（通信与信息系统专业论文）移动ipv6中计费系统的设计与实现.pdf

摘要 有线接入网和无线通信网络近几年来飞速发展，它对用户的计费经过多年 完善，已比较成熟。相比之下，无线接入数据网由于受到设备和技术的限制， 才刚刚处于起步状态，对于无线数据网接入用户的计费研究也寥寥无几。然而 普遍认为移动网络在未来的网络中将扮演重要角色，而i p v 6 协议将首先在移动 网络得到应用。m v 6 巨大的地址空间、地址的自动配置以及内嚣的安全性使得 移动l p 技术更易于实现。移动i p v 6 作为i p v 6 协议不可缺少的组成部分，解决 了三角路径问题，使得路由优化、安全性等机制实现更简单。现在已经有运营 商推出适合一个w l a n 的讣费系统，这个计费系统按照有线用户发展初始的拨 号计费方式对无线接入用户实行按时计费，但只能在一个w l a n 中对移动主机 进行计费，事实上将移动主机固定在一个有限的范围内。 根据上述状况和未来无线数据网的发展方向，本文在移动i p v 6 协议的基础 上，提出了针对移动i p v 6 用户的按时计费系统，其特点就是支持移动用户在多 个网络间漫游，完成对移动主机的实时、准确、透明计费。 这种计费设计方案采用从移动主机家乡网络上担任家乡代理的路由器上提 取信息从而完成对每个移动主机即移动个人用户的计费。因为利用的只是移动 i p v 6 协议中已存在的信息，其优点是：一、不用为了支持计费功能而引入其它 的通信量；二、避免对路由器和移动主机的大量修改。 本文将着重介绍整个方案的设计和实现，主要包括移动i p v 6 中的家乡代理、 r a d i u sc l i e n t 和r a d i u ss e r v e r 三部分。在r a d i u s 协议基础上，对f r e e r a d i u s s e r v e r 和家乡代理的功能进行扩展，增加新的r a d i u s 客户端软件，最终完成 对移动i p v 6 用户的计费。 关键词：移动i p v 6 家乡代理转交地址家乡地址绑定更新计费r a d i u s s e r v e rr a d i u sc l i e n t a b s t r a c t i n t e r a c ta n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kd e v e l o p e dr a p i d l yi np a s tf e w y e a r s w i t ht h e i ra c c o u n t i n gs y s t e mc o n s t a n t l yp e r f e c t e d ，n o wt h e i ra c c o u n t i n gi s q u i t em a t u r e i nc o n t r a s tw i t ht h e s e ，w i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k sd e v e l o p e dv e r ys l o w l y d u et ot h el i m i t a t i o no fw i r e l e s sf a c i l i t i e sa n dt e c h n o l o g y a n dt h e r ea l ea l m o s tn o s t u d i e so f a c c o u n t i n gs y s t e mf o rw i r e l e s su s e r st oa t t a c hn e t w o r k b u ti ti sw i d e l y s u p p o s e d t h a tt h em o b i l ec o m m u n i c a t en e t w o r kw i l lp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nf u t u r e n e t w o r k sa n di p v 6p r o t o c o lw i l ib ep u ti n t o a p p l i c a t i o nf i r s t l y i p v 6p r o t o c o lh a s m a n ya d v a n t a g e ss u c ha se x p a n d e da d d r e s s i n gc a p a b i l i t i e s ，s t a t e l e s sa d d r e s sa u t o c o n f i g u r a t i o na n di p s e c ，a n d a l lt h e s em a k em o b i l ei pt ob ei m p l e m e n t e dm u c hm o r e e a s i l yi nt h ei p v 6n e t w o r k m o b i l ei p v 6i sa ni m p o r t a n tp a r to fi p v 6 ，i ta v o i dt r i a n g l e r o u t i n g ，a n ds i m p l i f ys u c ht h i n g sa sr o u t i n gp r o c e d u r e ，s e c u r i t ya n ds oo n n o w t h e r e i san e t w o r ks e r v i c e s u p p l i e rp r o p o s e a n a c c o u n t i n gs y s t e m f o rw l a n t h e a c c o u n t i n gm e t h o do f t h i ss y s t e mi st h es a m ea sd i a l u pa c c o u n t i n g t h i sa c c o u n t i n g m e t h o do n l yc a nb ea p p l i e dt oo n ew l a n ，w h i c hi st os a yt h a tt h eu s e r so n l yc a n m o v ei no n ew l a n s ot h em o v e m e n to f m o b i l eu s e r si sc o n f i n e di nc e r t a i na r e a b a s e do nt h es i t u a t i o nm e n t i o n e da b o v e ，t h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sa c c e s s n e t w o r k ，a n dm o b i l ei p v 6p r o t o c o l ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dan e w k i n do f a c c o u n t i n g s y s t e mf o rm o b i l ei p v 6u s e r s t h eg r e a t e s ta d v a n t a g eo f t h i ss y s t e mi st h a ti tc o u l d s u p p o r tm o b i l eu s e r sm o v ea m o n gn e t w o r k sa n df i n i s ha c c o u n t i n gi m p l e m e n t a t i o n r e a lt i m e ，p e l l u c i d l y t h en e wa c c o u n t i n gs c h e m eg e t s a c c o u n t i n gi n f o r m a t i o nf r o mh o m ea g e n t ， w h i c hi si nm o b i l eu s e r s h o m en e t w o r k ，t oi m p l e m e n tm o b i l ea c c o u n t i n g b e c a u s e t h er e q u i r e da c c o u n t i n gi n f o r m a t i o nh a sa l r e a d yb e e np u ti n t om o b i l ei p v 6p r o t o c o l s t a c k ，t h i sa c c o u n t i n gm e t h o dh a sf o l l o w i n gt w oa d v a n t a g e s ：f i r s t l yt h e r e i sn o s u p e r f l u o u s t r a f f i ci n t r o d u c e di n t on e t w o r kt os u p p o r ta c c o u n t i n go p e r a t i o n ；s e c o n d l y i ta v o i d sm o d i l y i n g p r o t o c o ls t a c k t h e p a p e rp u t se m p h a s i s o nt h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o ft h i sn e w i i a c c o u n t i n gs y s t e mw h i c h i n c l u d eh o m ea g e n ti nm o b i l e i p v 6p r o t o c o l ，r a d i u sc l i e n t a n dr a d i u ss e r v e r b a s e do nr a d i u sp r o t o c o l ，ig r e a t l ye x t e n d e dt h ef u n c t i o no f f r e e r a d i u ss e r v e ra n dh o m ea g e n t ，m a d en e wr a d i u sc l i e n ts o f t w a r e f i n 出b l m a d es o m ee x p e r i m e n t si np r a c t i c a lc i r c u m s t a n c e a n dg o tt h ec o n c l u s i o nt h a t i t a c h i e v e st h ea c c o u n t i n gi m p l e m e u a tf o rm o b i l e i p v 6u s e r s k e yw o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，h o m ea g e n t ，c a r e - o fa d d r e s s ，h o m ea d d r e s s ， b i n d i n gu p d a t e ，a c c o u n t i n g ，r a d i u ss e r v e r , r a d i u s c l i e n t i l l - 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。 口 签名：遗燃日期：姗j 年3 月1 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：立且毅导师签名：型坠! 坠 日期：如蛞年3 月f 日 m i p v 6 h a h a d d r c o a m n c n b u b c r a d i u s 缩略字表 m o b i l ei p v 6 + h o m e a g e n t h o m ea d d r e s s c a r e o f a d d r e s s m o b i l en o d e c o r r e s p o n d n o d e b i n d i n gu p d a t e b i n d i n g c a c h e r e r n o t ea u t h e n t i c a t i o nd i a l i nu s e rs e r v i c e i x 移动i p v 6 家乡代理 家乡地址 转交地址 移动节点 通信节点 绑定更新 绑定缓存 远程认证拨号用户服务 电子科技大学硕士学位论文 1 1 研究背景 1 1 1 当前网络计费 第一章引言 使用网络的用户本身可分为两类，即个人用户和集团用户，根据他们各自 使用网络的特点，对它们的计费方式有所区别。对于个人用户，网络运营商提供 多种带竟的选择，在此基础上按时长、时段等方式送行计费。集团用户( 专线方 式) 正好相反，对带宽业务需求旺盛，是许多用户共同使用网络，故常按数据流 量计费。有线互联网发展到今天已非常普及，大部分个人用户已从最开始的拨 号上网发展为宽带接入用户，计费方式也随之发生了改变：初始的拨号上网以 时间为基础，按照用户上网时长的多少进行计费；现在的小区宽带接入和a d s l 等，大都采用占用资源来计费，即包月计费。与之相比，无线数据网的发展由 于受到设备和技术的限制，还未大规模的普及，对无线数据网用户的计费也很 不成熟。对移动用户的计费的主要难点在于移动用户的位置不固定，随着用户 的移动，接入网络的访问点会随之改变，这样就有可能失去对移动用户的位置 跟踪，无法完成计费。 目前中国网通进行推广的方案是发行w l a n 储值上网卡计费方案【l 】，沿用 了窄带拨号的r a d i u s 统一认证计费方式，通过a c 实现认证控制，并将用户 上网时长传递给总部的r a d i u ss e r v e r ，从而实现在w l a n 中对无线网络用户的 计费。计费策略是按使用时长进行计费，费用从上网卡自动扣除，目标主要应用 于当前宾馆之类单个独立的w l a n 中。随着w l a n 的发展，一个个独立的 w l a n 会逐步被连接起来，移动i p v 6 对移动性的强大支持，允许移动节点m n 在网络之间无通信中断的随意移动。针对这类移动主机的计费，除了计费系统 基本的安全性，至少满足下面两方面的要求： 首先对m n 的计费不能中断，无论m n 移动到何处都能感知它的存在和 离开，从而能够保证计费的连续性和准确性。 其次必须记录移动主枫的位置信息。因为虽然同样是按时计费，但每个 网段的资费标准有可能各不相同，所以必须要求移动主机发生移动后， 第一章引言 及时知道它的位置信息，以便分别记录它在每个外网停留的时间，保证 计费的准确性，同时作为以后的费用清算的记录。 对于目前的网络来说，网络上的设备主要有主机和路由器，实际上，这两 种设备已经包含了计费所需的信息，所以计费数据一般都是从主机和路由器上 获得。无线路由器在下一代网络( n g n ) 的部署中发挥着关键的作用。无线路由器 是将复杂的服务创新、计费与i p 流量管理功能融入到网络之中具有战略意义的 新型设备。无线路由器能在数据的采集和新型服务的计费方面提供强大的支持。 1 i 2 移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 概述【2 】 设计移动i p 协议的主要目的是为了保证无论移动节点( m n ) 在家乡链路 还是离开家乡链路，都可以通过家乡地址被访问。当移动节点在家乡网络时， 其工作方式如同位置固定的主机，移动i p 不需要进行任何特别的操作。常规的 i n t e m e t 路由算法会把目的地址为移动节点家乡地址的分组转发到其家乡链路， 移动i p 需要在不改变这种路由机制的前提下使得离开家乡的移动节点有能力和 其他节点通信。 移动i p v 6 中的许多概念和移动i p v 4 相同或类似，如移动节点、家乡代理、 家乡地址和转交地址。但是，移动i p v 6 中没有外地代理的概念，也只定义了一 种转交地址移动节点通过地址自动配置机制得到的“配置转交地址”。 移动i p v 6 的设计借鉴了移动i p v 4 的经验，并且利用i p v 6 协议提供的新特 性，比移动i p v 4 有很多显著改进。在移动i p v 6 中定义了下面术语： 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ：指分配给移动节点的i p 地址。它属于移动 节点的家乡链路，标准的i p 路由机制会把发给移动节点家乡地址的分 组发送到其家乡链路。文中标为h a d & 。 转交地址( c a r e - o f a d d r e s s ) ：指移动节点访问外地链路时获得的i p 地址。 这个i p 地址的予网前缀是外地子网前缀。移动节点同时可得到多个转 交地址，其中注册到家乡代理的转交地址称为主转交地址0 r i m a r y c a r e o f a d d r e s s ) 。文中标为c o a 。 移动节点( m o b i l en o d e ) ：指移动i p 中能够从一个链路的连接点移动到另 一个连接点，同时仍能通过其家乡地址被访问的节点。文中标为( m n ) 。 通信对端( c o r r e s p o n d e n t n o d ) ：指所有与移动节点通信的节点，通信对 ，2 电子科技大学硕士学位论文 端可以是静止或移动的。文中标为( c n ) 。 家乡代理( h o m e a g e n t ) ：指移动节点家乡链路上的一个路由器，允许移 动节点向其注册当前的转交地址，并且当移动节点离开家乡时，截取其 家乡链路上目的地址是移动节点家乡地址的分组，通过隧道转发到移动 节点注册的转交地址。文中标为( h a ) 。 移动节点、家乡代理和通信对端是移动i p v 6 中最重要的三类功能实体。他 们只是存在于i p v 6 节点上的功能实体，并非对i p v 6 节点上的分类定义。移动节 点同时可能是其他节点的通信对端，家乡代理也可能是移动节点的通信对端等。 m n 必须维护的数据结构是绑定更新列表，其中记录本移动节点发出的所有 绑定更新，包括已经发往通信对端和家乡代理的，也包括正在准备发送而实际 尚未发出的绑定更新。对于同一个目标节点，只记录最近发出的那条绑定更新 的信息。绑定更新列表记录的信息有目的节点的i p 地址、本移动节点家乡地址、 发送给目的节点的本节点的转交地址、生存期等。因为一个移动节点可以获得 多个转交地址，所以必须记录下发给某个目的节点的绑定中通告的是自己的哪 一个转交地址。 h a 节点必须维护两个数据结构：绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 和家乡代理列 表。绑定缓存中记录了移动节点的绑定信息，包括每个在h a 进行注册的移动节 点家乡地址、转交地址、生存期、顺序号等。c n 也维护绑定缓存这一数据结构。 下面的术语和“绑定”相关，绑定的管理是移动i p 防议的重要组成部分， 关系着移动i p 定义的功能实现。 绑定( b i n d i n g ) ：指移动节点家乡地址和转交地址之间的关联。家乡代 理通过这神关联把发到家乡链路的属于移动节点的分组转发到其当前 位置，通信对端通过这种关联也可以知道移动节点的当前接入点，从而 实现通信的路由优化。 绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) ：用于移动节点通知通信对端或者家乡代理 它当前的绑定。 绑定过程( b i n d i n g p r o c e d u r e ) ：由移动节点发起，通知通信对端或者家 乡代理关于本节点当前绑定的过程。 下面简单介绍一下移动i p v 6 的基本操作。 第一章引言 m n 在外地网络获得转交地址后，首先向家乡代理发送“绑定更新”消息申 请注册，为移动节点的家乡地址和转交地址对( 即 ) 在家乡代理上建 立“绑定”，家乡代理则通过一个“绑定确认”消息对移动节点的请求进行应 答。如图1 一l 。 图卜l 家乡注册过程 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，在家乡链路上截取目的地址是移动节点家乡地址 的i p 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。通信对端在 首次发送分组时，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在收到分组后，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，认为通信对端没有与它 建立绑定，以同样的方式向通信对端发送绑定更新消息，在通信对端上建立绑 定，之后通信对端就可以和移动主机直接通信，而不通过家乡代理了。 1 2 课题来源和本文的工作 本文的题目是移动i p v 6 下计费系统的设计与实现，是在本教研室承担的 “i p v 6 关键技术研究”基础上，自主进行研究的课题。 在移动i p v 6 协议的基础上，根据m i p v 6 协议实现的特点，设计了移动用户 在网间移动时维持对个人用户按时计费的方案，并完成了方案中对家乡移动主 机计费设计的实现和测试工作。 文章根据内容分为4 个部份： 第一部分是第1 章，主要对当前计费方式和移动i p v 6 协议做一个简单介绍。 第二部分是第2 5 章，这部分是本文的重点，其中第2 章详细介绍了在移 动i p v 6 协议中存在的可用计费信息和在此基础上提出的计费系统模型，模型主 d 电子科技大学硕士学位论文 要包括家乡代理、计费客户端和计费服务器端；第3 章介绍了要实现计费系统， 如何设计家乡代理、计费客户端和计费服务器端以及计费实时性的保证。第4 章简单介绍了所选软件当前的情况。第5 章分别描述家乡代理、计费客户端和 计费服务器端这三部分是如何实现和进行功能扩展的。 第三部分是第6 章，介绍实现的计费系统在实际环境中的试验情况。 最后一部分是第7 章，这一章是本文的结束章节。总结本文的工作，并提 出进一步研究的方向。 5 第二章m i p v 6 计费模型 第二章m i p v 6 计费模型 对于一个主机而言，计费的全部过程包括计费开始、计费持续、计费结束。 如果是移动主机，计费开始、计费持续、计费结束这三个计费数据采集点还要 根据移动主机所处的位置特殊考虑。主机在接入网络时必须通过认证，在认证 通过的同时触发计费的开始。当主机离开网络时也会通过认证通知自己的离开， 触发计费的结束。作为对单网计费的补充，本文计模型设计主要是针对移动主 机在外网时计费持续这部分的设计，当移动主机在家乡网络时，采用本网计费 的方式对移动主机计费；当移动主机在外地网络时，采用外网计费方式对其计 费。这两种计费方式相互辅助，完成对移动主机的全部计费过程。计费的难点 和重点是对计费数据的采集，数据采集点的设置应该满足计费的公平性和保证 用户的利益。在网络上对个人用户进行流量计费无论从实现技术上还是计费合 理性上分析，都存在不少问题。例如网络中肯定存在出错重传的情况，这部分 流量对于用户而言是无用的，对这部分流量的计费不能很好保证用户的利益。 所以本章介绍的计费模型选择按时计费。 2 1m i p v 6 协议操作分析 在m i p v 6 中，移动主机m n 发生移动后为保证通信的持续，必须向家乡网 络中具有家乡代理h a 功能的路由器发送绑定更新( b u ) ，注册自己当前转交地 址如图2 1 。 6 屯子科技大学硕士学位论文 图2 一l 绑定更新发送 绑定更新报文中包括移动主机薪的转交地址、移动主机的家乡地址、本绑 定更新的生命期、顺序号、控制信息等。绑定更新每隔一定时间发送一次，保 证m n 与家乡链路上的家乡代理时刻保持联系，让h a 感知m n 的存活。如果 在一个发送间隔时间内m n 未发生移动，那么下一个绑定更新在发送间隔时间 结束后按时发送，这种情况下发送的b u 只是用于刷新h a 上绑定缓存( b c ) 中关于该移动主机绑定的有效期。如果在绑定更新间隔中m n 移动到新的外网， 一旦它在这个外网成功获得转交地址，无论是否到达下一个绑定更新发送的时 间，都立刻向家乡代理以及上一个停留网络的家乡代理报告新的转交地址，进 行新的绑定。发给m n 上一个停留网络中h a 的b u 可防止在m n 移动时通信 对端发送来的数据包的丢失。 当h a 的b c 中某个绑定记录超出有效期还未被刷新，h a 向该绑定对应的 移动主机发送绑定更新刷新请求( b r r ) 。此后若还是没有收到m n 的绑定更新， h a 认为该m n 已离开网络，终止对m n 的代理服务，停止对m n 的转发。 当移动m n 收到b r r 后，如果发现b r r 请求分组的源地址已经存在于m n 中的绑定列表，就启动返回路径可达过程测试。( 返回路径可达过程是移动i p v 6 提供的一种安全机制，可以进行绑定授权、保护绑定更新等。) 通过这个过程 m n 可以确信通信对端既可以通过家乡地址也可以通过转交地址访问自己，然后 7 第二章m i p v 6 计费模型 才发送绑定更新给b r r 的源地址。 由此可以看出绑定更新消息的特点：它是m i p v 6 协议规定的数据结构，反 映了当前m n 的网络位置；当m n 在外网时它要被定期发送，在m n 位置发生 变化后会被立即发送。 2 2 计费系统模型 要在家乡网络完成对一个移动用户在外网漫游时的按时计费，必需能够实 时掌握的信息有两个：移动用户的位置情况即m n 当前所在的外网和m n 在每 个外网停留的时间。要完成对外网移动用户在本网的计费必须掌握的信息有两 个：该外地主机的家乡地址和其存本网的停留时间。 根据上节的介绍，转交地址的前缀应该是当前移动主机所在外网的前缀， 对于家乡链路上的家乡代理h a 而言，通过一个m n 注册的转交遗址的前缀信 息可以判定m n 当前停留在哪一个外网中。m n 在外网一旦获得新的转交地址， 立即发送绑定更新回家乡链路，转交地址注册的时间暗示着m n 进入一个外网 的时间，下一次m n 移动到另一个新网，发回的绑定更新中携带在新网中新获 得的转交地址，这两次不同转交地址的绑定注册时间之差就是m n 在第一个外 网中停罄的时间。若有外地主机进入本网，首先在进行地址配置时h a 可发现该 外地主机的进入，当这个外地主机进入新的外网生成新的转交地址后，除了要 发送b u 给它的家乡链路还要发送给本网，通过这个b u 可以发现m n 离开，停 止对它在本网的计费。即现有的绑定更新中包含了计费所需的信息，只要能够 取得这些信息，就可以完成对移动主机的按时计费操作。从这里可以看到，主 机在家乡网络时，只有家乡的计费服务器在对其计费。当主机移动到外网后， 本网和外地网络都在对它进行计费，这两部分计费是相互补充和监督的。这样 在进行费用清算时，s u b 2 中记录的m n l 使用该网络的费用应该和m n l 家乡记 录的m n l 使用s u b 2 网的费用一致，防止舞弊和欺骗，同时增强了计费系统的 可靠性。 获取绑定更新消息有两个地方：移动主机和家乡代理。如果从移动主机上 获褥绑定更新消息，意味着移动主机需要同时向h a 和计费服务器发送b u ，这 样一方面要增加网络上的通信量，另一方面要在移动主机上要增加新的软件来 与计费服务器通信。相反，如果从家乡代理上获得绑定更新消息，可以轻易避 8 一 电子科技大学硕士学位论文 免上述不足。首先m n 移动后希望其他c n 仍能和它通信，必须发送b u 给家乡 链路上的h a ，在本地链路上从h a 上提取绑定更新中的信息，相当于只是提取 现有信息，而不是新增信息。而且h a 与本地计费服务器通信属于网络内部通信， 不会增加网络间的通信量，也不需要对移动主机进行修改。 在计费系统中，采集到的计费数据不是直接交给计费服务器进行处理的， 需要计费的客户端和计费的服务器端配合。计费服务器端与客户端按照一定的 协议进行通信，计费的客户端负责收集原始的计费信息，把信息按照计费服务 器能够处理的格式进行封装，然后才把计费信息发给服务器。计费服务器收到 计费请求报文，然后进行处理，完成计费操作。 在上述基础上，本文提出的计费模型如图2 - 2 和图2 3 。图2 2 是家乡链 路上完成对本地用户在外地漫游时的计费模型：从移动主机家乡链路上的h a 提 取计费信息，计费的客户端按照与计费服务器间的某种通信协议封装计费信息， 最后由计费服务器端处理、记录计费信息。图2 3 是家乡链路上对外地主机在 漫游到本网时的计费模型：首先感知外地m n 的进入开始计费，当m n 离开本 网后，通过b u 出发上一个m n 停留外网对本机的计费计费。 图2 2 对本地用户计费模型 9 第二章m i p v 6 计费模型 2 3 模型分析 图2 3 对外地用户计费模型 在上面的计费模型中，计费系统包括计费服务器、计费客户端和家乡代理。 在m n 家乡链路上的计费服务器从本地的家乡代理上提取绑定更新中的些信 息就可以完整的掌握m n 行踪，进行计费操作，不需要在各个网点单独设置计 费点。 同时绑定更新还可以协助计费操作在两种计费方式之间切换。移动主机只 有移动到外网时才开始发送绑定更新消息，也就是说只要移动主机在向家乡代 理定期发送b u ，该m n 就还未返回家乡，应该使用外网计费方式。当移动主机 返回家乡后，会向h a 发送绑定更新注销报文，宣告自己已返回家乡，通过这一 报文可以判断这时应该停止外网计费，开始本网计费。 总而言之，通过绑定更新，我们可以获得m n 当前的位置信息以及m n 在 每一个外网停留的时间。通过绑定更新还可以完成本网计费和外网计费方式的 切换。所有这些数据采集出来可以完成对一个个人用户进行按时计费操作。并 且可以详细到何时在何地接入网络的时长。现在我们来分析一下，在下列特殊 情况下，模型如何保证正常计费。 1 0 电子科技大学硕士学位论文 2 3 1m n 恶意修改 在计费模型中，最重要的计费信息来自m n 发送给家乡代理的绑定更新， 如果m n 教恶意修改拒绝发送绑定更新给家乡代理，是否就无法计费了昵? m n 被唯一识别的只有它的家乡代理，当它移动到其他网络，知道它移动位 置的只有家乡代理，每个c n 在首次发起通信时必须通过家乡代理进行转发。这 种情况下，若m n 不向家乡代理通知它的转交地址，家乡代理就无法转发c n 的数据报文，导致c n 与m n 无法进行通信。当然通信也有可能是由m n 发起 的，m n 可以先在c n 上进行绑定操作：这样c n 就可以直接和m n 进行通信了。 但这种情况是不可能发生的，因为在m n 与c n 进行绑定操作的时候，m i p v 6 协议规定，其中必须有一个“返回路径可达”的测试过程。在返回路径可达过 程中，通信对端知道自己是否能够使用转交地址和家乡地址访问移动节点，如 果m n 不向h a 发送b u 进行注册，c n 将无法通过m n 的家乡地址访问移动节 点，造成“返回路径可达”测试过程失败，通信对端将不能接收移动节点的绑 定更新，也不能直接发送分组到移动节点的转交地址。 2 3 2m n 非正常离开 m n 有可能因为电力不足、出现故障等因素，在外网以非正常的方式无宣告 的离开网络。这种情况当然应该及时停止对这个m n 的计费。m i p v 6 协议规定， h a 绑定缓存中的每一个绑定信息都有生命期，m n 在正常情况下，要定时发送 b u 刷新h a 上关于自己绑定信息的生命期。如果生命期超时h a 还未收到新的 b u ，h a 主动发送绑定刷新请求信息，重发规定次数后还未收到m n 新的b u ， h a 认为这个m n 已经非正常离开网络，停止对它的代理服务。在这里设计同时 通知计费服务器停止对m n 的计费，达到防止对m n 超时计费的作用。 2 _ 3 3m n 从外地接入网络 m n 从外网接入涉及到外网是否支持计费操作、是否和家乡网络有连接、网 络的认证系统是否支持外网认证等。如果上述三个方面有任何一个不具备，m n 在外地都无法接入网络，当然更谈不上对它进行计费了。 如果上述条件具备，当移动用户从外地接入网络，它首先要请求外地链路 上的路由广播信息，来获得自己在外网中的转交地址，一旦得到转交地址后， 第二章m i p v 6 计费模型 移动用户从外地发起认证，当然这需要认证方式支持外网认证，通过认证可以 触发移动用户在家乡链路上的计费服务器开始对本主机进行计费。 1 2 电子科技人学硕士学位论文 第三章m i p v 6 计费实现设计 根据上一章的计费模型设计，整个计费服务系统的实现有三大元素：家乡 代理h a 、计费c l i e n t 和计费s e r v e r 。而移动主机上不会引入任何附加的程序， 只要安装m i p v 6 协议栈就可以，从这一个方面来看，更利于实现和推广。在实 现中如何组合这三个完成计费服务功能的元素有两种方式：其一是h a 是一个物 理实体，计费c l i e n t 和计费s e r v e r 在另一个物理实体。其二是h a 和计费c l i e n t 在一个物理实体上，计费s e r v e r 单独在一个物理实体上。 家乡代理h a 模块是运行在网络层的进程，属于内核进程，而计费c l i e n t 和计费s e r v e r 均为应用程序，属于用户空间进程。我们知道在计算机通信中， 端到端的通信必须是同一层上的通信。这样如果采用第一种模型，为了解决一 台机器上第三层进程( h a ) 与另外一台机器上应用层进程( 计费s e r v e r ) 的通 信，要么在h a 的应用层再增加一个程序，用于转发h a 的消息给计费服务器； 要么在计费服务器的内核网络层增加一个程序接收由h a 直接发来的消息，然后 再转发给计费服务器。无论那种方式，势必要增加第四个程序。 所以本次计费系统的实现采用第二种组合方式，计费模型实现如图3 1 ， 计费系统由计费客户端和实现计费的服务器端构成。计费客户端包括家乡代理 h a 和运行在其上的c l i e n t 端。计费服务端由计费s e r v e r 和数据库构成。驻留在 h a 上的c l i e n t 既可以完成规定协议报文的封装工作，也解决了不同机器之间内 核与用户空间的通信。 家乡代理h a 计费服务器 图3 1m i p v 6 计费实现设计 1 3 第三章m 1 p v 6 计费实现设计 如图3 一l ，i v i n 按照移动i p v 6 协议在发生移动后发送b u ，h a 将收到的 b u 信息转化为计费信息，然后把这一消息通知上层的c l i e n t 。c l i e n t 收到来自 h a 计费消息后，把消息按照某种通信协议加以封装发送给s e r v e r 并等待回应。 s e r v e r 收到计费请求信息后对其进行处理，并更新数据库中的计费信息，然后发 送响应给c l i e n t 。一次计费通信完成。 3 i 家乡代理( h a ) 实现设计 家乡代理要负责两类主机的控制，一类是属于本子网的主机( 如图3 2 中 的m n l ) ，另一类是移动到本子网的外地主机( 如图3 2 中m n 2 ) ： 图3 - 2 网络中的两类移动主机 这两类主机计费的方式肯定不完全相同。对于属于本网的移动主机，无论 m n i 是处于本网还是移动到外网，计费系统均需要跟踪m n l 的移动，记录下所 有关于m n l 的费用。对于移动到本网的外地移动主机，只需要记录该移动主机 在本网的费用，当其离开本网，不再跟踪，停止计费。下面分别介绍对这两类 移动主机的计费设计。 1 4 电子科技大学硕士学位论文 3 1 1 对于本网主机 根据前面对移动i p v 6 基本操作的介绍，当m n l 移动出家乡网络，m n i 在 成功获得转交地址后，应立即向家乡代理发送绑定更新信息，家乡代理在收到 本子网m n l 发来的绑定更新后，首先要判断这是一个注册绑定更新还是注销绑 定更新。若绑定更新中携带的h a d d r 和c o a 不相等，那么该b u 是注册绑定更 新。反之则是注销绑定更新。对收到的注册b u ，h a 检查自己的绑定缓存( b c ) 中是否有关于m n l 的记录入口，如果存在这样的记录，就更新自己的b c 。对 收到的注销b u ，h a 直接删除b c 中关于这个h a d d r 的记录即可。既然绑定更 新的处理过程中要对计费所需的信息h a d d r 和c o a 进行处理，那么在这里实现 对计费功能的支持最合适。设计如下，其中斜体字部分是m i p v 6 协议规定的 h a 对于b u 的处理操作，我们可以直接使用h a 的判断结果，再增加计费方式 判断和计费信息的发送的代码即可： 收翻注翡b u 且b i n d i n g c a c h e 有关于该h a d d r 的记录 比较新收到的绑定更新中携带的 与b c 中记录 是否发生了变换，然后根据不同情况进行下列操作： 1 1 对不变，不通知计费系统，持续目前计费方式； 2 ) 对发生改变，通知计费系统终止当前计费，开始在新 网的计费。 收至q 注册b u ，但b c 中没有关于m n l 的绑定更荻记录 说明这是m n l 第一次移动到外网，应该通知计费服务器停止当前的本 地计费，开始外网计费。 牧勤注销b u 说明m n 返回家乡，通知计费系统停止外地计费，开始本地计费。 3 1 1 2 对于外网主机 当m n 漫游到外网，对于图3 2 中就是m n 2 移动进入s u b l 或m n l 进入 s u b 2 ，根据m i p v 6 协议，应采用无状态动态地址分配，m n 2 无需s u b l 中h a 的参与，只需接收来自该网中h a 的定期路由通告，根据通告中的网络前缀生成 转交地址，然后就可以继续通信。在这种情况下s u b l 中的h a 无法对m n 2 进 第三章m i p v 6 计费实现设计 行计费管理。所以对h a 的路由器广播信息内容进行控制。 在h a 的通告信息中的前缀选项里有一个a 位，用来控制该前缀是否可用 于自动地址配置。当a 位为0 ，表示不能使用该路由广播( r a ) 中广播的网络 前缀生成地址。这样m n 2 收到外地路由广播r a ，就不能自动生成转交地址， 必须发送路由请求( r s ) 请求前缀信息，完成转交地址的生成。r s 中含有外地 主机的家乡地址，当s u b l 中的h a 收到r s 后，就可以感知有外地主机m n 2 进入网络了，触发对m n 2 的计费。当m n 2 离开s u b l 网后，在下一个新网中 它会向自己停留过的上一个外网发送b u ，这里就是s u b l 。通过这个b u ，s u b l 中的h a 感知到此时终止对m n 2 在本网的计费。 。 3 2 计费c l i e n t 端实现设计 3 2 1 多线程机制 因为一个h a 要负责多个移动主机的代理工作，这祥很有可能会同时收到多 个移动主机的绑定更新，并将这一信息报告给c l i e n t 。在这种情况下，如果c l i e n t 端是单进程运行，那么无法同时发送多个m n 的计费请求。为了不丢弃请求， 同时到达的请求必须以排队的方式逐个处理。c l i e n t 并不是发送完一个计费后就 立刻发送下一个，它还要等待s e r v e r 的成功计费响应报文以确定对m n 己完成 正确计费，然后才发送下一个计费请求。这样下一个计费请求被延迟发送的时 间大大延长，降低了计费的实时性，也降低了计费的准确性。 所以c l i e n t 设计必须采用多线程机制。设计一个主进程负责接收来自h a 的 计费信息，生成若干子线程完成与s e r v e r 的通信。为了能和内核通信，主进程 必须将自己的进程i d 通知内核，然后等待来自内核的计费消息。一旦收到h a 发来的计费信息，c l i e n t 立刻创建一个子线程，由这个子线程完成与服务器的计 费的通信，而主进程本身则继续侦听来自内核的下一个计费消息。特别需要注 意的是主进程应该是一个无限循环的程序，这样一方面保证随时接收内核消息， 另一方面保证子线程不会随着主进程的结束而提前结束。其工作方式如图3 3 ： 1 6 电子科技_ 人学硕士学位论文 图3 3c l i e n t 端的多线程结构 3 3 计费s e r v e r 端实现设计 3 3 1 地址问题 根据设计，c l i e n t 需要向s e r v e r 提供的信息是一个m n 的家乡地址h a d d r 和转交地址c o a ，它们都是1 2 8 位的。目前的计费软件都是针对i p v 4 地址的处 理，i p v 4 地址只有3 2 位，可以用一个整形存放，按照对整形的操作进行处理， 易于实现。1 2 8 位i p v 6 地址只能按照数组存放，按照对数组的操作进行处理。 为了让计费s e r v e r 能够运行在i p v 6 平台上并且处理带有i p v 6 地址的报文，就必 须解决地址处理的闯题。对地址的操作主要包括地址的比较、地址的填写、地 址的检查和地址的查找。地址填写以一般数组方式按序填写即可。如果是要进 行地址的比较，根据i p v 6 无状态地址自动配置协议，生成的地址是由网络前缀 加上移动主机上的网络硬件设备号构成，所以如果从