（通信与信息系统专业论文）鲁棒性头标压缩及其在移动ipv6中的应用.pdf

摘要 p 哩3 5 1 2 5 f 下一代i n t e r a c t 协议- - i p v 6 注定要代替现行的i n t e m e t 协议i p v 4 。只有i p v 6 可以实现大 量的用户“总是在线”的美好前景。 i p v 6 有1 2 8 位地址。拥有巨大的地址空间。可以使每个人、每个设备都可以拥有一个 全局唯一的i p v 6 地址。i p v 6 协议能够提供移动网络需要的特性，移动i p v 6 利用i p v 6 协议 的特性，可提供无缝漫游。 当在无线小区环境中应用移动i p v 6 时，由于分组头标过大，如果不采取措施将会消耗 过多的带宽。头标压缩机制可以解决这问题，同时保证i p 协议的灵活性。、j 。一， 本文首先介绍了i p v 6 协议和移动i p v 6 机制，接着分析了几种现有的头标压缩机制。本 文讨论的重点是鲁棒性头标压缩机制( r o h c ) 。 在第4 章中，介绍了r o h c 协议框架，分析了它的鲁棒性( r o b u s t n e s s ) 。第5 章讨论 了r o h c 应用于移动l p v 6 的情况。由于r o h c 协议是对同一个流的头标中的冗余信息的压 缩，因此，移动l p v 6 中头标压缩的对象是通信对端和移动节点问的业务流。通过对移动i p v 6 机制和无线小区链路业务特性的分析，本人认为被压缩分组的头标格式应为i p v 6 头标( 包 括信宿选项头标或寻路头标) + u d p 头标。随后本章详细介绍了本人基于r o h c 框架提出 的移动i p v 6 子协议，包括初始化过程和压缩分组格式等。 第6 章介绍了r o h c 移动i p v 6 子协议在n s 中的实现。第7 章研究了对音频业务和视 频业务的压缩性能，同时考虑了移动节点在基站间的切换的情况。仿真结果表明平均头标长 度是2 1 字节( 优化模式或可靠模式) 2 6 9 字节( 单向模式) ，压缩率大于9 6 。 a b s t r a c t t h en e x tg e n e r a t i o no fi n t e r n e tp r o t o c o l - - i p v 6i sd o o m t ot a k et h ep l a c eo fi p v 4 o n l yi p v 6c a nr e a l i z et h ev i s i o no fl a r g en u m b e r o fu s e r sb e i n g “a l w a y sc o n n e c t e d ， a l w a y s o n l i n e i p v 6h a s1 2 8b i t sa d d r e s ss i z ea n dc a r lp r o v i d ev e r yh u g ea d d r e s ss p a c e e v e r y p e r s o n ，e v e r yd e v i c ec a ng e tag l o b a lu n i q u ei p v 6a d d r e s s i p v 6c a na l s oo f f e r st h e f e a t u r e sn e e d e df o rm o b i l e n e t w o r k i n g o n l ym o b i l e i p v 6t a k e sa d v a n t a g eo f t h ei p v 6 f e a t u r e st oo f f e rs e a m l e s sr o a m i n g b u tw h e nw e a p p l ym o b i l ei p v 6t oc e l l u l a rl i n k ，p r o b l e mo c c u r s t h el a r g ei p v 6 h e a d e rc a na l m o s te x h a u s tt h es c a r c eb a n d w i d t hr e s o u r c ei f n o t h i n gt ob ed o n ew i t hi t h e a d e r c o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y i se x p e c t e dt os o l v et h i sp r o b l e m i nt h i st h e s i s i p v 6 & m o b i l ei p v 6m e c h a n i s mi si n t r o d u c e db r i e f l yf i r s t t h e n s e v e r a le x i s t i n gh e a d e rc o m p r e s s i o ns c h e m e sa r ea n a l y z e d t h ef o c u so ft h i st h e s i si s o nr o b u s th e a d e r c o m p r e s s i o n ( r o h c ) i nc h a p4 t h ef r a m e w o r ko fr o h ci si n t r o d u c e da n dt h er o b u s t n e s so fi ti s a n a l y z e d c h a p5i sa b o u tu s i n gr o h c i nm o b i l ei p v 6s c e n a r i o r o h cc o m p r e s s e s h e a d e rb yc o m p r e s s i n gr e d u n d a n ti n f o r m a t i o ni np a c k e th e a d e r so ft h es a m ep a c k e t s t r e a m s ot h et a r g e tt ob ec o m p r e s s e di nm o b i l ei p v 6i st h et r a f f i cs t r e a mb e t w e e n t h ec o r r e s p o n d e n tn o d ea n dt h em o b i l en o d e a r e ra n a l y z i n gt h es c h e m eo fm o b i l e i p v 6a n dt h ef e a t u r eo f a p p l i c a t i o n si nc e l l u l a rl i n k ，t h ea u t h o rs u g g e s t st h a tt h ei p v 6 ( + d s t o p t h e a d e r o r r o u t i n gh e a d e r ) + u d ph e a d e r i st h e p a c k e t f o r m a tt ob e c o m p r e s s e d a m o b i l ei p v 6p r o f i l eb a s e do nt h ef r a m e w o r ko ft h ep r o p o s e d s t a n d a r d f r f c 3 0 9 5 ) i sd e s c r i b e di nd e t a i li n c l u d i n gt h ei n i t i a l i z a t i o no ft h ep a c k e tf o r m a tt o c o m p r e s s ，c o m p r e s s e dp a c k e tf o r m a t ，e t c i nc h a p 6 ，t h ei m p l e m e n to fr o h c i nm o b i l ei p v 6s c e n a r i o ( b a s e do nt h ei d e ao f c h a p5 ) i nn s ( n e t w o r ks i m u l a t o r ) i si n t r o d u c e d i nc h a p7 ，t h ep e r f o r n l a n c eo f c o m p r e s s i n gt h ep a c k e th e a d e ro fs p e e c ht r a f f i ca n dv i d e ot r a f f i cu s i n gr o h ci s s t u d i e d t h es i t u a t i o nt h a tm o b i l en o d es w i t c h e sb e t w e e nb a s es t a t i o n si sa l s ot a k e n i n t oa c c o u n t t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g eh e a d e r o f p a c k e ts t r e a mi s a b o u t2 1b y t e s ( i nc a s eo fo - m o d eo rr - m o d e 卜2 6 9b y t e s ( i nc a s eo f u m o d e ) t h e t o t a lc o m p r e s s i o nr a t ei sm o r em a n9 6 苎堡竺兰堡垦堕墨基垄望垫! ! ：! 塑查旦j 翌旦兰呈堕 1 1i n t e r n e t 的发展 第1 章引言 在互联网的发展初期，它所面向的用户主要是研究人员、学生以及编程人员，用来实现 远距离的研究合作和资源共享。从第一台计算机接入网络到1 9 8 3 年的1 3 年内，入网的计算 机数目发展到5 6 2 台，到了1 9 9 3 年，这个数字达到了一百二十万台，近几年，接入互联网 络的计算机数目每隔1 2 个月一1 4 个月就增加一倍。 自9 0 年代中期i n t e m e t 商用化以来，尤其是导入w w w 服务后，网络的业务量呈爆炸 性的增长。此后，新的i p 业务不断涌现，推动着网络和通信协议的发展。例如： ( i ) 内容( c o n t e n t ) 配送服务 通信与广播实现融合，在通信基础设施上通过c a c h es e r v e r 传送视频图象。因此要求宽 带、低资费的永久性连接。美、韩二国到2 0 0 0 年9 月已各有3 0 0 万户以上实现接入线路宽 带化。 ( 2 ) 对等通信( p 2 p ) 近年来，由提供个人之间交换m p 3 音乐文件的“n a p s t e r ”引发的对等通信( p e e rt op e e r ) 引人注目。它改变以服务器为中心的那种客户，服务器交换信息方式，实现客户间直接交换 信息，从而节约服务器空间，消除通信服务器的瓶颈。p 2 p 极大可能改变信息流通形式。但 它要求每台微机与i n t e r n e t 存在永久性连接，并具有一定带宽和一个全局i p 地址。美国的 n a p s t e r 用户已达3 8 0 0 万。 ( 3 ) i p 电话 i p 电话因其廉价得到迅速普及。美、日等国提供的免费i p 电话更大受欢迎。由美国用 微机拨打加拿大用户的免费电话在二周内利用次数超过3 0 0 万。从长期来看电话向v o l p 过 渡势在必行。此外，配置简单的h t m l 浏览器提供邮件和信息服务的电话也已面市。 ( 4 ) i p - v p n ( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ) 1 9 9 9 年起在发达国家中兴起构建i p 虚拟专用网的浪潮。i p v p n 是以公共i n t e m e t 代替 传统的租用线( 如d d n 、a t m 或f r 等) 构建企业内联网( i n t r a n e t ) 和企业间的外联网 ( e x t r a n e t ) ，实现安全、保证服务质量和低成本的运用，成为电子商务和电子政务的业务平 台。 ( 5 ) i n t e r n e t 数据中心( i d c ) 和p 2 p 相反，i d c 是近年来发展起来的集中式的服务。一些企业为了减少信息系统的 初期投资和系统管理人员，或为了确保系统2 4 小时3 6 5 天可靠的运行及安全性。以外购 ( o u t s o u r c i n g ) 形式向经营i d c 的公司租赁服务器( h o s t i n g ) 或租借放置设备的空间 ( h o u s i n g ) 。因此。网络必须对通往i d c 路径的业务量作分布处理。 4 6 ) 信息家电网络 冰箱、洗衣机、空调等“白色”家电将利用照明线路，通过标准的9 6 k b s 电线调制解 调器入网：电视、音响及微机等音，视频( a v ) 终端将利用i e e e l 3 9 4 接口或蓝牙无线接口 等接入i n t e m e t 用户和有关厂商可以通过i n t e m e t 对连在家庭网( f a m i l yn e t w o r k ) 上的家 电进行设置及控制。因每台家电需要唯一的i p 地址。所以导入i p v 6 是实现家电网络的先决 条件。 ( 7 ) 第三代移动通信 第三代移动合作工程( 3 g p p ) 以i p v 6 作为其基本协议，实现i m t - 2 0 0 0 系统的移动通 信。移动终端不仅用于通话，接收数据和视频信号，还能用于个人定位及称之为m o b i l e 3 鲁棒性头标压缩及其在移动i p v 6 中的应用第1 章引言 c o m m e r c e 的电子商务，这些应用都在l p 平台上实现。 从以上i n t e m e t 的发展趋势可看出，不仅i n t e r n e t 的用户数不断增加，网络规模不断增 大，新的服务也在不断涌现。i n t e r n e t 的发展呈现出提供多种综合服务的趋势。下一代的网 络将传统的电话网、移动通信网、有线电视网和i n t e r n e t 合为体，可提供电话、电视、计 算等多种服务，即可支持固定的有线用户，也可支持无线用户( 如图l - l 所示) 。整个网络 结构可分为服务提供层、骨干网层和用户访问层，交换方式为分组交换。服务提供层是可提 供多种服务的内容服务器，骨干网层，可高速传输i p 分组，与具体业务无关。用户访问层 提供多种接入模式，使不同类型的终端都可接入网络。 上述的业务都要求实现完全的i p 平台。对于移动用户来说，为了要满足移动用户在不 同i p 子网间漫游的需要要使用移动i p 机制。 1 2 移动i p 1 2 1 移动i p 解决的问题 由于i n t e r n e t 现有寻路机制采用的是网络前缀路由，而不是特定主机路由，这要求接在 同链路上的节点i p 地址具有相同的网络前缀部分。这种寻路协议基于节点总是连接在 i n t e r n e t 的某个固定的位置的假设。当节点从一条链路切换到另一条链路上肘，它的i p 地址 的网络前缀部分就不再与新链路的网络前缀相等了。这样，网络前缀路由技术就没有办法将 分组发送到节点的新位置上，如图1 - 2 。 对这个问题的解决方法有诸如特定主机路由和改变节点的i p 地址路由等方法，但这些 方法不适于在全球因特网上提供节点的移动功能。特定主机路由技术存在严重的不可扩展 4 、 鲁棒性头标压缩及其在移动i p v 6 中的应用 第1 章引言 性、不可靠性和安全隐患，而节点在移动时改变i p 地址路由又使得链路切换时无法保持现 有通信。 移动i p 是一种在全球因特网上提供移动功能的网络层解决方案，对每一个移动节点分 配一个固定的地址，当移动节点在外地链路时，另外给移动节点分配一个地址，表明移动节 点当前的位置。使发向移动节点的分组被重定向到移动节点当前获得的地址( 转交地址) ， 如图1 - 3 。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。值得特别注意的是，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。 移动i p 可以看作是一个路由协议，通过在合适的节点上设立路由表，将i p 包送到那些不 在本地链路上的移动节点。只是与其他路由协议相比，移动l p 具有特殊的功能，它的目的是 将数据包路由到那些可能一直在快速地改变位置的移动节点上。 这里需要着重指出的是，移动i p 协议是网络层协议，并不关心网络中的链路是有线的还 是无线的，但将移动i p 用于无线链路的时候，情形比有线链路复杂，本文第3 章会专门介绍 这点。为了使问题更加简化，便于读者理解，在介绍移动i p 原理的时候以有线链路为例。 1 2 2 移动i p 的设计要求 移动i p 协议必须满足以下要求： 1 ) 移动节点在改变数据链路层的接入点后应仍能与因特网上的其他节点通信。 量鲞丝兰堡堡望墨苎垄竺垫! ! 生塑窒旦 蔓坚生! 堕 2 ) 无论移动节点连接哪个数据链路层接入点，它应仍能用原来的i p 地址进行通信。 3 ) 移动节点应能与不具备移动i p 功能的计算机通信 4 ) 移动节点不应比因特网上的其他节点面临新的或更多的安全威胁。 、 1 2 3 移动i p v 4 移动i p v 4 是基于现行的i p v 4 协议的移动解决方案，于1 9 9 6 年6 月由因特网工程指导组 i e s g ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) 通过，并于1 9 9 6 年1 1 月公布为建议标准 ( p r o p o s e ds t a n d a r d ) 。移动i p 由i e t f 的移动i p 工作组( i p r o u t i n g f o r w i r e l e s s l o b i l e h o s t s ) 于1 9 9 2 年6 月制定，移动i p v 4 包括下面的r f c 文件： 一r f c2 0 0 2 定义了移动ip 协议。 一r f c2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 定义了移动i p 中用到的三种隧道技术。 一r f c2 0 0 5 叙述了移动i p 的应用。 一r f c2 0 0 6 定义了移动i p 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 nb a s e ) 。移动i p 的m i b 库是实现移动i p 的节点的变量集合，管理平台可以通过简单网络管理协议s n m p 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 ) r f c1 9 0 5 对这些变量进行检查和配置。 移动i p v 4 的工作机制如下( 见图卜4 ) ： 1 ) 通过周期地组播或广播一个称为代理广播( a g e n ta d v e r t i s e m e n t s ) 的消息，本地 代理和外地代理宣告它们与链路的连接关系。 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本地链路还 是外地链路上。当它连在本地链路上时，移动节点就可像固定节点一样工作，即它不再利用 移动i p 的其他功能。 下面的步骤假设移动节点连接在一条外地链路上。 3 ) 连在外地链路上的移动节点需要一个转交地址。它可以从外地代理广播的代理广播 消息中找到外地代理转交地址，配置转交地址必须通过个配置规程得到，比如用d h c p ( d y n a m i ch o s tc 0 n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) 、p p p 的i p c p 或手工配置。 4 ) 移动节点向本地代理注册从第3 步中得到的转交地址，可以通过移动i 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 阻止拒绝服务攻击，注册消息要求进行认证。 5 ) 本地代理广播对移动节点本地地址的网络前缀的可达性，从而吸引发往移动节点本 地地址的数据包，本地代理截取这个包( 可能用代理a r p ) ，并根据移动节点在第4 步中注 册的转交地址，通过隧道将数据包传送给移动节点。 6 ) 在转交地址处可能是外地代理或移动节点的一个端口，原始数据包被从隧道中 提取出来送给移动节点。 6 鲁棒性头标压缩及其在移动i p v 6 中的应用第1 章引言 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 来访的移动节点发出的包来说，外地代理完成路由器的功能。 图卜4 中注明了这些步骤，其中的移动节点连到了外地链路上，并用了外地代理转交地 址。 7 、 鲁棒性头标压缩及其在移动1 p v 6 中的应用 第1 章引言 1 2 4 移动i p v 4 的不足 由i p v 4 来实现移动性相对来说比较困难。首先面临的是i p v 4 地址不足的问题( 关于这 一点将在下一章中讨论) ，不可以给将来的每一个移动终端都分配一个全局有效的1 p v 4 地 址。其次是移动i p v 4 的三角路由的问题，即通信节点通过本地代理和移动节点通信，移动 节点和直接和通信节点通信。这不仅带来了额外的延时，还加重了本地代理的负担。另外， 还有安全性和q o s 等问题。 1 3 论文的研究背景 由于i n t e m e t 的缺陷和移动i p v 4 的不足。引入了i p v 6 协议和移动i p v 6 。移动l p v 6 中集 成了i p v 6 的新特性，可容纳大量的移动用户，具有广阔的应用前景。但是将移动i p v 6 应用 于实际无线网络中，尚有许多问题有待解决，本文作为信息网络实验室国家8 6 3 项目“移动 i p v 6 的关键技术”中的一部分，要解决的主要问题是将移动i p v 6 应用于无线链路中的传输 效率问题。 1 4 论文组织结构 本文第2 章将介绍i p v 6 协议和移动i p v 6 机制。第3 章将介绍头标压缩原理和几种头标 压缩的方法，分析各方法的优劣。第4 章将详细介绍一种鲁棒性头标压缩方法( r o h c ) ， 并在第5 章详述本人提出压缩移动i p v 6 业务的子协议。第6 章该子协议在n s 仿真中的实 现，第7 章给出使用n s 的仿真结果。 8 苎壁丝苎堡垦堕墨茎垄整垫! ! 兰生竺生旦 苎! 兰! ! ：! 塑整垫! ! ! 第2 章i p v 6 和移动i p v 6 2 1i p v 6 协议 2 1 1i p v 6 的提出背景 现行的i n t e r n e t ( f l l 】i p v 4 ) 存在着一些致命的缺陷。首先是地址空间的不足。虽然理论上 i p v 4 的3 2 为地址可容纳约4 0 亿台主机，但因划分成不同的网络后，可用地址要少得多( 约3 0 亿) ；更糟的是，地址分配不均匀，美国占据了大量得a 、b 类地址，使其他国家，尤其是发 展中国家很难得到全局i p 地址( g l o b a li p a d d r e s s ) 。例如，美国著名大学m i t 拥有的i p 地址比 整个中国的i p 地址还要多。另一方面，i n t e r a c t 用户特别是无线用户数的飞速增长，使得对i p 地址的需求大大增加。即使采用c i d r ( c l a s si n t e r - d o m a i nr o u t i n g ) 及内部地址( p r i v a t ea d d r e s s ) 也只能暂时缓解地址空间不足。但至u 2 0 0 6 年左右i p v 4 地址资源仍将被耗尽。 2 1 2 i p v 6 协议简介 为了解决i p v 4 协议所存在的问题，i e t f 提出了下一代i n t e m e t 协议一- - i p v 6 ( r f c 2 4 6 0 ) 。 i p v 6 继承了i p v 4 的优点，并根据i p v 41 0 年来运用的经验进行了大幅度的修改和功能扩充。 如图2 - 1 所示，在i p v 6 头标中删除了一些不必要的i p v 4 功能，加强了某些功能，对i p v 4 头标进行了简化。虽然i p v 6 基本头标占4 0 字节，是2 0 字节i p v 4 头标的1 6 倍，但因其长 度固定( i p v 4 头标是变长的) ，又因其要处理的域由i p v 4 的1 2 个减少到8 个，从而大大降 低了路由器上的软件处理复杂度。 i p v 4 头标中存在可变长度的选项，利用它可以处理具有指定路径控制、路径记录、时 戳( t i m es t a m p ) 和安全等选项的特殊分组。但因这种分组会影响网络的性能，故选项逐渐 被废弃。根据l p v 4 的运用经验，i p v 6 中规定了使用扩展头标( e x t e n s i o nh e a d e r ) 的特殊处 理。一个i p v 6 分组可以携带0 个、1 个或多个扩展头标，每个扩展头标的类型由其之前头 标的下一头标值( n e x t h e a d e r v a l u e ) 标明。扩展头标的类型主要有寻路头标，信宿选项头标， e s p 头标、a h 头标等。 1 p v 6 拥有1 2 8 位巨大的地址空间，理论上地球上每平方米将有6 6 5 1 0 2 3 个i p 地址。每 个人、每台家电、设备和每个传感器都可获得若干个全球唯一的l p 地址。i p v 6 地址的聚类 ( a g g r e g a t i o n ) 特性还可以减少路由器中的路由表项，并且在i p v 6 中集成了安全性和移动性， 可支持用户的移动通信。 2 1 3 和移动相关的特性 i p v 6 中集成了和移动相关的特性。具体如下 9 、 量鲎丝兰堡垦堕墨苎垄整垫里生主塑蜜旦苎! 兰一! 坠! 塑塑翌! ! 坠生 2 1 3 1 路由器公告 路由器可定期的主动向所在链路的节点发送路由器公告( r o u t e ra d v e r t i s e m e n t ) 。节点 由收到的路由器公告获知当前的链路前缀、缺省路由、最大m t u 等信息。节点也可主动的 发送路由器请求报文，当路由器回应请求时，直接向提出请求的系统发送路由器公告报文a 通过路出器请求报文，节点可查找当前链路的路由器。以上的路由器公告报文和路由器请求 报文均采用i c m p 报文格式。 04 81 61 92 43 1 版本头标长。 t o s i 报、文总长 标识。标志xl报片偏移x 生存时问。协议懈头标校验和。 源i p 地址“” 目的i p 地址) o p t i o nd a t a l i p a d l ( a ) l p v 4 头标格式 版本优先级) 流标记 净荷长度“下一个头标”ih o p 限制“ 一源地址( i 1 1 )一 一 目的地址 ( b ) i p v 6 头标格式“ x ：在i p v 6 头标中被删除的域 ( i ) ：在i pv 6 头标中功能被加强的对应域 ( x ) ：在i p v 6 头标中功能被保留的对应域 图2 - 1i p v 4 与i p v 6 的比较 2 1 3 2 地址自动配置 在i p v 6 中为了简化i p 地址的管理，提供了二种方法，标准上将其称作“无状态地址自 动配置( 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 n ) ”和“附加状态地址配置( s t a t e f u la d d r e s s c o n f i g u r a t i o n ) ”。附加状态地址配置使用了动态主机配置协议( d h c p ：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 0 1 ) ，利用它建立独立体系的i p 地址。无状态地址配置无需手工操作和 额外服务器，表现了 p v 6 协议p l u g a n d p l a y ( p n p ) 的特性，是主要的获得地址的方法。 将路由器公告中获得的地址前缀和节点的链路地址( 由m a c 地址标志) 组合在一起， 可生成完整的i p v 6 地址如图2 2 所示由于前缀在网上唯一地标识链路，链路地址唯一 地标识该链路上的接口，两者的组合就能唯一地标识i n t e r n e t 上的一个接口。 注l ： r f c 2 4 6 0 中规定以8 比特业务量等级( t r a f f i cc l a s s ) 域代替优先级域。同时流标记为2 0 比特。但由于实际在操作系统中实现的是图示的格式，考虑到头标压缩的实用性，在下文中i p v 6 均采用此格式 1 0 、 鲁棒性头标压缩及其在移动i p v 6 中的应用 第2 章l p v 6 和移动1 p v 6 前缀链路地址 地址 4 c 0 0 ：8 0+ 0 2 0 7 0 1 一e 6 3 1 5 2 ；4 c 0 0 ：0 2 0 7 ：0 1 e 6 ：3 1 5 2 路由器公告+ 链路地址= i p v 6 地址 图2 2 地址自动配置 2 2m o b i l ei p v 6 i p v 6 中支持移动性的模块也称为m o b i l ei p v 6 。m o b i l ei p v 6 被集成在i p v 6 协议中，融 合了移动i p v 4 的发展经验和i p v 6 协议本身的新特性。在我们介绍移动i p v 6 之前，将首先 介绍下文将会出现的一些术语。 2 2 1 术语 移动节点( w o b i l en o d e ) 从一个网络漫游到另一个网络时可以保持和通信对端通信的节点。 本地地址( h o m ea d d r e s s ) 移动节点拥有的永久地址，不论移动节点的网络接入点在哪里，该地址保持不变。 本地网络( h o m en e t w o r k ) 由移动节点本地地址的网络前缀标识的网络。 外地网络( f o r e i g nn e t w o r k ) 网络前缀与移动节点本地地址的网络前缀不同的网络。 通信对端( c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 和移动节点( 蚋) 通信的节点。 转交地址( c a r e - o fa d d r e s s ) 用以标识移动节点当前位置的网络地址。当移动节点同时有多个转交地址时，向它的本 地代理注册的那个转交地址叫做“首选转交地址( p r i m a r yc a r e - o fa d d r e s s ) ”。 绑定( b i n d i n g ) 移动节点的本地地址与它当前的转交地址之间的对应关系，以及这种对应关系的生存时 间。 、 量量丝苎塑墨丝墨苎垄望垫! ! ：! 主塑堡旦 笙! 兰堡：! 塑整垫! ! 生 2 2 1 1 数据结构 下面是下文中会提到的一些重要的数据结构。 绑定缓存( b i n d i n g c a c h e ) 每一个i p v 6 节点都有绑定缓存，用于保存其他节点的绑定信息。如果节点收到绑定更 新，将其加入绑定缓存中。发送分组时，首先在绑定缓存查询是否有该信宿地址的表项。如 果存在该表项，则用寻路头标发送分组。 绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s t ) 移动节点应有绑定更新列表，用来记录移动节点发送的还没有过生存期的绑定更新信 息，包含所有发向本地代理和通信对端的绑定更新。 本地代理列表( h o m ea g e n tl i s t ) 本地代理应维护本地代理列表，保存本地链路上所有其他本地代理的信息。该信息用于 动态本地代理发现机制。 2 2 2 移动i p v 6 的通信功能实体 这里要着重介绍一下移动i p v 6 通信中所用到的功能实体。移动i p v 6 中由于采用地址自 动配置，省去了外地代理( f o r e i g na g e n t ) ，仅需由外地链路上的路由器提供缺省路由。只 是为了适合节点的移动性，相应缩小了路由器的路由器公告间隔。 2 2 2 1 移动节点( m n ：m o b i l en o d e ) 移动节点的主要功能有： i p v 6 解封装。 支持发送绑定更新选项，接收处理绑定应答储求选项。 支持动态本地代理发现机制。 维护绑定更新表，记录其发送绑定更新的对方节点的i p 地址。 支持发送包含本地代理选项的分组。 维护本地代理列表。 2 2 2 2 本地代理( h a ：h o m ea g e n t ) 本地代理的主要功能有： 为其所代理的每个移动节点维护绑定缓存。 通过代理邻机发现( p r o x y n e i g h b o r d i s c o v e r y ) ，截取目的地址为移动节点的分组 封装截得的分组由隧道发送到移动节点的首选转地址。 对于每一链路维护一个本地代理表。 接受以移动i p v 6 本地代理任意播地址为目的地址的分组。 系统管理员可人工设置本地代理参数域的值。 2 2 2 3 通信对端( c n ：c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 为了与移动i p v 6 节点通信，通信对端也必须支持移动i p v 6 协议，其主要功能有 处理收到的本地地址选项。 处理绑定更新选项，且回应绑定应答选项。 1 2 鲁棒性头标压缩及其在移动i p v 6 中的应用 第2 章i p v 6 和移动i p v 6 为接收到的绑定更新维护一个绑定缓存。 2 , 2 3 移动节点的地址 由于i p v 6 协议具有巨大的地址空间，可为每个移动节点分配个永久地址一一本地地 址。通信对端总是可以通过移动节点的本地地址和移动节点通信。移动节点在外地网络的时 候还可通过地址自动配置生成转交地址。移动节点的转交地址可以有多个，但首选转交地址 ( p r i m a r yc a r e o fa d d r e s s ) 只能有一个。本地代理只将截取的数据发向首选转交地址。 但移动节点接收以其任意转交地址为目的地的分组，采用这种机制有利于移动节点在无线网 络间平稳切换。 2 2 4 移动i p v 6 的通信规程 下面将详细描述移动节点与外界通信的基本过程。 链路上的路由器发送周期性的路由器公告( r o u t e ra d v e r t i s e m e n t ) 。移动节点可根据收 到的路由器公告判定自己的位置。若收到的路由器公告中的链路前缀和移动节点的本地地址 前缀相同，则可判断移动节点处在本地网络中，可使用传统的寻路机制收发数据。若收到的 路由器公告中的链路前缀和移动节点的本地地址前缀不同。则表明移动节点已移动到外地网 络中，其通信过程如下： 移动节点首先要获得外地网络中的转交地址。具体可采用地址自动配置机制，也可由外 地网络的管理员预先分配地址。通常采用无状态地址自动配置( 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 n ) 的方法( 具体描述见上文2 1 3 2 节) 。移动节点利用收到路由器公告中的链 路前缀和自身的m a c 地址合成新的转交地址。该转交地址的前缀是当前移动节点所在链路 的前缀。所有以该转交地址为信宿地址的分组，都可到达移动节点的当前位置。 接着，移动节点向本地网络的一个路由器注册当前的转交地址，要求它做为自己的本地 代理，如图2 - 3 。移动节点向本地代理发一个含有绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) 信宿选项的分 组。本地代理将该信息存入绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) ，并回送一个绑定应答( b i n d i n g a c k n o w l e d g e ) 信宿选项的分组。这个转交地址被称为首选转交地址( p r i m a r yc a r e o f a d d r e s s ) 。 然后，本地代理用代理邻机发现截获发向该移动节点本地地址的i p “分组，将截获的 分组由隧道转发到移动节点的首选转发地址( 本地代理用l p v 6 封装来封装分组，目的地址为 移动节点的首选转发地址1 ，如图2 1 4 。 当移动主机不知道本地代理的i p 地址时，可用动态本地代理地址发现使移动节点获得 本地代理的i p 地址。移动节点发送一个本地代理地址发现请求的i c m p 包，目的地址为移 动i p v 6 本地代理的任播( a n y c a s t ) 地址。即可到达本地链路上的个本地代理。该代理向移动 节点回送一个本地代理地址发现应答的i c m p 包，其中包括本地链路上的本地代理列表。 i 3 、 量鲎丝苎堡垦堡墨苎垄整垫! ! ：! 塑堕旦 塑! 兰! ! ：! 塑整垫j ! 坦 图2 - 4 本地代理截获发向移动节点的分组并由隧道转交给移动节点 移动节点可直接向通信对端发送分组。为了避免所在外地网络中路由器的源地址过滤 ( i n g r e s sf i l t e r i n g ) ，将i p v 6 基本头标中的源地址设为移动节点的转交地址，将移动节点的 本地地址写入本地地址选项附在基本头标之后，如图2 5 。 移动节点( m n ：m 0 b i l e n o d e ) 移动到外地时，除了向本地代理发送绑定更新进行注册 外，也会向通信对端( c n ：c o r r e s p o n d e n t n o d e ) 发送绑定更新，向通信对端通知当前的转 交地址。这样，通信对端就可和移动节点直接通信。如图2 - 6 。 节点发送分组时，先在绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 中查询信宿地址，若存在相应的表项 ( 说明目的节点是移动节点) ，则用寻路头标( r o u t i n gh e a d e r ) 发送该分组。此时，将移动 节点的转交地址写入i p v 6 头标的信宿地址中，将移动节点的本地地址写入寻路头标的地址 列表，如图2 - 7 所示。若无此项绑定缓存，则按正常程序发送，由本地代理( h a ：h o m ea g e n t ) 负责将c n 发的分组转给m n 。m n 收到h a 由隧道发送过来的分组，可知c n 不知m n 当 前的转交地址，就会主动向c n 发送绑定更新消息。这样可避免移动i p v 4 中存在的三角路 由问题，节约带宽。 1 4 鲁棒性头标压缩及其在移动i p v 6 中的应用第2 章i p v 6 和移动i p v 6 1 p v 6 头 标 信宿选 项头标 u d p 头标 麓奉：6f 优先擐l流标记 净营长度ft 一头坛6 0 中继点隈射 一 倍潭地址，- 的转发地址 一 一 目的地址：c n 的地址 一 下一个头标：1 7头标k 度：1 9 l 选项类型：加i进嘎长廑：1 6 一 丰地地址th n 的奉地地址 一 谭端口 目的靖口 数据报长度 按赣和 应用数据 图2 - 5 m n 发向c n 的分组格式 图2 - 6 移动i p v 6 的路由优化 1 5 、 ! 应用数据 ! 图2 - 7 c n 发向m n 的分组格式 2 2 5 移动i p v 6 的移动检测 移动节点可以利用现有机制的组合来检测移动的发生。一种方法是等待周期性的路由器 公告。当移动节点收到路由器公告中的前缀发生变化，可知移动节点移动到新的子网。还有 一个更普遍的情况，就是在一段时间内没有收到路由器公告，移动节点就会假设当前缺省路 由器不可达，发送路由器请求消息。当前链路上的路由器收到后会发送路由器公告，让移动 节点形成新的转交地址。 移动节点获得新的转交地址后，要向本地代理、绑定列表中列出的通信对端发送绑定更 新消息，注册移动节点的新地址。 移动i p v 6 的移动检测可以使移动节点在无线网络中的自由切换。 2 2 6 移动i p v 6 对i p v 6 协议的扩充 为了提供移动i p v 6 的信令( 如绑定更新、绑定应答等) ，移动1 p v 6 对现有的i p v 6 协议 进行了扩充。主要是定义了信宿选项、i c m p 报文的新类型，并且对邻机发现( n e i g h b o r d i s c o v e r y ) 做了修改。 2 2 6 1 新定义的信宿选项 移动i p v 6 将信令定义在i p v 6 信宿选项( d e s i n a t i o no p t i o n ) 头标中。这样既可在数据分 组时单独发送信令，也可加载在数据分组中发送，从而减小信令头标开销。由于信宿选项的 特性，在分组的发送过程中，中间的路由器不检查该选项信息，仅由分组的信宿对该信息进 行处理。在移动i p v 6 在定义了下列4 种信宿选项； 1 ) 绑定更新 绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) 选项用于移动节点将当前的绑定通知与其通信的节点或移 动节点的本地代理。任意一个包含绑定更新选项的分组必须同时包含本地地址选项。绑定更 新必需由i p s e c 保护其安全性。 1 6 量堡丝兰堑生堕墨苎垄壁垫! ! ：! 主箜查旦 墨! 里坠，旦塑整垫! ! 堕 选项类型：1 9 8l选项长度 l i alhirjdl 保留l前缀长度 序列号j l生存时问 i i子选项 图2 8 绑定更新选项 绑定更新选项的格式如图2 8 所示，其中： 选项类型：1 9 8 ( 0 x c 6 ) 选项长度：以字节为单位。选项的总长除去选项类型和选项长度域