（通信与信息系统专业论文）分层次移动ipv6的区域组织研究.pdf

摘要 随着p d a 、笔记本电脑和手机等移动设备的大量使用，越来越多的因 特网服务将通过无线网提供给移动用户。移动i p 协议是目前最有希望解决 因特网移动管理的协议。但标准移动i p 不适用于频繁切换的情况，需要“微 移动”协议来加以补充。分层次的移动i p v 6 正是对移动i p v 6 进行补充的 一种“微移动”协议，也是本文研究的主要内容。 本文首先介绍了移动i p 的原理，分析了分层次移动i p v 6 的实现机制 和各功能实体的操作，将分层次移动i p v 6 协议与另外两种“微移动”协议 进行了分析与对比。着重探讨了分层次移动i p v 6 中对于信令负载、切换频 率有决定性影响的m a p 选择方案和区域组织方案。 随后，本文对实现了部分移动i p v 6 功能的无线模块m o b i w a n 的代码进 行了仔细的研究，在该模块的基础之上，实现了分层次移动i p v 6 的基本功 能。 分层次移动i p v 6 的主要目的是减少与家乡代理的信令交互，减轻骨干 网络的压力。本文研究通过新的区域组织方式来进一步减少家乡代理信令 负载的方案，引入了边界接入路由器的概念，通过增加对边界接入路由器 的操作来实现这一目的。在前面所实现的基于n s 的仿真平台上，对根据切 换的统计状况改变边界接入路由器所属m a p 的方案和移动节点在边界接入 路由器向原来的m a p 注册两种方案进行了仿真和研究。通过与原始方案的 对比，得出第二种方案能显著地减少家乡代理的信令负载，可以作为分层 次移动i p v 6 的有效扩展。 关键词： 分层次移动i p v 6 ，家乡代理，移动锚点， 接入路由器，区域组织 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gn u m b e ro fw i r e l e s sd e v i c e si nu s e ，s u c ha sp d a s ， l a p t o p sa n dc e l l u l a rp h o n e s ，m o r ea n dm o r ei n t e m e ts e r v i c e sw i l lb ea c c e s s i b l e b ym o v i n gu s e r st h r o u g hw i r e l e s sn e t w o r k s m o b i l ei pi st h em o s tp r o m i s i n g s o l u t i o nf o rt h em o b i l i t ym a n a g e m e n to ft h ei n t e r n e t b u tt h es t a n d a r dm o b i l e i pp r o t o c o li sn o td e s i g n e df o re n v i r o n m e n tw h e r em o b i l en o d e sc h a n g et h e i r p o i n to fa t t a c h m e n tt on e t w o r ks of r e q u e n t l y , s ow cn e e d “m i c r om o b i l i t y p r o t o c o l st os o l v et h ep r o b l e m h m i p v 6 ，a sa ne x t e n s i o nt om o b i l ei p v 6 ，i s j u s ta “m i c r om o b i l i t y ”p r o t o c o l ，w h i c hi sa l s ot h et o p i co ft h ed i s s e r t a t i o n f i r s t l y ，t h ep r i n c i p l eo fm o b i l e1 pi sp r e s e n t e d t h ec o n c e p t sa n dm a i n c o m p o n e n t so fh m i p v 6a r ea n a l y z e d m a ps e l e c t i o ns t r a t e g i e s a n dd o m a i n o r g a n i z a t i o ns c h e m e s ，w h i c hw i l la f f e c ts i g n a l i n gl o a da n dh a n d o f fr a t eg r e a t l y a r ed i s c u s s e di nd e p t h t h e nh m i p v 6a n do t h e rt w om i c r om o b i l i t yp r o t o c o l s a r ec o m p a r e di nd e t a i l s s e c o n d l y , t h ed i s s e r t a t i o np r o b e si n t o t h ew i r e l e s sm o d u l em o b i w a n ， w h i c hh a si m p l e m e n t e ds o m ei m p o r t a n tm o b i l ei p v 6f e a t u r e s t h e n c o m p l e t i n gc o d eo fh m i p v 6 b a s e do ni t e v e n t u a l l y ，f o rf a r t h e rr e d u c i n gt h es i g n a l i n gc o s to fh aa n da l l e v i a t i n g t h el o a do fb a c k b o n en e t w o r k s ，t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h ep r i n c i p l ea n d o p e r a t i o n so fb o r d e ra c c e s sr o u t e r ，a n a l y z e st w on e wd o m a i no r g a n i z a t i o n s c h e m e s o n es c h e m ei st oc h a n g eb o r d e ra c c e s sr o u t e r sa t t r i b u t i v cm a p a c c o r d i n gt ot h eh a n d o f fs t a t i s t i c s ，t h eo t h e ri st os e n dl o c a lb i n d i n gu p d a t et o f o r m e rm a pw h e nm o b i l en o d ea t t a c h i n gt ot h eb o r d e ra c c e s sr o u t e r t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h es e c o n ds c h e m eh a sm i t i g a t e dt h es i g n a l i n g l o a d o fh ar e m a r k a b l ya n dc a nb ea ne f f e c t i v ee x t e n s i o nt ot h es t a n d a r d h m i p v 6 k e y w o r d s ： h m i p v 6h am a p a c c e s sr o u t e rd o m a i no r g a n i z a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子科技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 确的说明并表示谢意。 签名：! 銎垫日期：协够年j 月，s 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技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，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：塞遗 导师签名： 日期：一卯歹 主要符号表 h m i p v 6 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ) 分层次的移动i p v 6 h a ( h o m ea g e n t ) 家乡代理 f a ( f o r e i g na g e n t ) 外地代理 g f a ( g a t e w a yf o r e i g na g e n t ) 外地代理网关 a n ( c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 通信对端 m n ( m o b i l en o d e ) 移动节点 m a p ( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) 移动锚点 g m a p ( g a t e w a ym o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) 移动锚点网关 a r ( a c c e s sr o u t e r ) 接入路由器 b a r ( b o r d e ra c c e s sr o u t e r ) 边界接入路由器 r c o a ( r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s ) 区域转交地址 l c o a ( o d l i n kc a r e o fa d d r e s s ) 链路转交地址 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 移动技术的发展正在改变着人们对于因特网的观点。随着p d a 、笔记 本电脑和手机等移动设备的大量使用，越来越多的因特网服务将通过无线 网提供给移动用户。移动管理是实现对移动设备无缝操作的最重要的技术。 未来移动通信系统的发展趋势是实现各种异构的无线网络的互联和交互。 在这种网络中对于漫游的处理将会更复杂。平滑地传送实时信息和多媒体 信息的要求，使得设计这种移动管理方案充满了挑战。 i p 在各种无线网络的移动性管理中占据了重要的地位。基于i p 的移 动通信网络协议的标准化也受到了越来越多的关注。移动i p 协议被认为是 目前最有希望解决因特网移动管理的协议。 1 2 移动i p 概述 移动i p 的目标是为使用i p v 4 或i p v 6 的i p 节点( 主机或者是路由器) 在i p 子网或其它媒体中提供无缝漫游的功能。移动i p 基于i p 层之上，对 于上层协议( 比如建立t c p 连接或u d p 端口的绑定) 透明。图1 - 1 说明了 移动i p 所处的层次。 1 上层( 如tcp t jdp ，应刚层) 移动i p 子层 i p 层 下层( 如mac 子层，物理层) 幽1 - 1 ：移动1 p 层次图 传统的i p 协议是基于目标的i p 地址进行路由，而这种路由策略，主 要是基于对主机所属的网络的考虑，而不是主机本身的地址。因为 第一章绪论 主机地址= 网络地址+ 主机i d 所以当主机保留它的i p 地址不变而移动到其它位置时，所有发给该主 机的分组仍然将通过路由转向它原来所在的网络。而移动i p 则要解决这种 问题。 移动i p 提出使用两个i p 地址 2 ：一个固定的本地地址和一个每改变 一次附着点就相应改变的转交地址。按照移动i p 的要求，不管移动节点移 动到网络的什么位曼，它都由本地地址唯一识别。当移动节点离开本地网 络时，它将和转交地址相联系，由转交地址提供它当前在网络上的位置。 这时候以移动节点本地地址为目的地的数据分组要能透明地路由至转交地 址。 移动i p 可以理解为发现转交地址、注册转交地址和建立指向转交地址 的隧道三种机制的合作： 3 发现转交地址：移动l p 的发现策略是建立在一个已经存在的标准 协议：路由通告( r o u t e r a d v e r t i s e m e n t ) 的基础之上( r f c1 2 5 6 ) 。 移动l p 没有更改路由通告的原有的域，而仅仅是在这个基础之上 添加了与移动性相关的功能。因此，路由通告能够携带路由器相 关的信息，还能携带一个或多个转交地址的信息。而这个时候的 路由通告也就成了代理通告( a g e n t a d v e r t i s e m e n t ) 。如果移动节 点想要获取转交地址，而不愿等待周期性的公告，它可以以广播 或组播的方式发送一个请求信息，任何一个接收到请求消息的代 理都会做出回复。如果移动节点不能检测到来自于为它提供转交 地址的外地代理的通告告信息，它认为外地代理已经不在它的网 络接口的有效范围以内。在这种情况之下移动节点将开始寻找 新的转交地址，它可以选择等待下一个周期性的通告或者主动发 送请求信息。 注册转交地址：一旦移动节点使用某一个转交地址，它的本地代 理就需要知道这一信息。当本地代理知道这一信息后，它将会在 它的路由表中添加必要的信息，并对进行注册的移动节点做出晌 应。 建立指向转交地址的隧道；所有的移动代理都必须支持的封装机 制是i p i n i p 的封装( r f c2 0 0 3 ) 。使用i p i n 1 p 的本地代理将在 第一章绪论 任何指向移动节点本地地址的数据分组的i p 头前面添加一个新 的l p 头( 或者叫做隧道头) 。这个新的隧道头使用移动节点的转 交地址作为目的i p 地址。本地代理也可以使用最小封装( r f c 2 0 0 4 ) 来代替i p i n 1 p 的封装。对于最小封装头的处理比对i p i n 1 p 的头的处理要复杂。需要同时从隧道头和内部的最小封装头中提 取信息才能恢复原始的l p 头。 1 3 研究的现状 关于i p 移动性的研究开始于9 0 年代初，在1 9 9 6 年1 0 月，i e t f 连续 公布了r f c 2 0 0 2 ，r f c 2 0 0 3 ，r f c 2 0 0 4 ，r f c 2 0 0 5 和r f c 2 0 0 6 ，奠定了移动i p 发展的基础，引起了研究移动i p 技术的热潮。针对r f c 文档中的一些问题 和有待扩展的地方，研究者提出了很多改进的思想，主要集中在以下一些 方面： 移动l p 技术在i p v 6 中的应用 切换性能的研究 对移动i p 进行扩展的“微移动”协议 1 3 1移动i p v 6 2 0 0 4 年6 月，i e t f 公布了r f c 3 7 7 5 4 ，作为移动i p v 6 的建议标准， 也结束了移动i p v 6 的草案状态。在移动i p v 6 中，由于采用i p v 6 巨大的地 址空间，使得地址的自动配置变得非常简单，移动节点通过使用邻居发现 可以简单快速地获得转交地址，不再需要通过外地代理来获取外地代理的 转交地址。另外，路由优化作为移动i p v 6 的基本功能实现，而不再像移动 i p v 4 中是可选的部分。多数分组使用i p v 6 路由头直接发送到移动节点， 而不像移动i p v 4 需要对所有的分组进行封装。 1 3 2 切换性能的研究【5 】 移动节点从一个子网移动到另一个子网就产生了切换。移动节点在新 的子网上获得新的转交地址，新的转交地址不同于前个网络上的转交地 址，因此，移动节点需要向家乡代理重新注册，以及向通信对端重新绑定。 移动i p 是关于第三层，即网络层上的协议，由于消息传输和协议处理都需 一d 第一章绪论 要时间，加上无线链路的高误码率、无线信号强度动态变化等多方面的原 因，切换可能导致移动节点在一定时间内不能发送和接收数据分组，引起 通信对端与移动节点之间的通信暂时中断。如何保持通信的连续性，支持 各种实时应用。缩短切换引起的通信中断时间，减少切换对服务质量的影 响，是移动i p 研究中重点关注的问题。移动i p 标准定义了移动检测、转 交地址获取和重新绑定等基本过程，在此基础之上，人们为了不同的目的 提出了各种切换技术，保证已有连接的通信服务质量。 移动i p 协议属于网络层的协议，为了具有通用性，设计为与链路层协 议保持相对独立，但这对切换带来负面的影响。移动节点只有在与直接连 接的外地代理或接入路由器的链路层切换完成后，通过网络层协议获得转 交地址，才能启动注册或绑定更新过程。为了减少切换对服务质量的影响， 提出了以下几种主要的切换方法。 1 3 2 1 低延迟切换 低延迟切换 6 ( l o wl a t e n c yl t a n d o f f ) 是在移动i p v 4 基础上提出的， 主要目的是使移动节点在切换过程中通信连接中断的时间达到最小。它定 义了预先注册( p r e - r e g is t r a t i o l 3 ) ，过后注册( p o s t r e g i s t r a t i o n ) 和 联合切换三种切换方法。在预先注册切换方法中，当移动节点在当前外地 网络时，在发生切换之i ；i f 就与新的外地网络上的外地代理进行通信，在新 外地代理上建立它的注册状态，加快切换处理过程。在过后注册切换方法 中，移动节点在新的外地网络上f 式注册过程完成之前，新旧外地代理利 用二层触发建立双向隧道，移动节点继续使用前一个外地网络上的转交地 址，通过前一个外地网络的外地代理维持已有通信连接，减小对实时应用 的影响。联合切换方法同时执行预先注册切换和过后注册切换，如果预先 注册切换可以在二层切换完成前完成，联合切换转化为预先注册切换。如 果预先注册切换没有完成，旧外地代理像过后注册切换方法那样，目的地 是移动节点的旧转交地址的分组被转发到新的外地代理。 1 ，3 。2 2 快速切换 快速切换 7 8 ( f a s th a n d o v e r ) 是对移动i p v 6 协议的扩展。它采 用预先切换和基于隧道的切换两种机制。预先切换是指当移动主机和旧接 入路由器( o a r ，o l da c c e s sr o u t e r ) 还保持着二层连接时，就发起第三 第一章绪论 层的切换。基于隧道的切换是当移动主机与新接入路由器( n a r ，n e wa c c e s s r o u t e r ) 的第二层连接已经建立时，还不启动第三层的切换获得新的转交 地址，而是在两个网络的a r 之间建立隧道传输分组，尽量减少实时流的中 断时间。 1 3 2 3 平滑切换 平滑切换( s m o o t hh a n d o v e r ) 的目的是在切换过程中，不仅要使切换 速度快，还要切换尽量平滑，这就需要考虑状态信息的转移问题。它使用 移动i p v 6 中的“绑定更新”消息携带转移的状态信息。其切换可以分为两 种情况，即网络控制移动协助( n c m a ) 和移动控制网络协助不协助( m c n a ) 。 在n c m a 情况下，网络能够知道移动节点将要切换到哪个路由器，旧接入路 由器提前与新接入路由器通信，并在其上建立请求状态。在m c n a 情况下， 移动节点的i p 层能够收到切换即将发生的通知，收到通知后可以立刻发送 移动i p v 6 的相关消息。在两种情况下，移动节点需要为状态传输发送必要 的消息。 1 3 2 4 层次型移动l p 层次型移动i p 9 1 0 ( h m i p ，h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p ) 的目的是： 通过采用层次型路由结构，减少移动节点与家乡代理和通信对端的信令交 互量，减少切换引起通信中断的时间。 1 3 3 “微移动”协议 目前已提出了一些对于标准的移动i p 进行扩展的“微移动”协议，其 主要思想是将家乡代理的功能分布化，实施本地注册。主要包括分层次的 移动i p ，蜂窝i p ，h a w a i i 等，都是把无线接入网划分为一个个的无线域， 在无线域内进行本地化注册。 1 4 论文研究的主要内容及意义 本文着重研究减少移动i p 中家乡代理信令负载的机制，对以此为目的 的三种“微移动”协议进行了比较。熏点分析了分层次移动i p v 6 的原理与 m a p 选择和区域组织技术，在仿真平台上实现了基本的分层次移动i p v 6 ， 第一章绪论 在此基础上对进一步减少分层次移动i p v 6 中家乡代理信令负载的区域组 织方案进行了仿真与分析，提出了能有效减少移动节点与家乡代理信令交 互的新的方案。 1 5 论文的组织结构 全文共分六章，第一章为绪论，介绍了移动i p 的原理与当前的研究状 况。第二章对分层次的移动i p v 6 协议进行了分析，探讨了m a p 选择与区域 组织策略。第三章将分层次的移动i p v 6 协议与另外的两种“微移动”协议 进行比较和分析。第四章给出了分层次的移动i p v 6 在仿真平台上具体的实 现。第五章对于分层次移动i p v 6 的区域组织方案进行了仿真与分析。第六 章是全文的总结与展望。 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 第二章h p v 6 的原理与区域相关技术 2 1h m i p v 6 概述 h m i p v 6 1 0 是分层次的移动i p v 6 ，它是对移动i p v 6 协议和i p v 6 邻居 发现协议的扩展。在移动i p v 6 中实现分层次的移动性管理，其目的是为了 减少移动节点与它的家乡代理和通信对端的信令交互。当然，这种减少是 以增加m a p 域内的传输花费和带宽占用为代价。在h m i p v 6 中引入了一个新 的实体称为移动锚点( m a p ) ，移动锚点从功能上看相当于是一个局部的家 乡代理，它的引入也加快了移动i p v 6 的切换速度。 不像移动i p v 4 中的外部代理，并非每个子网都需要有移动锚点，另外 h m i p v 6 的实现不需要更改家乡代理和通信对端，也就是说支持分层次的移 动i p v 6 的子网和不支持分层次的移动i p v 6 的子网可以共存使用，支持分 层次的移动i p v 6 的移动节点能够区分这两种子网，按相应的方式进行注 册。在 1 1 中更提出一种自适应的判决准则，移动节点在进入支持h m i p v 6 的区域后可以根据该准则自适应地决定使用h m i p v 6 和标准m i p v 6 中的哪种 移动管理方式。 在移动i p v 6 中，家乡代理截取发往离丌家乡的移动节点的分组时，使 用的是邻居发现机制而不是移动i p v 4 中的a r p 协议。邻居发现机制不像 a r p 那样需要关心链路层的特定情况。h m i p v 6 与移动i p v 6 一样，也是独立 于下层的接入技术，支持相同或不同的接入网络中的移动性管理。 当移动节点进入一个m a p 域，将会收到包含m a p 信息的路由通告。移 动节点能够将它当前的链路转交地址与m a p 的子网地址( 即区域转交地址) 绑定。作为局部家乡代理的移动锚点，能够接收以移动节点的区域转交地 址为目的地的分组，并将分组通过隧道向移动节点转发。当移动节点在当 前的m a p 域中改变它的链路转交地址时，只需要将该地址向m a p 注册。在 一个m a p 域中移动时，移动节点的区域转交地址不变。只有当移动节点的 区域转交地址改变，即移动节点移出了m a p 所覆盖的范围( m a p 的覆盖范 围由广播m a p 信息的a r 的覆盖范围决定) 或收到生命期为0 的m a p 信息后， 切换到另一个m a p 域时，才需要向家乡代理和通信对端重新注册区域转交 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 地址。从而也实现了移动节点的移动对于其通信对端的透明。图2 一l 和图 2 2 是对这一过程的描述。 幽2 - 1 移动。h 点发生域间切换时信息的发送过程 、 瓜一l c n 、 l 二： 绑定：移动节点家乡地址 r c o a 一凯c o a 幽2 - 2 移动：协点在域内进行切换时信息的发送过程 1 ：m a p 信息通告，2 ：局部绑定更新与确认，3 ：全局绑定更新与确认。 9 一 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 移动节点还需要知道它所接收到的任何分组的源地址，用于判断是否 采用了路由优化。由于m a p 将分组转发到移动节点，并未改变分组的源地 址，所以移动节点可以从所接收到的分组中提取源地址。如果发现是经过 家乡代理封装转发的由通信对端发来的分组，则可以向通信对端发送绑定 更新，实现路由优化。 h m i p v 6 使用与移动i p v 6 相同的移动报头，其格式如下： 4 0l23 0123456 7 89 0l2345 678 90123456 7890 载荷协议报头长度报头类型保留 校验和 消息数据 图2 - 3 移动报头的格式 其中消息数据的长度可变，包含各种消息类型的数据。在目前的移动 i p v 6 协议中，定义了绑定刷新请求消息、家乡测试初始消息、转交测试初 始消息、家乡测试消息、转交测试消息、绑定更新消息、绑定确认消息和 绑定错误消息共8 种消息数据类型。 h m t p v 6 对移动i p v 6 的绑定更新消息进行了扩展，新添了一个m 标志 位，用于表示向m a p 的注册。 0 123 012 345678901234567 890123456789 01 顺序号 ahlkm保留 生存期 移动选项 幽2 - 4h m i p v 6 中绑定更新消息数据字段的格式 其中a 位表示移动节点请求家乡代理、移动锚点或者通信对端对绑定 更新进行确认；h 位表示家乡注册；l 位用于指示移动节点报告的家乡地址 第二章h m p v 6 的原理与区域相关技术 与其链路局部地址具有相同的接口标识符；k 位用于指示保持移动节点与 家乡代理所建立的i p s e c 安全链接；m 位表示是发往m a p 韵局部绑定更新。 h m i p v 6 还对i p v 6 的邻居发现协议进行了扩展，增加了m a p 选项消息。 0123 0123456 789 012 34567890l23456789 01 类型长度距离优先级 r 保留 生命捌 m a p 的全局地址 图2 - 5m a p 选项消息格式 距离值采用4 位无符号整数，表示m a p 与接收到m a p 选项的移动节点 之间的距离( 即m a p 与移动节点之间的跳数) 。如果使用动态m a p 发现，距 离的缺省值应该设置为l 。m a p 的优先级值也使用4 位无符号整数来表示， 优先级1 5 表示最高的优先级。r 用于指示根据m a p 选项中的m a p 前缀来形 成区域转交地址。生命期用于表示m a p 地址与根据它的前缀所形成的区域 转交地址的有效期。 2 2h m i p v 6 中各功能实体的操作 h m i p v 6 中家乡代理和通信对端的操作与移动i p v 6 相比并未发生改变， 下面是对h m i p v 6 中移动节点和移动锚点操作的描述： 2 2 1 移动节点的操作 当移动节点进入新的m a p 域，它需要配置两个转交地址：区域转交地 址和链路转交地址。区域转交地址是通过无状态的地址自动配置方式形成。 在形成了区域转交地址之后，移动节点要向m a p 发送带有a 和m 标志的局 部绑定更新消息，并将移动节点的链路转交地址作为局部绑定更新消息的 源地址，从而实现移动节点区域转交地址到链路转交地址的绑定。m a p 将 对移动节点的区域转交地址进行重复地址检查，并向移动节点返回局部绑 定更新的确认消息。这个确认消息表明绑定成功或是包含对应的错误代码。 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 在成功地注册到m a p 以后，移动节点与m a p 之间的双向隧道就建立起 来了。移动节点所发的分组将通过隧道传给m a p ，这种隧道封装的外部报 头以移动节点的链路转交地址作为源地址，以m a p 的地址作为目的地址， 隧道封装的内部报头以移动节点的区域转交地址作为源地址，分组最后将 发往的地址作为目的地址。同样，所有发往移动节点的区域转交地址的分 组将被m a p 截取，通过隧道转发到移动节点的链路转交地址。 如果移动节点发生m a p 域的切换，当它成功地注册到新的m a p 后，还 需要将新的区域转交地址向家乡代理和通信对端注珊。在绑定更新消息中 的本地地址为移动节点的家乡地址，转交地址为移动节点的区域转交地址。 2 2 2 m a _ p 的操作 m a p 的操作与家乡代理类似：截取所有发往移动节点的分组，通过隧 道将它们转发到相应的链路转交地址。m a p 不知道移动节点的家乡地址， 当移动节点向m a p 注册成功后，在m a p 的绑定缓存中保存的将是区域转交 地址到链路转交地址的绑定。 2 3m a p 发现的策略 作为h m i p v 6 中所添加的实体，m a p 的发现对系统性能影响很大。移动 节点每重新选择次m a p ，也就意味着m a p 域间的切换。首先，列出对m a p 发现的要求 1 2 。这种要求分为两类，第一类是操作类的要求，必须全部 满足；第二类是性能方面的需求，应该通过调整m a p 选择算法中的相关参 数来实现。 操作方面的要求： 要求一：移动节点应该能够基于它自己的选择策略进行m a p 的选择。 通常，从减少丢包的角度，选择临近的m a p 由于信令延迟较 小，要优于选择较远的m a p 。然而，在某些情况下，移动节 点可能更重视m a p 的其它特性，比如更高的安全级别、同时 绑定的支持或者更低的丌销等。因此，应该允许移动节点根 据候选m a p 的相关信息作出最终的选择。 要求二：能够自动检测新添加的、去除的或发生故障的m a p 。这将减 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 轻网络操作的负担。 性能方面的要求： 要求三：移动节点能够快速找到合适的m a p 。 要求四：由此而产生的信令的数量应该较少。 由于从上面h m i p v 6 所定义的各功能实体的操作中，并未看到对接入路 出器( a r ) 的操作进行相关的定义。下面将根据是否需要a r 支持h m i p v 6 协议来分别讨论m a p 的发现。 2 3 1a r 支持h m i p v 6 协议的情况 h m i p v 6 对邻居发现协议进行了扩展，添加了m a p 选项消息，在其中包 含了距离、优先级和生命期等值。按照m a p 和移动节点操作过程的描述， 先是由m a p 向a r 发送m a p 选项，a r 收到以后，再在自己的路由通告中包 含m a p 选项，移动节点收到a r 的路由通告，从而获取m a p 的相关信息。这 种方式下，a r 需要通过路由通告来传送m a p 选项，也就说明a r 要实现对 h m i p v 6 的支持。 在这种方式下，m a p 需要首先设置缺省的优先级、用于发送m a p 选项 的接口、包含在m a p 选项中的i p 地址和距离的初始值。m a p 域内的路由器 应该被设置为一旦接收到m a p 选项的通告，将m a p 选项中距离值加l 后， 通过相应的接口进行转发。而m a p 的优先级则可以根据负载平衡或其它因 素进行动态地调整。 支持h m i p v 6 的移动节点收到包含m a p 选项的路由通告时，它可阻选择 向优先级最高的m a p 注册，也可以根据m a p 选项中的距离值来选择合适的 m a p 。如果m a p 选项的生命期为0 ，则意味着该m a p 发生了故障，应该去除 与该m a p 相关的绑定。 m a p 收到来自移动节点的注册请求时，也可以根据其负载决定是否接 受该注册请求。 1 3 中提出了基于门限值的管理控制算法和基于服务迁移 率的替换算法来实现这一目的。在基于门限值的算法中，区分两种移动节 点类型：新注册节点和f 在服务的节点，当未达到门限值时，响应两种节 点的注册请求，达到门限值时，只响应正在服务节点的注册请求。在基于 服务迁移率的算法中，当移动节点发生切换的频率很低时，直接向家乡代 理注册，以减少m a p 封装和解封装的操作。 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 这种基于a r 路由通告的m a p 选择方式满足上面提出的四个要求，但需 要a r 支持h m i p v 6 协议。 2 3 2a r 不支持h m i p v 6 的情况 a r 不支持h m i p v 6 ，即m a p 的发现对于a r 透明。这种透明性将使得 h m i p v 6 协议的适应性更强。甚至当移动节点连接到一个没有m a p ，所有的 路由器不支持h m i p v 6 的i p 网络时，如果通过该i p 网络，检测到另一个 i p 网络中的m a p ，也能使用h m i p v 6 协议。 图2 6 通过不支持h m i p v 6 的j p 网络使_ | ：l h m i p v 6 这种m a p 发现策略，对除m a p 和移动节点以外的其它节点都是透明的。 下面是对实现这种m a p 发现策略的探讨： 2 3 2 1 使用m a p 的泛播地址 通过为m a p 分配一个泛播地址 1 4 ，由移动节点发往泛播地址的分组 将被路由转发至最近的m a p 。但是，不能保证所有的接入网中的路由器都 支持对于m a p 泛播地址的路由，因为对于泛播地址的路由通常是局限在一 个管理域中的。即使所有的接入网络都支持对m a p 泛播地址的路由，移动 节点也不能根据自己的策略选择m a p ，只能由路由的距离找到“最近的” m a p 。这不满足我们前面所提到的操作方面的第一个要求。 2 3 2 2 服务定位协议 服务定位协议 15 原来的目的是为了使主机从局域网上获取服务的定 位，它原来工作于组播地址的方式，当使用目录代理时则只能工作于单播 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 地址的方式。将服务定位协议用于m a p 的发现时，目录代理要保存网络上 所有的m a p 地址，移动节点也要处理同样数量的出目录代理所提供的m a p 地址。当网络上m a p 的数量很大时，服务定位协议的性能将会显著地下降。 2 3 2 3基于v o r o n o i 算法的m a p 发现 在 1 2 中提出了基于v o r o n o i 算法的m a p 发现策略。比如我们要找到 距离最近的m a p ，使用这种算法的步骤如下： 第一步：移动节点向预先配置的m a p ( 标记为m a p * ) 发送m a p 查询消 息。 第二步：一旦收到m a p 查询消息，m a p * 向与它相邻的m a p 发m a p 通告 初始化消息，收到m a p 通告初始化消息的m a p 将向移动节点发m a p 通告消 息。接收到m a p 通告消息后，移动节点通过查看跳数来判断与每一个m a p 的距离，确定是否有比m a p * 距离更近的m a p 。如果存在这样的m a p ，将它 标记为m a p * ，执行第三步；否则，m a p * 就是距离当前的移动节点最近的m a p 。 第三步：移动节点向m a p * 发送m a p 查询消息，回到第二步。 采用这种算法，每一个m a p 需要有一个邻居m a p 列表。为了检测新添 加的和发生故障的m a p ，需要周期性地发送m a p 查询消息来更新列表。 这种方式下，m a p 的发现过程中的所有消息都是在m a p 和移动节点之 间通过单播地址进行传送，实现了对a r 的透明。这种方式也满足前面提到 的操作方面的第一个要求，比如移动节点要根据m a p 优先级进行选择，只 需要把算法中第二步查看跳数来判断距离改为查看优先级就可实现相应的 功能。 2 4 区域组织的策略 分层次的移动i p v 6 的提出，源自移动i p 对于区域注册的研究。在提 出了移动i p v 4 的标准后，也开始了在移动i p v 4 中通过层次化的外地代理 来使注册本地化的研究。在i e t f 的草案 9 中，提出增加一个夕卜地代理网 关( g f a ) ，将f a 的管理域迸一步细分，在g f a 的管理域中，移动节点向 g f a 注册，并建立与g f a 之间的隧道。 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 n t c r n c t g f a 管理域 幽2 7 移动l p v 4 中使用g f a 的区域注册结构 在草案中虽然提到了多级的结构，但实际讨论的还是如上图g f a 下只 有一级f a 的情况，g f a 和f a 采用固定的连接，没有考虑区域大小的变化。 为了克服这种不足，以前的研究者进行了如下的对区域组织的研究。 2 4 1 原来的研究 2 4 1 1使用g f a 的动态区域组织 在 1 6 中提出了一种针对移动i p v 4 的动态区域组织方案。在这种方案 中，移动节点进入一个新的网络区域后将选择向g f a 注册。而网络区域的 大小将根据数据流量和相关的消息进行调整。这种方案是对i e t f 中区域注 册方式的扩展，增加了灵活性和适应性。后续的很多研究也是以这种方案 作为基础。 2 4 1 2不使用g f a 的动态区域组织 在 1 7 中提出了基于移动i p v 4 的另一种动态区域组织方案。在这种方 案中，并没有使用g f a 来管理区域中的f a 。当移动节点改变其子网，从新 的f a 获得转交地址后，新的f a 将该地址向移动节点原来的f a 注册，从而 形成了f a 的新的管理层次。这样的f a 管理层次是针对每个移动节点所形 成的，在这种方式下，发往移动节点的分组经过多级f a 之间的隧道进行传 递。为了避免过长的分组传递时延，需要根据通话迁移率( c m r ) 来确定最 佳的分级层数。当未达到浚分级层数时，通过新的f a 向原来的f a 注册， 当达到浚分级层数时，将通过新的f a 直接向家乡代理注册。 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 2 4 1 3 使用g m a p 的动态区域组织 在 1 8 3 中提出将移动i p v 4 中的g f a 的思想应用于分层次的移动i p v 6 ， 引入一个新的逻辑实体g m a p ，用于区域内m a p 的管理。在g m a p 管理域内 的所有m a p 会定期通过路由发现过程来获得相邻m a p 的相关信息，根据数 据流量来对m a p 的分级进行动态地调整。 2 4 1 4 根据选择表从多级m a p 中进行选择的方式 在 1 9 和 2 0 中提出了根据选择表从多级m a p 中进行选择的方式。接 入路由器需要维护一个选择表，选择表中是选择各级m a p 的速度门限值。 接入路由器将选择表的内容通知移动节点，移动节点再根据自己的速度 决定通过该a r 接入哪一级的m a p 。可以根据负载来调整选择表中的速度门 限值，改变一定速度的移动节点所接入的m a p 级别。在 2 1 中又对这种需 要估计移动节点速度的方式加以改进，将a r 的选择表中的速度门限值改为 绑定更新的间隔，移动节点可以根据发送绑定更新的间隔来选择所接入的 m a p 级别。 2 4 2h m i p v 6 草案中新的规定 在目前最新的h m i p v 6 草案中，对于多级m a p 作了这样的规定：因为可 以在一个网络中放置多个m a p ，所以不需要多级的m a p 来实现切换性能的 优化。移动节点在执行局部绑定更新时，“不准”将根据一个m a p 的子网前 缀形成的区域转交地址作为另一个m a p 的转交地址，这会导致发往移动节 点的分组被多次封装。草案认为通过多级m a p ，由处于上级的m a p 将分组 向下传递的方式并没有好处，将会增加转发的对延，消除处于上级的m a p 和移动节点之间路由的鲁棒性，因此在h m i p v 6 的草案中“禁止”这种操作。 在一个网络中允许a r 之上存在多个m a p 并不意味着分组将通过多级的m a p 传递，这种冗余是对于不同移动场景的优化，多个m a p 应该是被移动节点 独立地使用。 2 4 3 我将探讨的区域组织策略 目前所收集到的关于h m i p v 6 区域组织研究的文章，都还是研究多级 m a p 的方案，与h m i p v 6 最新的草案不符。草案中提出的“在一个网络中允 第二章h m i p v 6 的原理与区域相关技术 许a r 之上存在多个m a p ”，意味着部分a r 应该通过物理链路( 中间没有别 的m a p 中转) 连接到和它邻近的多个m a p 上。在本文中，将这种a r 称为 b a r ( b o r d e ra c c e s sr o u t e r ，边界接入路由器) 。在引入了b a r 之后，本 文将讨论以m a p 和a r 为研究对象的新的区域组织策略，具体的内容将在第 五章结合仿真结果进行讨论。 2 5 本章小节 在h t i p v 6 中引入了一个新的实体称为移动锚点( m a p ) ，其作用类似于 局部的家乡代理。移动节点在m a p 域内移动时，区域转交地址保持不变， 减少了与家乡代理和通信对端的信令交互，缩短了域内切换的时延。 在采用h m i p v 6 的区域中，为了使网络的性能得到优化，实现负载平衡， 降低域间切换发生的概率，需要采用合理的m a