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浙江工业大学硕士学位论文 w 3 l a m 环境下移动i p v 6 的时延切换分析 摘要 随着无线技术的成熟和i n t e r n e t 上新业务的不断出现，为移动终 端提供诸如语音和视频等多媒体业务已经成为通信技术发展的必然趋 势。与3 g 等技术相比，i e e e 8 0 2 i i 无线局域网( w i f i ) 技术能够提 供更高的信道带宽和灵活的组网方式，其在i n t e r n e t 无线接入方面的 应用越来越广泛。此外，i e t f 最近也发布了移动i p v 6 标准( r f c3 7 7 5 ) 卿，这一标准必将对i n t e r n e t 无线接入技术的普及产生促进作用。然 而，目前的移动i p v 6 协议( m i p v 6 ) 只是解决了保持移动节点( 姗： m o b i l en o d e ) 在移动过程中的通信持续性问题，由于姗在子网间切 换时经过的链路层切换和网络层切换过程产生较大的时延( 一般在秒 级) ，m i p v 6 还无法为时间敏感的语音和视频业务提供满意的支持。特 别是在w i - f i 的基础结构( i n f r a s t r u c t u r e ) 模式下，由于链路层的 切换过程没有为网络层提供足够的信息，使得网络层无法及时了解链 路层的切换情况，导致了整个切换过程的时延进一步增加。 本论文主要研究了切换过程中的软切换机制，给出了软切换算法 及对软切换的信令流程进行了分析，并对目前文献中所提及的几种方 法提出了他们的优缺点。及对w l a n 环境下移动i p v 6 的切换时延机制 进行分析。我们采用的新方法使用非均匀探测模型。同时，使用i p v 6 的无状态地址自动配置的方法构造移动节点的转交地址，并通过i p 地 i 堑堑三些奎兰堡主丝丝茎 址与m a c 地址映射机制和转交地址的预检测机制。通过仿真分析表明 它减小了移动i p v 6 的移动检测和转交地址配置过程的时延。并最终降 低了总的时延。与大多数方法不同的是，该方法不需对链路层的协议 进行修改，也不需要链路层触发机制的支持，就能够为当前w i f i 网 络环境中的姗提供低时延的切换性能，同时切换检测对删造成的负 担也较小。该方法在转交地址构造和绑定更新等过程中使用了m i p v 6 协议规定的方法，保持了与m i p v 6 协议的一致性。 关键词：w l a n ，移动i p v 6 ，软切换，非均匀检测，转交地址配 置，a r 的发现 浙江工业大学硕士学位论文 t h ea n a l y s eo fla t e n c ym o b 甩6h a n d o f ff o r ， e i ，e s sl a n 毫 w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fr a d i ot e c h n o l o g ya n dt h ea p p e a r a n c eo f n e wi n t e r n e t o p e r a t i o n ，i tw i l ln e c e s s a r i l yb e c o m et h ed i r e c t i o no f c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tf o rm o b i l et e r m i n a lp r o v i d i n g v o i c ea n dv i d e om u l t i m e d i ao p e r a t i o r lc o m p a r i n gt o3 g t e c h n o l o g y ，t h e w i - f it e c h n o l o g yc a np r o v i d em o r ec h a n n e lb a n d w i d t ha n df l e x i b l e n e t w o r km o d e i ti su s e di nt h ei n t e r n e tr a d i oe n t r a n c es i d ew i d e l y b e s i d e s t h i s ，砸1 1 fh a si s s u e dt h es t a n d a r do fm o b i l ei p v 6 ( r f c3 7 7 5 ) r e c e n t l y t h i ss t a n d a r dw i l ld o9 0 0 df o rt h ei n t e m e tr a d i ot e c h n o l o g y b u tt h e p r o t o c o l o fm o b i l e i p v 6a t p r e s e n tj u s tr e s o l v et h ec o m m u n i c a t i o n c o n t i n u a n c ep r o b l e mb e t w e e nm o b i l en o d ei nt h em o b i l ep r o c e s s f o rt h e b i gl a t e n c y ( c o m m o n l ys e c o n d s ) i nt h el i n kl a y e rh a n d o f f a n dn e t w o r kl a y e r h a n d o f fw h e nm o b i l en o d eh a n d o f f sb e t w e e nd i f f e r e n t s u b - n e t w o r k s ， m o b i l ei p v 6c a l ln o td og o o dj o bf o rt h ev o i c ea n dv i d e oo p e r a t i o nt h a ti s s e n s i t i v et ot h et i m e ，e s p e c i a l l yu n d e rt h eb a s i ci n f r a s t r u c t u r em o d eo f w j - f i 。t h el i n kl a y e rh a n d o f fp r o c e s sc a nn o tp r o v i d ee n o u g hi n f o r m a t i o n f o rn e t w o r kl a y e r , s ot h en e t w o r kl a y e rc a l ln o tk n o wt h ei n s t a n c eo ft h e l i n kl a y e rh a n d o f fi nt i m e ，a n di tr e s u l t si nm o r el a t e n c yi nt h ew h o l e 浙江工业大学硕士学位论文 i nt h i sp a p e rw es t u d yt h es o f th a n d o f fm e c h a n i s mi nt h eh a n d o f f p r o c e s s ，g i v et h es o rh a n d o f fa r i t h m e t i c ，a n dd ot h es o f th a n d o f ff l o w a n a l y s i s w es t u d yt h ed i f f e r e n tw a y so f t h ec u r r e n tl i t e r a t u r e ，a n da n a l y s i s t h em o b i l el p v 6h a n d o f f l a t e n c y m e c h a n i s mu n d e rt h ew l a n e n v i r o n m e n t t h en e w w a y t h a tw e a d o p ti su n - e q u a b l ee x a m i n a t i o nm o d e l a tt h es a m et i m e ，w eu s et h en o n ee s t a t ea d d r e s sa u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o n t oc o n s t r u c tt h ed e l i v e r e da d d r e s so f m o b i l en o d e , t h r o u g ht h em a p p e da n d e x a m i n a t i o nm e c h a n i s mb e t w e e ni pa d d r e s sa n dm a ca d d r e s s t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ti tr e d u c e st h em o b i l ei p v 6 sl a t e n c yo f m o b i l e e x a m i n a t i o na n dd e l i v e r e da d d r e s sc o n f i g u r a t i o n , a n df h l a l l yr e d u c e st h e w h o l el a t e n c y d i f f e r e n tw i t ht h eo t h e rw a y s ，t h i sw a yc a nn o t n e c e s s a r i l y d ot h em o d i f i c a t i o nt ot h el i n kl a y e r sp r o t o c o l ，a n da l s od on o tn e e dt h e s u p p o r to fl i n kl a y e r ss p r i n gm e c h a n i s m i tc a np r o v i d et h el o w - l a t e n c y f o rt h em o b i l en o d ei nt h ew i - f in e t w o r ke n v i r o n m e n t a n da tt h es a m e t i m e ，t h el o a do fm ni sr e d u c e d t h i sw a yu s e st h em o b i l el p v 6 sp r o t o c o l s t a t e dw a y si nt h ed e l i v e r e da d d r e s sc o n s t r u c t i o na n du p d a t i n gp r o c e s s ，i t k e e p st h ea c c o r do f t h em o b i l ei p v 6 k e yw o r d s ：w l a n , m o b i l e1 p v 6 ，s o f th a n d o f f , u n - e q u a b l ee x a m i n a t i o n , d e l i v e r e da d d r e s sc o n f i g u r a t i o n ，t h ef i n do f a c c e s sr o u t e r 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不 包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工 业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法 律责任。 作者签名： 罱1 建爪 日期：砷年r 月；。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本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和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密日。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 作者签名： 导师签名： 日期：矿7 年 日期：刃年 j ，月；，日 r 月如日 如r、 建佑犷 氟留 浙江工业大学：暖士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 移动i p 的需求 随着移动计算的日益普及，对因特网设备的移动性支持也变得很重要。大量 的移动计算设备如移动电话、笔记本电脑和掌上电脑等，随着价格逐渐被大多数 人所接受，正在被日益广泛地应用。因为这些设备多是通过无线上网，并且是移 动的，因此对移动性的支持是下一代网络所必须具备的功能。 由于现有因特网互联协议i p v 4 采用网络前缀的寻址和路由策略，当一个移动 节点从一个子网移动到另一个子网时，发往原i p 地址的数据包将不能到达移动节 点，这样就产生了移动口。移动m 是一种在全球因特网上提供移动功能的方案， 它使移动节点总是使用它的家乡地址来被寻址，而不管移动节点当前是连接在家 乡链路还是移动到外地链路。移动口通过在网络层加入一些新的特征使得运行在 移动节点上的应用程序在移动的过程中能够保持连续，移动性对于上层协议及应 用程序保持透明性。目前m ，r f 制定了两种类型的移动p 标准：基于i p v 4 的移动 i p v 4 ，基于i p v 6 的移动坤v 6 。 i p v 6 是在i p v 4 巨大成功的基础上发展起来的新互联协议版本。i p v 6 地址为 1 2 8 位，具有巨大的地址空间( 2 1 2 8 ) ，能够非常容易地满足因特网的快速发展， 并且i p v 6 对移动性，安全性和服务质量都有很好的支持。移动i p v 6 的诞生被认 为是移动计算领域的重要里程碑。移动i p v 6 的设计借鉴了移动i p v 4 的设计经验， 并且结合了i p v 6 的很多新的特性。在移动因特网将要成为现实的今天，移动i p v 6 将在这个过程中扮演不可缺少的角色。 1 1 2 移动i p v 6 的现状 在使用i p v 4 的通信终端因漫游而需要与别的网络连接时，用来维持终端向漫 游地网络接入以及与原网络的进行通信的环境协议是“移动m ”，而移动i p v 6 则是 该协议的i p v 6 版。 移动i p v 6 目前是i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 移动i p 工作组议程 中的主要课题。d a v i db j o h n s o n 和c h a r l e sp e r k i n s 已于2 0 0 0 年1 1 月拟写了移动 i p v 6 的草案： m o b i l i t ys u p p o r ti ni p v 6 ”【1 1 。不久的将来，当每个人都要携带一个 或多个移动终端时，i p v 6 将为所有的移动终端提供唯一的i p 地址。 在手机电话领域正在掀起m 化热潮。实际上，制定下一代移动通信系统 1 新江工业大学硕士掌位论文 i m t - 2 0 0 0 ”标准的3 g p p 已经决定在下一代移动技术的基本协议中采用i p v 6 。因 特网及手机相关人员中也有意见认为手机将率先正式使用移动i p v 6 。如果手机电 话业务中配备i p v 6 ，那么很可能在短时间内几亿手机用户将成为移动i p v 6 的用 户。 2 0 0 0 年1 1 月，北京一诺基亚推出了世界上第一个支持i p v 6 的端到端的g p r s 网络，从而巩固了其在g p r s 领域的领先地位。2 0 0 1 年4 月1 9 日，诺基亚( 中 国) 投资有限公司在凯宾斯饭店举办了为期两天的第二届中国i p v 6 高级研讨会， 并展示了其移动i p v 6 演示系统。通过在移动互联网网络中实施i p v 6 ，网络运营 商可以更加灵活地应对市场的需求 瑞典的爱立信、英国的b tw i r e l e s s 以及香港的手机电话服务商数码通s m a r t t o n e 已经在全球首次成功利用手机的电话基础设箍进行了 p v 6 终端通信实验。 此外三家公司还测试了当终端移动时仍然可以继续通信的漫游技术“移动i p v 6 ”， 该实验也基本上获得了成功。可以说使用i p v 6 的移动通信的技术已经基本成型。 日本致力于面向未来i p v 6 的研发，和清华大学共同成立的联合实验室已经开 始着手移动i p v 6 的研究，主要致力于开发移动网络技术。另外，还包括移动形v 6 互联网应用系统的研究。例如，通过把汽车和移动i p v 6 互联网相连接，可以避免 交通堵塞，驾驶员通过语音说出其目的地，在最短的时间内屏幕上就会显示出到 达目的地的最短路线等。无论何时、何地和世界上的任何人，即使开车的途中也 能通过互联网连接。 1 1 。3 当前移动l p v 6 在w i - f i 中的局限性 目前的移动口p v 6 协议( m 口p v 6 ) 只是解决了保持移动节点( m n ) 在移动过 程中的通信持续性问题，由于l v l n 在子网间切换时是经过链路层切换和网络层切 换，这个过程会产生较大的时延( 一般在秒级) ，m i p v 6 还无法为时间敏感的语 言和视频业务提供满意的支持，特别是在w i - f i 的基础结构模式下，由于链路层 的切换过程没有为网络层提供足够的信息，使得网络层无法及时了解链路层的切 换情况，导致了整个切换过程的时延进一步增加。因此我们需要在前人的基础之 上，提出一种改进的算法来减小整个切换过程中的时延。 1 2 论文工作 本文主要研究的是在无线网络环境中，对移动i p v 6 在进行切换的过程进行分 析，提出减少其在切换过程中的时延的算法，并对其进行仿真验证分析。 1 3 论文组织结构 第一章介绍了移动i p 的需求及现阶段移动i p v 6 的研究现状，并简单说明了 - 2 - 浙江工业大学硕士学位论文 目前移动6 在w i f i 应用中的局限性。 第二章简单介绍了移动i p v 6 的协议，对i p v 6 的结构及它的工作机制进行了 简单的介绍，同时也简单介绍了n s 仿真工具及方法。 第三章先对无线移动通信信道进行了分析，比较了几种典型的电波传播模型。 对切换的原理及种类进行了分析。主要研究了软切换的算法与其小区的模型，并 对各种触发切换算法进行了比较。最后讲了软切换过程中的激活集更新过程的处 理，及对整个软切换的信令流程进行了分析。 第四章先对各种针对移动m 切换过程进行分析，指出现阶段各种方法的不足 之处，然后对在w i - f i 网络中移动i p v 6 的切换时延进行了分析，再提出新的切换 方法，使用非均匀切换检测模型、a r 的发现及转交地址配置的方法，并对已有的 一些方法进行比较，得出时延减少的结果。 浙江工业大学硕士学位论文 第二章相关协议及仿真工具介绍 2 1 移动i p v 6 协议综述 移动互联网有许多新颖而精彩的服务。i p v 6 f 2 j t 3 j 将是实现这些服务的关键。 i p v 6 协议的诸多优越性为互联网提供有效的支持。永远在线( a l w a y s - o n ) 特征的 移动设备需要大量的i p 地址。移动电子商务需要良好的安全性。实时保持能力， 开机既可以自动获得地址，移动设备全球漫游，随时随地的移动计算等。i p v 6 有 庞大的地址空间，对移动的良好的支持，服务质量保证机制，安全性和地址自动 分配等优越性很好的满足下一代网络的需要。 i p v 6 是新版本的p 协议，继承了i p v 4 的很多特性，i p v 6 巨大的地址空间( 3 4 0 ， 2 8 2 ，3 6 6 ，9 2 0 ，9 3 8 ，4 6 3 ，4 6 3 ，3 7 4 ，6 0 7 ，4 3 1 ，7 6 8 ，2 1 1 ，4 5 6 ) 将容易满足 因特网的快速发展。并且移动性、安全性和服务质量现在也集成在i p v 6 中，m v 6 将是建立移动信息社会和未来因特网的基石 2 1 1 移动l p v 0 协议简介 移动i p v 6 的设计借鉴了移动i p v 4 开发的经验，并且结合了i p v 6 协议的新的 特性。在移动i p v 6 中，定义了三个操作实体：移动节点( m n ) ，通信节点( c n ) ， 家乡代理( h a ) ；定义了四个新的i p v 6 目的选项：绑定更新、绑定认可、绑定请 求和家乡地址选项；具有“动态家乡代理地址发现，机制和邻居发现”机制。 2 1 1 1 术语 在描述移动i p v 6 协议时，定义了一些新的术语，如表2 - l ： 表2 - 1 移动i p v 6 的术语 名称解释 移动节点能够从一个链路移动到另外一个链路，在移动的过程 移动节点 中这个节点仍然可以通过它的家乡地址与外界保持联系。 家乡子网前缀对应于移动节点家乡地址的i p 子网前缀。 定义移动节点家乡子网前缀的链路。标准m 路由机制将发往 家乡链路 移动节点的家乡地址的数据包发送到移动节点的家乡链路。 家乡地址在移动节点的家乡链路上分配给移动节点的i p 地址。 移动节点从当前链路移动到另外一个链路的变化过程。当移动 移动节点没有连接在它的家乡链路时，就认为这个移动节点“离开 家乡”。 通信节点与移动节点进行通信的对等节点，通信节点可以是移动的也可 浙江工业大学硕士学位论文 名称解释 以是静止的。 外地孑网前缀移动节点的家乡子网前缀以外的任何口子网前缀。 外地链路移动节点家乡链路外的任何链路。 移动节点家乡链路上的一个路由器，移动节点向箕注册了当前 位置的转交地址。当移动节点不在家乡时，家乡代理截获家乡 家乡代理 链路上发往移动节点的数据包，进行封装后，遥过隧道发送给 移动节点注册的转交地址。 当移动节点访问外地链路时获得的口地址，这个地址的子网 前缀是“外地子网前缀。移动节点同时可以有多个转交地址， 转交地址 向移动节点的家乡代理注册的那一个转交地址称为“主转交地 址”。 移动节点的家乡地址和转交地址的关联称为绑定，在每个绑定 绑定 中还有这个关联所剩余的“生存时间”等字段。 家乡注册移动节点向家乡代理注册主转交地址。 2 1 1 2 移动i p v 6 的目的选项 移动i p v 6 要传送的附加信息定义为i p v 6 的目的选项，目的选项中的信息只 在数据包的目的节点和特殊节点进行处理。下面是移动i p v 6 定义的四个新的目的 选项： l 绑定更新 移动节点利用“绑定更新”来通知通信节点或者它的家乡代理自己当前的转交 地址。发往移动节点家乡代理的用于注册“主转交地址”的绑定更新”被标记成“家 乡注册”标识。包含“绑定更新，选项的数据包由i p s e c 所保护。绑定更新选项的格 式如表2 - 2 ： 表2 - 2 绑定更新选项的格式 各字段的含义如下； ( 1 ) o p t i o n t y p e 选项类型 绑定更新类型标记为1 9 8 - 0 ) c 6 ( 2 ) o p t i o nl e n g t h 选项长度 以字节为单位，其中不包括选项类型”和“选项长度”两个字段的长度。 ( 3 ) a 应答位 浙江工业大学硕士学位论文 当移动节点要求发送的“绑定更新”消息需要应答时，设置a 位。 ( 4 ) 家乡注册位( h ) 移动节点通过设置家乡注册( h ) 位来要求接收到“绑定更新”消息的节点作为 自己的家乡代理。 ( 5 ) 路由器位( r ) 表明发送这个“绑定更新”消息的移动节点是个路由器。 ( 6 ) 重复地址检测位( d ) 移动节点设置重复地址检测位来要求接收到“绑定更新”消息的节点在移动节 点的家乡链路上对移动节点的家乡地址来进行重复地址检测。 ( 7 ) r s v d 保留字段 发送者初始化为零并且接收者忽略这个字段。 ( 8 ) p r e f i xl e n 甜h 前缀长度 移动节点把前缀长度字段的值设置为家乡地址的子网前缀长度。 ( 9 ) s e q u e n c en u m b e r 序列号字段 接收节点使用序列号来对“绑定更新”消息进行排序，移动节点也使用序列号 来匹配“绑定更新”消息和返回的“绑定认可”消息。 ( 1 0 ) l i f e t i m e 生存时间 绑定过期之前所剩余的秒数。如果这个值全是1 ，那么表示无穷。如果这个 值为零，表示这个移动节点的绑定缓存条目必须被删除。 ( 1 1 ) s u b - o p t i o n s 子选项 表示与这个“绑定更新途项相关的附加消息。子选项的使用允许对将来定义 的“绑定更新迸项的格式进行扩展。 2 绑定认可 如果“绑定更新”需要应答，那么“绑定认可”就用于返回对“绑定更新”的应答。 包含“绑定认可进项的数据包必须被i p s e c 所保护。绑定认可选项的格式如表2 - 3 ： 表2 - 3 绑定认可选项的格式 o p t i o nt y p e o p | c i l e n g t h s t a t u s s e q u e n c en u m b e r l i f e t i m e r e f r e s h s u bo p t i o n s 各个字段的含义如下，其中与绑定更新中相同的字段不在赘述。 ( 1 ) o p t i o n t y p e 选项类型：7 ( 2 ) s t a t u s 状态字段 表示绑定更新的当前状态。这个状态字段的值小于1 2 8 时表示接受了绑定更 新。如果大于或等于1 2 8 ，那么则表示接收节点拒绝了绑定更新。 6 浙江工业大学硕士学位论文 ( 3 ) s e x l u c n c en u m b e r 序列号 “绑定认可”中的序列号的值是从接收到的“绑定更新”中的“序列号”字段拷贝 过来，移动节点利用这个值用来匹配这个认可消息。 ( 4 ) l i f e t i m e 生存时间 以秒为单位，用来表示这个节点将为这个移动节点在其绑定缓存中保留它的 记录的时间。如果发送这个“绑定认可”消息的节点是移动节点的家乡代理，那么 这个值表示家乡代理将为移动节点继续代理服务的时间。 ( 5 ) r e f r e s h 刷新 以秒为单位的时间间隔，移动节点以此时间间隔向这个应答认可消息的节点 发送“绑定更新”消息来刷新这个节点中的绑定缓存记录。 3 绑定请求 如果一个节点向移动节点发送“绑定请求”，那么移动节点向它返回“绑定更 新”，其中包含移动节点当前的绑定。或者通信节点的绑定缓存正在被使用，但是 这个绑定马上就要过期，这时通信节点可以向移动节点发送“绑定请求”来刷新这 个绑定。绑定请求选项不需要安全鉴定。绑定请求选项格式如表2 - 4 。其中绑定请 求选项类型= 8 。 表2 - 4 绑定请求选项的格式 l o p t i o nt y p e j o p t i o nl e n g t h l + s u b - o p t i o n s i 4 家乡地址 当移动节点离开家乡时，它发送的i p v 6 数据包报头中的源地址通常使用移动 节点的一个转交地址，在家乡地址”选项中包含自己的家乡地址，通信节点接收 到这个数据包后，把移动节点的家乡地址( 包含在家乡地址选项中) 和转交地址 进行互换，从而使得转交地址对通信节点是透明的。家乡地址选项格式如表2 - 5 ： 表2 - 5 家乡地址选项的格式 其中选项类型= 2 0 1 ，h o m ea d d r e s s 家乡地址字段表示发送这个数据包的移动 节点的家乡地址。 由于移动i p v 6 协议使用了i p v 6 的“目的地选项”，因此可以对其进行扩展， 携带需要的信息。 2 1 1 3 数据结构 移动i p v 6 描述协议时，定义了下面三种概念上的数据结构： 1 绑定缓存 每个i p v 6 的接点都维护这样一个缓存，内容是其他节点的绑定。节点接收到 绑定更新”后，要把这个绑定加入“绑定缓存”中。每次发送数据时，l p v 6 节点首 浙江工业大学硕士学位论文 先要搜索“绑定缓存”，如果有这样的记录，就用路由报头把数据把发往移动节点 的转交地址。 2 绑定更新列表 这个列表由每个移动节点所维护，用来记录这个移动节点所发送的“绑定更 新”消息，并且这个“绑定更新”中的“生存时闻”没有过期。这个“绑定更新”列表中 包含了所有由移动节点所发送的绑定，包括发送到通信节点的绑定、发送到家乡 代理的绑定、发送到位于移动节点的先前转交地址所在链路上的那些家乡代理的 绑定。 3 家乡代理列表 每个家乡代理和每个移动节点都维护家乡代理列表，这个表记录每个家乡代 理的有关信息，这些信息来自于每个家乡代理所发送的“路由器宣告”消息，在这 些消息中“家乡代理，位( h ) 被设置并且在这个列表记录中的“剩余生存时问”没有 过期。 2 1 2 移动i p v 6 的工作机制 移动i p v 6t 作机制可以用图2 - 1 来说明。图中有三个链路和三个实体；链路 a 上有个路由器提供家乡代理服务，这个链路是移动节点的家乡链路。移动节点 从链路a 移动到链路b 。链路c 上有一个通信节点，可以是移动或者静止的。 图2 - 1 移动i p v 6 的工作机制 工作过程描述如下： 当移动节点在家乡时，发往它的家乡地址的数据包采用常规路由方式路由到 移动节点，就好象没有移动一样。 移动节点从链路a 移动到链路b 。 移动节点根据i p v 6 的邻居发现机制，通过无状态或者有状态地址自动配置 ( 如d h c p ) 获得转交地址，可以有多个转交地址。 移动节点向家乡链路的家乡代理发送“绑定更新”。注册一个转交地址。 8 浙江工业大学硕士学位论文 家乡代理向移动节点返回“绑定认可消息”，这个在家乡代理注册的转交地址 称为主转交地址。 通信节点不知道移动节点移动的情况下，发往移动节点家乡地址的数据包仍 然路由到家乡网络。家乡代理通过“代理邻居发现机制”截获发往移动节点家乡地 址的数据包。 家乡代理将数据包进行i p v 6 封装，外部的i p v 6 报头地址置为移动节点的主 转交地址，然后通过隧道发送给移动节点注册的主转交地址。 移动节点接收到家乡代理通过隧道发送的数据包后，说明通信节点不知道自 己已经移动，所以移动节点向通信节点发送“绑定更新消息”，通告现在的转交地 址。 通信节点把下面的数据直接发送到移动节点的转交地址，不用通过家乡代理。 上面的过程中，( 3 ) 为移动检测过程；( 4 ) 和( 5 ) 完成家乡代理注册；( 6 ) 、 ( 7 ) 和( 8 ) 构成了一次三角路由。移动i p v 6 对三角路由进行了优化，但是不能 完全避免。( 9 ) 中经过一次三角路由后，移动节点和通信节点之间直接进行通信， 不需要经过移动节点的家乡网络，实现了路由优化。 最优的情况是：移动节点向家乡代理注册转交地址后，向“绑定更新列表”中 的通信节点发送“绑定更新”消息，通告新的转交地址。通信节点收到“绑定更新” 后，在自己的绑定缓存中记录移动节点的新的转交地址。这样，当通信节点要向 移动节点发送数据时，首先查询自己的绑定缓存，得到移动节点的转交地址，然 后把数据直接发送到移动节点懂得转交地址，而不经过家乡代理。这种情况下， 没有三角路由发生，这也是移动i p v 6 对移动彤珏三角路由的优化。 2 1 3 对移动i p v 4 的改进 i p v 6 设计时就考虑了移动性等特性，因此移动i p v 6 对于移动性的集成比移 动i p v 4 更加快速有效。本节总结移动 v 6 的改进如下： 地址空间问题：移动节点移动到外地后，要获碍一个或者多个转交地址，由 于i p v 4 地址空间的缺乏，因此移动i p v 4 的某些网络可能不能提供足够多的可用 妒地址，而i p v 6 可以为移动i p v 6 提供足够多的地址。 路由优化：在移动i p v 6 中，允许通信节点和移动节点之间直接路由数据包， 而不再经过移动节点的家乡网络、不再需要家乡代理的转发功能，避免了由于t 三 角路由”而造成带宽浪费。 解决了“入口过滤”问题：“入口过滤”是指路由器过滤掉源地址和子网前缀不 匹配的数据包。在移动i p v 6 中移动节点把转交地址作为所发送数据包的源地址， 这样，数据包就能通过具有“入口过滤”功能的路由器。移动节点的家乡地址被携 带在数据包的“家乡地址”目的选项中。通信节点接收后，把数据包的源地址替换 成“家乡地址”目的地选项中的家乡地址。这样就使得转交地址的使用对坤以上各 浙江工业大学硕士学位论文 层是透明的。 更好的安全性：移动i p v 6 使用i p s e e 来满足所有安全需求( 认证、数据完整 性保护、应答保护等) ，其安全性是建立在i p v 6 的安全机制之上的。 在移动i p v 6 中，对于发往离开家乡的移动节点的数据包，可以使用i p v 6 的 路由报头进行发送，而不使用m 封装；这样附加报头字节较少，减少了网络负担。 当移动节点离开家乡时，它的家乡代理使用i p v 6 的“邻居发现”机制而不是 a r p 来截获发往移动节点的数据包，提高了协议的健壮性并且简化了移动的实 现。 在移动i p v 6 中，“动态家乡代理地址发现叽制使用i p v 6 的任意发送q 也址， 家乡链路上只有一个家乡代理向移动节点返回一个应答消息，更加有效和可靠， 并且节省了网络资源。 由于使用了i p v 6 协议的“目的地选项”，所以允许移动i p v 6 的流量控制消息 附加在任何的i p v 6 数据包中。 2 1 4 有待解决的问题 l 服务定位问题 服务定位协议可以使应用程序事先无需知道某个服务的具体位置就可以知 道这个服务所在的网络层地址( 如i p 地址和t c p 端口) 。服务定位的实现将大大 简化网络的管理，用户可以动态地搜索各项服务并使用它们。对那些访问外地链 路的移动节点来说，服务定位是非常必要的，因为他们常常需要在那些网络中找 到所需的服务。例如，一个处于外地链路的移动节点的应用程序可以启动服务定 位协议来动态搜索本地链路上的打印机。 2 移动节点的m 地址问题 当前的移动p 协议中，移动节点使用固定唯一的口地址( 家乡地址) ，并且 这个口地址与它们的正式域名( p q d n ) 相对应。但是如果p q d n 可以动态地与 多个口地址相关，那么这些口地址也可以动态地分配给移动节点作为家乡地址， 从而可以高效地使用i p 地址，并且这些动态分配家乡地址可以用来优化路由。但 是，采用动态的家乡地址将使许多通信过程变为短期通信，并且移动节点不再具 有使用唯一家乡地址时所带来的许多优点。目前这种机制是否采用仍在讨论之中。 此外，目前的移动p 方案中，一个移动节点一般对应一个家乡代理，如果家乡代 理出现故障，则无法进行正常通信，因此，一种可选的方法是采用多个家乡代理 的方法来提高移动m 的可靠性。 3 移动终端的设计 为了能够大规模的实施配置移动口，必须考虑增加移动终端的总体性能。例 如移动终端基本上是通过电池供电，必须尽量减小功耗以增加使用时间；并且考 虑到用户对移动计算的需求，必须加强移动终端的运算处理能力；同时应采用更 i o 浙江工业大学硕士学位论文 加友好的界面和更加简化高效的软件，并尽可能在不影响携带的情况下增加屏幕 尺寸，以方面移动用户的使用 4 安全问题 安全性是决定移动口能否得到广泛应用的至关重要的因素之一。目前，移动 口中采用了多种认证机制和加密方法来防止恶意用户的攻击，在很大程度上解决 了移动p 中的安全隐患问题。但是目前还有很多安全问题没有得到很好的解决。 例如，密钥的管理和分配、安全软件和集成化以及防止拒绝服务攻击等，因此必 须认识到网络安全问题的解决是一项艰巨的系统工程。当前的目标是如何利用各 种安全手段来提供最优的安全性能。 2 2n s 仿真工具简介 网络仿真软件是网络性能理论分析、评估网络设计方案以及网络故障诊断的 有力工具。在网络仿真软件中，比较有名的有m 1 l 3 公司的i p n e t 软件、c a d e n c e 公司的v c c 软件，这些软件一般的价格都在2 0 - 3 0 美元左右，每年还需要几万美 元的服务费，对于研究单位、学校甚至大型的公司来讲都是一笔巨大的投资。除 了上面的商业软件，在网络仿真领域还有一些免费软件，这里面比较有名的就是 v i n t 的n s 2 软件。 2 2 1n s 网络仿真工具 n s ( n e t w o r ks i m u l a t o r ) 是用于研究网络的离散事件模拟器，可仿真各种t c p 、 路由和多播协议。n s 最早是在1 9 8 9 年作为一种实时网络仿真工具出现的。这之 后n s 被不断加以改进，主要是由伯克莱( b e r k e l e y ) 的加利福尼亚大学和v i n t ( v m u a ii n t e r n e tt e s t b e d ) 项目共同发展的。尽管n s 能很好的支持传统有线网上 的t c p 和其他协议，但是它并不支持多跳无线网上的底层仿真，比如物理层和链 路层协议。1 9 9 8 年伯克莱的加利福尼亚大学发布了新的支持无线局域网建模的 n s 代码。 目前，n s 正在v i n t 项目的支持下由南加州大学、施乐公司、加州大学与 l a n l e 1 c cb e r k e l e y 国家实验室协作发展，最高版本为n s 2 1 b 9 。 2 2 2n s 仿真方法 n s 所用的仿真语言是t o o lc o m m a n dl a n g u a g e ( t c l ) 语言的一个扩展。t c l 语言是一种简单的脚本语言，它有解释器o t c l ，可以和任何c 语言链接。t c l 最强大的功能是它的x 工具包( t k ) ，这个工具包可以让用户开发具有图形界面 的脚本。仿真则是通过t c l 语言进行定义。利用n s 命令编写脚本来定义网络拓 扑结构、培植网络信息流量的产生和接受以及收集统计信息。软件还配有仿真过 程动态观察器( n a m ) ，可以在仿真运行结束后，动态察看仿真的运行过程，观 1 l 浙江工业大学硕士学位论文 察跟踪数据。同时，n s 软件包内还包括图形显示器，显示从仿真中得到的结果数 据，直观而清晰。 目前n s 2 主要基于u n i x l i n u x f r e e b s d 平台，需要t c l 、t k 、o t c l 、t c l c l 和n s 2 1 b x 的支持。如果基于w i n d o w s 平台，还需要p e l 也( p r a c t i c a l e x t r a c t i o n a n d r e p o r tl a n g u a g e ) 以及c y g w t n ( 在w i n d o w s 平台下开发u n i x 应用的工具包) 的 支持。但是在w i n d o w s 平台下n s 软件不稳定，所以本文所做的仿真都是在l i n u x 平台下。 n s 2 软件包主要支持一些已完成测试的协议，如：h r l l p 、t e l n e t 业务流、邱 业务流、c b r 业务流、o n o f f 业务流、u d p 、t c p 、r t p 、s r m 、算法路由、分 级路由、广播路由、静态路由、动态路由、c s m 们dm a c 层协议等。 仿真的第一个步骤是获得仿真器( 邶) 类的实例。n s 中一个类的对象的创建 和终结可以用 n e w 和 d e l e t e 来实现。 网络的拓扑结构则是由三个最基本的模块构成的：节点( n o d e ) 、链接( 1 i n k ) 和代理( a g e n t ) 。n s 的类中有创建和配置这三个模块的方法。节点模拟器可以创 建节点，并为它们自动分配唯一的地址。s i m p l e x - l i n k 和d u p l e s - l i n k 可以分别在节 点之间建立单向和双向链接，从而建立网络拓扑。代理是驱动仿真运行的对象， 它是一个过程或一个传输实体，运行于各种节点( 可以是终端或路由节点) 之间。 举例来说，业务源和目的地、动态路由模块和各种协议模块都是代理。实例化一 个a g e n t 类的子类时，就创建了一个代理。 一旦代理被创建，就需要把他们同节点绑定起来，可以在n d 脚本中用 a t t a c h - a g e n t 命令实现。节点会绘和它绑定的每个代理自动分配一个端口号( 类 似于t c p 和u d p 端口) 。同一节点上的不同代理的端口号是不同的。 仿真模型定义完成后，在t c l 脚本程序中设置仿真的开始时间和结束时间， 以及通过编写脚本或c + + 代码将仿真中需要记录的数据写入文本文件。这样，仿 真模型的整个脚本就完成了。 完成脚本后，就可以运行n s 2 软件了。n s 2 的运行比较简单，采用后台方式， 只需要在命令行中输入以下命令即可： n s 脚本程序名t e l 仿真运行结束后，可以用仿真动态观察器n , q m 察看仿真过程，运行如下命令： n a n lo n t n a m ( 或脚本中所取的名字) 观察器启动后，我们就可以看到一个图形界面。在这个界面上有一些按钮， 可以正向播放、方向播放、快速前进、快速后退、停止仿真动画。同时，也可以 给网络上的包加上标记，动态观察包的传递过程。在n a n l 的右上角设只有补偿设 置化块，用来设置仿真演示的速度，大大方便了对网络运行情况的理解与观察。 n s 为n a l n