（通信与信息系统专业论文）移动ipv6中的切换技术研究.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 i p 技术和移动通信技术的高速发展，高性能笔记本电脑和p d a 终端的 普遗使用都为移动互联网技术的发展提供了必要的条件，移动i p 技术的研究 成为业界研究的重点移动i p 机制可以在全球互联网范围内提供移动数据解 决方案，使移动节点可以使用一个永久的i p 地址连结到任何链路上目前研 究的热点问题主要集中在移动i p 切换过程中如何保证通信的连续性、如何缩 短切换的时延、如何保证切换的平滑和q o s 保证等等 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，并比较了两 者的优缺点讨论了目前流行的几种对标准移动i p 、，6 进行扩展的切换方案， 如快速切换技术f m i p v 6 ，层次型移动i p v 6 管理模型h m i p v 6 及采用h m i p v 6 的快速切换技术等，并对各种方案进行分析在此分析结果的基础上，引用 了一种综合切换方案f h m i p v 6 最后采用o m n e t + + 仿真工具对f h m i p v 6 进行仿真实验和性能分析，指出该方案有待改进的地方，并提出优化意见 关键词：移动性，移动i p ，层次化，快速切换，切换 山东大学硕士学位论文 一i i | a b s t r a c t t h es w i f td e v e l o p m e n to fi pa n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sa n d t h ew i d e l yu s eo fh i g hp e r f o r m 碑c en o t e p a d sa n dp d at e r m i n a l sh a v ep r o v i d e d n e c e s s a r yt e r m s f o rt h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ei m 锄e tt e c h n o l o g y t h er e s e a r c h o nm i pt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h eh o ts p o t m o b i l ei pm e c h a n i s mc 缸p r o v i d ea m o b i l ed a t as o l u t i o no nt h eg l o b a li n t e r n e t w i t ht h i sm e c h a n i s m ，t h em o b i l e n o d ec a nc o m l e c tt ow h a t e v e rl i n k sw i t hap e r m a n e n ti pa d d r e s s n o w , t h e r e s e a r c hp o i n t sm a l n l yf o c u so nh o wt og u a r a n t e ec o m m u n i c a t i o nc o n t i n u i t y d u r i n gm i ph a n d o v e rp r o c e s s ，h o wt or e d u c et h eh a n d o v e rd e l a ya n dh o w t o a s s u r et h es m o o t hh a n d o v e ra n dq o s 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 4 a n dm o b i l ei p v 6r e s p e c t i v e l y , t h e np o i n to mt h a tm o b i l ei p v 6m a yb e 锄i d e a l w a yt or e a l i z et h ef u t u r em o b i l es o c i e t y b a s e do nt h et h e o r i e sa b o v e ，w e d i s c u s s s e v e r a lp o p u l 雏h a n d o v e rt 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 i l ei p v 6 ，s u c h a sf a s th a n d o v e r , h m i p v 6a n df a s th a n d o v e ru s i n gh m i p 、，6 i nt h eb a s i so f a n a l y s i s ，w e i m 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 i p v 6 倘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 i nc o n j u n c t i o nw i t han e w l yd e v e l o p e dh a n d e v e ra l g o r i t h mb a s e do n p u r es o f t w a r e - b a s e dm o v e m e n tt r a c k i n gt e c h n i q u e s f i n a l l yw cm a k ee m u l a t i o n 诵t ho m n e t + + a n a l y s i st h er e s u l t s ，a n dg i v es o m eo p t i m i z a t i o nf o rf h m i p v 6 鼍 k e yw o r d s ：m o b i l i t y , m o b i l ei p , h i e r a r c h i c a l , f a s t - h a n d o v e r , h a n d o v e r 当奎奎兰要主兰竺鎏銮 a g e n ta d v e r t i s e m e n t a g e n td i s c o v e r y 符号说明 a g e n ts o l i c i t a t i o n a r p ：a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l b a ：b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t b u ：b i n d i n gu p d a t e c n ：c o r r e s p o n d e n tn o d e c o a ：c a r e - o fa d d r e s s d h c p ：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 代理通告 代理发现 代理请求 地址解析协议 绑定确认 绑定更新 通信对端节点 转交地址 动态主机配置协议 f a ：f o r e i g na g e n t 外地代理 f m i p v 6 ：f a s th a n d o v e ro fm o b i l ei n t e r a c tp r o t o c o lv e r s i o n 6 h a ：h o m ea g e n t h a c k ：h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t h i ：h a n d o v e ri n i t i a t e 基于移动互联网协议版本6 的快速切换 家乡代理 切换确认消息 切换初始消息 h m i p v 6 ：h i e r a r c h i c a lm o b i l ei n t e r n e tp r o t o c o l v e r s i o n 6m a n a g e m e n t 移动互联网协议版本6 的层次化管理 h o a ：h o m ea d d r e s s 家乡地址 i i d ：i n t e r f a c ci d e n t i f i e r 接口标识符 i c m p ：i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o l 互联网控制报文协议 j 山东大学硕士学位论文 i c m p v 6 ：i u t e m 醴c o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o lv 矗 s i o n 6 互联网控制报文协议版本6 i e t f ：i n t e r n c te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e 互联网工程任务组 i p v 6 ：i n t e r n c tp r o t o c o lv e r s i o n 6 互联网协议版本6 m a c ；m e d i aa c c e s sc o n t r o l 介质访问控制 m n ：m o b i l en o d e 移动结点 m i p v 6 ：m o b i l ei p v 6 移动m 版本6 n a r ：n e wa c c e s sr o u t e r 新的归属接口路由器 n d ：n e i g h b o rd i s c o v e r y邻居发现 o a r ：o r i g i n a la c c e s sr o u t e r 原先的归属接口路由器 p r r t a d v ：p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t代理路由器通告消息 r e g i s t r a t i o nl i f e t i m e注册生存期 r t s o l p o ：r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y 路由器请求代理消息 w l a n ：w i 他l e 铀l o c a la r e an e t w o r k 无线局域网 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在等师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作班重要贡簸的个人和集体，均毫在文中以瞬确方式标甥。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：扭曰飙塑盟 关于学位论文使用授权妁声明 本人完全了解山东大学有关傈塑、使用学位论文的规定，同意学 校保留或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 文被奁阅和借阅；本入授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据席进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：耷查望卜导师签名：蜘期：之珥 山东大学硕士学位论文 - _ i _ _ - _ i i i - - 第一章移动i p 技术 因特两和移动通信己逐渐成为当今世界通信与玛络技术领域的两大潮 流，深入到人们生活的各个领域，引发了工作和生活方式的巨大变革我们 可以预见，若将因特网在全球范围无孔不入的覆盖和移动通信方便、快捷的 特点完美地结合在一起，必将导致数据通信发生与语音通信一样的变革，缔 造出人类个人通信的美好蓝图：人类将实现在任何时间，在任何地点、可以 用任何一种媒体与任何个人进行通信的梦想。两者相结合的产物就是目前人 们普遍关注的移动互联网，其协议的基础就是移动l p 协议 1 1 移动i p 概述 移动l p 是一种在全球因特网上提供移动功能的方案，它具有可扩展性、 可靠性和安全性，并使节点在切换链路时仍可保持正在进行的通信移动i p 提供了一种i p 路由机制，使移动节点可以以一个永久的i p 地址连接到任何 链路上 1 1 1 移动l p 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 l p 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l p 功能的节点进行正常的通信具体来说，移动 l p 协议应该满足如下的要求： ( 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t 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i p 地址进行通 信； ( 3 ) 移动节点应该能够与不具有移动i p 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| n t e 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 山东大学硕士学位论文 电，减少通信中的能量消耗非常重要因此，设计移动i p 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 1 1 2 移动i p 的功能实体和基本术语 1 移动i p 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 e a d d r e s s ) 不变的节点 ( 2 ) 家乡代理( h o m ea g e n t ，h 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 n a 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 动节点的缺省路由器使用 图1 1 表明了这些功能实体以及它们之间的关系 圈1 1 移动i p 功能实体及相互关系 2 其他的基本术语， ( 1 ) 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) j 移动节点在家乡网络上使用的i p 地址， 就像分配给固定的路由器或主机一样的。永久”的i p 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 n ) ：指与移动节点通信的对 2 、，、山东大学硕士学位论文 - , ii _ _ _ _ - 、 等实体，可简称为通信对靖，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 e o f a 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i p 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 t c 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 l ) ：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l p 数据包仍然送至其家乡网络m n 的h a 将把这些i p 数据包截取下来重新封装后发送到m 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l p 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i p 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l 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 t d 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i p 定义了两种发现移动代理的方法： 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i p 使用扩展的 。i c m pr o u t e rd i s c o v e 矿机制作为代理发现的主要机制要注意的是，使用 3 山衰大学硕士学位论文 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l p 网络( 或予网) 漫游( 或切 换) 到另一个i p 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l p 技术中，依不同的网络连接方式，有两种不周的注册规 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，可判断出其已返回到原挤网络此时，移动节点应向家乡代理撤销 注册 1 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i p v 4 协议，作为对 i p v 4 协议支持主机移动的扩展如图1 2 所示，移动i p v 4 的工作机制如下： 4 ， ， ( 2 ) ( 1 ) 叠 圈1 - 2 移动i p v 4 的基本操作过程 ( 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l p 的其它功能；如果是从外地网重新返回 的，则向家乡代理发出撤消注册的功能消息，声明自己己回到家乡网络中 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i p 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 l p 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 5 山东大学硕士学位论文 - i - l i _ i _ i l _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l - _ - i l _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ i i i b _ _ i 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 技术对所有已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 1 3 移动i p v 6 1 3 1i p v 6 简介 i e t f r f c 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 坼c a t i o n 。、 对l p 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，i p v 6 与i p v 4 相比，主要有如下一些特性； 第一，i 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 就是可以提供充足的地址空间i p 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i p 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i p 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，提供了新的功能它把选项信息单独编码，放在不同的 扩展头部中，并把选项扩展头部放在i p v 6 头部与数据报负载之问，使数据 报头得到简化。解决了带有选项内容的数据报不能被高速传输的问题 第三，增加了寻址的灵活性i p v 6 新增了泛播( a n y c 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 c 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，i p v 6 可以实现自动配置i p v 6 的另一个基本特性是它支持无状 e 山东大学硕士学位论文 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 、，6 的优点体现在能提供不 同水平的服务这主要由于i 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 i p 地址流尽管对这个流标记的准确应用还没有制订有关标准，但将来它会 用于基于服务级别的新计费系统在其它方面，l p v 6 也有助于改进服务质量 这主要表现在支持“时时在线”连接，防止服务中断以及提高网络性能方面 从另一角度来看，更好的网络和服务质量提高了客户的期望值和满意度 第六，i p 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i p 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l p 需要为 每个设备提供一个全球唯一的i p 地址i p v 4 没有足够的地址空间可以为在 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1 p v 6 协议内置安全机制己经标准化它支持对 企业网的无缝远程访问例如公司虚拟专用网络的连接即使终端用户用“时 时在线”方式接入企业网，这种安全机制也是可行的这种。时时在线”的 服务类型在i p v 4 技术中是无法实现的对于从事移动性工作的人员来说， i p v 6 是i p 级企业网存在的保证。在安全性方面，i p v 6 与l p 安全性( i p s e c ) 机制和服务一致 1 3 2 移动l p v 6 技术原理 网络中的协议i 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 7 山东大学硕士学位论文 1 3 2 1 移动检测过程 在移动i p 中。称节点发生。移动”是指节点到i n t e r n e t 的接入点发生了 改变移动节点可以组合任何可用的机制来检测是否移动到了另一个链路 在移动i p 、，6 中定义的移动检测机制主要是利用i p v 6 的邻居发现机制，但并 不排斥移动节点使用其他机制，例如使用低层协议提供的信息等在i p v 6 中，邻居节点发现协议( n e i g h b o rd i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 主要包括路由器发现 ( r o u t e rd i s c o v e r y ) 和邻居节点不可达检测( n e i g h b o ru n r e a c h a b i l 时 d e t e c t i o n ) ，是移动节点用来检测移动性的主要机制 主机利用路由器发现协议来发现新的路由器，并对应该链路上的网络前 缀它或者主动发起路由器请求报文( r o u t e rs o l i c i t a t i o n ) 以得到路由器的应 答。或者监听路由器周期性发送的路由器广播【r o u t e r a d v e r t i s e m e n t ) 根 据所接收到的路由器广播消息，移动节点生成和维护包含所有发送广播消息 的路由器的路由表，以及相对应的每一个链路的网络前缀当离开家乡网络， 移动节点从它的路由表中选择缺省路由器和对应的网络前缀( f h 该路由器所 广播的网络前缀) 然后以此网络前缀通过自动地址配置来获得新的转交地 址，并在家乡网络中注册该地址作为新的转交地址 为了检测具有当前转交地址的路由器的可达性，移动节点可以利用邻居 不可达检测机制当移动节点正在向缺省路由器发送报文时，移动节点能够 利用上层协议的指示信息来检测可达性，例如在等待一个响应消息，经过多 次重传之后，t c p 计时嚣超时或者在多次显式发送路由器请求报文之后， 没有从缺省路由器接收到相应的路由器广告消息虽然邻居不可达协议可以 检测路由器的可达性，但是在移动节点没有数据传送时，往往需要发送显式 的路由器请求报文，这将占用网络的资源为了避免以上问题，移动节点如 果当前可以接收到任何来自缺省路由器的报文，那么它可以认为路由器可达 1 3 2 2 获取转交地址 有两种方法可以得到移动节点的转交地址( c o a ) ：有状态地址自动配置 ( s t a t e f u la d d r e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ) 和无状态地址目动配置( s t a t e l e s s a d d r e s s a u t o c o n f i g u r a t i o n ) 移动节点用接收到的路由器广播报文中的m 比 特来决定采用哪一种方法如果m 比特为0 ，那么移动节点采用有状态地址 自动配置，否则移动节点采用无状态地址自动配置 山东大学硕士学位论文 1 i i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ 一 ( 1 ) 有状态地址自动配置 在这种方法中，移动节点只是向一个服务器申请一个地址，并将这个地 址当作自己的c o a 与i p v 4 的情况相对应，i p v 6 中的有状态地址分配协议 是动态主机配置协议版本六( d h c p v 6 ) 另外，p p p 的i p v 6 配置协议( p p p s i p v 6c o n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) 也提供了一种服务器向移动节点提供c o a 的方 法 ( 2 ) 无状态地址自动配置 无状态地址自动配置是i p v 6 新增加的内容，在i p v 4 中没有类似的功能 无状态地址自动配置是这样工作的： 1 ) 移动节点首先形成一个接口标记，这是一个与链路有关的标识，用来 标识移动节点上与外地链路相连的接口接口标记常取移动节点在那个接口 上的数据链路层地址 2 ) 移动节点检查路由器广播报文中的前缀信息可选项( p r e f i x i n f o r m a t i o no p t i o n s ) ，以决定当前链路上有效的网络c 缀 3 ) 移动节点将一个有效的网络前缀和接口标记相连形成自己的转交地 址 4 ) 自动地址配置包含一种检查机制，移动节点可用它来检查得到的地址 是否被链路上的其他节点使用如果有这样的地址重复出现，那么自动配置 协议还定义了节点得到唯一地址的方法 连接到外地链路后，通过常规的i p v 6 无状态或有状态的自动配置机制， 移动节点可以获得多个转交地址转交地址的子网前缀是移动节点正访问的 外地链路的子网前缀只要移动节点一直连接到这个外地链路，目的地址是 这个转交地址的分组都会被转发到移动节点 1 3 2 3 家乡注册 移动节点在外地网络获得转交地址后，需要向家乡代理申请注册，为移 动节点的家乡地址和转交地址在家乡代理上建立。绑定”，使得家乡代理能够 把只知道其家乡地址的节点发来的分组转发到移动节点的当前位置在这个 过程中使用的转交地址是移动节点的“主转交地址”，本过程也被称为“家乡 注册” 。家乡注册”的过程如图1 3 所示 9 山东大学硕士学位论文 图1 - 3 。家乡注册。过程 移动节点首先向家乡代理发送。绑定更新”消息申请注愿，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随后，移动节点的 家乡代理使用。代理邻居发现”机制，在家乡链路上截取目的地址是移动节 点家乡地址的所有i p v 6 分组，并通过隧道将他们转发到移动节点的主转交 地址在隧道中家乡代理对数据分组使用i p v 6 封装，把移动节点的主转 交地址放在外层i p 、6 报头的目的地址字段 考虑到节点的移动通常是连续的，当移动节点移动到新的链路并获得了 新的转交地址时，可能希望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，这样就能减少分组重传带来的延迟为了精确建立这类临 时的隧道，隧道的源必须是移动节点的前一个转交地址，类似于从移动节点 的家乡地址到移动节点当前转交地址的隧道这样移动节点需要具有多个转 交地址但是。家乡代理仅维护移动节点的主转交地址，并且仅把在家乡链 路上截取的分组转发到相应移动节点的主转交地址，因此，不需要为家乡代 理设计选择转交地址的策略，由移动节点自行决定把哪个转交地址注册为主 转交地址 1 3 2 4 与通信对端的通信 对于任何正在与移动节点进行通信的通信对端，它可能是静止的节点 也可能是移动节点移动i p v 6 也允许移动节点在通信对端上进行类似“家 乡注册”的绑定注册过程，称为。通信对端绑定”为了保证这种绑定的安全 性，规定它的建立必须经过。返回路径可达。的授权如果通信对端上存在 关于移动节点家乡地址和转交地址的绑定，就可以直接把分组发送到移动节 点的转交地址：否则，只能把分组发送到其家乡地址发向移动节点家乡地址 的分组会被路由到移动节点的家乡链路，必须经过家乡代理的隧道转发才能 到达移动节点从另个角度考虑，移动节点也可以根据接收到的隧道分组 判断通信对端可能不知道它的绑定，从而促使它向通信对端发送更新消息来 山东大学硕士学位论文 建立绑定 为了保证数据分组的选路是优化的，希望通信对端在多数情况下都把数 据分组直接发送到移动节点的转交地址，如图1 5 所示，而很少使用家乡代 理转发这样就避免了在移动i p v 4 中存在的。三角路由”问题( 如1 _ 4 图所 示) ，增强了网络的可扩展性和可靠性。同时减轻了整个网络的负担显然， 通信对端直接把分组发送到移动节点的转交地址，减弱了二者之间通信对家 乡网络的依赖，减轻了家乡代理、家乡链路上的故障对这种通信的影响，也 减小了这种通信流量对家乡网络的影响 图1 - 4 三角路由 图t - 5 优化后的路由 1 3 2 5 动态家乡代理地址发现 移动节点离开家乡网络后，家乡网络可能进行了重新配置，导致原来提 供家乡代理服务的节点被另一个路由器取代在这种情况下，移动节点就不 知道当前家乡代理的l p 地址移动i p v 6 提供的。动态家乡代理发现” ( d y n a m i ch o m ea g e n ta d d r e s sd i s c o v e r y ) 机制，允许移动节点动态发现家 乡链路上现有的家乡代理的i p 地址，从而保证能够注册其主转交地址 山东大擘硕士学位论文 动态家乡代理地址发现机制规定，移动节点在没有配置家乡代理，或者 发现当前的家乡代理不再有效时，首先向其家乡子网前缀特定的移动i p v 6 家乡代理泛播地址( a n y c a s t ) 发送i c m p 。家乡代理地址发现请求”消息该 消息到达家乡链路上的一个或多个家乡代理后，其中一个家乡代理向移动节 点返回一条i c m p 。家乡代理地址发现应答”消息，给出家乡链路上一组家 乡代理的地址移动节点通过家乡代理地址发现应答消息和其中的家乡代理 地址列表，就可以确定自己家乡代理的地址 1 3 2 6 移动i p v 6 协议操作的基本过程 移动i p v 6 的操作可以总结如下： ( 1 ) 移动节点采用i p v 6 的邻居发现机制( 包括路由器发现和邻居不可达检 测) 来实现移动检浏，检测移动节点是否移动到了另一个链路 ( 2 ) 移动节点连接在其家乡链路上时与任何固定的主机和路由器一样工 作 ( 3 ) 当移动节点连接在外地链路上对，其采用i p v 6 定义的地址自动配置 方法得到外地链路上的转交地址 ( 4 ) 移动节点将其转交地址通知给家乡代理如果操作安全性得到保证， 移动节点也可以将其转交地址通知几个通信对端节点 ( 5 ) 不知道移动节点的转交地址的通信对端送出的数据包像移动i p v 4 中 的数据包一样路由，即它们先被路由到移动节点的家乡网络，由家乡代理再 将它们经过隧道送到移动节点的转交地址 ( 6 ) 知道移动节点转交地址的通信对方送出的数据包可以利用i p v 6 目的 地址可选项报头直接送给移动节点，可选项报头将移动节点的转交地址作为 一个中间日的地址 ( 7 ) 在相反方向。移动节点送出的数据包采用特殊的机制被直接路由到它 们的日的地当存在入口方向的过滤时，移动节点可以将数据包通过隧道送 给家乡代理，隧道的源地址为移动节点的转交地址 1 4 移动l p v 6 与移动i p v 4 的b 匕较 移动l p v 6 借用了许多移动工p 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 当奎奎：鎏主兰笙兰兰 址的概念 移动i p 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 的许多新特性相对于移动i p v 4 协议而言，移动i p v 6 协议有许多显著的改 进下面简要总结一下移动i p v 6 和移动i p v 4 之间的不同之处 ( 1 ) 转交地址 移动i p 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 理的一个垠地址由于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唯一的i p 地址，不需要使用外地代理转交 地址，因此，移动i p 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i p v 4 中，移动代理通过代理广播消息通告其本身相关消息在移 动i p v 6 中移动节点在外地网络上使用i p v 6 的特性，如路由器通告，无状 态或者有状态地址配置方式自动获得配置转交地址，无须外地网络路由器提 供特别的功能支持 在移动i p 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 理注册的转交地址是主转交地址。家乡代理截取的分组都转发到移动节点的 主转交地址移动节点有多个转交地址是很有用的，如移动节点通过无线链 路与基站相连，基站有一个有效覆盖范围，当移动节点从一个基站移动到另 一个时，在两个基站的交叠区利用两个转交地址与两个基站同时通信，有助 于提高服务质量 ( 2 ) 优化路由 在移动i p v 6 中，与家乡代理的绑定相类似，它也允许移动节点在通信 对端上绑定移动节点的当前转交地址和家乡地址，称为。通信对端绑定”当 i p v f l 节点发送分组时，首先检查绑定缓存中是否包含该目的地址，如果绑 定缓存包含这个目的地址则用新的i p v 6 第二类路由头把数据分组发送到 绑定的转交地址，否则，正常发送分组( 不使用第二类路由头) 没有使用第 二类路由头的分组会发送到家乡链路，如果移动节点已经离开家乡网络，分 组被家乡代理截取，通过隧道转发给移动节点移动节点收到通过隧道发送 来的分组后，认为没有与通信对端建立绑定，将试图和通信对端建立移动绑 定 为了保证分组的选路是优化的，希望通信对端在多数情况下把分组直接 山东大学硕士学位论文 发送到移动节点的转交地址，而很少通过家乡代理这样就避免了在基本移 动i p v 4 协议中出现的三角路由问题对路由优化的支持已经作为移动i p v 6 协议的基本部分而不是像移动i p v 4 中作为扩展部分 ( 3 ) 家乡代理 移动节点在离开家乡网络时，移动忙、，6 中家乡代理使用i p v 6 协议的 邻居发现机制截取在家乡网络上发给移动节点的分组，而移动i p v 4 中家乡 代理使用a r p 协议由于邻居发现机制不像a r p 那样需要关心链路层的特 定情况，使用邻居发现机制提高了协议的鲁棒性，也简化了移动i p 的实现 移动节点在需要向家乡代理发送绑定更新时，由于家乡链路上某些节点重新 配置，它可能不知道家乡链路上提供家乡代理服务的路由器地址，因此，移 动i p 、，6 定义了家乡代理地址动态发现机制，移动节点发送i c m p 、，6 的家乡 代理地址发现请求消息，目的地址是其移动节点，给出其全球l p 地址，以及 包含家乡链路上所有家乡代理的全球i p 地址的列表相应地，移动i p v 4 使 用广播机制，家乡链路上每个家乡代理都返回一个应答这使得移动l m 家 乡代理地址动态发现机制更加高效和可靠，而不会引起应答爆炸问题 ( 4 ) 扩展选项 移动i p v 6 为i p 、，6 协议的目的地扩展头定义了一个称为“家乡地址选项” 的新选项家乡地址选项用在离开家乡的移动节点发送的分组中，选项包含 的内容是移动节点的家乡地址，用以通告通信对端移动节点的家乡地址对 于这样的分组，移动节点一般使用它的一个转交地址作为分组报头的源地址， 通信对端在处理分组时用其家乡地址替代移动节点的转交地址，使得转交地 址的使用对于通信对端的上层协议是透明的 移动l p v 6 定义了称为“第二