（计算机应用技术专业论文）分层移动ipv6切换技术研究.pdf

南京邮l u 人学顾：i ：i o f 究生学位论文摘要 摘要 随着移动通信技术的不断发展，传统无线网络将逐步被以移动i p 为基础的无线网 络所取代，但是无论是移动i p v 4 ，还是移动i p v 6 ，切换时延太长，都不能满足实时通 信的需求。 为了满足实时通信的需求，必须减少切换过程中的时延。针对这个问题，本文主 要的工作如下： 1 分析研究移动i p v 6 、分层移动i p v 6 以及快速移动i p v 6 切换技术，并通过理论 分析，比较了它们的切换时延。 2 分层移动i p v 6 切换时延较长，所以本文对其进行了改进。在改进的h m i p v 6 切换方案中，增加了两条消息：地址检测请求消息和地址检测确认消息，通过发送这 两条消息，可以提前对移动节点新配置的转交地址进行d a d ；而使用改进的d a d 机 制，消除了传统的d a d 机制中m n 的等待时延，大大缩短了切换时延。 3 针对这个改进的h m i p v 6 方案，在l i n u x 环境下，设计了该方案的原型测试系 统。在原型测试系统中，实现了消息之间的交互，验证了该方案的可行性。 4 对网络仿真软件n s 进行了扩展，并对移动i p v 6 、h m i p v 6 以及改进的 h m i p v 6 进行了仿真分析，仿真结果表明：改进的h m i p v 6 的切换时延明显优于其它 的切换机制。 关键字：移动i p v 6 ，h m i p v 6 ，改进的h m i p v 6 ，切换时延，d a d 南京i i i gj u 人学硕- ：研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm 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 y , t h et r a d i t i o n a lw i r e l e s s n e t w o r kw i l lb er e p l a c e db yt h ew i r e l e s sn e t w o r kb a s e do nm o b i l ei p b u te i t h e rm o b i l ei p v 4o r m o b i l ei p v 6 ，w h i c hh a n d o v e rd e l a yi st o ol o n gt os u i tf o r t h er e q u e s to fr e a l - t i m e c o m m u n i c a t i o n i no r d e rt os a t i s f yt h er e q u e s to ft h er e a l t i m ec o m m u n i c a t i o n ，t h eh a n d o v e rd e l a ym u s tb e d e c r e a s e d t oa d d r e s st h i si s s u e ，t h ef o l l o w i n gr e s e a r c h e sh a v eb e e nd o n e ： 1 t h em o b i l ei p v 6 ，h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6a n df a s tm o b i l ei p v 6a r ea n a l y s e da n d s t u d i e d ，t h et i m ed e l a yo ft h o s et e c h n o l o g i e si sc o m p a r e d 2 b e c a u s et h eh a n d o v e rd e l a yo fh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6i st o ol o n g ，s ot h ep a p e r i m p r o v e st h eh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 i nt h ei m p r o v e dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6p r o j e c t ， t h r o u g ha d d i n gt w on e wm e s s a g e s ：a d d r e s sd e t e c t i o nr e q u i r em e s s a g ea n da d d r e s sd e t e c t i o n a c k n o w l e d g em e s s a g e ，t h e yc a l li m p l e m e n t sd u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o no ft h en e wc a r e o f a d d r e s si na d v a n c e ；b yr e m o v i n gt h ew a i t i n gt i m ed e l a yo ft h em o b i l en o d e ，w h i c he x i s t si nt h e t r a d i t i o n a ld u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n , t h ei m p r o v e dp r o j e c td e c r e a s e st h eh a n d o v e rd e l a yb yt h e i m p r o v e dd u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o nm e c h a n i s mo b v i o u s l y 3 t h ep r o t o t y p es y s t e mi sd e s i g n e do nl i n u xs y s t e mf o rt h ei m p r o v e dh i e r a r c h i c a lm o b i l e i p v 6p r o j e c t t h ep r o t o t y p es y s t e ma c h i e v e st h ei n t e r w o r l d n go ft h em e s s a g e sa n dv a l i d a t e st h e f e a s i b i l i t yo ft h ei m p r o v e dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6p r o j e c t 4 b ye x t e n d i n gt h ef u n c t i o n so ft h en e t w o r ks i m u l a t i o ns o f f w a r e - n s ，t h ep a p e rs i m u l a t e s a n da n a l y s e st h eh a n d o v e rd e l a yo fm o b i l ei p v 6 ，h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6a n di m p r o v e d h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 t h er e s u l to ft h es i m u l a t i o ns h o w st h a tt h eh a n d o v e rd e l a yo f i m p r o v e dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6i sb e t t e rt h a no t h e r s k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，i m p r o v e dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ， h a n d o v e rd e l a y , d u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n 南京邮i u 人学顾l ：研究生学位论文专用术语 专用术语 英文缩写 英文全称中文全称 技a c c e s sp o i n t 接入点 a d aa d d r e s sd e t e c t i o na c k n o w l e d g e m e n t地址检测确认 a d sa d d r e s sd e t e c t i o ns o l i c i t a t i o n 地址检测请求 a r a c c e s sr o u t e r 接入路由器 b a c k b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t 绑定确认 b u b i n d i n gu p d a t e 绑定更新 c o ac a r e - o f a d d r e s s 转交地址 c n c o r r e s p o n d e n tn o d e 通信对端 d a d d u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o n 重复地址检测 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 动态主机配置协议 f b uf a s tb i n d i n gu p d a t e 快速绑定更新 f b a c k f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t 快速绑定确认 f n af a s tn e i g h b o ra d v e r t i s e m e n t 快速邻居通告 h ah o m e a g e n t 家乡代理 h ih a n d o v e ri n i t i a t e 切换初始 h a c kh a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t 切换确认 h m i p v 6 h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 分层移动i p v 6 i p v 6i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n6 互联网协议版本6 l c o a o n l i n kc a r e o f a d d r e s s 在链转交地址 n l 心 m o b i l i t ya n c h o rp o i n t移动锚点 m i p v 6 m o b i l ei p v 6 移动i p v 6 n a rn e wa c c e s sr o u t e r新接入路由器 p a rp r e v i o t i sa c c e s s r o u t e r旧接入路由器 p r r t a d v p r o x y r o u t e ra d v e r t i s e m e n t 代理路由器通告 r a r o u t e ra d v e r t i s e m e n t 路由器通告 r c o a r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s 区域转交地址 r t s o l p rr 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 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及研究成果。尽我 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，也不包括为获得南京邮电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论文研究所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：煎日期啦鱼 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公 布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究 生部办理。 繇数新签名蛾眺堕丝 南京邮i u 人学硕l ：研究生学位论文 第一章引占 第1 章引言 1 1 背景介绍 当今世界，i n t e m e t 规模正在以惊人的速度不断扩大，移动互联网也得到日益广泛的应 用，移动办公成为一种潮流，越来越多的移动用户都希望能够以一种更加灵活的方式随时 随地的访问企业的网络资源和i n t e m e t 资源，这在现阶段最突出的表现就是对移动办公的 需求，就像手机漫游一样，无论移动节点身处何地，都可以随时访问企业网和i n t e r n e t ，其 它节点也可以随时随地的与它进行通信。 在移动耐i 】的提出之前，当移动用户通过不同地区的i s p 接入网络时，其i p 地址也要 进行变更。当一个移动用户离开自己的本地网络，接入另一个外地网络的时候，它必须将 其i p 地址修改为外地网络的子网的i p 地址，才能访问各种网络资源，而且由于各种网络 设置，此用户一般不能访问原有网络中的资源，其它用户也无法通过该用户原来的i p 地址 与该用户进行通信。这种传统的针对固定节点通信的技术，不适用于移动节点。 为了解决这个问题，i e t f 将i p v 6 和移动i p 结合，提出了移动i p v 6 协议。移动i p v 6 对于网络层以上的协议是透明的，这使得移动结点在不同网络间切换时，运行在其上的应 用程序可以继续使用，用户只需关注自己的应用，终端将最终淡化为一种手段，移动i p v 6 完全可以实现通信的同一性；移动i p v 6 取消了移动i p v 4 中的外地代理的概念，避免了三 角路由等难题，使其结构比移动i p v 4 更简单；最后，由于i p v 6 提供了丰富的地址资源， 每一个连在网上的设备都可以分配到一个口地址，网络互联从人与人的互联到机与机的互 联的转变也可以实现，这将带来大量的崭新业务；最后，在下一代互联网中，已经实现了 全i p 网络，因此，通过移动i p v 6 ，能够实现多种接入方式的互联，即忽略蓝牙、w l a n 、 c d m a 等接入技术的差异，移动结点从一种接入技术覆盖区域移动到另一种接入技术覆盖 的区域时( 垂直切换) ，仍能与外界保持不问断的连接。但是移动i p v 6 在应付大量实时业务 的时候，如高清视频点播等应用时，出现了时延过大的问题，从而促使i e t f 又提出了快速移 动i p v 6 5 1 和分层移动i p v 6 6 】方案，其主要目的就是要解决针对移动口v 6 切换中时延过大的问 题。f m i p v 6 引入预测机制，提前收集切换的相关信息并在移动终端上进行配置，加快切换速 度。分层移动i p v 6 则引入“域”的概念，对节点的移动进行分块管理减少冗余信令，提高切 换性能。两种方案各自在一定程度上提升了移动i p v 6 协议的性能，但是各自仍存在不足。因 此，i e t f 专门成立了工作组m i p s h o p 负责对移动i p v 6 协议进行优化，其中也包括快速和分 层协议。 南京邮f 1 1 人学硕l 研究生学位论文 第一章引育 1 2 研究内容 相对于目前广泛应用于无线网络的移动伊v 4 1 1 技术，移动i p v 6 2 1 的优势虽然非常明显，但 是移动i p v 6 的切换时延也是比较大的，当移动终端从一个子网切换到另外一个子网时，它的 通信会中断几秒钟甚至十几秒钟，这个由切换过程造成的通信中断时间被称为切换时延。切 换时延过大的问题对于某些业务( 如文件传送) 来说并不重要，但是对于实时性业务( 如网 络电话) 来说，影响是很大的。另外，在切换过程中，移动i p v 6 协议会产生一些控制信令， 这些信令可能需要穿越骨干网，由于移动终端的数目巨大，这些信令可能会增加骨干网的负 担。为此，i e t f 成立了专门的工作组，研究如何对切换过程进行优化，以减少切换时延和信 令开销。目前已有两个协议成为i e t f 正式的标准规范，一个是移动i p v 6 快速切换( f m i p v 6 ) 【5 1 协议，一个是分层移动i p v 6 ( h m i p v 6 ) 【q 协议。f m i p v 6 协议虽然减少了切换的时延，但是 没有减少反而增加了控制信令的数目；h m i p v 6 协议虽然不能将切换时延减少到实时性业务可 以接受的程度，但是它能有效地减少信令的数目。 在这篇文章中，介绍了移动i p v 6 的相关研究内容，并详细介绍了基于移动p v 6 的扩展的 协议：f m i p v 6 、h m i p v 6 ，使用改进的d a d 机制对h m i p v 6 机制进行了改进。在使用改进的 d a d 机制中，消除了传统的d a d 机制中m n 的等待时间，大大缩短了切换的时延。针对改 进的h m i p v 6 机制，通过原型系统测试和性能仿真，对切换时延进行了比较分析，可以得出 改进的h m i p v 6 有效地减少了切换的时延。 1 3 论文结构 第一章主要介绍了当前移动i p v 6 的研究背景以及本篇论文所做的工作。 第二章介绍了国内外关于移动i p v 6 的研究现状，简要地介绍了移动i p v 6 相关的技术和移 动i p v 6 的两个扩展的协议( h m i p v 6 、f m i p v 6 ) ，阐述了这两种协议在不同场景 下的切换流程。 第三章详细介绍了改进的h m i p v 6 协议、新增信令、切换流程等等，该协议使用了改进的 重复地址检测机制，缩短了移动节点的切换延迟。 第四章介绍原型测试系统的各个模块的功能、实现过程，进行了具体业务的测试，并对测 试结果进行了分析。 第五章介绍了网络仿真机制，并对网络仿真软件进行了扩展，介绍了仿真环境及相关参数， 最后对仿真结果进行分析。 第六章总结本篇论文并指出其中的不足点以及未来关注的领域。 2 南京邮i 【1 人学颁一l ：研究生学位论文第二章相关研究 第2 章相关研究 2 1 国内外研究现状 目前国际上移动i p 的相关研究大多都是在i e t f 框架下以工作组的形式进行标准的制定 与优化，同时还有其他相关的组织在进行相应开源代码的编写工作。主要有以下几个和移动 i p v 6 相关的研究组织。 1 i e t fm i p 6 工作组 m i p 6 工作组的主要目标是制定一种标准，使得i p v 6 主机在i n t e r n e t 上移动的时候，仍然 能够使用其家乡地址进行通信。此外m v 6 工作组的任务还有创建与维护议题列表，从而来 及时反馈、交流部署基本协议时出现的问题，说明如何使用i k e v 2 来建立移动节点和家乡代 理之间的安全联盟等。 2 i e t fm i p s h o p 工作组 m i p s h o p 工作组的主要任务有：修订h m i p v 6 ，定义如何使用i k e v 2 来保护移动节点和 移动锚点( m a p ) 之间的安全；修订f m i p v 6 ，使用来自s e n d 的密钥【3 1 和八a a 【4 1 架构来维 护移动节点和接入路由器之间的安全性；如何将f m i p v 6 应用到8 0 2 1 6 e 和c d m a 2 0 0 0 网络 中等。 3 k a m e 工作组 k a m e 工作组由日本的六家公司组成，主要负责在b s du n i x 系统下( f r e eb s d ，o p e n b s d ，n e tb s d ) i p v 6 相关协议参考代码的研发工作以及将其应用在a p p l e 电脑中。该组织曾 经发布了应用于b s du n i x 系统下的基于草案版本的h m i p v 6 代码。 4 t a h i 工作组 t a h i 工作组主要由日本东京大学、y d c 公司、横河电机公司组成，主要负责测试软件 的开发工作，对i p v 6 相关协议的一致性、协同性进行测试，增强协议和代码的可靠性。 5 f i n i p v 6 o r g 项目组 f m i p v 6 o r g 项目组旨在提供对移动i p v 6 快速切换的一套完整的开源应用代码，提供在 l i n u x 内核平台上对移动i p v 6 切换性能的改进。目前最新的开源代码是面向l i n u x 内核 2 6 2 3 - r c 3 下的u m i p 0 4 版本。 国内的研究小组主要有中国科技大学、清华大学、中科院计算所、南京邮电大学等单位， 主要工作都是跟进i e t f 最新研究动态，再进行相关领域的研究开发工作。 南京i i i g i ! 人学顾i j 研究生学位论义第二章相关研究 2 2 相关技术介绍 2 2 1 移动i p v 6 概述 移动i p v 6 允许i p v 6 主机在i n t e m e t 上移动时仍能使用它的家乡地址，并能通过一些机制保 证会话的连续性。移动i p v 6 支持i p 层上面的透明性，此外，构建在移动i p v 6 上面的网络移动性 机制使得移动网络连n i n t e m e t 上的附着点发生改变时，管理该移动网络成为可能。 当移动节点在家乡时，使用传统的路由机制与外界交互。当移动节点连接到某外地链路 上时，它通过一个或多个转交地址与外界通信。 移动节点来到外地链路，通过i p v 6 的常规机制，例如无状态或有状态地址配置来获取其 新的转交地址，然后通过发送“绑定更新”至家乡代理来执行绑定注册，使得移动节点家乡 地址和转交地址之间相“绑定 ，家乡代理通过返回“绑定确认”消息来进行响应。 在绑定确认后，移动节点便可以通过反向隧道模式或路由优化模式与通信对端通信。反 向隧道避免了入口过滤的问题，但会产生较大时延；路由优化模式下，移动节点与通信对端 的通信不经过家乡代理，但是在实际的运营中也给运营商的计费带来困难。 2 2 2 二层触发 移动节点的切换包含两部分：二层( l 2 ，l a y e r2 ) 切换和三层( l 3 ，l a y e r3 ) 切换。l 2 切换是指移动节点在链路层断开与原来接入点( a p ，a c c e s sp o i n t ) 的连接，重新接入到新的 a p ，当两个a p 在同一个子网时，不需要改变路由信息，因此不需要进行l 3 切换。当两个 a p 在不同的子网时，需要改变路由信息，因此需要进行l 3 切换。 所谓第二层触发是在数据链路层切换过程中发送信令，通告数据链路层事件的发生，如 移动节点离开旧的数据链路层连接点或进入新的数据链路层连接点等，如表2 1 所示，第二 层触发消息可以根据它的接收者是移动节点、p a r 或n a r 进行分类。 表2 1 二层触发消息 二层触发 移动触发 源触发目的触发 链路启用链路停刚 ( l 2 t )( l 2 一m t )( l 2 s t )( l 2 t t )( l 2 l u )( l 2 l d ) 接收者移动节点 p a r n a r移动节点或p a rp a r 触发时间二层切换二层切换前二层切换前移动节点与n a r移动节点与p a r h u建立连接断开连接 包含信息 n a r 的i p 地 移动节点及 移动节点及移动节点及n a r移动节点的i p 地 址n a r 的i p 地址p a r 的i p 地址的i p 地址利数据址 链路层地址 l 2 一m t 是移动节点检测到移动发出的触发消息；l 2 s t 发生于p a r ，通知一个二层触发 即将发生；l 2 一t t 发生于n a r ，通知n a i l 一个二层触发即将发生；l 2 l u 发生于移动节点 4 南京邮1 1 1 人学颀l ：研究生学位论文 第二章相关1 j f 究 或n a r ，通知二者之问新的数据链路层连接已建立；l 2 l d 发生于p a r ，通知移动节点与 p a r 间的数据链路层连接已终止。 l 2 t 可以作为l 2 和l 3 的一个接口模块，调用l 2 的操作，对信号质量进行检测，根据 该模块提供的相应算法生成对应的第二层事件，从而供其它模块调用。 2 3 分层移动i p v 6 h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( h m i p v 6 ) 6 1 是为了提高移动连接速度而提出的。按照移动i p v 6 的要求，在外地网络中，m n 每移动到一个新的位置就要向h a 或c n 发送绑定更新信息。如 果位置变化很小，这个绑定更新信息可以忽略，但按照要求却必须发送出去，这样很多冗余 的绑定更新信息占据了带宽，浪费了宝贵的网络资源，还会引发网络冲突，减少有效的数据 传输。因此，i e t f 提出了h m i p v 6 ，用于减少不必要的信令交换，提高切换的速度。 2 3 1 协议简介 h m i p v 6 6 1 同标准的移动i p v 6 4 相比，引入了新的实体移动锚点( m a p ) 以及给m n 设置了两个地址：区域转交地址( r c o a ) 和在链转交地址( l c o a ) 。标准的移动i p v 6 协议 管理节点的全局移动性，m a p 用于处理本地的切换。m a p 可以被m n 访问，它的作用有点 像设在外地的“家乡代理”，当m n 在它的区域范围内移动时，只需要向这个“锚节点”注 册，不需要向h a 和c n 注册，因此不需要改变原有的分组转发路径，这样不但能大大减少 m n 和h a 之间的信令负荷，而且还能隐藏m n 在m a p 中的位置。当m n 在m a p 域内移动 时，m n 的移动对于h a 和c n 是透明的。当m n 在不同的m a p 管理域之问移动时，m n 不 仅向新的m a p 发送绑定更新，同时还得向h a 和c n 发送绑定更新，这样切换速度不但没有 提高，反而还有了降低。因此，h m i p v 6 只适合m n 的域内切换。 2 3 2 切换信令流程 m a p 将移动分成宏观移动( m a c r o m o b i l i t y ) 【1 2 】以及微观移动( m i c r o m o b i l i t y ) ，其中 宏观移动是指移动节点在不同的m a p 管理区域之间移动；微观移动是指移动节点在同一个 m a p 管理区域内移动。在h m i p v 6 6 】中每个移动节点会被分配两个地址：l c o a 以及r c o a ， 其具体的切换场景如下： 1 首次进入m a p 域 移动节点首次进入m a p 域内，其信令消息组的传递过程如图2 1 所示： 南京邮i u 人学顾一j j 研究生学位论文第二章相关研究 m n a r im a p h ac n 路山器通告 绑定也新 绑定咖认 绑定更新 绑定确认 绑定更新 绑定巍认 图2 1 初次进入m a p 域信令流程 ( 1 ) m n 从家乡网络移动到m a p 区域下a r l 的覆盖范围之内。 ( 2 ) a r l 发送带有m a p 选项信息的路由器通告消息。 ( 3 ) m n 接收通告，配置r c o a 和l c o a 。 ( 4 ) m n 发起对m a p 的注册过程。 ( 5 ) m n 进行h a 注册。 ( 6 ) m n 向c n 进行注册。 ( 7 ) m n 和c n 之间进行数据分组交互，其中分组到达m a p 之后，由隧道转发到m n 。 2 域内切换 域内切换是指m n 在同一个m a p 下不同的a r 覆盖范围中进行来回移动的过程。 信令消息的传递过程如图2 2 所示： m n a r im a pa r 2 路由器通告 1 绑九：更新 一 绑j j：确认 幽2 - 2 域内切换信令流程 6 塑塞! ! ! ! ! ! 坚盔兰型! ! ：堕壅竺堂垡笙苎釜三至塑茎里! 壅 ( 1 ) m n 由a r l 覆盖区域移动到a r 2 覆盖区域。 ( 2 ) a r 2 发送带有m a p 信息的路由器通告消息。 ( 3 ) m n 接收到该路由通告消息后，配置新的l c o a 。 ( 4 ) m n 向m a p 进行注册，将新配置的l c o a 和r c o a 绑定到一起。 ( 5 ) m n 与c n 进行数据分组交互，其中到达m a p 的分组经隧道转发至m n 。 3 域间切换 域问切换是指m n 在属于不同m a p 的a r 覆盖范围内来回移动的过程。h m i p v 6 域问切 换如图2 3 所示： m | na r lm a p lm a p 2a r 2h ac n 路由 ：通告 绑定更新 绑定确认 绑定更新 绑定确认 绑定更新 绑定确认 图2 - 3 域间切换信令流程 ( 1 ) m n 由m a p l 下的a r l 覆盖区域移动到m a p 2 下a r 2 的覆盖区域内。 ( 2 ) a r 2 周期性的发送路由通告消息，将m a p 2 的相关信息通告给其子网中的各节点。 ( 3 ) m n 接收到该路由通告消息后，配置新的r c o a 和l c o a 。 ( 4 ) m n 向m a p 2 进行注册，将新配置的r c o a 和l c o a 绑定到一起。 ( 5 ) m n 向h a 注册，通告其新的位置。 ( 6 ) m n 向c n 进行注册。 ( 7 ) c n 和m n 之间进行正常的通信，交互数据，到达m a p 2 的数据通过隧道到达m n 。 2 4 快速移动i p v 6 h m i p v 6 6 1 协议的引入，减少了m n 发送的信令消息的数量，提高了切换的性能。同时， 在h m i p v 6 中引入m a p 实体，可以使得m n 对于其c n 隐藏其真实地址，保证了对h a 和 7 雨京i | | l ；i u 人掌坝l j 研冗生学位论文第二曜丰日关f i j f c n 的透明性。但是分层移动管理也存在不足之处，例如，m n 在域内的接入路由器之问做频 繁切换，即所谓的“乒乓切换”，会导致m n 不断地向m a p 进行本地注册，给m a p 带来很 大的负担。最坏情况下，可能导致m n 与c n 之间的通信中断；另外，如果m n 在不同m a p 域的边缘进行频繁移动时，需要向m a p 和h a 同时进行注册，这样，实际上需要发送的信令 消息反而增加了，也会造成通信质量严重下降；除此之外，多个m a p 之间的选择与负载均衡 也是需要考虑的问题【3 】【1 4 】。因此，i e t f 又提出了f m i p v 6 协议。 2 4 1 协议简介 f m i p v 6 在标准移动i p v 6 1 4 】基础上进行了一些信令的扩充，主要如下： 1 路由器请求代理消息( r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y ，r t s o l p r ) ：当m n 发现新的a p 时，通过移动检测知道自己将要进行切换，于是发送r t s o l p r 消息给p a r ，向p a r 询问新的 网络的相关信息，比如：网络前缀。 2 代理路由器通告消息( p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t ，p r r t a d v ) ：该消息由p a r 发送 给m n ，作为对路由器请求代理消息( r t s o m r ) 的响应。p r r t a d v 消息中包含了新的网络的 子网前缀信息。m n 使用这些消息通过无状态地址自动配置协议来配置n c o a 。 3 快速绑定更新消息( f a s tb i n d i n gu p d a t e ，f b u ) ：m n 发送该消息给p a r 。这样， p a r 就可以将m n 的p c o a 和n c o a 绑定到一块，并建立p a r 到n a r 的分组转发隧道。 4 切换初始消息( h a n d o v e ri n i t i a t e ，h i ) ：在p a r 收到f b u 消息之后，立即发送h i 消息给n a r 。h i 消息包含m n 的p c o a 和n c o a ，使得n a r 可以通过重复地址检测过程检 查n c o a 的有效性。 5 切换确认消息( h a n d o v e ra c k n o w l e d g e ，h a c k ) ：该消息由n a r 发送给p a r ，作为 对h i 消息的确认。它指示n c o a 是否有效，如果无效，则提供一个有效的n c o a 给m n 。 6 快速绑定确认消息( f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ，f b a c k ) ：该消息由p a r 发送给 m n ，告诉m n 绑定更新是否成功。 7 快速邻居通告消息( f n a ，f a s t n e i g h b o r a d v e r t i s e m e n t ) ：该消息由m n 发送给n a r ， 通告它已经连接到了新的网络，并建立一条n a r 到m n 的隧道。这时发向m n 的数据包全 部是由n a r 转发过来的。 2 4 2 切换信令流程 f m i p v 6 的切换主要包括预先式切换和反应式切换【2 2 】，详细介绍如下： 1 预先式切换 首先，m n 监测到n a r 上的a p 的信号，发送r t s o l p r 给原接入路由器( p a r ) ，其中 r 南京i l i j f u 火学顾l j 研究生学位论义 第二章丰日关研究 包含n a p 的m a c 地址，n a r 返回带有n a r 地址与前缀( p r e f i x ) 信息的p r r t a d v ，当 m n 收到p r r t a d v 后，因为从代理路由器通告中得到了新接入路由器的地址和前缀信息， 所以m n 可以直接生成新的转交地址，称为新转交地址( n e wc a r e o f a d d r e s s ，n c o a ) ， 经二层触发后m n 向p a r 发送f b u 消息，其中包含n c o a ，p a r 接收到f b u 后，将发送 带有n c o a 的h i 消息给n a r ，n a r 会确认此地址是否在本网络中合法，此后，如果收到 要发送到n c o a 的分组，那么将这些分组先进行缓存，并建立一条n a r 到p a r 的隧道， 最后新的接入路由器会返回h a c k 消息，如果新转交地址在此网络不能使用，会将另一个 可以使用的新转交地址放入到切换确认消息中。当p a r 收到h a c k 消息后，将建立p a r 到n a r 的隧道，并将发往m n 的数据包发到此隧道中，这些数据包在n a r 中出隧道，并 暂时缓存。最后，p a r 将向m n 发送f b a c k 消息，f b a c k 会被发往m n 的新旧两个转交 地址。假设m n 在旧链路收到f b a c k 消息，随后m n 进行二层切换，切换到新链路，发 送f n a 到n a r ，n a r 将以前缓存的数据包以及现在p a r 通过隧道发过来的数据包递交 给m n 。 m n p a r p a rn a r m n n a r r t s o l p r p r r l a d v f b u h l l h a c k f b a c k f ba c k 一 f n a 图2 - 4f m i p v 6 预先式切换流程 2 反应式切换 图2 5 为f m i p v 6 切换流程反应式切换的示意图，反应式快速切换是没有足够的 切换准备时间束进行预先式切换的过程，m n 在原链路上还没有接收到快速绑定确认消息 就已经接入到新链路上的情况，细节如下： 前面的工作与预先式快速切换过程一样，m n 把包含n c o a 的f b u 消息发送给p a r ， 假设m n 未在旧链路上收到f b a c k 消息，对此，一种原因是m n 未成功发送f b u ：另一 o 南京邮i u 人学f 叨i ：i 0 d y 生学位论文第二章相关研究 种原因是m n 在发送f b u 消息后，在收到快速绑定确认消息前，m n 已经离开了先前的链 路。在后一种情况中，由于未收到f b a c k 消息，m n 无法确定p a r 是否已经成功处理了 快速绑定更新，因此，m n 在连接到n a r 后，应重新发送一个f b u 消息，因此m n 进入 到新网络后，会向n a r 发送封装了f b u 的f n a 。 n a r 收到该封装了f b u 的f n a 消息，如果在处理f n a 时检测出本网络中已有节点 正在使用此新的转交地址，则n a r 必须丢弃内部的f b u 消息，并发送一个具有邻居通告 确认( n a a c k ) 选项的路由器通告，n a r 在通告中包含m n 使用的备用i p v 6 地址。在这 种情况，n a r 通过丢弃内部f b u ，来避免由于地址冲突而引起的各种问题。如果这个新 转交地址是合法的的话，n a r 提取出f n a 消息中的f b u 消息，并将该f b u 消息发送给 p a r 。p a r 接收到f b u 消息后，会回送f b a c k 消息，接着开始转发数据包给m n 的新转 交地址。p a r 通过f b u 的i p 报头源地址判断f b u 的来源，若源地址为p c o a ，则该f b u 是从旧链路发过来的，否则就是从新链路发过来的。若f b u 是从旧链路发过来的，f b u 中应包含可选转交地址选项以指明n c o a ，若f b u 是从新链路发过来的，f b u 中应包含 家乡地址选项以指明p c o a 。 m n p a r p a rn a r m n n a i l r t s o i p r p r r l a d v f n a + f b u 一 f b u f bc k 图2 5f m i p v 6 反应式切换流程 1 0 南京邮i u 人学颂i j 研究生学位论文第三章改进的分崖移动i p v 6 第3 章改进的分层移动i p v 6 切换性能主要的衡量标准1 包括切换时延和丢包率，其中切换时延是主要衡量标准。 三层切换时延由参考文斛2 】【2 1 1 可知主要包括以下几部分： 1 移动检测要花费5 0 m s ； 2 路由器发现需要1 0 0 m s ； 3 d a d 操作需要1 5 0 0 m s ； 4 发送绑定更新需要7 0 m s ； 5 收到绑定更新需要7 0 m s 。 在上面的5 部分中，m n 节点地址的d a d ( 重复地址检测) 过程占用的时间最多【2 1 1 。 大的时延对于实时通信来说是不允许的，因为d a d 过程至少花费1 5 0 0 m s 2 1 】的时间，这样 不仅造成很长的时延，而且还消耗了大量的无线网络资源，降低了多媒体通信的服务质量。 所以要想满足实时通信，必须减少切换的时延，文献 1 8 】采用了隧道和快速移动i p v 6 的一 些思想来减少切换时延：文献【1 9 】中m n 根据接收业务的不同来选择具有不同功能的m a p ， 不同的m a p 处理不同的业务，这样可以满足不同的实时业务的需要，进而降低切换时延； 文献 2 0 采用了一个区域m a p 的机制来减少绑定更新和绑定确认的时延，这三种方法都没 有涉及减少d a d 的时延方法，而d a d 时延是切换中最主要的部分，因此只有减少d a d 时延，才能满足实时通信的需要。 3 1 标准的d a d 机制 m n 移动到新的网络后，m n 必须形成新的转交地址( 在h m i p v 6 中为r c o a 和l c o a ) ， m n 通常采用无状态地址配置协谢7 1 来配置c o a 。m n 在收到相应a r 的第一个r a 后，将 根据其中的路由器地址和前缀长度计算出相应的r c o a 和l c o a ，但m n 无法确定该链路 上是否还有其它节点正在或将要使用该地址，因此必须执行d a d 过程。为了避免同一个 链路上多个节点同时启动时，它们立即执行d a d 可能造成的网络拥塞，m n 将等待一段 随机时间( 1 1 0 0 0 m s ) 7 1 才开始进行d a d 过程。m n 通过发送一个特殊的邻居请求( n e i 。g h b o r s o l i c i t a t i o n ，n s ) 消息来执行d a d ，其中源地址是全部为零的地址( ：) 、目的地址为请 求节点组播组地址、请求地址字段为该转交地址。这里请求节点组播组地址高1 0 4 位为 f f 0 2 ：l ：一2 3 1 ，低2 4 位为转交地址中网络接口地址部分的低2 4 位，m n 同时加入该组播组。 若在d a d 开始后一段时问内( r f c 2 4 6 2 推荐为i s ) 未收到已占用此地址的主机发出对此 地址的邻居通告( n e i g h b o r a d v e r t i s e m e n t ，n a ) 或其它主机对此地址的d a d ，则d a d 过 程成功，转交地址可以正式开始使用( d a d 多次发送n s 可以降低某n s 或其确认意外丢 l l 南京邮i u 人学坝i j l i f j e 生学位论文第三币改