（通信与信息系统专业论文）移动ipv6在lwip中的应用.pdf

摘要 今天越来越多的无线设备开始提供i p 连接，移动计算也因此开始流行。当某 个节点移动到其他子网时，它希望能够在当前位置继续当前的通信，而不会因为 链路的切换而引起通信问题。因为当前使用的i p v 4 协议不能向用户提供移动透明 性，所以移动口v 4 被设计出来解决这个问题。然而，i p v 6 是未来发展趋势，它具 有内嵌移动支持优势。并且在产业界也支持这样的发展趋势。例如，第三代合作 项目( 3 g p p ) 已经接纳i p v 6 作为下一代无线网络规范。随着嵌入式通信网络技术 的发展和良好的应用前景，特别是i p v 6 协议的逐步完善和应用需求，越来越多的 嵌入式设备要求具有移动i p v 6 的功能。 m i p l ( m o b i l ei p v 6f o rl i a t t x ) 作为l i n u x 下的开源项目，在l i n u x 环境下实 现了移动i p v 6 。它被越来越多的人承认，并应用于实际的i p v 6 网络中。具有很高 的实用价值。 l w l p ( l i g h t w e i g t hm ) 作为一种运行在嵌入式设备上的t c p i p 协议栈，被广泛 移植到各种嵌入式系统中。如果在l w l p 中加入移动i p v 6 的功能，就能够使移植 l w i p 的嵌入式设备增加支持移动性的功能。 本文的目标是移植m i p l 到l w l p 上，并将移植了m i p l 的l w l p 移植到l i n u x 系统上，在实际的网络环境中测试移植后的功能。 本文首先介绍了移动i p v 6 的原理，包括移动i p v 6 产生的背景，移动i p v 6 对 i p v 6 的修改，移动i p v 6 的基本操作，移动i p v 6 与移动i p v 4 的比较。 接着，本文对移动i p v 6 在m i p l 上的基本实现算法进行了研究，分析了m i p l 实现移动i p v 6 的基本算法流程和数据结构。 然后，本文比较了l i n u x 系统与l w l p 的异同。研究了m i p l 移植到l w l p 上 的可行性，并提出了移植方案。 在移植m i p l 到l w l p 上后，为了测试移植的正确性，进一步将l w l p 移植到 l i n t l x 系统上。在简易的网络环境中测试了移植后的功能。 关键词：移动i p v 6 ，m i p l 项目，l w l p 协议栈，移植 a b s t r a c t a b s t r a c t n o w a d a y s m o b i l ec o m p u t i n gi sb e c o m i n gp o p u l a rw i t hm o r ea n dm o r ew i r e l e s s d e v i c e sb e g i n n i n gt oo f f e ri pc o i l i i e c t i v i t y w h e nan o d em o v e st oa n o t h e rs u b r t e t i t e x p e c t st ok e e pc u r r e n tc o m m u n i c a t i o nd e s p i t et h es u b n e ts h i f t s i n c et h ec u r r e n t l yu s e d i p v 4p r o t o c o lc a l l tm a k em o b i l i t yt r a n s p a r e n tt ot h eu s e r ) m o b i l ei p v 4w a sd e s i g n e dt o s o l v et h i sp r o b l e m h o w e v e r , i p v 6i st h ef u t u r et r e n df o rn e l w o r kp r o t o c o lw i t ht h e a d v a n t a g eo fb u i l t - i nm o b i l i t ys u p p o r t b e s i d e s ，t h ew i r e l e s si n d u s t r yt e n d st o b ei n s u p p o r to fi p v 6 f o ri n s t a n c e ，t h en l i r d g e n e r a t i o np a r l n e r s h i pp r o j e c t ( 3 g p p ) h a s a d o p t e di p v 6a st h ew i r e l e s sn e r o r ks t a n d a r df o rt h et h i r dg e n e r a t i o nw i t ht h e d e v e l o p m e n t o fe m b e d d e d s y s t e m a n dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，e s p e c i a l l yt h e d e v e l o p m e n to f l p v 6 ，m o r ea n dm o r ee m b e d d e dd e v i c er e q u i r em o b i l ei p v 6t e c h n o l o g y ， t h em i p l ( m o b i l ei p v 6f o rl i n u x ) i sa ni m p l e m a n to fm o b i l ei p v 6i nl i u n x e n v i r o n m e n t m o r ea n di n o r ep e o p l ea c o g p ta n di m p l e m e n ti ti nr e a li p v 6e n v i r o m e n t i t h a sh i 曲v a l u e t h el w i p ( l i g h tw e i g t hi f ) i sat c p i pp r o t o c o lt h a tc a nb eu s e di ne m b e d d e d d e v i c e i ti sw i d e l yp o r t e dt om a n ye m b e do p e r a t i o ns y s t e m s i fw ea d dm o b i l ei p v 6t o t h el w i p i tc a l lm a k et h ed e v i c ew h i c ht r a n s p o r tl w i ps u p p o r tm o b i l i t y t h ep a p e r st a r g e ti st r a n s p o r t i n gm i p lt ol w l p a n dt h e nt r a n s p o r tt h el w i p w h i c hw a st r a n s p o r t e dm i p lt oi i n u x n ef i m c t i o no ft h el w i pi st e s ti nr e a in 脚o r k e n v i r o n m e n t f i r s t l y ，t h ep a p e ri n t r o d u c et h ep r i n e i p l eo f m o b i l ei p v 6 ，i n c l u d i n gt h eb a c k g r o u n d o fm o b i l e1 p v 6 ，t h ee m e n d i n go fi p v 6b ym o b i l ei p v 6 ，t h eb a s eo p e r a t i o no fm o b i l e m v 6 - t h ee o m p a r i s i o no f m o b i l e1 p v 6a n dm e b i l ei p v 4 t h e n , t h ep a p e rr e s e a r c ht h eb a s ea r i t h m e t i co fm i p lw h i c hi m p l e m e n tt h em o b i l e i p v 6b a s e do i ll i n u x a n a l y s et h eb a s ed a t af l o wa n dd a t as n l 】c t u r ei nm i p l t h e n , t h ep a p e rc o m p a r el i n u xo p e r a t i o na n dl w i p r e s e a r c ht h ef e a s i b f l i t yt h a t t r a n s p o r t e dm i p l t ol w 口。a n da v eam e t h o d o f t r a n s p o r t i n g i nt h ee n d a f t e rt r a n s p o r t t i n gt h em i p lt ol w l p , i no r d e r 幻t e s t i n gt h a ti ft h e t r a n s p o r ti ss u c c e s s f u l ，it r a n s p o r tl w i pt ol i n u x n l el l i ph a db e e nt e s ti nr e a l i i a b s t a c t n e t w o r ke n v i r o n m e n t ig o tt h es u c c e s s ，a n db a s e dt h ef u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d ：m i p v 6 ，m i p lp r o j e e t ，l w l p ，t r a n s p o r t l i l 图表目录 图2 - 1 图2 - 2 图3 2 图3 3 图3 - 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 - 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图4 - 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 。5 图4 6 图4 _ 7 图4 - g 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图5 1 图5 2 图5 - 3 图表目录 i p v 6 报文头格式。8 移动i p v 6 的基本框架1 2 m i p l 示意框图1 6 系统运行图1 6 通信对端绑定缓存表状态图1 7 绑定缓存表数据结构1 9 对端检查收到的数据包2 1 路由器表项生存期状态图2 3 移动检测使用的数据结构2 4 使用r a 进行路由器发现2 6 使用r a 进行移动检测2 7 节点移动后动作图2 8 返回路由可达过程2 9 绑定更新表状态转移图3 0 l i n u x 对m 口l 支特图3 4 l w l p 整体组织结构框图。3 9 移动i p v 6 移植概图4 3 m i p l 中路由头的输入输出4 4 p b u f 数据结构4 8 条件变量功能图4 9 信号量功能图。5 0 超时队列数据结构。5 0 单线程计时5 3 多线程计时5 3 m 1 p l 获取m a c ：地址。5 4 l w l p 中m a c 地址的获取一5 4 移植的依赖关系5 7 信号量移植实现图5 8 l w l p 定时器实现图5 9 v 图表目录 图5 - 4整体移植框图6 0 图5 5链路层套接字6 l 图6 - 1软件测试拓扑图6 3 图6 - 2测试方法图6 4 围6 - 3截获的口v 6 报文头部6 5 图6 4截获的绑定更新报文6 5 图6 - 5带第二类路由头的i p v 6 报文6 6 表3 1状态转移动作图l s 表3 - 2绑定缓存表数据说明1 9 表3 3移动检测数据结构解释2 5 表3 - 4绑定更新表状态转移事件3 0 表4 1m i p l 中建立的r a ws o c k e l 3 6 表4 2m i p l 中多线程的使用3 7 表4 3内核协议栈与l w l p 的比较4 0 表4 _ 4l i n u x 系统与l w i p 操作系统仿真层的比较4 l 表4 5保留的原m i p l 的文件4 3 表4 6p b u f 数据结构说明4 8 表4 7超时队列数据结构说明5 0 表4 8l w i p 信号量函数5 1 表4 - 9 l “p 中创建新线程的s y s j h r e a d _ n e w 函数参数5 3 表5 - 1邮箱函数6 0 v 缩略字表 m i p v 6 h a h a d d r c o a m n c n b u b c m i p l l w i p s s i d a p 缩略字表 m o b i l ci p v 6 h o m ea 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 dn o d e b i n d i n gu p d a t e b i n d i n gc a c h e m o b i l ei p v 6f o rl i n t l k l i g h tw e i g t hi p s e r v i c es e ti d e n t i f i e r a c c e s sp o i n t 移动i p v 6 家乡代理 家乡地址 转交地址 移动节点 通信对端 绑定更新 绑定缓存 l i n u x 下的移动i p v 6 轻量级i p 协议栈 服务区标识符匹配 无线接入点 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： 言磊 日期：2 d 0 1 年胃3 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：咭磊导师签名：刁己p 、1 1l l 日期：20 0 7 年5 月f ；日 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 因特网早已深入到我们生活的方方面面，成为了很多人日常生活中不可或缺 的一部分。目前人们主要采用固定接入方式使用网络，这在很多方面限制了网络 应用的进一步发展，随着i p 网络和无线移动终端及其应用的不断发展，对i n t c m e t 的移动性支持变得越来越重要，移动p 技术1 1 】正是适应这种需求而产生的一种支 持移动用户和因特网连接的互联技术。它能够使得人们无论在家里、办公室还是 在火车上都能通过笔记本电脑随时连接到i n t e m e t 上，同时无需中断正在进行的 网络通信，也因此成为了当前业界研究的热点问题。为了更好的解决在传统网络 框架下由于移动性所带来的问题，因特网工程任务组( i e t f ) 成立了专门小组研 究标准化移动口，在原有的l p 协议【2 1 的基础上为了支持移动而提出解决方案，推 动了移动i p 的发展与应用。 传统的互联网在i p v 4 协议的基础上经历了长时间的发展，也暴露出很多缺点， 再加上地址空间分配存在问题，对其修修补补已不是长久之计，对此口v 6 应运而 生，i p v 6 具有的优点使其成为了下一代互联网络的核心。到目前为止，i p v 6 已经 形成了比较完善的协议体系，并得到广泛的部署和应用l l j 。i p v 6 的出现也是移动 计算上的一个里程碑移动i p v 6 t 6 l 不仅继承了移动i p v 4 协议p 1 的众多特性，吸取 了移动i p v 4 协议的开发经验，而且结合i p v 6 协议的许多新特性，能够提供给移 动节点足够的独立转交地址( c o a ) ，避免了“三角路由”问题，提高了通信效率。 i p s e e 与移动i p v 6 协议的结合更提高了网络的安全性。 在另一方面随着嵌入式技术的发展，嵌入式技术被越来越多的应用到我们的 生活中。现在，由于越来越多的设备需要通过i m e m e t 进行通信或者控制，因此 互连和安全功能成为除操作系统之外，设计者们所面临的主要设计需求。嵌入式 系统的工程师们在设计的前期就要仔细选择互连和安全协议栈，确保t c p i p 协议 栈和相应的安全与移动特性能够在该嵌入式系统的生命周期内，满足大部分功能 升级和设计更新的需要。 对于大多数应用来说，现在的问题不再是构建自己的t c p i p 栈，而是选择一 个合适的协议栈。我们将面i 豳使用多个r t o s 的挑战。在这种情况下，9 目络互连 电子科技大学硕士学位论文 和安全协议栈需要移植到多个r t o s 上。必须在系统开发的早期就意识到存在 这种需求的可能性【”。 在这种背景下出现了很多独立于操作系统的便于移植的开源微型t c p i p 协议 栈。这些协议栈符合r f c 的标准，便于移植到有操作系统或没有操作系统的环境 “。但是它们几乎都没有提供对移动i p v 6 的支持，因此研究如何将移动i p v 6 协 议用于微型协议栈是一个值得研究的课题。 1 ，2 国内外研究现状 1 2 1 移动i p v 6 的研究现状 目前关于移动i p v 6 协议的研究正处于不断完善的过程中，在i e t f 工作组中与 m i p v 6 相关的有五个小组，分别是m i p 6 工作组、m i p s h o p 工作组、m o n a m i 6 工作 组、n e m o 工作组、n e t l m m 工作组，负责制定移动i p v 6 协议的各个方面【l ”。 目前i p v 6 在各种操作系统平台上开发出来的实验系统有以下3 种，前2 种工 作在l i n u x 平台： l a n c a s t e rm o b i l e1 p v 6p a c k a g e l l “该系统是由英国兰卡斯特大学的计算机系 的i p v 6 小组开发的。但从1 9 9 8 年3 月以来一直没有更新。 m i p l i l | s 1m o b i l ei p v 6f o rl i n u x 该系统最早是由芬兰赫尔辛基技术大学 h u ts o f l w a r e p r o j e c t 项目开发的，现在由赫尔辛基大学的通信与多媒体实 验室g o c o r e 项目组负责后续的开发工作。m i p l 项目更新速度快，并支 持最新的l i n u x 内核版本。该项目基于g n ug p l ( 通用公共许可证) 的条款 发行最新版本。 在非l i n u x 平台上，微软已经在w m d o w s2 0 0 0 上推出了支持移动i p v 6 的 软件，s u n 公司也承诺将在下一版的s o l a r i s 操作系统中支持移动口“。 1 22 嵌入式微型协议栈的发展现状 由于越来越多的设备需要通过i n te ：m e t 进行通信或者控制，因此互连和安全功 能成为除操作系统之外，设计者们所面临的主要设计需求 基于以上情况，一些符合r f c 要求适用于嵌入式设备的微型协议栈应运而生。 其中比较著名的有i n t e r n i e h e i s ，a v e - t c p 1 “，u l p 1 1 和l w i p 。其中后两种是开 源的项目。 2 第一章绪论 i n l e r n i c h e 的t c p i p 协议套件具有代码小、高移植性和兼容性，包含a n s ic 代码、一个s o c k e ta p i 和全部技术文档。i n t e r n i c h e 的口层软件可以构造成一个 标准的客户机、一个i p 路由器或一个多主机服务器。h a t e r n i c h e 的t c p i p 协议套 件支持a r p 、碑、i c m p 等基本协议和b o o t p 协议。 a v e t c p 是由爱可信开发的基于r f c 规范的协议栈，是最早一批支持下一代 i p v 6 标准的协议栈之一。a v e - t c p 支持i p v 6 f l p v 4 双协议栈，可以构建两种环境。 另外，它也支持i p s e e 以及w a p2 0 规范中的w 圩w i r e l e s sp r o f i l e d t c p ，为2 5 g 3 g 蜂窝电话提供了一个优化选项。a v e t c p 还支持下一代蜂窝电话及家庭网络等信 息设备的i p 连通。 u i p 是应用于s b i t 和1 6 b i t 微控制器的开源t c p i p 协议栈。它提供了连入 i n t e r t l e t 必要的的协议，而且只占用很少的存储资源。它可以免费获得，既可以将 它用于非商业的研究，也可以用于商业产品。但是它不能移植到操作系统上。 1 w l p ( l i g h tw e i g h ti p ) 是瑞士计算机科学院( s w e d i s hi n s t i t u t eo fc o m p u t e r s c i e n c e ) 的a d a md u n k e l s 等开发的套用于嵌入式系统的开放源代码t c p i p 协 议栈。l w i p 既可以移植到操作系统上又可以在无操作系统的情况下独立运行。 l w l p 支持多网络接口下的球转发，支持i c m p 协议，包括实验性扩展的的u d p ( 用户数据报协议) ，包括阻塞控制，r 1 t 估算和快速恢复和快速转发的t c p ( 传 输控制协议) ，提供专门的内部回调接口( r a wa p i ) 用于提高应用程序性能，可 选择的b e r k e l e y 接口a p i ( 多线程情况下) 在最新的版本中支持p p p ，新版本中增 加了的i pf r a g m e n t 的支持，支持d h c p 协议，动态分配i p 地址。 可以看出微型协议栈也是在工业应用中非常广泛的。在以后的嵌入式发展中， 对于可移植协议栈的研究将会引起人们更广泛的兴趣【7 j 。其中l w i p 作为一个开源 项目的产物。是被研究的比较多的协议栈，有的嵌入式系统就使用了l w i p 作为其 协议栈，如u c o s i i 。所以我们的研究以l w i p 为基础，在其上实现移动i p v 6 协 议。 1 3 主要工作 球技术是上个世纪产生的最具有影响力和穿透力的通信技术，虽然几十年来 人们一直在讨论利用i p 技术来提供综合业务的美好前景，但实际上只有上个世纪 以来各种网络技术的飞速发展才使得经济可靠的网络融合第一次成为可以实现的 梦想。i p v 6 以及相关技术的出现，让这些美好的前景成为可能。 电子科技大学硕士学位论文 而嵌入式系统的发展让协议栈在嵌入式系统上的应用越来越广泛，为了更好 的促进协议栈在嵌入式系统上的应用。l w i p 在这方面做了大量的工作，也有很多 应用，如何更好的使得l w i p 在移动领域得到应用。我在这方面做了研究工作。 本文主要工作总结如下： 论文在详细分析移动i p v 6 基本协泌和m i p l 项目对移动i p v 6 协议的实现 情况，分析了实现移动婵v 6 基本功能需要的算法实现。主要分析了家乡注 册，路由优化，移动节点和通信对端对处理带有移动头和第二类路由头的 i p v 6 报文的处理。 为了使移动m v 6 在嵌入式协议栈上实现其基本功能，分析了l w l p 实现 i p v 6 协议的基本框架，分析了嵌入式协议栈上对实现移动i p v 6 所提供的 支持。并针对嵌入式协议栈的特点，对m i p l 进行裁减后，将其移植到嵌 入式协议栈上。 为了测试移植是否成功，将实现了移动功能的l w i p 移植到l i n u x 系统的 用户空间上，并测试其功能。验证了本文提出的移植方案的正确性，并验 证成功。 1 4 本文组织结构 本文总体可以分为三大部分，各部分的组织结构如下： 第一部分包括第二章、第三章。介绍了移动i p v 6 的产生和研究现状，对i p “ 改进，它的基本操作，对移动i p v 6 的原理做了详细的说明。分析了协议的基本状 态转换以及m i p l 项目实现移动理v 6 协议的基本算法和数据结构。 第二部分包括第四章详细分析了l w l p 的实现机制和它对本身对口v 6 的支 持，并在上一部分分析m i p l 对移动i p v 6 的实现基础上，研究了如何裁减m i p l ， 使它能够被移植到l w i p 上的实现方案，并具体描述了实现细节。 第三部分包括第五章，第六章，介绍了移植l w l p 的研究现状。并分析了移植 l w l p 到u n i x 的例子。比较l i n u x 和u n i x 的异同，将移植了移动i p v 6 的l w l p 移植到l i n u x 系统上，并测试了软件的基本功能。 4 第二章移动i p v 6 协议 2 1 移动i p 的产生 第二章移动i p v 6 协议 在i n t e r n e 上，每个主机分配有唯一的p 地址或动态i p 地址。由于i n t c r n c t 是 基于网络前缀的路由，i p 数据分组首先路由到i p 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这台主机，也表示这台主机的物理网络位 置。当移动主机在不同的网络问移动时，它的妒地址己经不能表示其物理网络地 址，发送给移动主机的i p 分组不能被正确转发到目的节点，移动主机因而不能正 常地接入i n t c m e t 获得网络服务。为了实现移动主机接入i n t e r a c t ，曾经提出以下两 种方案。 在移动节点每次变换位置时，改变其m 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。另外，如果移动节点每次移动 时都改变它们的婵地址，那么要想及时地得到它们的i p 地址可能很困难， 即使移动节点每次都及时更新d n s ( d o m a t nn a m es y s t e m ) ( 并且存在 安全问题) ，它的通信节点也无法知道它返回的口地址是否已经过期了。 根据特定主机地址进行路由选择。也就是说，每当主机移动时，就向许多 台路由器传送特定主机路由。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。 因此，需要设计一种新的协议来解决以上的问题。它需要允许无线节点( m o b i l e n o d e ) 在移动时通过不同的接入点( a c c e s s p o i n t ) 与通信对端( c o r r e s p o n d i n g n o d e ) 保持通信。移动节点在同一个网络中的不同a p 点的切换由l 2 的协议加以管理而 不涉及l 3 的协议。另一方面，如果m n 连接的a p 点属于其他的网络，那么此时 m n 的i p 地址就不再有效了。这样，需要有一个l 3 的协议来管理这种移动。这就 是移动m u j 。 移动i p 协议作为网络层协议，与下层的数据链路层协议和物理传输介质无关， 不需要改变移动主机的永久性标识，具有扩展性、可靠性和安全性。其主要的设 计目标是移动节点在改变网络接入点时不必改变其i p 地址就能够在移动过程中 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口功 5 电子科技大学硕士学位论文 能的节点能进行正常的通信。具体来说，移动i p 协议应满足如下4 条要求 5 1 移动节点在改变数据链路层的接入点后仍然能与互联网上的其他节点通 信； 无论移动节点连接哪个数据链路层接入点，它仍然能用原来的m 地址进行 通信； 移动节点能与不具备移动l p 功能的计算机通信； 移动节点不应比互联网上的其他节点面临新的或更多的安全威胁； 另外，由于移动节点通常采用无线节点连接到因特网上，无线链路具有低带 宽、高误码率的特点，因此要求管理移动节点接入时发送管理消息的数目和长度 应尽量短。 为此，m t f 下属移动i p 工作组制定了移动i p 的最初标准r f c 3 7 7 5 ，来解决 主机在不同网络自由移动的问题。该标准主要解决： 移动主机可以通过一个永久的坤地址连接在任何一个链路上； 移动主机在切换到新的链路上时，仍然能够保持正在进行的通信。 2 2 移动i p v 4 本课题主要研究目标为移动m v 6 ，但是移动母v 6 是在移动p v 4 的基础上发展 起来的，所以在此也对移动i p v 4 做简单介绍。 1 p v 4 对移动的支持包括3 个部分：代理发现、注册和数据分组的路由， 移动节点通过代理发现确定当前链路上的移动代理，以及移动代理的相关信 息，判断连接的网络是家乡网络还是外地网络。代理发现为移动节点提供一种确 定移动节点有没有进行链路的切换机制，并为移动节点提供转交地址。代理发现 包括2 种消息，即代理通告消息和代理请求消息，这两种消息是对因特网消息协 议( i c m p ) 路由器发现消息的扩展。 通过注册移动节点向外地代理( 如果存在的话) 请求路由和隧道解封装服务， 将移动节点的当前转交地址通告给它的家乡代理进行移动绑定，或更新即将过期 的移动绑定，当移动主机回到家乡网络时，注册为移动节点提供注销机制。 移动口v 4 为连接在外地网络上移动节点的单播、组播和广播通信都进行了数 据分组的路由机制。通信对端节点发送移动节点的数据分组都要由家乡代理封装 后进行转发；移动节点发出的分组可以通过反向隧道发送到家乡网络，由家乡代 理解封装后再转发到通信对端节点，或者移动节点直接通过外地网络上的路由器 6 第二章移动i p v 6 协议 向通信对端节点发送【4 】。 i p v 4 协议取得了非常大的成功，但它的局限性及其面临的重大问题日益明显， 主要表现在以下几个方面； 地址空间即将枯竭。随着i n t e r n e t 用户的不断增加，目前的3 2 位m 地址 空间已经不能满足分配的需求。i p v 4 的地址只有3 2 位，这意味着总地址 数大约是4 0 亿，并且还有许多地址是不可用的。按照目前网络的发展趋 势，到2 0 1 5 年之前i p v 4 的地址就会耗尽，必须用另一种地址方案来替代 它。 路由表日趋庞大。由于i p v 4 采用与网络拓扑结构无关的形式来分配地址， 所以随着连入网络的主机数的增加，路由器数目也飞速增加，决定数据传 输路由的路由表也就不断增大。庞大的路由表不仅增加了路由器的工作 量，还降低了互联网服务的稳定性。 安全性基本上由网络层以上的层次负责，妒v 4 协议不提供任何安全保证。 虽然在网络层也有i p s e c 安全解决方案，但它现在己经成为口的下一个版 本可以发挥作用的地方。 缺乏对服务质量q o s 的支持。i p v 4 尽它的最大努力来传送信息包，但是它 不会保证提供给上层的服务是可靠的，投有q o s ( 服务质量) 的概念。 缺乏自动配置。对于i p v 4 节点的配置一直比较复杂，而网络管理员与用户 则更喜欢“即插即用”，即将计算机插在网络上，然后就可以开始使用。口 主机移动性的增强也要求当主机在不同网络间移动和使用不同的网络接 入点时能提供更好的配置支持。 i p v 4 的种种局限同样制约着移动v 4 技术的发展，为此进一步提出移动i p v 6 技术。 2 3i p v 6 技术 口v 6 协议对移动性的支持，主要体现在； 自动配置功能：节点改变网络接入点后能够保持网络连接； 扩展报头机制：i p v 6 的移动选项可以放在扩展报头中。 在r x c l 2 4 6 0 中定义了i p v 6 数据包的报头结构。该报头固定为4 0 字节长。源 和目的地垃各占1 6 字节( 1 2 8 位) ，因此只有8 字节是用于普通报头信息的。如图 2 1 所示： 7 电子科技大学硕士学位论文 版本号业务流类型 流标签 负载长度下一个头部跳数限制 源i p 地址 1 2 8 位 目的i p 地址 1 2 8 位 图2 - 1i p v 6 报文头格式 在王p v 6 报头和上层协议报头之间可以有一个或多个扩展报头，也可以没有。 每个扩展报头由前面报头的下一头部n e x th e a d e r 字段标识。扩展报头只被d v 6 报头的d e s t i n a t i o na d d r e s s 字段所标识的节点进行检查或处理，除了h o p - b y - h o p o p t i o n s 报头，其承载的信息必须被数据包经过路径上的每个节点检查和处理，且 必须紧跟在i p v 6 报头之后。i p v 6 报头的n e x t h e a d e r 字段中用0 来表示h o p - b y - h o p o p t i o n s 报头。 i p v 6 地址有三种类型：单播地址( u m c ta d d r e s s ) 、组播地址( m u l t i e t a d d r e s s ) ，任播地址( a n y c a s ta d d r e s s ) 。 一个典型的p v 6 地址由三个部分组成：全局路由前缀( g l o b a lr o m m gp r e f i x ) 、 子网i d ( s u b n e ti d ) 和接口i d ( i n t e r f a c ei d ) 。全局路由前缀用来区分分配给一 个站点的某个特殊地址( 比如组播) 或个地址范围。子网i d ( 也可称为子网前 缀) 用来识别站点中的某个链接，一个子网d 与一个链接相关联。可咀将多个子 网i d 分配给一个链接，接口i d 则用来识别链接上的某个接口，并且接口d 在该 链接上必须是唯一的。需要注意的是在口v 6 的地址表示中，双冒号可咀代替地址 中连续的0 ，或开头和结尾的0 ，但是双冒号在一个地址中只能出现次。 在i p v 4 和i p v 6 节点同时存在的情况下，i p v 6 地址的另一种表示方法是把i p v 4 地址放到该地址的4 个低字节块中，如：1 9 2 ，1 6 8 0 2 。 在r f c 2 3 7 3 中列出了一些用来识别特殊地址的格式前缀( 也称全局路由前 8 第二章移动i p v 6 协议 缀) ：其中前八位二进制为0 0 0 00 0 0 0 表示保留地址，兼容i p v 4 ：前三位二进制为 0 0 1 表示聚集全球单播地址；前八位二进制为1 1 1 11 1 1 l 表示组播地址f f 0 0 ：8 ； 前十位二进制为1 1 1 11 1 】01 0 表示目地链路单搔地址f e 8 0 ：1 0 ；前十位二进制为 1 1 1 11 1 1 01 1 表示本地站点单播地址f e c 0 ：1 0 ：环回地址：1 。 1 p v 6 分配了两个单独的地址空间供本地链路和本地站点使用，两者都是通过 它们的前缀来识别。一个本地链路地址只能用于单个的链路，绝对不能被路由。 它可以用来作为自动配置机制，用于网络邻居发现，以及用在没有路由器的网络 上本地站点地址在地址内包含了子网信息，它们可以在一个站点内被路由，但是 路由器不能把它们转发到站外。这两种地址类型无需全局前缀即可使用。 2 4 移动i p v 6 技术 l p v 6 是下一代的互联网协议，它最终将代替i p v 4 成为互联网的主要网络协议。 移动i p v 6 建立在i p v 6 体系结构基础之上，其基本思想是：移动设备可以在移动计 算环境中自由移动，不用手工配置任何网络信息就能够继续通信，并且能保持正 在进行的网络连接在移动过程中不被中断。因特网工程特别任务组1 e t f 移动i p v 6 工作组目前己经发布了2 4 个版本移动i p v 6 草案，并且在2 0 0 4 年9 月形成正式的 协议标准r f c 3 7 7 5m o b i l i t ys u r p p o r ti ni p v 6 。 移动i p 与其他路由协议相比，具有特殊的功能，移动i p v 6 就利用了i p v 6 的 一些新特点来支持移动i p 。移动i p v 6 使得装备了i p v 6 协议栈的网络节点在不同的 i p v 6 网段之间移动时，可以使用固定不变的i p v 6 地址。由于在移动的过程中，不 需要改变i p 地址，因此i p v 6 节点在不同网段之间移动的时候可以保持原有的传输 控制协议( t c p ) 连接而不会导致通信中断。移动i p v 6 对于传输层以及应用层协 议是完全透明的，即网络节点是否移动的信息并不传送到传输层和应用层，所有 对移动性支持的功能完全由层提供。移动i p v 6 相对于移动i p v 4 来说，性能有 了很大提高，而且简化了工作过程，使移动节点可以以一个永久的i p 地址连接到 任何的链路上。同时，由于利用了口v 6 的自动地址配置机制，移动i p v 6 不再需要 移动口v 4 中必不可少的代理路由器来协同工作，移动i p v 6 还解决了移动i p v 4 中 存在的三角路由和入口过滤等问题。 电子科技大学硕士学位论文 2 5 移动i p v 6 对i p v 6 的修改 移动i p v 6 重新定义了i p v 6 ，它对i p v 6 所做的修改主要可以分为三个部分： 移动l p v 6 定义了两种新的i p v 6 扩展头部：移动头部和类型2 路由头部。 移动l 、r 6 定义了一个新的i p v 6 目的选项：家乡地址选项 新的i c m p v 6 报文：i c m p 家乡代理地址发现请求报文和i c m p 家乡代理 地址发现应答报文，这两种报文是用于动态家乡代理的地址发现。i c m p 移动前缀恳求报文和i c m p 移动前缀通告报文，这两种报文是用于网络重 编号和移动节点上的地址配置。 2 5 1 移动头部 移动头部支持如下移动消息： 家乡测试初始化( h o m et e s tl n i t ) ，家乡测试( h o m et e s t ) ，转交测试初始化 ( c a r e o f t e s ti n i t ) ，转交测试( c a r e o f t e s t ) ：这四个报文是用来运行从移动节点 到通信节点的迂回路由过程，它确保了其后的绑定更新的验证。 绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) , 移动节点使用绑定更新将其当前绑定通知通信节 点或者移动节点的家乡代理。发往移动节点的家乡代理以注册其首选转交地址的 绑定更新被称为“家乡注册”。 绑定确认( b i n d i n ga e k n o w l e d g e m e m ) 。如果绑定更新中要求确认，绑定更新 是发往家乡代理，或者锗误发生，那么绑定确认用来确认收到了绑定更新。 绑定刷新请求( b i n d i n gr e 缸s hr e q u e s t ) 。