（通信与信息系统专业论文）移动ipv6切换技术研究(2).pdf

摘要 移动i p v 6 切换技术研究 作者简介：李波，男，1 9 8 1 年1 0 月出生，2 0 0 4 年9 月师从于成都理工大学 钟本善研究员，于2 0 0 7 年7 月获硕士学位。 摘要 随着移动技术的发展，传统采用电路交换的无线网络将逐步被改造为以m 分组交换为基础的无线网络，此种情况下，移动口将变得与无线网络同样重要。 特别是在未来3 g 网络的建设中，移动i p v 6 不仅将成为移动运营商必须要做出选 择的一项重要技术，还将成为能够使3 g 网络和蓝牙或w i f i ( 8 0 2 1 l b ) 之间实 现无缝漫游的一种基本技术。目前移动i p v 6 研究的热点主要集中在移动口切换 过程中如何保证通信的连通性、如何缩短切换时延和切换的平滑、如何保证q o s 等等。 本文首先分析和阐述了移动i p v 4 和移动i p v 6 的技术原理，比较了两者的优 缺点。在此基础上，介绍了移动i p v 4 切换与移动i p v 6 的切换的技术原理，并分 析了各自切换延迟。本文重点讨论了目前流行的对标准移动i p v 6 进行扩展的切 换方案：快速切换技术f m i p v 6 和分层移动口管理模型h m i p v 6 ，在对两种方案 进行分析的基础上，提出了一种综合切换方案f h m i p v 6 。最后对f - h m i p v 6 进 行性能分析，使用n s 2 模拟实验，指出该方案的优越性和有待改进的地方。 关键字：移动i p v 6移动切换层次模型快速切换 成都理工大学硕士论文 t h e s t u d yt ot h eh a n d o v e r o ft h em o b i l ei p v 6 w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l et e c h n o l o g y , t h et r a d i t i o n a lc i r c u i tw i r e l e s s n e t w o r kw i l lb et r a n s f o r mt ot h ew i r e l e s sn e t w o r kb a s i n go l li pp a c k a g e ss w i t c h i n t h i ss i t u a t i o n t h em o b i l ei pw i l lb et h es a m ei m p o r t a n ta sw i r e l e s sn e t w o r k i nt h e f u t u r e 。e s p e c i a l l yi nt h e3 gn e t w o r kd e v e l o p m e n t ，m o b i l ei p v 6n o to n l yw i l lm u s tb e t h em o b i l ec a r r i e r sc h o o s eb u ta l s oc a nb eo n eb a s i ct e c h n o l o g y ，t h a tc a nm a k e s e a m l e s sh a n d o v e rc o m et r u e ，b e t w e e nt h e3 gn e t w o r ka n db l u e t o o t ho r w i f i ( 8 0 2 1 1 b ) p r e s e n t l yt h eh o tr e s e a r c ho fm o b i l ei p v 6i sf o c u s i n go nh o w t o g u a r a n t e et h ec o m m u n i c a t i o nc o n n e c t i v i t ya n dr e d u c i n gt h eh a n d o v e rd e l a ya n dt h e s m o o t hh a n d o v c ra n dq o s ，c t c i nt h i sp a p e r , f i r s t l yw ed e s c r i b et h ec o n c e p t sa n dp r o c e s s e so fm o b i l ei p v 4a n d m o b i l e v 6r e s p e c t i v e l y , t h e n c o m p a r et h e i ra d v a n t a g e sa n ds h o r t a g e b a s e do nt h e t h e o r i e sa b o v e ，w ei n t r o d u c et h eh a n d o v e ro fm o b i l ei p v 4a n dm o b i l ei p v 6 ，a n d a n a l y s i st h eh a n d o v e rd e l a yo f e a c ho n e n ep a p e rm a j o ri nd i s c u s sp o p u l a rh a n d o v e r t e c h n o l o g i e se x t e n d i n gt h es t a n d a r dm o b l i e 脚6 ：f a s th a n d o v c rf m l p v 6a n d h m i p v 6 h 也cb a s i so fa n a l y s i s ，w ei n t r o d u c ean o v e lh a n d o v e ra r c h i t e c t u r e ，f h m 脚6 删s a r c h i t e c t u r eb u i l d so nt o po ft h eh i e r a r c h i c a la p p r o a c ha n dt h ef a s th a n d o v e r m e c h a n i s m a tl a s t , w ea n a l y s i st h ef - h m i p v 6a n ds i m u l a t ei tu s i n gn s 2 ，t h e n ，p o i n t o u tt h ea d v a n t a g e sa n ds h o r t a g e k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 h a n d o v e ro fm o b i l eh i 豇删l f a s th a n d o v e r 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，也不包含为获得盛都堡王太堂或其他教 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。 z 学位论文作者导师签名：，亏中械 学位论文作者签名： 爨吹 d 7 年s 月 矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛叠堡王盔堂有关保留、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。本人授权盛叠堡王太堂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适用本授权书) 学位论文作者签名：压订欠 。7 年r 月p 日 第l 章引言 1 1 前言 第1 章引言 网络技术的进步给人们提供了日益广阔的活动空间。相应的，人们的需求也 极大地推动着网络技术的发展。在日常生活和商务活动中，人们越来越希望将计 算机以任意移动的方式，更加灵活、不受任何限制地接入因特网或本地局域网。 同时，随着移动通信设备的超前跟进，如：笔记本电脑、p d a 等的便携性和计 算能力的不断提高，已为我们建立移动网络( 有线无线微波卫星等) 提供了坚 实的基础，移动网络时代正在向我们走来。 然而，现在的口v 4 在设计之初并没有考虑到终端设备的移动性，所以连网 设备移动时需要从互联网上断开，而在另外一个地方重新连接时，还需要重新配 置系统的新的坤地址、正确的子网掩码和新的默认路由器( 网关) 才能继续通信。 为了支持互联网上的移动设备，i e t f 推出了移动m 的标准来使用户保留不变的 永久p 地址，而不管他们是否连接在网上。目前，基于i p v 4 网络的移动口技 术在支持移动用户切换问题上存在很多不足： ( 1 ) 三角路由问题：在移动i p v 4 中，所有发送到移动节点的数据包都通过其 家乡代理来路由，结果导致家乡网络负载增加，时延也更长。 ( 2 ) 部署问题；移动i p v 4 要求每个可能的外区网络都有外区代理( f a ) ，如果 没有外区代理，那么每个移动节点将需要从外区网络上获得一个全球可路由的 口v 4 地址，由于球v 4 地址的匮乏，这一点几乎不可能做到。 ( 3 ) 入口过滤“i n g r e s s - f i l t e r i n g 问题：i s p 的边际路由器可能会将包含的源m 地址拓扑不正确的数据包抛弃掉，因此，在移动p v 4 中，移动节点离开家乡网 络到外区的i s p 那里，使用自己的家乡地址作为源口地址发送数据包，入口过 滤可能会将这些数据包抛弃掉。 f 4 ) 认证和授权：i p s e c 在口v 4 中是可选部分，移动口v 4 中只利用这一机制 成都理工大学硕士论文 进行移动m v 4 登记的认证。 针对移动讲技术在未来人们生活中的重要性以及移动i p v 4 在未来移动通信 中的缺陷，i e t f 在制定口v 6 协议时，充分考虑了对移动性的支持。比如：移动 i p v 6 技术不仅增强了移动用户的切换能力，而且利用i p v 6 提供的巨大地址空间， 可以实现端到端的地址通信；同时，移动i p v 6 中加入了内嵌的安全机制，提供 q o s 保证：从整体来看，移动i p v 6 技术比移动i p v 4 更适合应用于未来的通信系 统。 在移动口v 6 网络中，当移动节点在不同子网之间移动的时候，将发生移动 切换。由于链路转换时延和p 协议操作，移动节点将在一段时间内无法发送或 接收数据包，从而产生了切换时延。而切换时延对于v o 口等实时流量的应用来 说是不可接受的，因此怎样减少切换时延，增加网络性能就成为移动i p v 6 技术 研究的重点，也是本文的主要研究内容。 1 2 现有方案评述 由于基本的移动口v 6 协议不能满足实际应用的需要，i e t f 提出了许多的改 进方案。 现主要有两种成熟的移动i p v 6 改进方案：快速切换技术f m i p v 6 1 4 i ( f a s t h a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ) 、分层移动模型h m i p v 60 5 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l e 口v 6 m o b i l i t ym a n a g e m e n t ) 。 f m i p v 6 是通过提前注册，以及在新的外地网络切换未完成时，通过前一个 网络保持通信的方法来实现快速切换。在移动i p v 6 快速切换中，切换可以与移 动m 交互操作，一旦移动节点连接至新的接入路由器，则该移动节点立即参与 移动i p 操作。f m i p v 6 可以加快移动节点切换的过程，减少已有通信连接的中断 时间。 h m i p v 6 是近年来提出的移动方案，在h m i p v 6 中引入了一个新的节点，叫 做移动锚点m a p ( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) 。h m i p v 6 的主要思想是在移动节点和 家乡代理之间增加若干不同级别的位置代理。当移动节点从一个子网移动到另一 2 第1 章引言 个子网时，只是更新相关级别的位置代理，而不是更新家乡代理和相应的通信节 点，从而达到减少切换延迟的目的。 1 3 研究意义 h m i p v 6 和f m i p v 6 都是对移动i p v 6 协议的改进，虽然它们从不同程度改善 了移动i p v 6 网络的切换性能，但是，在实际应用中，两种技术都表现出一定的 缺陷。比如：当移动节点m n 在不同m a p 间移动时，由于增加了m n 向m a p 的绑定交互操作，h m l p v 6 切换性能甚至不如移动i p v 6 协议。因此，设计更好 的移动i p v 6 切换方案来满足实际的应用，具有重要的研究价值。 本文的主要研究目的在于，对现有的移动i p v 6 切换技术进行评价，通过分 析现有的切换技术的切换性能，提出了新的移动i p v 6 切换方案。 1 4 主要的研究内容 本文在对比分析现有的移动i p v 6 切换技术的基础上，结合现有的移动m v 6 切换方案，提出了一种新的i p v 6 切换方案f h m i p v 6 ，通过计算机模拟技术，对 该方案的实际应用效果，合理的进行了评价，提出了下一步要继续研究的工作。 在第二章里，首先概述了移动p 的产生和移动口相关的基本概念，然后， 分析和阐述了移动口v 4 和移动口v 6 的技术原理，并比较了两者的优缺点。 在第三章中，介绍移动i p v 6 与移动l p v 4 切换技术原理，分析了它们的切换 延迟。 第四章中，讨论了目前对标准移动m v 6 进行扩展的切换方案：快速切换技 术f m i p v 6 和层次型移动i p v 6 管理模型，并对各种方案进行对比分析。 在第五章里，在前面讨论的基础上，提出了一种新的综合切换方案 f h m i p v 6 ，给出了f h m i p v 6 的实现原理。采用n s 2 模拟工具对f h m i p v 6 进 行切换性能分析。 第六章中，总结本文对移动i p v 6 切换技术的研究，提出了下一步工作的研 成都理工大学硕士论文 究方向。 1 5 主要的研究成果 通过对本文的研究取得了以下研究成果： 讨论了目前流行的几种对标准移动i p v 6 进行扩展的切换方案，对这些方案 进行了性能分析。 提出了一种新的移动i p v 6 切换方案，通过计算机网络模拟工具，对该方案 的实际应用效果进行了评价。 指出了f h m i p v 6 方案的不足，提出了下一步的研究方向。 4 第2 章移动m 技术 2 1 移动i p 概述 第2 章移动i p 技术 在当今飞快发展的信息领域中，i n t e m e t 和移动通信是两个引入瞩目的通信 技术和产业。由于目前主要以固定接入方式使用i n t e m e t ，而人们的生活节奏在 加快，可能经常处在运动中，而不是整天呆在固定的办公室内，需要在任何地点 任何时候都能获得i n t e r n e t 服务。随着移动技术的迅猛发展，手机、掌上电脑、 膝上电脑、笔记本电脑等便携式或移动设备大量应用，用户希望在日常生活和商 务环境中使用这些设备方便地上网。现在多种网络技术正在逐步融合，口协议 将成为统一的网络平台，但原来口协议对网络节点的移动性支持不够。大量移 动设备的用户希望在移动过程中保持i n t e m e t 接入和连续通信，获得如固定接入 一样的网络服务质量。这种潜在的巨大的商业需求给i n t e m e t 带来了新的机遇， 也带来了新的技术难题。移动口就是在原来i p 协议的基础上为了支持节点移动 而提出的解决方案。 2 1 1 移动口的产生 在i n t e m e t 上，每个主机分配有惟一的p 地址或动态的口地址。由于i n t e m e t 是基于网络前缀的路由，口数据分组首先路由到口地址网络前缀对应的网段， 然后转发到目的主机，因此，口地址不仅标识一台主机，也表示这台主机的物 理网络位黄。当移动主机在不同的网络间移动时，它的口地址已经不能表示其 物理网络地址，发送给移动主机的m 分组不能被正确转发给目的节点，移动主 机因而不能正常地接入i n t e r n e t 获得网络服务。为了实现移动主机按入i n t e r n e t ， 曾经提出下面的几种方案。 第一种方案，在移动节点每次变换位置时，改变其口地址。这种方法对上 层协议不能提供移动的透明性，不能保持通信的连续性，特别当移动节点在两个 子网之间漫游时，由于其口地址不断变化，将导致移动节点无法与其他用户通 s 成都理工大学硕士论文 信。 第二种方案，根据待定主机地址进行路由选择。这种方法将大量浪费路由器 的有限资源，对每个数据分组选路时，路由器都要搜索大量的主机地址入口，系 统的可扩展性差，不能满足大规模网络互联的要求。 第三种方案，在链路层使用蜂窝数字分组数据等标准。蜂窝数字分组数据标 准提供l l k b s 的传输速率且支持多种协议，但它需要新的网络基础设施和大量管 理维护费用，无法与现存的互联网兼容，因此也不是合适的解决方案。 以上这些方案都存在问题，因此必须寻找一种新的机制，解决主机能够在不 同网络间的自由移动问题。为此，i n t e m e t 工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 下属的移动口工作组o pr o u t e rf o rw i r e l e s s m o b i l eh o s t ) 在1 9 9 2 年 制定了移动m 的最初标准草案，主要包括下面的r f c 文档： r f c 2 0 0 2 ：定义了移动口协议； r f c 2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 ：定义了移动口中用的三种隧道技术； r f c 2 0 0 5 ：定义了移动m 的应用； r f c 2 0 0 6 ：定义了移动口的管理信息库m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n b a s e ) 。移动i p 的管理信息库m m 是实现移动m 的变量集合，管理平台通过简 单的网络管理协议s n m i v 2 ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 对这些变量检 查和配置。 i n t e m e t 工作指导小组i e s g ( i n t e m e te n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) 在1 9 9 6 年6 月通过了移动口标准草案，在1 9 9 6 年1 1 月通过了建议标准( p r o p o s e ds t a n d a r d ) ， 为移动口成为i n t e m e t 正式标准打下了基础，对移动m 的发展起到了关键的作 用。 2 1 2 移动口的设计目标 移动i p 的主要设计目标就是移动节点在改变网络接入点时，不必改变其讲 地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，对上层协议保持透明性，与其他移 动节点或不具有移动i p 功能的节点进行正常的通信。具体来说，移动口协议应 6 第2 章移动口技术 该满足如下的要求； ( 1 ) 移动节点在改变数据链路层接入点以后，应该能够保持与i n t e m e t 上 其他节点的连续通信； ( 2 ) 移动节点无论连接到任何接入点，应该能够用原来的地址进行通 信； ( 3 ) 移动节点应该能够与不具有移动口功能的其他节点进行通信，并且 不需要修改这些节点的协议； ( 4 ) 移动节点不应该比i n t e m e t 上其他节点面临更多的安全威胁； 另外，由于移动节点通常通过无线链路连接到i n t c m e t 上，无线链路具有带 宽低、误码率高的特点，长消息容易出错，以及移动节点通常以电池供电，减少 通信中的能量消耗非常重要。因此，设计移动m 时要考虑移动节点接入时发送 的管理消息数目应该尽量少，消息的长度也应该尽量短。 2 1 3 移动心的基本概念 本小节在移动i p v 4 协议的基础上，通过简单介绍移动口的基本概念和基本 r 操作，简要概述移动i p v 4 的基本工作过程。 1 移动口的功能实体 ( 1 ) 移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) ：能够从一条链路切换到另一条链路，接 入因特网而仍保持正在进行的通信，并且保持它的家乡地址( h o m ea d d r e s s ) 不变 的节点。 ( 2 ) 家乡代理( h o m e a g e n t ，r l a ) ：与移动节点家乡链路相连的路由器。它保 留有移动节点的家乡地址，该路由器的功能是当m n 离开家乡网络时，h a 通过 隧道机制将发往m n 的家乡网络的数据包转发到m n 的当前位置上，并维护反 映m n 当前位置的信息。 ( 3 ) 外地代理( f o r e i g na g e n t ，f a ) ：移动节点当前所在网络上的路由器，它 向已登记的移动节点提供选路服务。当使用外地代理转交地址时，外地代理负责 解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点。对于 7 成都理工大学硕士论文 那些由移动节点发出的数据包而言，外地代理可作为己登记的移动节点的默认路 由器使用。 图2 - 1 表明了这些功能实体以及他们之间的关系 | n o b “en o d e 图2 - 1 移动m 功能实体及相关关系 2 其他的基本术语 ( 1 ) 家乡地址( h o m e a d d r e s s ) ：移动节点在家乡网络上使用的口地址，就像 分配给固定的路由器或主机一样的“永久”的m 地址，不管移动节点连接至网 络何处，其家乡地址保持不变。 ( 2 ) 通信对端节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c r y 3 - 指与移动节点通信的对等实体， 可简称为通信对端，它可以是移动节点或者是位置固定的节点。 ( 3 ) 转交地址( c a r eo fa d d r e s s ，c o a ) ：转交地址即隧道终点地址。它可能 是外地代理转交地址，也可能是配置转交地址。外地代理转交地址是外地代理的 一个地址，移动节点利用它进行登记。在这种地址模式中，外地代理就是隧道的 终点，它接收隧道数据包，解除数据包的隧道封装，然后将原始数据包发到移动 节点。这种地址模式可使很多移动节点共享同一个转交地址。配置转交地址是通 过地址分配机制为移动节点分配的口地址，地址前缀与当前访问网络的前缀相 同，它可以是通过动态主机分配协议( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l ，d h c p ) 动态分配的，也可以是移动节点在外地网络上长期使用的永久地址。当使用这种 地址模式时，移动节点自身就是隧道的终点，执行解除隧道功能，取出原始数据 包。一个配置转交地址仅能被一个移动节点使用。转交地址是仅供数据包选路使 用的动态地址，也是移动节点与外地网连接时使用的临时地址。当移动节点接入 b 第2 章移动i p 技术 到一个新的网络，转交地址就会发生变化。 ( 4 ) 隧道( t u n n e d ：当m n 漫游到外地网络时，由于其它主机并不知道它已 漫游，故发给它的口数据包仍然送至其家乡网络。m n 的h a 将把这些口数据 包截取下来重新封装后发送到i v i n 的f a 。所谓m n 的隧道，是指由h a 至f a 用来传送这些重新封装后的m 数据包的通道。在隧道的发送端，h a 依据隧道协 议把需传送的琅包重新封装，在接收端f a 完成拆包。当转交地址为配置转交地 址时，移动节点本身就是隧道的终点，它自身进行解除隧道，取出原始数据包的 工作。 ( 5 ) 代理广播( a g e n t a d v e r t i s e m e n t ) 消息：家乡代理或外地代理发送的一种广 播数据包，这种数据包是在i c m p 路由广播里加上相应的扩展而形成的。家乡代 理或外地代理利用代理广播消息广播它们的存在性，以便移动主机能够向它们提 出服务请求。 ( 6 ) 代理发现( ( a g e n td i s c o v e r y ) ：为了随时随地与其它节点进行通信，移动 节点必须首先找到一个移动代理。移动口定义了两种发现移动代理的方法： 一是被动发现，即移动节点等待本地移动代理周期性地广播代理广播报文； 二是主动发现，即移动节点广播一条请求代理的报文。移动口使用扩展的 “i c m pr o u t e rd i s c o v e r ”机制作为代理发现的主要机制。要注意的是，使用以上 任何一种方法都可使移动节点识别出移动代理并获得转交地址，从而获悉移动代 理可提供的任何服务，并确定其连至家乡网络还是某一外地网上。使用代理发现 可使移动节点检测到它何时从一个球网络( 或子网) 漫游( 或切换) 到另一个口网络 ( 或子网) 。所有移动代理( 不管其能否被链路层协议所发现) 都应具备代理广播功 能，并对代理请求做出响应。所有移动节点都必须具备代理请求功能。但是，移 动节点只有在没有收到移动代理的代理广播，并且无法通过链路层协议或其他方 法获得转交地址的情况下，方可发送代理请求报文。 ( 7 ) 注册( r e g i s t r a t i o n ) ：m n 必须将其位置信息向其h a 进行登记注册，以便 通信。在移动i p 技术中，依不同的网络连接方式，有两种不同的注册规程。一 种是通过外地代理进行注册，即移动节点向外地代理发送注册请求报文，外地代 9 成都理工大学硕士论文 理接收并处理后将注册请求报文中继到移动节点的家乡代理：家乡代理处理完向 外地代理发送注册答复报文( 接受或拒绝注册请求) ，外地代理处理注册答复报 文，并将其转发到移动节点。另一种是直接向家乡代理进行注册，即移动节点同 其h a 发送注册请求报文，家乡代理处理后向移动节点发送注册答复报文( 接受 或拒绝登记请求) 。注册请求和注册答复报文使用用户数据报协议( u d p ) 进行传 送。当移动节点收到来自其家乡代理的代理广播报文时，可判断出其已经返回到 原网络。此时，移动节点应向家乡代理撤销注册。 2 2 移动i p v 4 为了支持主机的跨网移动，i e t f 工作组提出了移动口v 4 协议，作为对i p v 4 协议支持主机移动的扩展。如图2 2 所示，移动m v 4 的工作机制如下： h a 图2 - 2 移动i p v 4 的基本操作 ( 1 ) h a 和f a 通过周期性向网络发送代理广播( a g e n ta d v e r t i s e m e n t s ) 消息， 以声明自己的存在。 ( 2 ) 移动节点收到这些代理广播消息后，检查其中的内容以确定自己是连在 家乡链路还是外地链路上。当它连在家乡链路上时，移动节点就可像固定节点一 样工作，即它不再利用移动口的其它功能；如果是从外地网重新返回的，则向 i 0 第2 章移动口技术 家乡代理发出撤消注册的功能消息，声明自己已回到家乡网络中。 下面的步骤假使移动节点连接在一条外地链路上。 ( 3 ) 连在外地链路上的节点需要一个转交地址。这个地址有两种类型：一种 即是外地代理的m 地址：另一种是通过某种机制与移动节点暂时对应起来的网 络地址，即是配置转交地址。 ( 4 ) 移动节点向家乡代理注册从第三步中得到的转交地址，可以通过移动m 中定义的消息交换来完成。在注册过程中，如果链路上有一个外地代理，移动节 点就向它请求服务。为了阻止拒绝服务攻击，注册消息要求进行认证。 ( 5 ) 家乡代理或者是在家乡链路上的其他一些路由器广播对移动节点家乡 地址的网络前缀的可达性，从而吸引发往移动节点家乡地址的数据包，家乡代理 截取这些数据包，并根据移动节点在第四步中注册的转交地址，通过隧道将数据 包传送给外地代理或移动节点本身( 配置转交地址) 。 ( 6 ) 在转交地址处，可能是外地代理或移动节点的一个端口，原始的数据包 被从隧道提取出来送给移动节点或由移动节点自行解包。 ( 7 ) 相反，由移动节点发出的数据包被直接选路到目的节点上，无需隧道技 术。对所有己注册的来访移动节点发出的包来说，外地代理完成路由器的功能。 2 3 移动i p v 6 2 3 1 下一代互联网协议坤v 6 i e t f - r f c 一2 4 6 0i p v 6 规范( ”i n t e r n e tp r o t o c 0 1 v e r s i o n6s p e c i f i c a t i o n ”) 对口协 议第六版作了详尽的描述。 作为下一代互联网协议，i p v 6 所提供的巨大的地址空间以及所具有的诸多 优势和功能，使其成为构筑下一代网络的重要基础，从提出至今获得了普遍关注 和广泛认可，信息产业部科技发展计划中已经将i p v 6 列为重点攻关课题。具体 分析，m v 6 与i p v 4 相比，主要有如下一些特性： 第一，p v 6 的1 2 8 位地址长度。i p v 6 与i p v 4 相比，很明显的一个改善就是 1 1 成都理工大学硕士论文 可以提供充足的地址空间。m v 6 的1 2 8 位地址长度形成的巨大的地址空间，在 可预见的很长时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的 地址，而且据称口v 6 的1 2 8 位地址空间包含的地址数足够为地球上每一粒沙子 提供一个独立的口地址。 第二，增强的选项功能。i p v 6 允许数据报包含可选的控制信息，包含了i p v 4 不具备的选项，提供了新的功能。 第三，增加了寻址的灵活性。i p v 6 新增了泛播( a n y e a s t ) 地址的概念，它用于 点到多点的通信中，将报文传递到一组节点中的一个( 通常是最近的一个) ，从而 允许在信源路由中由节点控制数据的传递路径。另外，i p v 6 在组播( m u l t i e a s t ) 地 址中增加了s c o p e 字段，允许将组播的路由限定在正确的范围之内。同时i p v 6 还可以实现为主机接口提供不同类型的地址配置，其中包括主机的全球地址、全 球单播地址、区域地址、链路本地地址、地区本地地址、广播地址、组群地址任 播地址、移动地址、家乡地址、转交地址等。 第四，口v 6 可以实现自动配置。口v 6 的另一个基本特性是它支持无状态和 有状态两种地址自动配置的方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。 在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地 址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干 预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。有状态配置机制，如d h c p ( 动态 主机配置协议) ，需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。 第五，服务质量( q o s ) 。从协议的角度看，i p v 6 的优点体现在能提供不同水 平的服务。这主要由于p v 6 报头中新增加了字段“业务流类别”和“流标签”。 有了它们，在传输过程中，中间的各节点就可以识别和分开处理任何m 地址流。 第六，口v 6 的移动性。基于移动i p v 6 协议集成的i p 层移动功能具有很重 要的优点。尽管口v 4 中也存在一个类似的移动协议，但二者之间存在着本质的 区别：移动i p v 4 协议不适用于数量庞大的移动终端。移动口需要为每个设备提 供一个全球唯一的m 地址。m v 4 没有足够的地址空问可以为在公共互联网上运 行的每个移动终端分配一个这样的地址。而移动i p v 6 能够通过简单的扩展，满 1 2 第2 章移动口技术 足大规模移动用户的需求，这样就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之间 的移动性问题 第七，内置的安全特性。i p v 6 协议内置安全机制己经标准化。在安全性方 面，i p v 6 与m 安全性o p s e c ) 机制和服务一致。 2 3 2 移动m v 6 的基本操作 无论移动节点在家乡链路还是离开家乡链路，都可以通过它的家乡地址与其 通信。当移动节点在家乡网络时，其工作方式同固定主机一样。移动节点家乡地 址的子网前缀是移动节点家乡链路的子网前缀或子网前缀之一，发给移动节点的 分组被转发到它的家乡链路。 下面介绍移动i p v 6 的一些基本操作。 1 移动绑定 当移动节点移动到外地链路上时，要通过i p v 6 邻居发现机制，通常是以无 状态的地址自动配置方式获得一个或多个转交地址，转交地址的子网前缀是移动 节点访问的外地链路的予网前缀。移动节点在获得转交地址后，需要把一个转交 地址注册到它的家乡代理上，通过向家乡代理发迭“绑定更新”消息，以及家乡 代理应答。绑定确认稍息完成注册。移动节点可能会同时拥有多个转交地豇 ， 注册到家乡代理的转交地址称为主转交地址( p r i m a r yc a r e - o f a d d r e s s ) 。 移动节点在任何时候都可以给任何通信对端发送绑定更新，使通信对端缓存 移动节点当前使用的转交地址。考虑到移动节点的连续移动，当移动节点在新的 链路上获得了新的转交地址时，可能希望正在发往前一个转交地址的分组通过隧 道到达移动节点新的转交地址，减少分组重传带来的延迟。为了精确建立这类临 时的隧道，隧道的源端必须是移动节点的前一个转交地址，类似于从移动节点家 乡地址到移动节点当前转交地址的隧道。为此移动节点需要向前一个转交地址所 在链路的家乡代理发送绑定更新。 每个移动节点都维护一个绑定更新列表，记录它所发送的每个尚未超时的 绑定更新的相关信息，其中包括移动节点发往家乡代理、通信对端、前一个转交 1 3 成都理工大学硕士论文 地址所在链路的家乡代理的所有绑定更新。当某个绑定更新表项快要超时时，移 动节点通过发送绑定更新消息，维护当前的绑定信息。 2 分组路由 家乡代理在获得移动节点的转交地址并完成绑定后，在移动节点的家乡链 路上使用代理邻居发现机制，在家乡链路上截获目的地址是移动节点的家乡地址 的坤v 6 分组然后通过隧道将它们转发到移动节点的主转交地址。家乡代理对 分组使用i p v 6 封装，外层口v 6 报头中目的地址是移动节点的主转交地址。 通信对端和移动节点有两种可能的通信方式。 第一种方式是双向隧道( 如图2 3 所示) ，不要求通信对端提供移动口v 6 的支持，也不要求移动节点在通信对端上注册绑定。通信对端发送的分组路由到 家乡代理，家乡代理通过隧道转发给移动节点；移动节点发送给通信对端的分组 首先通过反向隧道发送到家乡代理，然后从家乡网络正常路由到通信对端。 且 移动节点 通信对蜡 图2 - 3 移动口v 6 双向隧道路由方式 第二种方式是优化路由( 如图2 - 4 所示) 。要求移动节点在通信对端上注册 它的当前绑定，通过对端到移动节点的分组直接发送给移动节点的转交地址。当 发送任何p v 6 分组时，通信对端根据分组目的m 地址查询它的绑定缓存，如果 在绑定缓存中存在匹配，通信对端使用第一类路由头，分组的目的地址换成查询 获得的转交地址，第二类路由头中的地址是移动节点的家乡地址。移动节点发送 分组给通信对端时，供目的地扩展报头中使用家乡地址选项，设置分组的源地址 为移动节点的当前转交地址，家乡地址选项中的地址是移动节点的家乡地址。这 1 4 第2 章移动口技术 种优化路出机制缩短了通信的路径，也消除了家乡代理和家乡链路上可能的流量 冲灾，减小了家乡代理、家乡链路上的故障对移动节点与通信对端通信的影响。 通信对端 图2 - 4 移动i p v 6 优化路由方式 通信对端在发送分组时，如果在检查缓存中没有找到分组的目的地址，就 按照常规分组的规则发送，即使用移动节点的家乡地址作为分组的目的地址。移 动节点的家乡代理收到分组后，通过隧道转发分组给移动节点。移动节点收到家 乡代理通过隧道发来的分组，认为通信对端没有和它建立绑定，就向通信对端发 送绑定更新消息来建立绑定，以形成优化路由，如图2 5 所示。 通信对端 且 移动节点 图2 - 5 移动脚6 的路由方式转换 3 返回路径可达过程( r e t u r nr o u t a b i l i t yp r o c e d u r e ) 移动i p v 6 提供很多安全特性，包括移动节点到家乡代理或通信对端绑定更 新的保护，对隧道、家乡地址信息和分组中路由指令的保护。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 ，实现到家乡代理绑定更新的保护。到通 成都理工大学硕士论文 信对端的绑定更新可以使用绑定管理密钥( b i n d i n g m a n a g e m e n t k e y ) 来保护，通过 返回路经可达过程建立绑定管理密钥。下面简要介绍返回路径可达过程。 如图2 - 6 所示，返回路径可达过程4 条消息组成。移动节点先同时发送h o t i 消息和c o t i 消息，通信对端很快处理这两个消息后，返问h o t 消息和c o t 消 息。 家乡代理 通信对端 h 。m et e s ti n i t ( h o t i ) 。f 。 7 l ， c a s e o ft e s ti n i t ( c o t i ) 。l h 。m et e s t ( h 。t ) 、 l 、 c a r e o ft e s t ( c o t ) 图2 6 返回路径可达过程 h o t i 消息用于请求获得家乡密钥令牌( h o m e k e y g e n t o k e n ) ，传送移动节点的 家乡地址给通信对端，也携带通信对端必须随后回传的h o t c o o k i e ，该消息经过 隧道到家乡代理后，再到达通信对端。 c o t i 消息用于请求获得转交密钥令牌( c a r e - o f k e y g e nt o k e n ) ，传送移动节点 的转交地址给通信对端，也携带通信对端必须随后回传的c o tc o o k i e ，该消息直 接被发送到通信对端。 h o t 消息是通信对端对h o t i 消息的响应，携带有h o tc o o k i e 、家乡密钥令 牌等信息，该消息经过家乡网络转发给移动节点，其中假设家乡代理已经完成绑 定更新，家乡代理与移动节点之间的通信是安全的。 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 牌等信息，该消息直接发送到移动节点。当移动节点接收到c o t 消息和h o t 消 息后，返回路径可达过程结束。这样，移动节点根据收到的信息计算绑定管理密 钥，获得向通信对端发送绑定更新的授权。 1 6 第2 章移动口技木 通过返回路径可达过程，通信对端测试目的地址分别为移动节点报告的家 乡地址和转交地址的两个分组是否路由到移动节点，确认报告的转交地址和家乡 地址能否寻址到移动节点。移动节点只有证明它收到通信对端发向这两个地址的 分组才能通过测试，通信对端才接收移动节点的绑定更新，重新定向发给移动节 点的流量到新的转交地址。 4 动态家乡代理地址发现 当移动节点离开家乡时，家乡链路上的部分节点可能进行了重新配置，原 来的家乡代理被其他的路由器替代。在这种情况下，在需要给家乡代理发送绑定 更新注册它的主转交地址时，移动节点可能不知道自己家乡代理的i p 地址。移 动i p v 6 提供了个称为“动态家乡代理地址发现”( d y n a i n i ch o m e a g e n t a d d r e s s d i s c o v e r y ) 的机制，允许移动节点动态发现家乡链路上家乡代理的口地址，从而 可以正确注册它的主转交地址。 移动节点发送i c m p v 5 “家乡代理地址发现请求”消息，目的地址为其家乡 子网前缀的“移动i p v 6 家乡代理”泛播( a n y c a s t ) 地址，源地址是移动节点的转 交地址。家乡链路上收到这个请求消息的家乡代理会回答一个i c m p “家乡代理 地址发现应答”消息，给出自己的全球单播i p 地址，以及包含家乡链路上所有 家乡代理的全球单播l p 地址的列表。收到家乡代理地址发理应答消息后，移动 节点可以随后发送自己的家乡注册绑定更新到该消息分组的口源地址，或者是 发送到应答中的家乡代理地址字段中的任何一个全球单播口地址。 如果移动节点当前注册到了家乡链路上的某个家乡代理，而且本次注册生 存期没有超时，那么，移动节点必须把任何新的注册首先尝试发往该家乡代理。 如果这个注册尝试失败，如超时或者被拒绝，移动节点应该在家乡链路的其他家 乡代理上重新尝试注册。如果它不再获知有哪些其他合适的家乡代理，可以重新 开始上述的动态家乡代理地址发现过程。 1 7 成都理工大学硕士论文 2 4 移动i p v 4 与移动i p 6 的比较 正如i p v 6 协议本身继承了i p v 4 协议的特性，移动i p v 6 协议也继承了移动 i p v 4 协议的众多特性。移动i p v 6 借用许多移动口v 4 的概念，包括移动节点、家 乡代理、家乡地址和转交地址，但是移动i p v 6 中没有了外地代理和外地代理转 交地址的概念。移动口v 6 的设计吸取了移动i p v 4 协议开发的经验，结合了i p v 6 协议的许多新特性。相对移动i p v 4 协议而言，移动i p v 6 协议有许多显著的改进。 本小节简要介绍一下移动i p v 6 和移动i p v 4 之间的不同之处。 1 移动m v 4 有一种转交地址是外地代理转交地址，是外地网络上外地代理 的一个口地址。由于i p v 6 具有巨大的地址空间，每个移动节点在任何访问的外 地网络上都能获得一个全球惟一的口地址，不需要使用外地代理转交地址，因 此，移动球v 6 协议没有外地代理转交地址的概念，也不存在外地代理。 在p v 4 中，移动代理通过代理通告消息通告其本身相关信息。在移动i p v 6 中，移动节点在外地网络上使用口v 6 的特性，如路由器通告、无状态或有状态 地址配置方式自动获得和配置转交地址，无须外地网络路由器提供特别的功能支 持。 在移动口v 6 中，移动节点可能会同时拥有多个转交地址，它向家乡代