u l t i c a s te x t e n s i o n st o o s p f ) ( r f c l 5 8 4 ) 。 1 9 9 6 年，出现了对于a t m 的组播网络支持协议( s u p p o r tf o rm u l t i c a s to v e ru n i 3 0 3 ib a s e d 删n e t w o r k s ) ( r f c 2 0 2 2 ) 。 1 9 9 7 年，有核树( c b t v 2 ) 组播路由版本2 ( c o r e b a s e d t r e e s ( c b t v e r s i o n 2 ) m u l t i e a s tr o u t i n g ) 标准形成( r f c 2 1 8 9 ) ：i n t e r n e t 组管理协议i g m p v 2 ( i n t e r a c tg r o u p m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 v e r s i o n2 ) ( r f c 2 3 3 6 ) 得到i e t f 的批准；此时组播网络的 规模不断增加，一层网络拓扑结构显示出了不可扩展、不稳定等一系列的缺点。 因此分层的拓扑结构出现，分层结构网络域间组播路由的标准化成为了i p 组播研 究的主要领域。目前域间组播路由协议有m b g p ( m n l t i p r o t o c o le x t e n s i o n st o b g p 4 ) 、m s d p ( m u l t i c a s ts o u r c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 、b g m p ( b o r d e rg a t e w a y m u l t i c a s tp r o t o c 0 1 ) 、m a s c ( m u l t i c a s t a d d r e s s s e tc l a i m ) 。 1 9 9 8 年，评估可靠组播传输协议r m t p ( 珂r fc d t e d af o re v a l u a t i n gr e l i a b l e m u l t i c a s t t r a n s p o r ta n d a p p l i c a t i o n p r o t o c o l s ) 的i e t f 标准出台( r f c 2 3 5 7 ) ：i e t f 制定i p v 6 地址体系标准时，确定i p v 6 组播地址分配方案( i p v e r s i o n6 a d d r e s s i n g a r c h i t e c t u r e r h i n d e n ，s d e e r i n g ) ( r f c 2 3 7 3 ) ，该方案为组播技术在下一代 i n t e r a c t 上的应用做出了必要的准备。 1 9 9 9 年，组播地址动态客户分配协议m a d c a p ( m u l t i c a s ta d d r e s sd y n a m i c c l i e n t a l l o c a t i o n p r o t o c 0 1 ) ( r f c 2 7 3 0 ) 由c i s c o 、a t & t 和m i c r o s o f t 制定出台；域 间组播路由协议体系的部署实验开始在i n t e r a c t2 的两个骨干网( v b n s ，a b i l e n e ) 中进行，采用m b g p m s d p 和p 1 m s m 协议体系实现域间组播路由。 2 0 0 0 年，各种组播m i b 库开始被制订，这标志组播技术正向可管理、可控制 方向发展。 2 0 0 1 年，支持i p v 6 的组播测试网络m 6 b o n e 建成，网络运行组播路由协议 p i m - s m 。在m 6 b o n e 上可以测试和开发i p v 6 组播技术相关的软件和设备。目前全 球已有很多站点连接到m 6 b o n e 上，但是因为只有很少的设备能够运行1 p v 6 组播 路由协议，因此m 6 b o n e 是一个虚拟覆盖网络。在m 6 b o n e 需要配置隧道才能连接 m 6 b o n e 路由器。 2 0 0 2 年，制订了r f c 3 3 5 3 ，1 p 组播在多协议标记交换环境的概述( o v e r v i e w o fi pm u l t i c a s ti nam u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) e n v i r o n m e n t ) ，表明组 5 监 播技术在m p l s 网络上开始研究和使用。 2 0 0 3 年，对于组播监听发现协议的源地址选择( s o u r c e a d d r e s ss e l e c t i o nf o rt h e m u l t i c a s tl i s t e n e rd i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) ( r f c 3 5 9 0 ) 制订，显示出i p v 6 相关的组播 技术正在加快研究步伐。 2 0 0 4 年，组播监听发现协议m l d v 2 ( m u l t i c a s tl i s t e n e rd i s c o v e r yv e r s i o n2f o r i p v 6 ) ( r f c 3 8 1 0 ) 为代表的【7 】，涉及到i p v 6 和组播技术的r f c 出台了十多个，由 此看出组播技术和i p v 6 已经获得了业界的青睐。 2 0 0 6 年，i e t f 提出r f c 4 6 0 1 ，针对p i m s m 的一些问题进行修整，如改动了 p i m s m 的h e l l o 消息。 组播技术除了在i e t f 制订的标准中倍受关注，也同样获得了通信设备商的鼎 力支持。新生产的以太网卡几乎都支持组播、j u n i p e r 的m 1 6 0 骨干路由器、c i s c o 公司的c a t a l y s t 系列路由器、a v i c i 的t s r 交换路由器以及n o r t e ln e t w o r k 的 p a s s p o r t 路由器均已支持组播路由协议( d v m r p 、p i m s m 、p i m d m ) 和i g m p 组管理协议。 鉴于组播技术独特的优点、广阔的应用前景以及通信设备商的重视。瑞典的 b r e d b a n d s b o l a g e t 、意大利的f a s t w e b 和香港的香港宽带( h k b n ) 等许多网络业务 运营商都已经成为组播业务推广的开拓者。一些大公司也成为组播业务的受益者： c i s c o 公司已经用i p l v 来进行实时视频流组播，用于公司内部的会议和培训；微软 公司每个月都要用组播技术传播多媒体数据流。目前i p 组播可以运行在任意体系结 构的网络之上，包括因特网、a t m 、帧中继。 1 2 3 移动组播 随着无线i p 技术的广泛使用，越来越多的人们需要通过无线i p 设备，以运动 的方式接入到i n t e r a c t 上，对网络资源进行随时随地的访问。据统计资料显示，我 国现有包括手机在内的移动终端用户近2 亿，不难想象，随着技术的发展，通过 移动终端获取网络服务的用户将越来越多。因此，对移动终端的支持就成为了对 i p 组播技术发展的必然要求。 然而，当前针对移动i p 组播提出了很多解决方案，但是也面临着大量的问题， 其中最主要和最需要解决的有： 移动i p 组播协议存在严重的三角路由和隧道聚集问题，优化移动i p 组播路由 是一个关键环节； 在移动环境中进行组播，移动节点的位置变化带来的组播成员的动态管理问 题。 i p 组播协议无法适应节点移动性的要求，节点的重新加入加重了组播树维护 的负担； 移动i p 的切换时阃过长，加上组播加入的时延，无法满足组播应用的需求， 快速切换方法均依赖于链路层的触发； 移动节点在子网间切换造成组播树的频繁重构，加重了网络负担； i p 组播技术的优势和移动i p 应用的快速增长意味着互联网业务对移动i p 组搔 将有巨大需求，鉴于上述问题的存在直接影响着移动i p 组播的应用，同时还没有 一种完善的方案可以解决这些问题，所以寻求和研究解决移动m 组播所存在问题 的新方法和理论已经成为一个热点研究方向，加之目前移动i p 组播还处于研究的 起步阶段，因此对其中关键问题的研究具有十分重要的意义。 1 3 论文主要结构 论文的组织结构如下： 。 第一章阐述了本文的研究背景，及相关技术的研究现状，分别阐述了移动i p 和组播的研究热点，并在此基础上提出移动口的研究目标及难点； 第二章分析了移动i p v 6 协议和组播的p i m s m ，m l d 协议以及m l d 代理的原 理，然后分析了他们的交叉点，并结合m l d 代理分析代理组播的可行性； 第三章提出一种基于m l d 代理的移动组播的实现方式，研究它的两个方向， 即町方式和r s 方式； 第四章搭建了实际测试环境，对上述实现做了详细测试； 第五章研究移动组播中的三个应用：快速移动组播，层次移动组播和n e m o 组播。同时验证m l d 代理的适应性，即在快速组播中的应用： 第六章对全文进行总结，并提出了下一步的工作展望。 7 2 移动i p v 6 协议、组播p i m s m 协议、移动组播原理 本章分别介绍m i p v 6 技术和组播技术的基本概念、网络体系结构以及基本原 理，分析了它们在l i n u x 操作系统上的实现框架，模块划分，以及重要的的数据结 构，并且分析了基于m l d 代理的移动组播的可行性。 2 1 移动i p v 6 移动i p 作为网络层的移动解决方案，能够为移动节点在不同网络问移动时提 供不问断的网络连接。移动i p 协议提供了一种i p 层的路由机制，使移动节点可以 通过一个永久的i p 地址连接到任何链路上。m 口可以看作是一个路由协议，只是 与其它路由协议相比，m 口具有特殊的功能，它的目的是将数据包路由到那些可 能一直在快速地改变位置的移动节点上。 移动i p v 6 是在继承移动i p v 4 诸多优点的基础上，利用i p v 6 协议族中增加的 许多新特点而进行设计的。在移动i p v 6 路由机制中沿用了许多移动i p v 4 的基本概 念，如继续采用移动节点( m n ) 、家乡代理( h a ) 、家乡地址( h o a ) 、转交地址 ( c o a ) 、家乡链路和外地链路，但不再采用外地代理的概念，取而代之的是接入 路由器( a r ) 。移动i p v 6 的路由技术在高层功能上基本与移动i p v 4 相似，都具有 代理发现、注册、隧道技术和数据包选路等主要功能。移动i p v 6 的基本架构如图 2 1 1 所示。 移砖节 移动节点h i n 图2 1 1 移动i p v 6 基本框架 移动i p v 6 协议操作流程如下： 1 绑定流程 当一个移动节点离开家乡链路而接入外地链路时，通过路由器通告。除了家 乡地址，它也可通过一个或几个转交地址被寻址到。一个移动节点可以通过无状 态或有状态的地址自动配置来获取转交地址。移动节点的转交地址的子网前缀是 移动节点正在访问的外地链路的前缀之一。如果移动节点连在外地链路上且正在 使用一个转交地址，那么移动节点向家乡链路上的一个路由器注册其主转交地址， 并要求该路由器作为该移动节点的家乡代理。移动节点通过向家乡代理发送一个 “绑定更新( b u ) ”消息来实现绑定注册；家乡代理将向移动节点返回一个“绑定 确认( b a ) ”消息作为应答。 2 分组路由 随后，移动节点的家乡代理将使用代理邻居发现来截获发往移动节点的家乡 地址的数据包，并通过隧道将每一个截获的数据包发往移动节点己注册的转交地 址。通过隧道发送每一个被截获的数据包，家乡代理使用i p v 6 封装协议封装每一 个数据包，并将外层i p v 6 头中的目的地址设为移动节点的主转交地址。 移动i p v 6 协议定义了一个新的i p v 6 目的选项。当在外地链路上的移动节点发 送一个数据包时，它通常可以使用隧道通过其家乡代理来发送该数据包。然而， 如果目标通信节点中存有关于该移动节点的绑定信息，那么该移动节点可以直接 地向目标通信节点发送数据包。在这种情况下，移动节点将待发数据包的m 头中 的源地址设为其主转交地址，同时在数据包中包含一个“家乡地址”目的选项， 在其中给出该移动节点的家乡地址。因为，i n t e r a c t 上有的路由器在实行入侵检测 时检查数据包的源地址的拓扑结构的合法性，所以在数据包中将源地址设为移动 节点的主转交地址是必要的。通过“家乡地址”目的选项，目标通信节点就可以 获知移动节点的家乡地址。在收到数据报之后，通信节点可以将数据包中的源地 址替换为“家乡地址”目的选项中给出的移动节点的家乡地址，从而实现转交地 址的使用对通信节点i p 以上协议层透明的目的。 3 返回路由可达过程 移动i p v 6 中具有很多安全特性，移动节点和家乡代理通过建立安全关联使用 a h 和e s p 来实现对家乡注册的保护，而移动节点和通信对端是通过使用绑定管理 密钥来保护对端注册，而返回路由过程就是建立绑定管理密钥的过程。 3 返回路由可达过程主要由四条消息组成，移动节点发往通信对端的有：家乡 测试初始消息( h o m et e s ti n i t ，缩写为h 棚) 和转交测试初始消息( c a r e o f t e s tl n i t ， 缩写为c o t i ) ；通信对端响应移动节点的有家乡测试消息( h o m e t e s t ，缩写为h o t ) 和转交测试消息( c a r e o f t e s t ，缩写为c o t ) 。h o t i 消息，通过隧道到家乡代理， 再转发给通信对端，用于获得家乡密钥令牌( k e y g e nt o k e n ) ，并携带h o t c o o k i e ： c o t i 消息用于请求获得转交密钥令牌，传送移动节点的转交地址给通信对端，该 消息直接发往通信节点；h o t 消息是通信对端对h o t i 消息的响应，携带h o t c o o k e ，家乡密钥令牌等消息，该消息同样需要通过家乡代理转发；c o t 消息是通 信对端对c o t i 消息的响应，携带有c o tc o o k i e ，转交密钥令牌信息，直接发给移 动节点。 如果返回路由过程成功，才能进行通信对端绑定，“绑定更新”与“绑定确认” 消息也可用来让与移动节点通信的i p v 6 节点，即通信节点，动态地获知和缓存关 于移动节点的绑定信息。当发送一个数据包给任何一个i p v 6 目标时，该发送节点 要检查在绑定缓存中是否有该目标节点的绑定信息。如果发现了相关的绑定信息， 该节点通过绑定信息中所示的转交地址并使用一种新的i p v 6 路由头将该数据包发 给目标移动节点。相反地，如果没有发现相关的绑定信息，则发送数据包按标准 的步骤进行。 4 动态家乡代理发现 当移动节点不在家乡链路时，家乡链路上的一些节点可能会重新配置，因此， 原来作为移动节点家乡代理的节点可能不再提供家乡代理的服务而改由别的路由 器提供。在这种情况下，移动节点可能不知道新的提供家乡代理服务的路由器的 i p 地址。移动i p v 6 协议提供了一种“动态家乡代理地址发现”机制，允许移动节 点动态在离开家乡链路后动态地发现其家乡链路上的提供家乡代理服务的路由器 的地址。当移动节点从一个外地链路移动到另一个新的外地链路时，其对应的转 交地址也随之发生了改变。这时，如果存在正在与该移动节点对话的通信节点， 那么该通信节点将因为无法及时感知移动节点的这个变化而继续向移动节点的原 来的转交地址发送数据包，从而导致数据包丢失。在移动i p v 4 协议中确实存在着 这个问题，需要添加路由优化扩展来解决。在移动m v 6 协议中，移动节点在完成 切换后通过向其上一个外地链路上的提供家乡代理服务的路由器发送“绑定更新” 消息，让该路由器通过隧道向移动节点的新的转交地址转发目标地址为移动节点 的上一个主转交地址的数据包，从而在更大程度上减轻了该问题所造成的数据报 丢失。 2 2 i p v 6 组播 2 2 1 域内组播 域内组播路由协议分为三种【8 】：密集模式协议、稀疏模式协议和链路状态协议， 这些路由协议主要区别是组播分发树的构建和维护机制不同。 密集模式组播路由协议包括距离向量组播路由协议d v m r p 8 i 和协议无关组 播路由协议密集模式p i m d m i g l 。这种模式特点是总假定在子网中有组播业务接收 者，因此组播信息从一开始就被扩散到网络的所有站点；组播组成员在网络中密 集分布，有足够的带宽，因此密集模式中组播信息通过扩散技术传播至整个网络， 属于数据驱动型。密集模式主要用于一个有密集组成员的网络拓扑中，其主要缺 点是网络中的每台路由器必须保存大量的状态。 稀疏模式组播路由协议包括协议无关组播路由协议稀疏模式p i m - s m 和有核 树组播路由协议c b - r t l o l 。这种模式的特点是其假定在子网中没有组播业务接收者， 除非有接收者主动加入，否则默认不向网络中发送组播数据包；组播组成员在网 路中分散分布，没有足够的带宽，属于接收者驱动型。稀疏模式主要用于组播组 成员在广泛区域内稀疏分布时的网络拓扑中，但是稀疏模式组播路由协议不代表 组播组中具有很少的成员，只是成员比较分散。其优点是能够有效的控制网络中 的总流量和路由器的负载。 链路状态组播路由协议包括开放式组播最短路径优先m o s p f l l l l 。m o s p f 是 一种基于链路状态的组播路由协议。它的特点是m o s p f 是对单播o s p f 协议的扩 展，它将数据包在最小的开销路径上进行路由传送。m o s p f 继承了o s p f 网络对 网络拓扑的变化响应速度快的优点，但是拓扑变动会使所有路由器的缓存失效重 新计算最短路径树，所以其不适合高动态性网络。 下面给出组播的典型环境： 5 2 2 2 域间组播 图2 2 1 1 组播的典型环境 一加 消息 蛆措数据 目前域问组播路由协议有m b g p ( m u l t i p r o t o c o le x t e n s i o n st ob g p 4 ) 、m s d p ( m u l t i c a s ts o u r c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 、m a s c ( m u l t i e a s t a d d r e s s - s e tc l a i m ) 、 b g m p ( b o r d e rg a t e w a ym u l t i c a s tp r o t o c 0 1 ) 1 2 l 。 现在对于域间组播有两种方案，但是只有第一种方案是成熟的，并在许多运 行商中使用，其它方案的标准还在研究中。 第一种方案：b g m p m s d p p i m s m 。 m b g p 是对b g p 进行了一些扩展，使之适合于多种协议的路由交换。但目前 主要用于组播，m b g p 用于在自治域之间交换组播路由信息。除了要使用m b g p 解决路由问题，对于p i m s m 域互联还要辅助使用m s d p ，该协议主要用于解决 不同域之间的组播源发现问题。通过组播源发现，域之间可以互相知道存在的每 一源内的组播源，从而建立从组播源到组播接收者的组播分发树。 第二种方案：m a s c b g m p p i m s m 。 b g m p 负责完成自治域之间组播分布树的构建和维护、m a s c 实现自治域之 间组播地址的分配。自治域内使用p i m s m 构建组播分发树。 2 2 3 按照源节点情况划分的业务模型 i e i f 提出任意源a s m 体系结构是基于多源组播思想，采用多到到业务模型； 而提出特定源s s m 是基于单源组播思想，采用严格的单到多业务模型。 2 2 3 1a s m 模式组播路由协议 任意源a s m 模式的组播业务的定义：一个i p 数据包发送给一个主机组，接 收主机通过一个单一的l p 组播地址被识别。接收主机可以在任何时间加入或者离 开这个主机组，并且它们的位置和数目不受限制。在a s m 模型中，组播数据包被 传送给“主机组”( 即用一个组播地址g 来标识的一组终端主机或路由器) ；接收 主机通过请求加入该主机组便可接收到此组播数据包；a s m 通过一个组播地址g 标识一个组播组，每个组可以有任意多个发送者和任意多个接收主机，发送者可 以同时是或者不是接收主机。源可以发送组播数据包给具有这个组播组地址的主 机组，即使这个主机组没有成员也可以。 早期版本的组播路由协议都是按照a s m 模型设计的，接收主机加入某个组时 不能指定它想接收哪个源的数据，这样它会收到任何源发往该组的数据。而一般 主机和其邻居路由器之间的链路带宽是有限的，如果该组的源很多，不仅会浪费 带宽甚至造成拥塞。 目前a s m 组播模式在具体实施上存在以下几个方面的问题： 地址分配： 这是由a s m 模型本身引入的一个最为关键的实现问题。目前的组播体系没有 提供一个有效的办法来解决在多个应用程序间分配组播地址所可能产生的冲突问 题。由于i p v 4 组播地址的总数比i p v 6 少得多，所以这个问题在i p v 4 中比在i p v 6 中更为严重。 访问控制： 在a s m 服务模型中，接收者在加入到一个给定的组时，不能够选择一个特定 的发送源，而是必须接收所有发往此组地址的源的数据在当前的组播模型中， 只要知道组播通信时所采用的d 类地址，任何恶意的攻击者都可以通过向该组播 地址发送毫无意义的数据来干挠正常的组播通信。 7 发送源i p 地址已知的组播： 接收者在加入组播组前已经知道发送源的i p 地址，在这种情况下，采用最短 路径树s p t 是最佳的分发模式，而共享树r p t 机制和组播源发现m s d p 协议这时 就会显得冗余而不再需要了。而且流媒体业务对实时性要求都很强，a s m 模型下 从r p t 到s p t 的转换过程在一定程度上造成了网络延迟，在网络通信量大时，这 种延迟是无法忍受的。 2 2 3 2s s m 模式组播路由协议 特定源s s m 模式的组播业务【1 2 l 的定义：一个i p 数据包被一个源s 发送给一 个s s m 目的地址g ，并且接收主机能够通过订阅一个信道收到这个数据包，s s m 的一个( s ，g ) 被称为一个信道( c h a n n e l ) 。在s s m 模型中，s s m 通过( s ，g ) 标识一个组播组，每个频道只能有一个指定源和任意多个接收者。 i a n a 组织在a s m 的组播地址空间中，指定2 3 2 8 范围( 即2 3 2 0 0 0 到 2 3 2 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ) 的i p 地址为“指定发送源组播”( s s m ) 的组播地址空间，此地 址为保留地址，供指定发送源的应用程序和协议所使用。对于i p v 6 协议，分给s s m 的地址