（计算机应用技术专业论文）基于移动ipv6的rtp业务无缝切换性能研究.pdf

摘要 i p v 6 将成为未来i p 网络的核心协议，而i p v g 对移动性的支持是它的关键特性之一，为 此，i e t f 组织于2 0 0 4 年公布了移动i p v 6 协议。移动i p v 6 协议允许用户使用网络终端设备与 外界通信，且不需要进行任何手动配置就可以在不同的无线子网间移动，这个移动的过程 就称为切换。 然而移动i p v 6 协议没有说明如何能够在切换的过程中保持通信的稳定，于是人们提出 了一些优化方案，这主要涉及到两个方面，一方面是减少切换过程中的时延即切换的快速 性方面，另一方面是减小切换过程中的丢包率即切换的平滑性方面，兼顾快速性和平滑性 的切换称为无缝切换。 本文首先简要介绍了移动i p v 4 和移动i p v 6 协议，介绍了快速，分层，缓存，双播等优 化机制，提出了带双播的分层移动i p v 6 机制( b h m i p v 6 ) ，该方案整合了快速，分层，缓 存，双播切换机制的优点，通过分析，发现该切换方案切换中断间隔短，可以有效减少丢 包和节约网络带宽。 接下来本文介绍了b h m i p v 6 的原型系统，该系统搭建在l i n u x 之上，使用远程会议软 件所带的r t p 功能对此原型系统进行测试，通过对测试结果的分析，进一步说明了该带双 播的分层移动i p v 6 机制的工作流程，证明了该机制的可行性，并对丢包率和切换时延的情 况进行了说明。 最后，本文利用n s 网络仿真工具针对r t p 业务对移动i p v 6 ，快速移动i p v 6 ，分层移动 i p v 6 和带双播的分层移动i p v 6 机制进行了仿真，通过对各种协议的仿真结果进行分析，进 一步验证了新方案性能优越。 关键词：移动i p v 6 、缓存、双播、分层移动i p v 6 、快速移动i p v 6 a b s t r a c t i p v 6w i l lb e c o m et h ec o r ep r o t o c o lo fi pn e t w o r ki nt h ef u t u r e ，a n dt h em o b i l i t ys u p p o r ti s t h ek e yc h a r a c t e r i s t i co fi p v 6 ，s oi e t fi s s u e dm o b i l ei p v 6 ( m i p v 6 ) p r o t o c o li n2 0 0 4 m i p v 6 a l l o w su s e rt oc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r st h r o u g hn e t w o r kt e r m i n a ld e v i c e ，a n du s e rc a nm o b i l e b e t w e e nd i f f e r e n tn e t w o r k sw i t h o u ta n ym a n u a lo p e r a t i o n ，t h ep r o c e s so fm o b i l i t yi sh a n d o v e r b u tm i p v 6p r o t o c o ld o e sn o ts p e c i f yh o wt om a i n t a i naf l u e n tc o m m u n i c a t i o nd u r i n g h a n d o v e r , s os o m eo p t i m i z e ds o l u t i o n sb e e np r o p o s e d ，t h e s es o l u t i o n sm a i n l yi n v o l v et w o a s p e c t s ，o n ei st or e d u c et h eh a n d o v e rd e l a y - i t sf a s th a n d o v e r , t h eo t h e ri st or e d u c et h ep a c k e t l o s sr a t e - i t ss m o o t hh a n d o v e r , i ft h e 。h a n d o v e rm e c h a n i s mh a sb o t hf a s tc h a r a c t e r i s t i ca n d s m o o t hc h a r a c t e r i s t i ci ti sc a l l e ds e a m l e s sh a n d o v e r f i r s t l y , t h i sp a p e rs i m p l yi n t r o d u c e sm o b i l ei p v 4a n dm o b i l ei p v 6 ，i n t r o d u c e sf a s t m e c h a n i s m ，h i e r a r c h i c a lm e c h a n i s m ，b u f f e r i n gm e c h a n i s ma n db i c a s t i n gm e c h a n i s m ，p r o p o s e s b i c a s t i n gh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( b h m i p v 6 ) ，t h i ss o l u t i o ni n t e g r a t e st h ea d v a n t a g e so ff a s t m e c h a n i s m ，h i e r a r c h i c a lm e c h a n i s m ，b u f f e rm e c h a n i s ma n db i c a s t i n gm e c h a n i s m i t sf o u n dt h a t t h eh a n d o v e ri n t e r v a lo ft h i ss o l u t i o ni ss h o r t ，a n di tc a nr e d u c et h ep a c k e tl o s sr a t ea n ds a v et h e n e t w o r kb a n d w i d t h s e c o n d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep r o t o t y p es y s t e m ，t h i ss y s t e mi sb a s e do nl i n u x ，r t p f u n c t i o no fr e m o t em e e t i n gs o f t w a r ei su s e dt ot e s tt h ep r o t o t y p es y s t e m ，a n dt h eo p e r a t i o nf l o w o fb h m i p v 6i sf u r t h e ri l l u m i n a t e dt h r o u g ha n a l y z e st h et e s tr e s u l t ，p r o v e st h a tt h i ss o l u t i o ni s f e a s i b l e ，a n de x p l a i n st h ep a c k e tl o s sr a t ea n dh a n d o v e rd e l a y i nt h ee n d ，t h i sp a p e rs i m u l a t e sa n da n a l y z e sm i p v 6 ，f m i p v 6 ，h m i p v 6a n db h m i p v 6 t h r o u g hn sn e t w o r ks i m u l a t i o nt o o l s ，t h et r a f f i ct ob eu s e di sr t p , t h r o u g ha n a l y z i n gt h e s i m u l a t i o nr e s u l to ft h e s ep r o t o c o l s ，f u r t h e rv a l i d a t e st h en e ws o l u t i o n sp e r f o r m a n c ei sg o o d k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，b u f f e t i n g ，b i c a s t i n g ，h m i p v 6 ，f m i p v 6 i i 专用术语注释表 英文缩写英文全称中文全称 心a c c e s sp o i n t 接入点 a ra c c e s sr o u t e r 接入路由器 b a 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 n c o r r e s p o n d e n tn o d e通信对端 c o ac a r e - o f a d d r e s s转交地址 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 a c kf 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 b uf a s tb i n d i n gu p d a t e 快速绑定更新 f l b a c kf a s tl o c a lb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t快速本地绑定确认 f l b uf a s tl o c mb i n d i n gu p d a t e 快速本地绑定更新 n 4 i n ，6 f a s tm o b i l ei p v 6 快速移动口v 6 f h m i p v 6f a s th a n d o v e rf o rh i e r a r c h i c a lm o b i l e 快速分层移动i p v 6 i p v 6 m f 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 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 i h a n d o v e ri n i t i a t e 切换初始 h m i p v 6h 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 h o ah o m ea d d r e s s家乡地址 l 2 t l a y e r2t r i g g e r二层触发 l b a c kl o c a lb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t本地绑定确认 l b ul o c a lb i n d i n gu p d a t e 本地绑定更新 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 m a p m o b i l i t ya n c h o rp o i n t 移动锚点 m 呷v 6m o b i l e 蹦 移动i p v 6 m n m o b i l en o d e 移动结点 i v n a rn e wa c c e s sr o u t e r 新接入路由器 p a r p r e v i o u 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 yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t代理路壶器通告 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 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 a nw 妇i e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 无线局域网 v 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 工作及取得的研究成果。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 含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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：塑童日期：丝丝生堑 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 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。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。 研究生签名： 盘塞导师签名：乏幽 日期： 竺垒丝至 南京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章引言 第1 章引言 1 1 背景介绍 当前，口业务增长越来越快，对互联网移动性的要求也越来越迫切。在技术层面，硬件 技术的发展使得设备能做得更小，掌上终端等设备逐渐普及，而移动通信技术的发展也使得 基于无线网络的数据传输成为可能；在需求层面，全球化的发展使得人口流动性大大加强， 大量人口经常处于移动状态中，大家都希望能像手机漫游一样，无论移动结点身处何地，都 可以通过移动终端随时访问i n t e m e t 。 要实现移动互联网就要解决两个问题，首先，移动的计算机能访问互联网上的资源，第 二，互联网上的主机能访问到移动的计算机。传统的互联网接入模式( 如拨号上网，d h c p 方式分配地址等) 不能解决这些问题，而移动i p 概念的提出正是为了提供一种结点移动的透 明的技术规范，使得移动结点在跨越不同网络区域时，不需要用户进行手动操作，就能使用 新网络的资源，通过无线链路与外界进行信息交互，并且保持原有的会话，也因此成为了当 前业界研究的热点问题。 与此同时，随着网络技术的发展，网络的覆盖范围将不仅仅局限于我们所熟悉的电脑， 在其他各种设备，从手机到随身听，从汽车的控制系统到建筑物的空调系统，从音响，电 视，电冰箱等大型电器到电熨斗等小电器，诸如此类，日常生活中所遇到的所有设备都将 有可能具备通信能力，使其成为网络组成的一部分，但是，目前使用的i p v 4 技术由于其自 身地址空间的限制不可能支持网络的进一步扩展，这使得i p v 6 将在全球范围内逐步取代 i p v 4 成为新的网际互联协议。 i p v 6 和移动i p 结合，移动i p v 6 协议于是应运而生。下一代移动通信的发展要以移动i p v 6 为基石。移动i p v 6 对于p 上层的协议是透明的，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；另外，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i p 地址，网络互联从人与人的互联到机与 机的互联的转变也将会实现，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) ，仍能与外界保持不间断的连接。 随着宽带i p 网络技术的发展，因特网已经深入到我们生活的方方面面，2 1 世纪在网上 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章引言 会出现很多新的应用，如远程教学，在线视频，在线音频，远程会议和远程学术交流等， 以满足生产和生活多方面的需求，这帮离不开视频音频数据的传输。在网上传输音频、视 频等多媒体数据目前主要有两种方式：下载和流式传输。采用下载方式，用户需要先下载 整个媒体文件，然后才能进行播放，而流媒体方式只需经过几秒到几十秒的启动延时即可 在客户端进行播放和观看，此时媒体文件的剩余部分将在后台继续下载。与单纯的下载方 式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短， 而且对系统缓存容量的需求也大大降低，使用流式传输的另一个好处是使得传输那些事先 不知道或无法知道大小的媒体数据( 如网上直播、视频会议等) 成为可能。 目前，支持流媒体传输的协议主要是实时传输协议r t p ( r e a l - t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 。 r t p 是一个应用型的传输层协议，它并不提供任何传输可靠性的保证和流量的拥塞控制机 制。r t p 位于u d p ( u s e td a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 之上。u d p 虽然没有t c p j j 巧么可靠，并且无法 保证实时业务的服务质量，需要r t c p 实时监控数据传输和服务质量，但是由于u d p 的传 输时延低于t c p ，能与音频和视频很好地配合，因此，在实际应用中，r t p r t c p u d p 被 大量用于音频视频的传输。对r t p 流进行研究，对于多媒体业务的推广来说意义重大。 在i e t f 组织中，与移动i p v 6 相关的工作组就有m i p 6 ，m i p s h o p ，m o n a m l 6 ，n e m o 等，2 0 0 7 年通过将m i p 6 、n e m o 和m o n a m l 6 i 作组的工作进行整合成立了m e x t i 作组。 2 0 0 4 年6 月i e t f 组织发布了移动i p v 6 的正式标准，r f c 3 7 7 5 “m o b i l i t ys u p p o r ti ni p v 6 ”，比 较重要的协议还有r f c 4 1 4 0 一 h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6m o b i l i t ym a n a g e m e n t ( h m i p v 6 ) ”- 分 层移动i p v 6 ，用于减少转交地址注册时延，i 江c 4 0 6 8 “f a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6 ”一快 速移动i p v 6 ，用于减少切换时延，同时也有大量的d r a f t 出现，如“b u f f e rm a n a g e m e n tf o r s m o o t hh a n d o v e r si ni p v 6 ”，“s i m u l t a n e o u sb i n d i n g sf o rm o b i l ei p v 6f a s th a n d o v e r s ”等。 国外有很多机构对移动i p v 6 进行研究，如日本的w i d e ( w i d e l yi n t e g r a t e d d i s t r i b u t e d e n v i r o n m e n t ) 组织开发了瓦m ep r o j e c t ，实现了i p v 6 ，i p s e c 和移动i p v 6 协议栈；芬兰赫尔 辛基技术大学组织开发了一个移动i p v 6 的实验系统m i p l ，支持r f c3 7 7 5 ；英国兰卡斯特大 学开发的l a n c a s t e r 系统实现- d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 0 5 对移动i p v 6 的规定。 1 2 研究目的 移动终端要正常使用就要解决终端在不同子网之间切换的问题，由于子网变了，i p 地 址就会改变，我们要保证切换前的业务能够继续使用，并且用户所感觉到的切换所产生的 影响要尽量小，最好是感觉不到切换，这就必须实现无缝切换。 因此，未来对移动i p v 6 的研究中，切换问题是研究的二个热点。切换所要实现的目标 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第1 章引言 是达到无缝切换的效果，无缝切换包括两个方面，快速切换和平滑切换。快速切换即低延 时切换，主要目的是降低移动结点在切换过程中产生的时延和通信连接的中断时间j 平滑 切换即低丢失率切换，主要目的是使得在切换过程中丢失的数据分组数量达到最小。 自从i e t f 提出移动i p 标准以来，各种协议，草案和解决方案纷纷出台，但仍然存在 各种不足，目前还无法实现真正的无缝切换，特别是对那些基于r t p 的连续多媒体流业务 来说，因为本身这种业务对服务质量的要求具有特殊性，如，r t p 业务的数据量较大，实 时性要求较高等，所以切换的优化就更难实现。论文将针对移动i p v 6 的切换技术性能进行 研究与分析，主要考虑r t p 业务，希望在现有的协议或草案及前人工作的基础上，取长补 短，总结创新，比较好地实现无缝切换。 1 3 论文的组织形式 第1 章：阐述本课题的背景和研究的意义。 第2 章：讲述移动i p 技术的原理以及目前关于移动i p v 6 切换性能改进的机制，介绍 了r t p 技术，为后文做好铺垫。 第3 章：提出和详细分析了b h m i p v 6 机制，并将b h m i p v 6 与其他机制进行比较。 第4 章：介绍原型系统中各个功能模块的实现原理和过程，使用该原型系统针对r 吧 业务进行测试，对测试结果进行讨论。 第5 章：对仿真环境和相关参数进行介绍，并对仿真结果进行讨论。 第6 章：对全文进行总结并讨论未来可进行的工作。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 第2 章相关研究 2 1 l 移动堙技术 2 1 1 移动口v 4 概述 移动l p 实质上是一个支持主桃移动的网络层解决方案，阖普通i p 一样，移动l p 对下层 传输媒体不作任何要求，且向上层屏蔽了主机移动的细节，所以对于移动i p v 4 来说，现有 的基于i p v 4 的上层协议都无需改动。移动i p v 4 定义了4 种逻辑结点。 l 、移动结点( m n ，m o b l i en o d e ) 指能够从一个链路的接入点移动到另一个链路的接入点，同时，仍能通过其家乡地址 ( h o a , h o m ea d d r e s s ) 对掰络上的其谴结点进行访问的绪点。 2 、通信对端结点( c n ，c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 指所有与m n 通信的结点，c n 可以是固定的也可以是移动的。 3 、家乡代理( h a ，h o m ea g e n t ) 指m n 家乡链路上的一台路由器，允许m n 向其注册当前的转交地址( c o a ，c a r e o f a d d r e s s ) ，并且当m n 离开家乡时，h a 会截取其家乡链路上霹的遗址是心的h o a 的分组， 通过隧道转发到m n 注册的c o a 。 4 、外地代理( f a ，f o r e i g na g e n t ) 指孙地链路上的一台路由器，它帮助移动结点完成移动检测，并趣移动结点提供路由 服务。 在移动i p v 4 中，所有通信对端发送到移动结点的数据包都通过萁家乡代理来路由，移 动结点发送到通信对端的数据包则可以直接递交，这就产生了三角路由问题，结果导致家 乡网络负载增加，时延也更长。另外，移动结点向外发出的分组，如果源地址是家乡地址 还可能产生入口过滤问题，i s p 的边际路e l l 器可能会将源i p 地址与本子网不匹配的数据包抛 弃掉。 基前，移动i p v 4 所遵循的规范是i e t f 颁布的r f c 3 3 4 4 - i pm o b i l i t ys u p p o r tf o ri p v 4 ”。 2 。1 。2 移动i p v 6 概述 移动i p v 6 1 】是移动i p 的i p v 6 版本，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 的归属地地址，并麓通过一些机制保证会话的连续性。m i p v 6 支持对l p 层以上各层的透盟 性要求，包括活动的传输层会话的维护。此外，构建在m i p v 6 上面的网络移动性( n e m o ) 机制使德移动霜络连到i n t e r n e t 上的附着点发生了改变时管理该移动霹络成为可能。 当移动结点在家乡时，使用传统的互联网路由机制与外界交互。当移动结点移动到某 五 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 外地链路上时，它通过一个或多个转交地址与外界通信。 移动结点来到外地链路，通过i p v 6 的常规机制，例如无状态或有状态( 女i d h c p ) 地址配 置来获取其新的转交地址，然后通过发送“绑定更新 ( b u ) 至家乡代理来执行绑定注册， 使得移动结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 ( b a ) 消息来进行响应。 之后移动结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，m n 与c n 的交互不经过家乡 代理，但是在实际的运营中也给运营商的计费带来困难。 我们将在下文中对这两种模式进行简述。 相对于移动i p v 4 ，移动i p v 6 有着明显的优势： 表2 1m i p v 4 和m i p v 6 的比较 m i p v 4m i p v 6 逻辑结点有c n ，m n ，h a ， f a取消f a ，使得部署更简 单 地址资源地址资源面临枯竭，难以资源丰富，可以方便实现 支持移动性全球的移动性 地址分配通过d h c p 或手工得到可以通过无状态地址配 c o a 置，不需要人工干预，符 合移动设备的上网要求 通信方式三角路由方式隧道或路由优化方式，有 更多选择 2 1 3 二层触发t r i g g e r ) 切换分为两种，二层( l 2 ) 和三层( l 3 ) 切换，l 2 切换指的是移动结点在链路层由一 个接入点( a p ) 改变到另一个接入点( 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 在两个子网时，需要改变路由信息，因此需要进 行l 3 切换。 通常情况下，移动i p 的切换总是要在链路准备好了的情况下才可以进行，即先进行二 层切换，再进行三层切换，这样造成的时延将会比较大。为了减少切换的时延，可以让l 3 切换在l 2 切换发生之前就启动，一旦l 2 切换完成，那么l 3 已经做好了准备( 如已经配置好 了合法的i p 地址) ，因此移动结点可以基本不受影响地沿着新路径进行报文收发，从而降低 甚至消除注册时延。这就需要在切换开始之前，移动结点要不断地监测相应的信道质量， 并且要根据系统确定的各种门限来决定何时启动切换过程。 所i 胃l 2 t 就是一个特定的二层事件已经发生或者即将发生时，向三层发出相应信息， 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 这些信息可能包含一些参数的取值等，其中包括：触发器名，触发该触发器的事件，何种 实体接收该触发器以及必需的参数，触发器的接收者必须是在移动协议中发挥作用的实 体。 链路层的信息，如信号强度，是连续可用的，因此能在任何可用频段测量到，从而提 供当前链路信号质量的有用信息。因此，通过对链路层信息的监测( 如信号强度，噪声强 度，信噪比) ，能够使移动结点更快地检测到链路的状况。在通常情况下，能在链路中断 之前检测到无线链路信号质量的下降，这给执行切换带来了很大的便利。可以根据移动算 法，在监测到当前链路质量比门限值低并持续一段时间时启动切换。 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，从而供其他模块调用。 2 1 4 隧道( t u n n e l ) 通过家乡代理在通信对端和移动结点问建立的数据包隧道称为反向隧道。反向隧道确 保了当移动结点不在家乡链路上时，总是可供访问，即便通信对端不支持移动i p v 6 。然而， 双向隧道会导致严重的传输延迟。在使用隧道机制时，当家乡代理完成移动结点家乡地址 与转交地址的绑定后，当通信对端要将分组发送到移动结点时，家乡代理使用代理邻居发 现( p r o x yn e i g h b o rd i s c o v e r y ) 将通信对端发送到移动结点的分组拦截下来，然后在分组外封 装上以移动结点的转交地址为i p v 6 头的目的地址的i p v 6 报头，再将该分组发送到移动结点， m n 收到后进行解封操作，解封后发现目的地址是自己的家乡地址，然后把数据交给相应 的高层程序处理。m n 向c n 发数据时m n 和h a 进行相反的操作，在分组外封装上以移动结 点的转交地址为i p v 6 头的源地址的i p v 6 报头，由h a 进行解封装。 2 1 5 路由优化( r o u t eo p t i m i z a t i o n ) 在移动结点和支持移动i p v 6 的通信对端间直接发送数据包的过程称为路由优化。路 由优化消除了与双向隧道相关联的传输延迟。 路由优化模式下，移动结点向家乡代理进行绑定更新后还要向通信对端进行绑定更 新，当家乡代理和通信对端获得转交地址和家乡地址的关联信息后，如果通信对端需要向 移动结点发送数据，就要在i p 报头之后加上第二类路由头，第二类路由头内的地址为移动 结点的转交地址，然后将其与i p 头的目的地址互换，最后发送报文，移动结点收到后再进 行一次地址调换。当移动结点发送数据给通信对端时，需要在i p 报头之后加上目的地址选 项，开始时i p v 6 头的源地址为家乡地址，目的地址选项中的地址为移动结点的转交地址， 然后将i p v 6 头的源地址与目的地址选项中的转交地址进行交换，之后将分组发送给通信对 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 端，收到后，通信对端同样要进行一次地址调换。 然而，为了防止有人冒充m n 与c n 对话，需要在通信对端进行绑定更新之前进行返回 路由可达过程，移动结点会分别发送家乡测试初始报文( h o t i ) 及转交测试初始报文 ( c o t i ) ，其中家乡测试初始需要经由家乡代理进行转发。通信对端收到该报文后会返回 家乡测试( h o t ) 及转交测试( c o t ) ，同样家乡测试也必须经由家乡代理进行转发，这样 做的目的是要让两种报文走不同的路径，避免被攻击者同时拦截到该报文。家乡测试报文 中携带着家乡密钥标记( h o m ek e y g e nt o k e n ) ，转交测试报文携带着转交密钥标记( c a r e o f k e y g e nt o k e n ) ，c n 用它们来产生绑定管理密钥( k e yo f b i n d i n gm a n a g e m e n t ，k b m ) 。其后 m n 发送给c n 的绑定更新报文都要夹带一个绑定验证信息，c n 可根据绑定管理密钥来验证 m n 身份。 可以看到，每次计算一个新的k b m 时，都需要与c n 交换4 个移动信。g ( c o t i & c o t ， h o t i & h o t ) ，以便返回路由可达过程的正常运行。4 个信息如果任意丢失一个，m n 都需 要与c n 交换至少两个以上的额外信息。这么多的移动信息的引入，给移动i p v 6 的通信带来 了负担。 2 2 移动聃6 切换主流优化技术 2 2 1 快速移动i e v 6 帅a ) f m i p v 6 1 2 分为预先式快速切换和反应式快速切换两种。预先切换是在m n 与当前链路 仍保持连接时，当检测到新链路的信号并确定新的链路属于新的网络时，就启动第三层切 换，进行转交地j a k ( c o a ) 生成及重复地址检测( d a d ) 的工作，在这期间，在旧接入路由器与 新接入路由器之间建立一个隧道，新接入路由器缓存旧接入路由器发过来的数据，当m n 进入新网络后，直接使用新地址，新接入路由器把缓存的数据发给m n ；反应式快速切换， 是m n 进入到新的网络并开始使用新地址后，通过新接入路由器通知旧接入路由器将数据 发向m n 的新地址。反应式快速切换是预先式切换不能正常进行时的应急方案。 快速移动i p v 6 在标准移动i p v 6 基础上对些结点的功能进行了扩充： 1 要求接入路由器拥有缓存功能和建立隧道的功能。 2f m i p v 6 需要有二层触发的支持，以便m n 能根据监测到的二层链路的状况，启动切 换过程。 3 接入路由器( a r ) 要保存自身和周围a r 上连接的a p 的信息，即一系列a p 的m a c 地 址和对应的a r 的i p 地址所组成的二元组。 4 引进了一些新的报文，如f b u ，f b a c k ，f n a 等。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 m np a r n a r r t s o l p r 。 p r r t a d v f b u 。 h i 。 h a c k f b a c kf b a c k 、m 多 j 1 f n a 图2 1f m i p v 6 预先式切换流程 图2 1 为f m i p v 6 切换流程一预先式切换的示意图，首先，m n 监测到n a r 上的a p ( n a p ) 的信号，发送路由器请求代理( r t s o l p r ) 给原接入路由器( p a r ) ，其中包含n a p 的m a c 地址， n a p , 返回带有新接入路由器科a r ) 地址与前缀( p r e f i x ) 信息的代理路由器通告( p r r t a d v ) ，当 移动结点收到代理路由器通告后，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，所以移动结点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 ) ，经二层触发后移动结点向p a r 发送快速绑定更新( f a s tb i n d i n gu p d a t e ， f b u ) 报文，其中包含n c o a ，p a r 接收到快速绑定更新后，将发送带有n c o a 的切换初始( h i ) 报文给新接入路由器，新接入路由器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切换确认( h a c k ) 报文，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报文中。当p a r 收到切换确认报文后，将 建立p a r 到n a r 的隧道，并将发往m n 的报文发到此隧道中，这些报文在n a r 中出隧道， 并暂时缓存。最后，p a r 将向移动结点发送快速绑定确认( f a s tb m d m g a c k n o w l e d g m e n t ， f b a c k ) ，快速绑定确认发往m n 的新旧两个转交地址。假设m n 在旧链路收至u f b a c k 报文， 随后m n 进行二层切换，切换到新链路，发送快速邻居通告( f n a ) 到n a r ，n a r 将以前 缓存的报文以及现在p a r 通过隧道发过来的报文递交给m n 。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 州p a rn a r 图2 - 2 f m i p v 6 反应式切换流程 图2 2 为f m i p v 6 切换流程一反应式切换的示意图，反应式快速切换是没有足够的切换 准备时间来进行切换，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 的快速绑定更新消息发送给 p a r ，假设m n 未在旧链路上收到快速绑定确认消息，对此，一种原因是m n 未成功发送快 速绑定更新；另一种原因是m n 在发送快速绑定更新消息后，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，由于未收到快速绑定确认消息，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 快速绑定更新消息，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t 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结点正在 使用此新的转交地址，则n a r 必须丢弃内部的快速绑定更新报文，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 在通告中包含给m n 使用的备用m 地址。在这 种情况下，n a r 通过丢弃内部的快速绑定更新，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n 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n f j n c o a ，若f b u 是从新链路发过来的，f b u q b 应包含家乡地址选项 以指明p c o a 。 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章相关研究 2 2 2 分层移动n , v 6 岫6 ) h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 3 1 ( 分层移动i p v 6 ) 是m o b i l ei p v 6 ( 移动i p v 6 ) 的增强版本，是为了 减少信令流量、提高移动连接速度而提出的。按照m i p v 6 的要求，在外地网络中，移动结 点每移动到一个新的位置就要向家乡代理或通信对端结点发送绑定更新信息。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 提出了分层移动i p v 6 ( h m i p v 6 ) ，用于减少不必要的信令交互，提高切换速度。 h m i p v 6 引入了新i 拘m i p v 6 结点移动锚点( m a p ) ，m i p v 6 协议管理全局移动性， m a p 用于处理本地切换。m a p 是一种能被移动结点访问的结点，它的作用有点像设在外地 的“家乡代理 ，当移动结点在它的区域范围内移动时，只需要向这个“锚结点”注册， 不需要改变原有的转发路径，这样能大大减少移动结点和h a 之间的信令负荷，加速了移动 切换。 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 ) 以及微观移动( m i c r o m o b i l i t y ) ，其中宏观 移动指的是在不同m a p 管理区域间的移动，微观移动指的是在同一个区域内移动。在 h m i p v 6 中每个m n 会被指派两个地址，分别是在链转交地址( l c o a ) 以及区域转交地址 ( r c o a ) 。l c o a 与m n 的接入路由器( a c c e s sr o u t e r ) 有相同的地址前缀( p r e f i x ) ，和m i p v 6 的c o a 功能相同；而r c o a 贝, j 是与m a p 有相同的地址前缀，和m i p v 6 的h o m e a d d r e s s 功能相 同。在h m i p v 6 中，移动结点的家乡代理和通信对端，将移动结点的家乡地址和区域转交 地址( r c o a ) 进行绑定。在移动结点的当前接入网络中，m a p 将代表它所服务的移动结点接 收所有的数据包，封装并直接把这些包转发到移动结点的在链转交地址。如果移动结点在 局部m a p 域内改变了它的在链转交地址，即移动结点只是在它的m a p 所覆盖的区域内进行 移动，而区域转交地址没有发生变化，则它就只需要向m a p 注册新的在链转交地址，而不 需要改变通信对端和家乡代理上注册的区域转交地址。大大减少了主干网络中冗余的绑定 更新报文，从而减少了网络冲突，提高了有效信息的发送。m a p e l 远端的h a 更新得更快， 减少了与切换有关的等待时间。 h m i p v 6 机制中，a r 在路由器通告中不但要包含n a r 的子网前缀信息，还要包含n a r 所属的m a p 的相关信息。m n 收到路由器通告后，会获得n a