（电路与系统专业论文）移动ip切换技术的研究.pdf

l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 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。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：2 盈l 碧速 本人签名： 笸盈l 么盈 本人承担一切相关责任。 日期：堡坐绎翻堕堕 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅： 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：盈、戈夏本人签名：囫：叁墨 导师签名： 同期：竺竺经圣盈盟 日期： 灰 一， 飞，。 “b p。，照，离 移动i p 切换技术的研究 摘要 当前移动i p 协议的基本框架已经形成，但还存在很多问题，移动切换技术是移 动i p 研究的热点，本文主要对m i p v 4 和m i p v 6 切换时延问题进行了深入的探讨和 研究，重点研究了移动i p v 6 的快速分层切换优化方案，并进行对性能进行仿真分析。 本文主要进行了如下研究工作： ( 1 ) 对移动i p v 4 中的低延迟切换进行了深入研究。 首先分析延迟产生原因，提出优化思路，对优化性能进行量化分析。之后阐述 具体实现：低延迟的预先和过后切换技术。预先注册实现了在旧的二层连接还没 有断时就开始了三层的注册。过后注册实现了移动节点( m n ) 进入新网络时，推迟 l 3 切换，继续使用其原有的锚点外地代理( a f a ) ，很好的解决了延迟和丢包问题。最 后提出联合切换的综合方案，并对三种方案的优势劣势进行分析。 ( 2 ) 重点研究了移动i p v 6 快速分层切换优化方案。 首先分析标准i p v 6 切换存在的问题和延迟产生的主要原因。之后对f m i p v 6 和 h m i p v 6 方案深入研究。 f m i p v 6 实现m n 在切换发起前得到转交地址( c o a ) ，减 少了m n 与c o a 配置的相关时延，同时建立l 2 隧道降，低切换产生的丢包。t 至) h m i p v 6 针对微移动提出移动锚节点( m a p ) 概念，使m n 的只在m a p 域内切换时，不需每次 都通过家乡代理( h a ) 在各种通信节点处注册，减少信令开销和注册时延。提出 f h m i p v 6 ( 移动i p v 6 快速分层切换) 优化方案，该方案综合了前两者的优势，通过m a p 取代原接入路由器( p a r ) 来快速切换建立隧道，实现了前两种方案的优化结合，在最 后对其切换延迟进行分析。 ( 3 ) 利用n s 2 软件对i p v 6 的三种优化方案进行仿真，给出了详细的仿真实现 过程，讲述了n s 2 软件的数据分析方法，最后得出丢包率和切换延迟的仿真结果。 关键词：低延迟切换，移动i p v 6 分层切换，移动i p v 6 快速切换，快速分层移 动i p v 6 切换，n s 2 、 毒，矗 1 0 砖 弋唪 r e s e a r c ho nm o b i l ei ph a n d o f f t e c h n o l o g y a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h eb a s i cf r a m e w o r ko fm o b i l ei pp r o t o c o lh a sb e e nf o r m e d ，b u tt h e r ea r e s t i l lal o to fp r o b l e m s ，m o b i l es w i t c h i n gt e c h n o l o g yi st h em a i nd o m a i ni nm o b i l ei p r e s e a r c h i n g ，t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e dm i p v 4a n dm i p v 6h a n d o f fd e l a yi s s u e ，f o c u s i n g o nm o b i l ei p v 6 ，f m i p v 6 o p t i m i z a t i o ns c h e m e , a n da n a l y z ep e r f o r m a n c eo ft h e s i m u l a t i o n i nt h i sp a p e r , t h er e s e a r c hw o r ki n c l u d e s ： ( 1 ) d e e p l ys t u d y i n gl o w l a t e n c ys w i t c h i n gf o rm o b i l ei p v 4 f i r s t ，a n a l y z e st h ec a u s e so fl a t e n c y , p u tf o r w a r do p t i m i z a t i o ni d e a s ，a n a l y z i n gt h e p e r f o r m a n c e t h e ns h o wt h es p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o n ：p r e s w i t c h i n ga n da f t e r - s w i t c h i n g t e c h n o l o g y p r e - r e g i s t r a t i o na c h i e v e di nt h eo l dl 2c o n n e c t i o nh a sn o ty e tb r o k e nw h e n i tb e g a nl 3r e g i s t r a t i o n t h er e g i s t r a t i o no fm o b i l en o d e ( m 哪d e l a y sl 3s w i t c h , c o n t i n u et ou s ei t so r i g i n a la n c h o rf o 而印a g e n t ( a f a ) ，i ti sav e r yg o o ds o l u t i o nt ot h e p r o b l e mo fl a t e n c ya n dp a c k e tl o s s f i n a l l yi tp r o v i d e sac o m p r e h e n s i v ep r o g r a mo fj o i n t s w i t c h i n g , a n dt h ea d v a n t a g e sd i s a d v a n t a g e so ft h r e eo p t i o n sf o ra n a l y s i s f o c u so n h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6f a s t - s w i t c h i n go p t i m i z a t i o ns o l u t i o n s ， ( 2 ) f i r s t ，a n a l y z et h em a i nr e a s o nf o rt h es t a n d a r di p v 6s w i t c h i n gp r o b l e m sa n dt h e d e l a y s ，d e e p l ys t u d y i n gf m i p v 6a n dh m i p v 6s o l u t i o n f m i p v 6i m p l e m e n t sm n l a u n c h e dc o aa f t e rt h es w i t c h ，r e d u c i n gt h el a t e n c yo fm na s s o c i a t e dw i t ht h ec o a c o n f i g u r a t i o n ，m e a n w h i l ee s t a b l i s h i n gl 2t u n n e ll o w e rp a c k e tl o s st h a ti sr e s u l t i n gf r o m s w i t c h i n g h m i p v 6p r o p o s e dm o b i l ea n c h o rn o d e ( m a p ) c o n c e p tf o rm i c r o - m o b i l i t y ， t h a tw h e nm ni so n l ys w i t c h i n gi nm a pd o m a i n ，w i t h o u tr e g i s t r a t i o ne a c ht i m e b e t w e e nt h eh o m ea g e n t ( h a ) a n do t h e rk i n do fc o m m u n i c a t i o nn o d e s ，w h i c hc a u s ea l l i g hd e g r e eo fr e d u c e ds i g n a l i n gc o s ta n dr e g i s t r a t i o nl a t e n c y t h e nt h i sp a p e rp r o p o s e sf h m i p v 6 ( f a s th i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6s w i t c h i n g ) o p t i m i z a t i o ns o l u t i o n i ti n c l u d e st h ea d v a n t a g e so ft h ef o r m e rt w os o l u t i o n s b yr e p l a c i n g t h ep r e v i o u sa c c e s sr o u t e r ( p a r ) t om a pt oq u i c k l ys w i t c ha n de s t a b l i s ht h et u n n e l t h i s m e t h o da c h i e v e st h eo p t i m i z a t i o no ft h ef i r s tt w op r o g r a m sc o m b i n a t i o n t h e nt h i sp a p e r g i v e sa n a l y s i sf o rs w i t c h i n gd e l a y ( 3 ) u s i n gn s - 2s o f t w a r es i m u l a t e st h eo p t i m i z a t i o ns o l u t i o n sf o rt h r e et y p e so f i p v 6s w i t c h i n g , g i v i n gad e t a i l e di m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h es i m u l a t i o n ，d e s c r i b e dt h e d a t aa n a l y s i sm e t h o d so fn s 2s o f t w a r e , f i n a l l yc a m et ot h ep a c k e tl o s sr a t ea n dh a n d o f f 气。吐一 d e l a ys i m u l a t i o nr e s u l t s k e y w o r d s ：l o w l a t e n c ys w i t c h i n g ，h m i p v 6 ，f m i p v 6 ，f h m i p v 6 ，n s 一2 一 飞、 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究的意义l 1 2 国内外研究概况1 1 2 1i e t f 移动i p 协议研究概况1 1 2 2 移动口存在的问题2 1 2 3 切换技术研究概况3 1 3 论文研究内容及结构安排4 1 3 1 本文研究的主要内容4 1 3 2 本文内容结构安排5 第二章i e t f 移动i p 协议7 2 1 移动i p v 4 基本原理。7 2 1 1 移动i p v 4 的功能实体。7 2 1 2 移动i p v 4 中的一些基本概念8 2 2 移动i p v 4 的工作机制9 2 2 1 移动i p 的基本工作流程9 2 2 2 代理发现机制1 0 2 2 3 注册机制1o 2 2 4 隧道技术1 2 2 3 移动i p v 6 协议12 2 3 1 移动i p v 6 的介绍12 2 3 2 移动i p v 6 的技术优势1 2 2 3 3 移动i p v 4 到移动i p v 6 的过渡1 3 2 4 本章小结1 4 第三章移动i p v 4 低延迟切换技术研究l5 3 1 切换技术概述1 5 3 2 移动i p v 4 切换存在的问题1 6 3 2 1 分组丢失1 6 3 2 2 乱序分组一1 6 3 2 3 切换延迟1 6 3 3 移动i p v 4 低延迟切换改进方案17 3 3 1 预先注册低延迟切换技术18 3 3 2 过后注册低延迟切换技术一1 9 3 3 3 联合切换低延迟切换技术2 3 3 4 三种优化改进方案的性能分析2 3 3 5 本章小结2 4 第四章移动i p v 6 的快速分层切换优化方案2 5 4 1 标准i p v 6 协议存在的问题2 5 4 2f m i p v 6 切换技术2 6 4 2 1f m i p v 6 解决的问题2 6 4 2 2f m i p v 6 切换技术2 6 4 2 3 方案评价2 8 4 3h m i p v 6 切换技术2 8 4 3 1h m i p v 6 解决的问题2 9 4 3 2h m i p v 6 技术详解2 9 4 3 3 方案评价3l 4 4f h m i p v 6 切换技术。31 4 4 1f m i p v 6 与h m i p v 6 综合分析3 1 4 4 2f h m i p v 6 方案的提出3 2 4 4 3f h m i p v 6 方案的阐述3 2 4 5 延迟分析与性能比较3 3 4 5 1m i p v 6 延迟分析3 3 4 5 2h m i p v 6 延迟分析3 4 4 5 3f m i p v 6 延迟分析3 4 4 6 本章小结3 5 第五章f h m i p v 6 仿真与性能分析3 6 5 1n s 2 仿真软件3 6 5 1 1n s 2 的主要功能3 6 5 1 - 2n s 2 仿真软件的仿真流程。3 7 5 2 快速分层切换技术仿真3 8 5 2 1 仿真环境与参数设计。3 8 5 2 2 仿真平台的搭建3 9 5 2 3 仿真的具体实现3 9 5 2 4 仿真过程4 3 5 3 仿真数据的分析方法4 5 5 3 1t r 文件的数据分析4 5 5 4 数据分析结果4 5 5 5 本章小结一4 5 一 l 彳，； 第六章结束语4 7 参考文献。4 8 致谢5 0 硕士期间已发表论文5 1 气 t 一0 t p 北京邮电大学硕二卜论文 移动i p 切换技术的研究 第一章绪论 1 1 课题研究的意义 随着科学技术的不断发展以及信息时代的来临，以i n t e m e t 为代表的信息技术快 速发展，同时拥有3 g 模块的通信终端也越来越普及。越来越多的用户都希望能够以 一种更加灵活的方式随时随地访问网络资源和i n t e r n e t 资源，而不受到时空的限制。 无论是3 g 还是i e e e 制定的宽带无线网络技术体系，它们都是移动宽带的接入方法， 在未来的演化发展中，它们必将统- n 纯i p 的核心网。未来网络的框架将是统一的 i p 核心网与多元化接入网络相结合的网络。 最初的i p 协议主要是针对固定接入方式设计的，对通信节点的移动性能支持不 够。为了解决这一矛盾，i e t f 下属的移动i p 工作组于1 9 9 2 年制定了移动i p 的最初 标准：移动i p v 4 。并于1 9 9 6 年通过了移动i p 标准草案，并公布了建议标准。它是 传统i n t e r n e t 的有效延伸和扩展。移动l p 是一个在网络层解决主机移动性问题的方 案，使节点在链路切换的过程中仍可保持正常进行的通信。同时，它提供了一种i p 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。并与传输媒介 无关，实现了与现有的i n t e r n e t 协议兼容，也能够与不具有移动i p 功能的主机进行 正常通信。 虽然移动i p 在i p 层解决了主机的移动性问题，但是仍然有很多地方存在缺陷， 有待改进。比如说基本的移动i p 协议中，注册时延过长，信令开销太大的问题，切 换时延太长，丢包率大的问题。以及安全认证等问题。所以有必要对上述问题进行 更进一步的研究与探讨，使得移动i p 协议早r 趋于完善、使之更实用化。 1 2 国内外研究概况 在上一节中已经提到：目前的移动m 解决方案还存在一些问题【i 3 j ，国内外很多 学者都在努力研究解决这些问题的对策，但是至今仍然没有达成一致的意见。很多 - 的方案还属于草案，并没有形成最终标准。对于移动i p 的研究还在不断进行中，现 在国内外关于移动i p 技术的研究，主要集中在移动i p 的切换性能的优化、移动i p 的安全性能与移动l p 与各种无线网络融合等方面i 钔，而其中的移动切换性能的研究 是最近国内外无线领域方面的研究热点之一。 1 2 1i e t f 移动i p 协议研究概况 i e t f 的移动l p 工作小组对移动口的发展起到了重要作用，该小组一直致力于 提供主机的可移动性标准： 第l 页 北京邮电大学硕士论文移动i p 切换技术的研究 r f c 2 0 0 2 t 5 】提供了对i p 移动性的基础性支持，它允许网络上的数据包透明地路 由到移动节点上。 r f c 2 0 0 3 刚、r f c 2 0 0 4 和r f c l 7 0 1 分别定义了三种隧道技术。 r f c 2 0 0 5 t 。7 】定义了移动l p 的应用。 r f c 2 0 0 6 8 】定义了移动i p 的管理信息库m i b 。 在制定移动i p v 4 协议时，还未考虑移动i p v 4 协议对移动终端的支持，因此现行 的移动i p v 4 的实现是作为i p v 4 核心协议的一个附加优化而定义，这也最终决定了移 动i p v 4 对现有系统的扩充和未来多平台统一通信应用方面存在一定的局限性。这种 局限性主要体现在：当移动节点( m n ，m o b i l en o d e ) 在移动切换( h a n d o f 0 过程中，当 m n 与新外地代理( f a ，f o r e i g na g e n t ) 建立连接之前，由于此时m n 的通信对端 ( c n , c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 并没有获得m n 的代理更新信息，因此还会不断的向原外地 代理发送数据，从而导致这部分数据丢失1 9 1 。 在此之后提出的移动i p v 6 考虑了以上弊端，移动i p v 6 被i e t f 制定为i p v 6 的核 心协议的重要部分，在设计时就汲取了i p v 4 设计的经验和教训。预计未来所有i p v 6 的部署都将支持基础的移动通信应用，为开发移动领域的技术提供强有力的支持【l o 】。 移动口的发展方向是与第三代通信系统相结合，向移动i p v 6 发展。作为一种能解决 不中断通信的技术，移动i p v 6 将在第3 代移动通信技术中发挥重要的作用。在此基。 础上，i e t f 又在移动i p 协议的基础之上针对i p v 6 引入了平滑切换的概念，并且制 定了i p v 6 平滑切换缓存管理( s b ，s m o o t hh a n d o f fb u f f e rm a n a g 锄e i l t ) 框架结构】，其 目的是通过该框架结构尽量减少节点在移动切换过程中的数据丢失。结合基站缓存 管理和m n 的各种快速切换策略以及区域注册技术，该整套方案可以实现在一定的 网络情况下逼近无缝切换的服务质量。 1 2 2 移动i p 存在的问题 ( 1 ) 三角路由问题 三角路由问题是由c h 和m n 之间发送接收路径不同产生的，通信主机( c h ) 发 往移动主机( m n ) 的分组必须经过家乡代理( h a ) ，而从m n 发往c h 的分组是直接发 送的，使得两个方向的通信不是同一路径，就产生“三角路由”问题【1 2 1 。在m n 远 离h a 且c h 与m n 相邻的情况下效率会更低。当通信节点知道移动节点的转交地 址( c o a ) 时，通信节点就能通过隧道技术直接将数据包发送到移动节点，不需要使用 家乡代理。但对于在i n t e r n e t 上的通信节点一般不提供接收和存储移动节点转交地址 的信息，也就是不能执行任何的隧道技术。对基本移动i p 协议的改进将会有助于这 个问题的解决。 ( 2 ) q o s 保障问题 现有的q o s 体系结构包括两种模型，即集成服务模型和差分服务模型。它们都 第2 页 气 a 北京邮电大学硕：t ：论文 移动i p 切换技术的研究 没有考虑到在移动环境下的q o s 保证，因此必须进行适当修改。当前，移动i p 开展 实时业务的需求也日益迫切。但是无线网络的资源相对短缺，且移动主机在切换过 程中会产生数据包丢失或延时，造成了q o s 没有保障。而且在无线网络的环境中， 网络拓扑和资源是动态变化且很难预测的。所以，要在移动i p 的基础上提供q o s 保 证是一个非常棘手的问趔1 3 】。 ( 3 ) 移动切换中的问题 移动节点在两个不同的子网间移动就会产生链路切换。整个切换过程中会有很 多信息交互，由于消息传输和协议处理都需要时间，而且无线链路存在高出错率、 无线信号强度随各种情况动态变化等诸多方面因素的影响，切换可能导致对端节点 和移动节点间通信的暂时中断。所以，如何解决切换过程中的各种问题，使通信保 持连续性、同时减少对服务质量的影响，是移动i p 领域目前一个重要的研究方向。 下一节将详细介绍切换技术的各种解决方案。 1 2 3 切换技术研究概况 针对在移动i p 切换过程中产生的数据包丢失和时延问题，i e t f 提出了对应的解 决方案，比较典型的有以下几种。 ( 1 ) 链路层解决方案 数据链路层解决方案主要用于解决蜂窝网络的切换问题，对链路层的依赖性较 强。该方案将l 2 中多个无线蜂窝组成几条链路，每条链路又包括几个蜂窝【1 4 】。通过 网桥将多个不同媒介的段连接成一条基于数据链路层的链路。因此，在这种情况下 利用网桥使蜂窝切换不一定成为链路的切换，就不需要重新注册，节省了切换中的 注册时间l l 引。 ( 2 ) 低延迟切换方案( l o wl a t e n c y ) 低延迟切换是在移动i p v 4 基础上提出的，主要目的是让m n 在切换过程中尽可 能减小通信连接中断的时间。它包括三种切换方法：预先注册( p r e r e g i s t r a t i o n ) ，过 后注册( p o s t r e g i s t r a t i o n ) 和联合切换，其中联合切换是前两种切换的综合。低延迟切 换的方案也是有利有弊，其试图将链路层尽可能当作i p 层的同类，并且没有详细说 明获得l 2 触发器的机制。这也增加了该提议应用在标准移动i p 网络上的难度。 低延迟切换方案是本文的研究重点，将在第三章中详细介绍。 ( 3 ) 平滑切换( s m o o t hh a n d o f o 平滑切换的目的是使得在切换过程中，不仅要求换速度快，而且要尽量平滑， 此处需要考虑状态信息的转移等问题。该方案在移动i p v 6 上提出，使用移动i p v 6 的绑定更新消息来携带转移的状态信息。切换过程可以分为两种情况，一种是网络 控制移动协助助( n c m a ，n e t w o r k c o n t r o l l e d ，m o b i l e a s s i s t e d ) 另一种是移动控制网络 协助( m c n a ，m o b i l e - c o n t r o l l e d ，n e t w o r k a s s i s t e d ) 。在n c m a 情况下，网络可以知 第3 页 北京邮电大学硕士论文移动i p 切换技术的研究 道移动节点将要切换到哪以个路由器上，旧接入路由器是提前与新接入路由器进行 通信的，且在其上建立请求状念。在m c n a 情况下，m n 的i p 层能够收到切换即将 发生的通知，在收到通知后可以立刻发送移动i p v 6 的相关信息。 ( 4 ) 快速切换( f a s th a n d o f f ) 快速切换也是对移动i p v 6 协议的扩展。它采用预先切换和基于隧道的切换两种 机制。预先切换是当m n 和旧接入路由器( o a r ，o l da c c e s sr o u t e r ) 还保持着l 2 连接 时就发起l 3 的切换。基于隧道的切换是指新接入路由器( n a r ，n e wa c c e s sr o u t e r ) 与l 2 连接已经建立时，暂时不启动l 3 切换获得新的转交地址，而是在两个网络的 a r 间建立隧道来传输分组。 ( 5 ) 多重绑定 该方案采用移动l p 的多重绑定能力以减少注册次数。m n 将注册请求消息中的 s 比特置为l ，通知家乡代理它希望对一个特定的转交地址进行绑定，而继续保持当 前别的绑定不变。例如，当移动节点已经对第一条链路上的转交地址进行了注册， 之后又注册了在另一条链路上的转交地址，它的h a 就会有两个该移动节点的绑定， 而两个转交地址分别有一个绑定。此时，送往移动节点家乡地址的数据被家乡代理 截获，并通过隧道发送到它的转交地址。事实上，h a 为f a 注册的每一个转交地址 制作了一份数据拷贝，通过隧道分别发送给各个绑定的转交地址。此方案使得家乡 代理把数据包的拷贝同时送往两个转交地址。多重绑定是也一种平滑切换技术，m n 保持和多个转交地址绑定，使得在切换过程中数据通过多个转交地址传送给m n ，减 少数据包的丢失【1 6 】。如果移动节点能够知道它将移动到何处，并且在当前的网络中 获得新的广播消息预先注册一个新的转交地址，这种方案将会非常有效。 ( 6 ) 微移动解决方案 在微移动的解决方案中，采用分域的管理方法。通过划分更小的区域，使m n 在区域内进行位置变化就不用向h a 注册，只要在区域内部进行注册就可以了。只 有当m n 跨区域移动时，才h a 注册，更新h a 存储的区域信息。区域内的实体要 存储m n 的详细位置信息。当发送给m n 的报文通过隧道被路由到当前区域时，区 域内的实体负责将报文转交给m n 。该方案使家乡代理功能分散化，主要减少因注册 产生的往返时间，适用于m n 当前访问的网络与它的家乡网络相距比较远的情况。 1 3 论文研究内容及结构安排 1 3 1 本文研究的主要内容 本文对移动i p 的切换技术进行了深入的研究，并对优化方案f h m i p v 6 进行了 仿真。 首先研究了移动i p v 4 中的低延迟切换技术，先分析出延迟产生：1 注册和绑定 第4 页 一 人 北京邮电人学硕士论文 移动l p 切换技术的研究 消息中产生延迟，2 l 2 、l 3 两层切换相对独立增加了延时。对此提出两种优化方案， 并进行量化分析。基于以上分析提出低延迟的预先和过后切换技术。预先注册实现 了在旧的二层连接还没有断时就开始了三层的注册在切换前进行注册。过后注册实 现了当移动节点移动到新网络时，移动主机可以推迟l 3 切换而继续使用其原有的锚 点外地代理( a f a ) 。旧外地代理和新外地代理利用l 2 触发器在它们之间建立一条双 向隧道进行通信。最后提出联合切换的方案，该方案是前两种方案的综合。 之后重点研究了移动i p v 6 的快速分层切换优化方案。f m i p v 6 方案使移动节点 ( m n ) 可以预先产生原本在发起切换后才能得到的转交地址( c o a ) ，这样减少了m n 移动后与c o a 配置相关的时延，同时在新旧路由器之间隧道的建立，也降低了因为 切换而产生的数据丢失。h m i p v 6 方案是针对微移动的解决方案，移动锚节点( m a p ) 的提出，使得m n 的只在m a p 域内切换发生时，就不需要每一次都通过家乡代t 望( h a ) 在相关通信节点处进行注册。 基于以上两方案提出的f h m i p v 6 综合了两者的优势，本方案通过m a p 取代原 接入路由器( p a r ) 来快速切换建立隧道。在切换期间来自对端节点( c n ) 的数据包会被 m a p 经隧道传送到新接入路由器f n a r ) 。 最后利用n s 2 软件对三种进行了仿真，给出了详细的仿真实现过程，介绍了 n s 2 软件的数据分析方法，最后得出f h m i p v 6 在丢包率和切换延迟两方面的性能 比其他方案要好。 1 3 2 本文内容结构安排 本文内容结构安排如下： 第一章“绪论 在本章中提出了本课题研究的意义和国内外的研究现状，对移 动i p 的一些基本情况进行了介绍和分析，针对移动i p 中最热点的切换技术研究概况 做了详细的介绍。 第二章“i e t f 移动i p 协议 本章主要对移动i pv 4 和移动i p v 6 的原理进行了 介绍，为后续研究做好理论准备。本章中详细分析了移动i p 中重要的三个机制：代 理发现机制、注册机制、隧道技术。之后介绍了移动i p v 6 协议。 第三章“移动i p v 4 低延迟切换技术研究 在分析切换原理的基础上，对几种 方案的延时进行了量化分析，得出二层和三层的延时公式，提出针对性的优化思路。 之后详细阐述了低延迟切换的优化改进方案。包括：预先注册，过后注册和联合切 换。最后对性能进行分析。 第四章“移动i p v 6 的快速分层切换优化方案 ，针对f m i p v 6 和h m i p v 6 提出移 动i p v 6 的快速分层切换优化方案。首先对m i p v 6 切换机制进行分析，之后详细阐述 第5 页 北京邮电人学硕上论文 移动i p 切换技术的研究 最后提出两者的有机结合：f h m i p v 6 方f m i p v 6 和h m i p v 6 两种优化的切换方案， 案。 第五章“f h m i p v 6 仿真与性能分析” 化方案进行了仿真。 利用n s 2 网络仿真软件对f h m i p v 6 优 第六章“结束语 对全文进行了总结，并提出了后续的研究工作。 第6 页 北京邮电大学硕士论文 移动i p 切换技术的研究 第二章i e t f 移动i p 协议 本章对标准移动i p v 4 和i p v 6 协议进行介绍，对移动i p 原理进行详细分析，并 对移动i p v 6 技术的优势进行了分析，为后续研究奠定了理论基础。 2 1 移动i p v 4 基本原理 依据现有i p 网络，i p 路由机制是在同一个i p 子网的节点拥有相同的网络前缀。 当主机从一个子网移动到另一子网时，会产生原i p 地址网络前缀与当前正在接入子 网的网络前缀不相同的情况，此时发往该主机的分组就不能够到达目的主机。针对 这移动中产生的情况，i e t f 提出了移动i p v 4 协议。移动i p v 4 协议具有较好的灵活 性和可扩展性。在移动i p v 4 协议中，当移动节点在不同的i p 子网之间移动时，其i p 地址可以保持不变，而且上层协议也可以对l p 层的移动透明。移动l p 得方案使得节 点在从一个链路切换到另一个链路上时不需要改变它的p 地址，同时不必中断正在 进行的通信。 2 1 1 移动i p v 4 的功能实体 移动i p v 4 的基本原理如图2 - 1 所示。 m n 图2 1 移动i p v 4 基本原理图 在移动i p 协议中定义了移动节点( m n ) 、家乡代理( h a ) 和外地代理( f a ) 三个功能实体【17 1 。 第7 页 北京邮电人学硕l 论义移动l p 切换技术的研究 ( 1 ) 移动节点( m o b i l en o d e ) 是指从一个网络或子网链路上切换到另一个网络或子网的主机或者路由器。m n 可以改变它的网络接入点，但是不需要改变其i p 地址，使用原有的i p 地址也能够继 续与其它节点通信。 ( 2 ) 家乡代理( h o m e a g e n t ) 位于移动节点家乡网络上的路由器，当移动节点不在家乡网络时该路由器在为 数据包创建隧道，以便把数据包传送给m n ，同时也负责维护移动节点当前的位置信 息。 ( 3 ) 外地代理( f o r e i g na g e n t ) 位于m n 所要访问的网络的路由器，该路由器为注册过的m n 提供路由服务。 当它接收m n 的家乡代理通过隧道发送来的报文，在进行拆封后再发给m n ，对于 m n 发出的报文，外地代理只提供类似默认的一些路由器服务。其中，家乡代理和外 地代理统称为移动代理。 当m n 在家乡网络被赋予一个长期i p 地址时，这个家乡地址便被按固定主机的 “永久”i p 地址来进行管理。而当不在家乡网络时，m n 要与一个“转交地址”相 关联来反映出m n 当前连接的位置。m n 使用家乡地址作为它发送所有i p 数据报的 源l p 地址。三种实体间的相互关系如图2 2 所示。 外地纠络 图2 2 移动i p 功能实体问的关系 2 1 2 移动i p v 4 中的一些基本概念 由上一小节分析可知，移动i p 的连接位置由两个地址来反应，即家乡地址和转 交地址【16 1 。 ( 1 ) 家乡地址：对端节点所知道的m n 的i p 地址。当m n 在网络中移动时， 其家乡地址保持不变。m n 的家乡地址网络前缀与其家乡链路上的网络前缀地址是相 同的。m n 的家乡地址与它的家乡链路和家乡代理都是密切相关的。 ( 2 ) 转交地址：m n 的地址暂时作为从m n 的家乡代理发出的隧道出口地址。 第8 页 北京邮电人学硕上论文移动i p 切换技术的研究 当m n 在网络中移动时，转交地址将会发生改变。在移动i p v 4 中，转交地址又分为 两类：外地代理转交地址与配置转交地址。外地代理转交地址是有端口在m n 当前 链路上的那个外地代理的地址，配置转交地址则是暂时分配给m n 某一个端口的地 址。m n 的转交地址与它的外地链路和外地代理都是密切相关的。 移动i p 中另外两个重要概念： ( 3 ) 通信对端节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ) ：指与m n 通信的对等实体，也可以简 称为通信对端。它可以是m n 或者位置固定的节点。 ( 4 ) 移动绑定( m o b i l i t yb i d i n g ) ：指由家乡代理所维护的m n 的家乡地址与转交 地址的关联，也包括与关联的剩余生存期等相关的其它信息。 2 2 移动i p v 4 的工作机制 本节将具体介绍移动i p 的工作流程和三个最基本的工作机s j j 代理发现机制、 注册机制和隧道技术。 2 2 1 移动i p 的基本工作流程 ( 1 ) 首先，家乡代理和外地代理会在各自的网络上定期以组播或广播的方式发 送代理广播消息，声明自己所处位置【1 9 】。 ( 2 ) m n 接收代理广播消息是通过代理请求消息来获得，通过对代理广播消息 的分析，确定自己是处于家乡网络还是处于外地网络。此时，若m n 仍在家乡网络 中，就不需要启动移动功能；若m n 是刚从外地网络返回，则需要向家乡代理发出 一个注销请求。 ( 3 ) 当m n 处在外地网络上时，需要从代理广播消息之中获得转交地址。之后， m n 向家乡代理注册自己的转交地址。 ( 4 ) 家乡代理和其他相关路由器开始截获发往已注册节点的家乡地址的数据 包，由家乡代理完成对数据包进行隧道封装，再通过i p 隧道发往m n 的转交地址。 ( 5 ) 在使用外地代理的转交地址时，外地代理在收到数据包后解除其隧道封装， 从中还原出原始数据包，再发给m n 。如果使用m n 转交地址，则由m n 将自行解 除隧道封装。 ( 6 ) 当m n 由一个子网切换到另一个子网时，只需要重新注册转交地址，此时 发往节点家乡地址的数据包依旧可到达m n ，数据在传输不会中断。通常m n 送出 的数据包按i p 寻址方式发送，无需通过家乡代理。 由上面的工作流程可以得出移动i p v 4 的三个最基本的工作机制，包括代理发现 机制、注册机制和隧道技术，下面进行详细介绍。 第9 页 北京邮电大学颀： ：论文移动i