（计算机应用技术专业论文）基于快速dad分层移动ipv6的研究.pdf

四川大学预十毕业论文 基于快速d a d 分层移动i p v 6 的研究 计算机赢崩专业 研究生：王神指导教师：吕光宏 摘要 近年来，便携式计算机的普及刺激了人们对移动通信的需求。人们 越来越希望即使在移动过程中也能通过便携式计算机接入网络，并保持 通信过程的畅通。和有线网络中的固定节点不同，移动节点在和网络保 持持续连接的同时可能会从一个位置移动到另一个位置。因此，解决移 动问题的最大挑战在于如何为移动节点提供路由服务，以及如何使移动 节点无缝地访问网络。 为了解决节点的移动性问题，因特网工程任务组( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 成立了移动i p ( m o b i l ei p ) 工作组，致力于寻 找一种新的解决方案，使节点能够在不同的网络间自由移动。移动i p 工作组在1 9 9 6 年1 1 月公布了移动i p 的建议标准。目前，移动i p 有两 种版本：基于i p v 4 的移动i p v 4 和基于i p v 6 的移动i p v 6 。 但是，移动i p 主要是为节点的宏移动性设计的，即节点移动到某一 地方后会停留较长的时间，而在微移动性方面考虑得不够。当节点跨越 不同的子网发生越区切换时，虽然移动i p 能够实现i p 层切换，但是切 换延时过大，丢包严重，这对实时应用，诸如v o i c eo v e ri p 等，造成的 影响是致命的，使用者能够很明显地感觉到实时连接的中断。因此，减 小移动i p 的切换延时，降低丢包率，使实时应用的性能不受节点移动的 影响，成为移动i p 亟待解决的一个问题。 本文的主要工作和创新在于，针对移动i p 切换延时过大、无法满足 实时应用的要求这一问题，提出了一种快速重复地址检测( f a s t d u p l i c a t e d a d d r e s sd e t e c t i o n ) 机制。首先，本文详细地研究了快速切换 i i 四川大学顺士毕业论文 协议和分层移动i p v 6 协议，分析了它们的优点，同时也指出了它们的不 足。然后，在不影响固定节点正常d a d 的前提下，本文提出了快速d a d 机制。快速d a d 是一种简便、快捷，并专供移动节点使用的地址冲突 检测机制，它通过缩短占切换总延时比例最多的d a d ( d u p l i c a t e d a d d r e s sd e t e c t i o n ) 所耗费的时间来减少切换总延时。同时，本文考虑 到分层移动i p v 6 中绑定更新延时较小的优点，提出将快速d a d 机制应 用到分层移动i p v 6 中，解决移动节点距离家乡代理较远时绑定更新延时 增大的问题。通过上述改进，当移动节点在一个移动锚定点( m a p ： m o b i l i t y a n c h o rp o i n t ) 管理域内移动时，即使它远离家乡代理也能够有 效地减少移动节点的切换总延时，尽可能地满足实时应用的要求。 最后，本文使用网络模拟器n e t w o r ks i m u l a t o r 对基于快速d a d 的 分层移动i p v 6 进行模拟实验，验证了它的可行性。最后将得到的实验数 据和分层移动i p v 6 协议的实验数据进行对比，发现基于快速d a d 的分 层移动i p v 6 切换延时更小，具有更好的切换性能。 关键词：移动1 p v 6 ，切换，重复地址检测，快速重复地址检测，家乡代 理，移动锚定点 i i i 型型查兰竺! ：兰些竺苎 a s t u d yo n t h ef a s td a dw i t hh m i p v 6 m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n p o s t g r a d u a t e ：w a n g y is u p e r v i s o r ：l ug u a n g h o n g a b s t r a c t t h ep o p u l a ro fl a p t o pc o m p u t e r sh a si n c r e a s e dp e o p l e sm o b i l i t yn e e d s i nr e c e n ty e a r s p e o p l ew a n tt oa c c e s si n t e r n e tw h i l em o v i n g ，a n dt ok e e p t h ec o m m u n i c a t i o nc o n t i n u o u s b e i n gd i f f e r e n tf r o mt h ef i x e dn o d e si n w i r e dn e t w o r k ，m o b i l en o d e sm a ym o v ea r o u n dd u r i n gc o m m u n i c a t i o n t h e r e f o r e ，t h em o s tc h a l l e n g et om o b i l i t ys o l u t i o ni sh o wt op r o v i d em o b i l e n o d e sr o u t i n gs e r v i c e s ，a n dh o wt om a k em o b i l en o d e sa c c e s si n t e r n e t s e a m l e s s l y i no r d e rt os u p p o r tt h em o b i l i t yo fm o b i l en o d e s ，m o b i l ei pw o r k g r o u p w a ss e t u pi ni n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i tp u b l i s h e dp r o p o n e n t s t a n d a r do fm o b i l ei p i nn o v 19 9 6 w h i c hh a st w ov e r s i o n sn o w ：m o b i l e i p v 4b a s e do ni p v 4 ，a n dm o b i l ei p v 6b a s e d0 ni p v 6 h o w e v e r ，m o b i l ei pa i m sm a c r o - m o b i l i t ym o r et h a nm i c r o m o b i l i t y i t s u p p o s e st h a tam o b i l en o d ew i l ls t a y 砒t h ev i s i t e dp l a c ef o rat i m eb e f o r e l e a v i n g w h e nh a n d o v e ro c c u r s ，i tc a u s e sl o n gd e l a ya n dh i g hp a c k e t sl o s s t h i si sf a t a lt or e a l t i m ea p p l i c a t i o n s s u c ha sv o i c eo v e ri eu s e r sc a n d i s c o v e rt h ed i s c o n n e c t i o no fc o m m u n i c a t i o n e x p r e s s l y t h e r e f o r e ， r e d u c i n gt h eh a n d o v e rd e l a ya n dp a c k e t l o s sr a t ei nm o b i l ei pb e c o m e st h e m o s ti m p o r t a n tt a s k t h em a i nc o n t r i b u t i o n o ft h i sd i s s e r t a t i o ni s t o d e s i g n af a s t d u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o nm e c h a n i s mt or e d u c et h eh a n d o v e rd e l a y i t i n t r o d u c e sf a s th a n d o v e rp r o t o c 0 1a n dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6i nd e t a i l f i r s t ，a n de v a l u a t e st h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s t h e ni tp r o p o s e s v 【j u 川人学倾l 毕业论文 f a s td u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o nm e c h a n i s m t h i sm e c h a n i s mp r o v i d e s m o b i l en o d e sas i m p l ea n df a s tw a yt op e r f o r md u p l i c a t e da d d r e s s d e t e c t i o n ，a n di tc a nr e d u c et h ed a dd e l a y ，w h i c hi st h el a r g e s tp a r to ft h e t o t a lh a n d o v e rd e l a y i ti so p e r a t e do nm o b i l en o d e s ，n o ti n f l u e n c i n gf i x e d n o d e s f a s td a dc a nr e d u c eh a n d o v e rd e l a ya n dp a c k e t - l o s sr a t ei nl a r g e d e g r e e i tc a nm a k em o b i l ei pm o r es u i t a b l ef o rr e a l - t i m ea p p l i c a t i o n s c o n s i d e r i n gt h el o wb i n d i n gu p d a t ed e l a yi nh m i p v 6 ，a p p l y i n gf a s td a d i nh m i p v 6i sd i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n b yt h i sm e t h o d ，w h e nm o b i l e n o d e sm o v ea r o u n di no n em o b i l i t ya n c h o rp o i n tr e g i o n ，e v e nt h e ya r ef a r a w a yf r o mh o m ea g e n t ，t h eh a n d o v e rd e l a yc a nb er e d u c e dt om e e tt h e r e q u i r e m e n to fr e a l t i m ea p p l i c a t i o n a tl a s t ，n e t w o r ks i m u l a t o ri su s e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt os i m u l a t e h m i p v 6b a s e do nf a s td a d i tm a k e ss u r et h a tf a s td a di sf e a s i b l e c o m p a r i n gt h ee x p e r i m e n td a t aw i t ht h a to fh m i p v 6 ，h m i p v 6b a s e do n f a s td a dh a sl e s sh a n d o v e rd e l a ya n db e t t e rp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，h a n d o v e r ，d u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o n ，f a s t d u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o n ，h o m ea g e n t ，m o b i l i t ya n c h o rp o i n t v 塑生叁兰望圭兰些堡奎 第一章绪论 1 1 移动i p 产生的背景 网络的诞生与应用在全球范围内产生了重大影响。凭借网络的全球连通性， 使用者足不出户就可以浏览大量信息，共享资源。网络甚至能让身处遥远两地 的使用者借助电脑召开视频会议，面对面地进行沟通。 近年来，便携式计算机的普及刺激了人们对移动通信的需求。人们越来越 希望即使在移动过程中也能通过便携式计算机接入网络，并保持通信过程的畅 通。和有线网络中的固定节点不同，移动节点( m o b i l e n o d e ) 在和网络保持持 续连接的同时可能会从一个位置移动到另一个位置。因此，解决移动问题的最 大挑战在于如何为移动节点提供路由服务，以及如何使移动节点无缝地访问网 络。 第三代移动通信和无线局域网为实现移动网络提供了通信基础，它们分别 通过点到点协议和m e e8 0 2 1 1 将移动节点接入i n t e m e t 。这两种技术都是在数 据链路层实现节点的移动性。移动通信网通常提供低速率的数据通信服务，而 无线局域网的数据速率可以达到5 4 m b p s 。因此i e e e 8 0 2 1 1 逐渐成为一种新兴 的无线接入方式。但是这两种方式也存在着明显的缺陷。因为节点的移动对1 p 层来说是不可见的，当移动节点穿越了一个路出器，如果不配置新的i p 地址， 数据包无法被正确路由，正在进行中的数据传输业务会被迫中断。因此，仅仅 依靠链路层技术不足以在全球范围内实现节点的可移动性。另外，如果移动节 点通过移动通信网接入，它将没有固定的l p 遗址，无法在客户机糯务器的分 布式系统中充当服务器。 上述缺陷和网络的寻址模式有关。在i n t e m e t 上，每个节点都分配有唯一 的i p 地址。i p 的分组路由是基于网络前缀的路由，数据分组首先被路由到目 的i p 地址的网络前缀所对应的网段，然后再被转发到目的节点。【p 地址不仅 标识个节点，也标识这个节点所在的物理网络地址。当节点移动到另一网络 后，以前的i p 地址无法表示其现在所处的物理网络地址，发送给节点的i p 分 组将无法被正确路由。 可见，i p 天生没有移动通信的能力。一旦节点移动到一个新网络就意味着 它的i p 地址必须改变，路由器必须把特定于主机的路由通过整个i n t e m e t 进行 婴型叁堂婴圭兰些笙苎一一 传播f 1 8 1 。但是这种解决办法并不好，因为改变移动节点的i p 地址意味着对上 层协议不能提供移动的透明性，并且会切断现有的传输层连接。另一方面，特 定于主机的路由需要路由表内的空问与主机数成比例，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，传播路由信息也会浪费大量的带宽。 为了解决节点的移动性问题，因特网工程任务组( i n t e m e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) 成立了移动i p ( m o b i l ei p ) 工作组，致力于寻找一种新的解决方案，使 节点能够在不同的网络间自由移动。移动i p 工作组在1 9 9 2 年制定了移动i p 的 最初草案，在1 9 9 6 年6 月通过了移动i p 标准草案，并在1 9 9 6 年1 1 月公布了 建议标准。目前，移动i p 有两种版本：基于i p v 4 的移动i p v 4 “8 1 和基于i p v 6 的移动i p v 61 1 7 1 移动i p v 4 是人们在i p 上尝试提供移动支持的第一步，虽然移 动i p v 4 存在三角路由、效率不高等问题，但它体现了移动i p 的基本思想。而 移动i p v 6 是i e t f 工作组目前研究的主要课题，它不仅继承了移动i p v 4 的优点， 还利用了i p v 6 的许多新特性。和移动i p v 4 相比，移动i p v 6 在很多方面有不可 比拟的优势，本文也是针对移动i p v 6 进行研究。若非特别说明，文中的移动i p 均指移动i p v 6 。 1 2 移动i p 的特点 移动i p 是一个在i n t e m e t 上基于网络层提供全球范围移动支持的解决方案。 它主要解决： ( 1 ) 移动节点可以通过一个永久的i p 地址连接到任何链路上； ( 2 ) 移动节点切换到新的链路上后，仍然能够保持正在进行的通信。 与链路层方案、改变主机i p 地址和特定于主机的路由不同，移动i p 具有 透明性、扩展性和安全性等特征。它与下层物理传输介质的类型无关，不需要 改变移动节点的地址标识，对应用程序而言，移动是透明的。而且，移动i p 可 以和现有的i n t e r n e t 协议兼容。它沿用了现有的i p 寻址模式，可以和运行常规 i p v 6 的固定节点通信，也可以和其他移动节点通信。 移动i p 是网络层支持节点移动的解决方案，其目的是把数据分组发送给接 入位置可能不断改变的移动节点，因此采用移动i p 技术的节点可以自由地从一 个子网移动到另一个子网。同时，移动i p 和数据链路层的类型无关，也和物理 四川人学坝l 。毕业论文 层传输介质的类型无关，甚至可以从一种介质的网络移动到另一种介质的网络， 不仅支持有线网络环境也同样支持无线网络环境。在移动过程中，节点仍能保 持通信的连续，这是移动i p 最显著的特征。移动i p 仅改进网络层协议，对传 输层及更高层协议的改进不属于移动i p 的研究范围。 1 3 移动i p 的切换问题 要实现节点的自由移动，不仅需要移动i p 提供网络层的支持，还需要链路 层解决方案的协作。出于速度、带宽等方面的考虑，移动i p 多采用无线局域网 的接入方式。无线网络凭借其方便的特性正受到越来越多使用者的青睐。有专 家指出，2 0 0 7 年无线局域网的使用人数将增至3 亿。随着无线网络的普及与应 用，以及网络带宽和品质的提高，上层应用技术会越来越进步，诸如v o i c eo v e r i p ( v o l p ) 这类型的实时应用程序将会在无线环境下得到更广泛的应用。人们 在使用这些实时应用的同时很有可能会进行移动。 但是，移动i p 主要是为节点的宏移动性设计的，即节点移动到某一地方后 会停留较长的时间，而在微移动性方面考虑得不够。当节点跨越不同的子网发 生越区切换时，虽然移动p 能够实现i p 层切换，但是切换延时过大，丢包严 重，这对实时应用造成的影响是致命的，使用者能够很明显地感觉到实时连接 的中断。 另外，移动i p 采用的是单层的移动管理方式，移动节点每发生一次移动都 必须向家乡代理注册。当移动节点距离家乡代理较远时，位置更新就需要更长 的时间来完成，这样又导致了切换延时的增加，增大了数据分组丢失的可能性， 从而无法支持实时通信。 因此，减小移动i p 的切换延时，降低丢包率，使实时应用的性能不受节点 移动的影响，成为移动i p 亟待解决的一个问题。 1 4 移动i p 切换的研究现状 研究移动i p 的切换对于支持实时应用具有重要意义。移动i p 的切换主要 分为以下三种，目前对移动i p 的研究也是针对这三种类型进行的： ( 1 ) 快速切换：当节点移动至一个新的网络重新进行注册时，会有一段时间 四川人学坝土毕业论文 无法接收到数据分组，使这段时间尽量缩短的切换方式称为快速切换。 ( 2 ) 平滑切换：移动节点在重新注册时将无法接收数据分组，这样会发生数 据分组的丢失，减小分组丢失率的切换方式称为平缓切换。 ( 3 ) 无缝切换：同时具有快速切换和平滑切换的特性。 针对移动i p 中，移动节点由于无法及时获得新子网信息而不能快速完成切 换的缺点，r a j e e v k o o d l i l 7 提出了一种快速切换协议，其主要思想是借助链路 层技术的支持，移动节点可以通过当酊连接的无线接入点( w i r e l e s sa c c e s s p o i n t ) 提前获取到即将切换至的新子网的信息，从而提前完成转交地址的配置， 缩短切换延时。但是，快速切换协议中交换的消息过于繁多，无疑给本来就有 限的无线网络资源增加了负担。另外，快速切换机制由移动节点检测到的无线 信号的强弱触发，其触发门限值难于把握，实现起来比较困难。 针对单层移动管理方式导致移动i p 切换延时增大的问题，文献随1 提出了 一种分层式移动管理方式分层移动i p v 6 。它将整个网络划分为多个管理域， 每个管理域中的路由器分层次架设。移动节点在移动过程中，虽然会跨越不同 的子网，但是只要不跨越管理域就不需要向家乡代理重新注册。当移动节点距 离家乡代理很远时，分层移动i p v 6 可以明显降低切换延时，更可以减轻家乡代 理的负担。但是，分层移动i p v 6 仍然无法满足实时应用的要求，特别是移动节 点进行域间宏移动时。 文献”从平滑切换的角度出发，提出了一种新颖的邮箱机制来改善移动i p 的切换性能。该机制为移动节点设计了一个缓存数据分组的数据结构邮箱。 当移动节点在外地网络时，数掘分组首先被发送至邮箱，然后再被转发至节点。 移动节点发生切换时，其邮箱位置町以保持不变，p a n g 来减少数据分组的丢失， 改善切换性能。但是，该机制并没有降低移动i p 的切换延时，对延时要求很高 的实时应用仍然不适用。 另外，文献提出了将快速切换协议和分层移动1 p v 6 相结合。文献 2 3 1 对分层移动i p v 6 稍做修改，减小域问切换延时。文献瞳1 在快速协议和分层移 动i p v 6 的基础上提出了一种无缝切换机制。 虽然上述文献都在一定程度上减小了移动i p 的切换延时，降低了切换时数 据分组的丢失，但是，因为它们都没有对导致切换延时过大的主要因素重 四川大学硕士毕业论文 复地址检测( d u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o n ) 进行研究，因此改善的效果并不明 显，无法使移动i p 满足实时应用的要求。 1 5 本文的主要工作 本文详细地研究了快速切换协议和分层移动i p v 6 协议，分析了它们的优 点，同时也指出了它们的不足。针对移动i p 切换延时过大，无法满足实时应用 的要求这一问题，本文提出了一种快速重复地址检测( f a s td u p l i c a t e da d d r e s s d e t e c t i o n ) 机制，旨在不影响固定节点正常重复地址检测( d a d ) 的前提下， 为移动节点提供一种简便、快捷的地址冲突检测机制，通过缩短占切换总延时 比例最多的d a d 所耗费的时间来减小切换延时。同时，本文考虑到分层移动 i p v 6 中绑定更新延时较小的优点，提出将快速d a d 机制应用到分层移动i p v 6 中，采用分层管理的思想在减小地址配置延时的基础上进一步减小绑定更新延 时。通过上述机制的优化，当移动节点在同一个“移动锚定点”管理域内的移 动时，即使它距离家乡代理很远，也能很大程度地减小的切换总延时，使之尽 可能满足实时应用的要求。 1 6 本文的内容安排 第一章讨论移动i p 产生的背景，移动1 p 主要解决的问题，简要分析移动 i p 存在的问题，介绍现有的一些解决方案以及本文所做的主要工作。 第二章详细介绍移动i p v 6 的工作原理，分析切换对通信性能的影响，介绍 两种旨在缩短切换延时的协议：快速切换协议和分层移动i p v 6 协议，并分析了 它们的优劣。 第三章分析造成移动i p v 6 切换延时的主要因素，提出一种旨在减小切换延 时的快速d a d 机制，描述该机制的基本思想及工作过程，设计了该机制所使 用的报文格式，并提出将该机制引入到分层移动i p v 6 中进一步减小绑定更新延 时，描述了基于快速d a d 的分层移动i p v 6 的算法流程以及主要的数据结构。 第四章使用网络模拟工具n e t w o r ks i m u l a t o r 对本文提出的基于快速d a d 的分层移动i p v 6 进行模拟，根据得到的数据结果分析该机制的切换性能。 最后，本文对减小移动i p 切换延时的工作进行了总结，并对以后的研究重 点进行了展望。 【r q 川大学硕l 毕业论文 第二章移动i p v 6 移动i p 是一种在i n t e r n e t 上为节点提供移动功能的网络层方案，它使节点 在切换链路后仍然可以保持正在进行的通信。它与特定的物理传输层和数据链 路层无关，与传输层及更上层也无关。移动i p 所提供的路由机制使移动节点能 够以一个永久的i p 地址连接到任何链路上。移动i p 协议有两个版本：基于i p v 4 的移动i p v 4 和基于i p v 6 的移动i p v 6 ，分别由r f c 3 3 4 4 和r f c 3 7 7 5 定义。 2 1 移动i p v 4 简介 移动i p v 4 是人们在i p 上尝试提供移动性支持的第一步。它定义了三个网 络实体：移动节点、家乡代理( h o m e a g e n t ) 和外地代理( f o r e i g n a g e n t ) 。移 动节点拥有两个i p 地址：家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ，是用来标识节点的永久 地址；另一个是转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) ，是节点移动到外地网络后获得的 临时地址，用来标识节点在网络拓扑中的位置。 当移动节点位于家乡网络时，移动i p v 4 的运行机制和固定i p v 4 相同。当 移动节点漫游到外地网络时，从外地代理处获得转交地址( 一般是外地代理的 i p 地址) ，并向家乡代理发送注册请求报文，报文中含有移动节点的转交地址。 家乡代理更新自己的绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) ，把移动节点的家乡地址和转交 地址相关联。移动节点的转交地址对正在通信的对应节点( c o r r e s p o n d e n t n o d e ) 而言是透明的，对应节点发往移动节点的数据分组始终以移动节点的家乡地址 为目的地址，所以分组按网络前缀路由方式被路由到家乡代理，由家乡代理截 获后将其封装，然后发送到位于外地网络的移动节点。从移动节点发往对应节 点的分组按照常规路由方式进行路由，其i p 源地址设置为移动节点的家乡地 址。如果该通信方向上存在着具有入口过滤功能的路由器，数据分组将不能被 路由到对应节点。 通过上述机制，在移动节点和对应节点的通信过程中，即使移动节点的位 置发生改变，也可以不改变其i p 地址，并且两节点之间的通信不会被中断。节 点的移动对网络层以卜的协议和应用是透明的。 但是，移动i p v 4 存在着路出效率低的问题。如上所述，从对应节点发往移 动节点的数据分组必须经过家乡代理的转发，造成了不必要的延迟。这就是移 四川大学硕j 二毕业论文 动1 p v 4 中存在的三角路由问题。 2 2 移动i p v 6 的基本原理 移动i p v 6 是目前i e t f 移动i p 工作组研究的主要课题。 i p v 4 对移动性的支持是非本质的、附加的功能，因此实现起来较为复杂， 效率不高，还存在三角路由、入口过滤等问题。i p v 6 相对于i p v 4 而言，具有 如下优势 2 6 1 ( 1 ) 有足够多的i p 地址： ( 2 ) 目的选项提高了路由效率； ( 3 ) i p 地址能够自动配置： ( 4 ) 避免了入1 3 过滤； ( 5 1 实现了安全数据报头。 因此，基于i p v 6 的移动i p v 6 在继承移动i p v 4 优点的基础上，又利用了i p v 6 的许多新特性，所以更容易实现。和移动i p v 4 相比，移动i p v 6 更具有优势。 2 2 1 移动i p v 6 和移动i p v 4 的比较 移动i p v 6 的设计借鉴了移动i p v 4 的经验，因此它共享了移动i p v 4 的很多 特性。与移动i p v 4 是i p v 4 的附加功能不同，移动1 p v 6 是整合在i p v 6 中的， 因此它较移动i p v 4 有很大的改进。它的优越性具体表现在： ( 1 ) i p v 6 巨大的地址空间使转交地址的分配变得很简单。通过i c m p v 6 协 议实现的邻居发现机制( n e i g h b o rd i s c o v e r y ) ，移动节点可以自动配置在外地 网络使用的转交地址而不必担心i p 地址会枯竭。因此，移动i p v 6 中不再必须 部署外地代理，也不需要外地代理转交地址。 ( 2 ) 路由优化在移动i p v 4 中是非标准的扩展功能，在移动i p v 6 中却是必 须的组成部分。i p v 6 扩展报头中的路由报头( r o u t i n gh e a d e r ) 类似于i p v 4 中 的源路由选项。移动i p v 6 可以在有安全保证的条件下使用源路由，并实现路由 优化，使移动节点可以直接和对应节点通信而不必经过家乡代理转发，避免移 动i p v 4 中的三角路由。 ( 3 ) 移动节点在外地网络时，家乡代理通过i p v 6 路由报头将数据分组转发 p u ，i 人学坝i 。毕业论文 给它，减少了移动i p v 4 中采用i p 封装引起的多余开销。 ( 4 ) i p v 6 中引入了只允许最终目的节点检查的目的选项报头( d e s t i n a t i o n o p t i o nh e a d e r ) ，它携带着与某种功能有关的数据。移动i p v 6 将目的选项报头 扩展成“家乡地址目的选项报头”( h o m ea d d r e s sd e s t i n a t i o no p t i o nh e a d e r ) ， 解决了移动i p v 4 中存在的“入口过滤”问题。移动节点发送数据分组时，它将 转交地址填入i p 报头的源地址字段而家乡地址被携带在家乡地址目的选项报 头中，这样分组就能通过具有入口过滤功能的路由器。当对应节点收到包含这 种选项的分组时，把移动节点的源地址替换成家乡地址目的选项报头中的家乡 地址，使转交地址的使用对网络层以上各层是透明的。并且，家乡地址目的选 项报头中的家乡地址允许被设置为家乡网络的链路广播地址。这样，移动节点 以家乡链路广播地址向家乡网络发送广播时，不需要像移动i p v 4 那样通过隧道 发送到家乡代理。 ( 5 ) 当移动节点远离家乡网络并需要家乡代理为其转发来自家乡网络的数 据分组时，家乡代理用i c m p v 6 报文中的“代理邻居通告”报文( p r o x y n e i g h b o r a d v e r t i s e m e n tm e s s a g e ) 以移动节点的身份广播家乡代理自己的链路层地址， 截获发往移动节点的分组，并将分组通过隧道转发到移动节点。这样，移动l p v 6 中不需要再考虑与a r p 相关的特定数据链路层的性质。 ( 6 ) 口v 6 任播地址( a n y c a s ta d d r e s s ) 的引入有效减少了网络通信流量。 移动i p v 6 中的动态家乡代理地址发现( d y n a m i ch o m e a g e n t a d d r e s sd i s c o v e r y ) 机制使用任播地址使家乡链路上只有一个家乡代理向移动节点回复应答报文。 而移动i p v 4 使用直接广播的方法，每个家乡代理都会向移动节点回复应答报 文。 通过上述移动i p v 6 的特点我们可以看出，i p v 6 提供了很好的移动性支持， 其功能实体简单可行，因此移动i p v 6 较移动i p v 4 更易于实现，也更具有优越 一眭。 2 2 2 移动i p v 6 的工作机制 移动i p v 6 提供了一种特殊的i p 路由机制，它使移动节点能够以一个永久 i p 连接到任何链路上。 幽型叁兰塑! ：兰些婆兰 移动i p v 6 的基本思想是，一个移动节点可以揣有两个地址：家乡地址和转 交地址。家乡地址是移动节点在家乡链路上使用的地址，该地址具有家乡链路 的子网前缀，并且是永久不变的。当移动节点位于家乡网络时，发向其家乡地 址的数据分组按照常规路由机制被路出到家乡网络。当移动节点移动到步 地链 路时，仍然可以通过转交地址寻址到它。转交地址具有外地链路的子网前缀。 移动节点可以通过常规i p v 6 机制获得转交地址，比如无状态或有状态地址自动 配置。同时，移动节点需要向家乡代理发送绑定更新报文注船转交地址。只要 移动节点不离开该外地链路，就能通过该地址收发数据报。移动节点可以同时 拥有一个或多个转交地址，但是仅仅其中一个转交地址能被注册为它的“主转 交地址”。使用多个转交地址的好处在于，当移动节点从个无线链路移动到另 一个无线链路时，切换性能可以得到提高。例如，移动节点位于两个无线链路 重叠的区域时可能与两个链路同时保持连接。在它移出旧链路的覆盖范围并断 开连接之前可以在新链路上获得一个新的转交地址。这样，在移动节点更新家 乡代理的绑定缓存之前，它仍然可以继续使用旧的转交地址来接收数据分组。 当移动节点向家乡代理注册时，它可能并不知道家乡链路上具有家乡代理 功能的路由器的地址。并且，家乡链路上可能存在多个家乡代理。移动节点此 时需要利用动态家乡代理地址发现机制找出最合适的家乡代理。 首先，移动节点向“家乡代理任播地址”发送“i c m p 家乡代理地址发现 请求报文”。i p 报头的源地址必须使用移动节点的转交地址，而且不携带家乡 地址选项。在家乡链路上收到请求报文的家乡代理将返回“家乡代理地址发现 应答报文”，在报文中给出自己的全球唯地址，另外还给出家乡链路上其他家 乡代理的列表。每个家乡代理都周期性地广播非请求的路由器宣告( u n s o l i c i t e d r o u t e r a d v e r t i s e m e n t ) 报文，如果该报文中的“家乡代理位”( h 位) 被置位， 则表示发送该报文的路由器具有家乡代理功能。因此，每个家乡代理都可以根 据此报文了解到自己所在的链路上还有哪些路由器是家乡代理。 移动节点收到家乡代理的应答报文后，向发送该报文的源地址发送绑定更 新报文进行注册。由于移动节点能够从应答报文中得到其他家乡代理的地址， 所以移动节点也可以向其他家乡代理发送绑定更新报文。例如，移动节点可以 向所有的家乡代理进行注册，然后等待匹配的绑定应答( b i n d i n g 网川大学钡七毕业论文 a c k n o w l e d g e m e n t ) 报文，直到它的注册信息被其中某一个家乡代理所接受。 移动节点在试着向每一个家乡代理发送绑定更新报文时，应当按着家乡代理的 列表顺序发送。 移动节点也可以通过注册的方式向对应节点提供自己的位置信息。移动节 点和对应节点之间的通信有两种模式：双向隧道和路由优化。在双向模式下， 对应节点不需要支持移动i p v 6 协议，移动节点也无需向对应节点注册。从对应 节点发往移动节点的数据分组首先被路由到家乡代理，然后家乡代理通过隧道 发给移动节点。从移动节点发往对应节点的数据分组首先通过隧道发至家乡代 理，即是“反向隧道”，然后再从家乡网络路由到移动节点。家乡代理使用代理 邻居发现机制截获目的地址为移动节点的家乡地址的分组，并将这些分组隧道 至移动节点的转交地址。 在路由优化模式下，移动节点需要向对应节点注册。从对应节点发往移动 节点的数据分组能够被直接路由到移动节点的转交地址。当需要发送数据分组 到一个i p v 6 目的地时，对应节点首先检查绑定缓存中是否存在该目的地址的绑 定，如果存在，对应节点就将i p v 6 报头的目的地地址填成移动节点的转交地址， 并用家乡地址目的选项报头来携带移动节点的家乡地址。相似的，移动节点发 送数据分组时将i p v 6 报头的源地址填成当前的转交地址，并附加家乡地址目的 选项报头来携带家乡地址。这种将家乡地址包括到报头中的方法使转交地址对 i p 以上各层是透明的。路由优化模式使用最短的通信路径将数据分组直接路由 到移动节点的转交地址，它消除了移动节点家乡链路上的拥塞和家乡代理的转 发开销。此外，它还降低了因为家乡代理失效带来的负面影响。 2 3 移动i p v 6 详细运作过程 下面结合图2 1 详细介绍移动i p v 6 的运作过程。 ( 1 ) 当移动节点接入网络时，它会根据路由器发出的路由器宣告( r o u t e r a d v e r t i s e m e n t ) 报文判断目前是位于家乡网络还是外地网络。如果移动节点位 于家乡网络，则数据报的处理方法和常规路由协议致。 ( 2 ) 如果移动节点发现自己位于外地网络，则根据i p v 6 协议自动配置一个 转交地址，作为移动节点在该链路上所使用的临时i p 地址。 四川火学顺卜毕业论文 i n t e 骥e t 图2 1 移动i p v 6 运作过稃 对应节点 + 移动 一蛳定更新 一一一卜夔蠡薯彝董 ( 3 ) 之后，移动节点必须向其所属的家乡代理发出绑定更新( b i n d i n g u p d a t e ) 报文进行注册。当家乡代理第一次收到该节点的注册申请时，必须为 它的家乡地址做d a d ，以确保家乡地址的唯一性。注册成功之后家乡代理处会 产生一个家乡地址和c o a 之间的绑定，这个绑定可以通过设定“注册生存期 ( r e g i s t r a t i o n l i f e t i m e ) ”来限制有效时间。每当超过了这个有效期限就必须重 新进行绑定更新。如果移动节点有与之通信的对应节点，也可以向对应节点发 送绑定更新报文，对应节点端也会产生一个移动节点的家乡地址和c o a 之间的 绑定。 ( 4 ) 随后，如果其他节点发送数据分组到移动节点的家乡地址，都会被家乡 代理所截获。家乡代理通过查询绑定得到移动节点家乡地址所对应的c o a 。它 将分组封装后通过隧道转发到移动节点的c o a 。如果其他节点，比如对应节点， 知道移动节点的c o a ，则可不必通过家乡代理的转发而直接将分组发送至 c o a 。 ( 5 ) 位于隧道另一端的移动节点将数掂分组解封装后就能得到原始数据了。 通过上述移动i p v 6 机制，移动节点无需更换i p 地址就能在网络中四处移 动并保持通信的畅通。 叩i 霹 四川大学硕七毕业论文 2 4 移动i p v 6 的切换 当移动节点从一个外地链路移动到另一个外地链路时，需要进行切换。切 换是移动i p 中一项有待解决与改进的关键技术。 2 4 1 切换的概念 移动i p v 6 中包含两种类型的切换：链路层切换和网络层切换。链路层切换 是指移动节点改变链路层连接的过程，比如断开和当前无线接入点之间的连接， 和新的无线接入点建立连接的过程。网络层切换是指移动节点移动到具有另一 个网络前缀的链路后重新配置转交地址以及绑定更新的过程。当移动节点判断 出自己已经移动到另一个外地子网时，首先形成新的转交地址，并发送绑定更 新报文向家乡代理注册。家乡代理收到报文后回复绑定应答报文( b i n d i n g a c k n o w l e d g e m e n t ) 给移动节点。至此，网络层切换完毕。如果移动节点在属 于同一子网的两个无线接入点之间移动，只会发生链路层的切换而不会发生网 络层的切换，因为移动节点的转交地址不需要改变。只有当移动节点在不同的 子网间移动时两种切换才会都发生，并且网络层切换在链路层切换之后发生。 本文也是针对跨子网的切换进行研究。 移动节点切换到新链路后何时能够送出数据分组取决于它网络层连接的延 时，即移动检测的延时和配置新转交地址的延时。一旦移动节点配置好了新转 交地址就可以向家乡代理和对应节点送出绑定更新报文。对应节点正确地处理 完绑定更新报文后，移动节点就可以用新的转交地址接收来自于对应节点的数 据分组了。因此，除了网络层连接延时，移动节点何时能收到对应节点发送的 数据报还取决于绑定更新延时。 2 4 2 切换对性能的影响 从上述链路层切换和网络层切换的过程可以看出：移动i p v 6 保留了各协议 层之间的严格分离，因此移动i p v 6 可以和任何链路层技术集成提供移动支持， 这是移动i p v 6 的优点，也是其不足。具体表现在以下方面： ( 1 ) 移动i p v 6 的链路层切换和刚络层是顺序进行的，并非“并发”执行。 这意味着移动i p v 6 的切换延时移动节点从旧链路接收到的最后一个数据分组 四川大学硕十毕业论文 到它从新链路接收到第一个数据分组之间的通信中断间隙) 是两个阶段延时之 和。在第三章我们将会看到，这个延时大于1 0 0 0 m s ，这对许多实时应用来说是 难以接受的。 f 2 1 在移动i p v 6 中，移动节点每进行一次切换就需要向家乡代理和对应节 点注册。当移动节点距离家乡代理或对应节点很远时，会导致大量的延时和开 销。 ( 3 ) 移动i p v 6 中没有数据分组缓存和转发机制。这意味着当移动节点从旧 链路移动到新链路