（计算机应用技术专业论文）基于评价机制的hmipv6路由优化的研究与实现.pdf

i j l at h e s i sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ri nc o m p u t e r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no fe v a l u a t i o nm e c h a n i s m b a s e dr o u t eo p t i m i z a t i o ni nh m i p v 6 b yz h a o x i n l i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rx i al i n o r t h e a s t e r n u n i v e r s i t y m a y 2 0 0 8 8川-舢22m 4m 8 wil舢y i。i飞 l 一，j - j 气 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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谢 二正 思。 学位论文作者签名： 盘磊，纠 ， f 日期：p 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年d一年半口 学位论文作者签名： 签字日期： 伽矿7 f 两年口 导师签名： 签字日期： 删 加8 夕舌 i；弋 l ， 7 东北大学硕士学位论文摘要 基于评价机制的h m i p v 6 路由优化的研究与实现 摘要 随着计算机网络技术和通信技术的发展，网络的移动性支持成为下一代网络中最重 要的技术之一。移动i p v 6 协议作为传统i p v 6 的扩充，为移动主机在不同网络间的切换 提供了一种解决方案。为了提高网络的移动性支持，i n t e m e t 工程任务组( i e t f ) 提出 。 了层次移动i p v 6 ( h m i p v 6 ) 协议。h m i p v 6 通过引入移动锚点来管理移动到外地子网 的移动节点与对端节点的通信。 本文对层次移动i p v 6 的路由进行了深入的研究，针对传输延时、网络开销这些路 由优化需要考虑的问题，提出了基于评价机制的层次移动i p v 6 路由优化方案。为了实 现路由优化，移动节点需要发送携带有链路转交地址的绑定更新消息给对端节点。移动 节点通过读取消息的i p v 6 首部可以获得需要的跳数信息，再使用统计手段获得数据包 平均接收率。最后用这些参数分别计算路由优化方案和非路由优化方案的开销以及评价 函数的值。方案中的评价函数是网络进行路由优化前后开销的比。根据这个评价结果决 定是否进行路由优化。评价机制的引入使路由优化策略具有了自适应性，有效地降低了 网络开销。 本文介绍了h m i p v 6 及其路由技术：提出了一种基于评价机制的h m i p v 6 路由优化 策略；在n s 2 上安装了f h m i p 扩展包，并对其进行修改，实现了h m i p v 6 的基本路由 优化、跳数信息的获得、到达数据包的统计以及评价函数的计算。最后，分析仿真结果 及实验数据，验证方案可以有效降低网络开销。 关键词：评价机制；路由优化；层次移动i p v 6 ；移动锚点；转交地址 i i - ，；， 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fe v a l u a t i o nm e c h a n i s m b a s e d r o u t eo p t i m i z a t i o ni nh m i p v 6 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m o b i l i t y s u p p o r ti nn e t w o r k sb e c o m e so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g i e si nn e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k a st h ee x t e n s i o no ft r a d i t i o n a li p v 6 ，m o b i l ei p v 6p r o v i d e sas o l u t i o nf o rm o b i l e h o s t sh a n d o f fb e t w e e nd i f f e r e n tn e t w o r k s i no r d e rt oi m p r o v em o b i l i t ys u p p o r ti nn e t w o r k s ， i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ( i e t f ) p r o p o s e dh 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 ) h m i p v 6m a n a g e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nm o b i l en o d e sa n dc o r r e s p o n d e n tn o d e sb y i n t r o d u c i n gam o b i l i t ya n c h o rp o i n t b a s e do nt h et h o r o u g h l ys t u d yo fr o u t ei nh m i p v 6 ，a i m i n ga tp r o b l e m sw h i c hn e e dt ob e c o n s i d e r e di nr o u t eo p t i m i z a t i o ns u c ha st r a n s m i s s i o nd e l a y , n e t w o r ko v e r h e a d ，a ne v a l u a t i o n m e c h a n i s m - b a s e dr o u t eo p t i m i z a t i o ni nh m i p v 6i sp r o p o s e d t oa c h i e v er o u t eo p t i m i z a t i o n ， am o b i l en o d en e e d st os e n dab i n d i n gu p d a t em e s s a g e 、 ，i mr e g i o n a lc a r e o fa d d r e s st oi t s c o r r e s p o n d e n tn o d e am o b i l en o d ec a ng e th o pc o u n t sb yr e a d i n gt h eh e a do fi p v 6m e s s a g e ， a n dg e ta v e r a g ep a c k e tr e c e i v i n gr a t eb ys t a t i s t i c a lm e t h o d a tl a s t ，t h es c h e m ec a l c u l a t e st h e n e t w o r kc o s t so fr o u t eo p t i m i z a t i o n ，n o n r o u t eo p t i m i z a t i o na n dt h ee v a l u a t i o nf u n c t i o nv a l u e w i t ht h e s ep a r a m e t e r s t h ee v a l u a t i o nf u n c t i o nv a l u ei nt h es c h e m ei st h er a t i oo ft h en e t w o r k o v e r h e a db e f o r er o u t eo p t i m i z a t i o nt ot h a ta f t e rr o u t eo p t i m i z a t i o n t h e nt h es c h e m em a k e sa d e c i s i o no nw h e t h e rt o o p t i m i z e r o u t eo rn o t d u et ot h ei n t r o d u c t i o no fe v a l u a t i o n m e c h a n i s m ，t h er o u t eo p t i m i z a t i o ns c h e m eh a sa d a p t a b i l i t y , a n dd e c r e a s e sn e t w o r ko v e r h e a d e f f i c i e n t l y i nt h i st h e s i s ，s o m et e c h n o l o g i e sa b o u th m i p v 6a n dr o u t ea r ei n t r o d u c e df i r s t t h e na n e v a l u a t i o nm e c h a n i s m - b a s e dr o u t eo p t i m i z a t i o ni nh m i p v 6i sp r o p o s e d b yi n s t a l l i n ga n d m o d i f y i n gan s 2a t t a c h m e n tp a c k e t ，f h m i p , b a s i cr o u t eo p t i m i z a t i o ni nh m i p v 6 ，o b t a i n i n g h o pc o u n t s ，s t a t i s t i co fp a c k e tr e c e i v i n gr a t ea n dc a l c u l a t i n go fe v a l u a t i o nf u n c t i o na r e a c c o m p l i s h e d a tl a s tb ya n a l y z i n gt h es i m u l a t i o nr e s u l ta n de x p e r i m e n t a ld a t a , w ev a l i d a t e t h a tt h ep r o p o s e dm e c h a n i s mi sa b l et od e c r e a s en e t w o r ko v e r h e a de f f e c t i v e l y k e y w o r d s ：e v a l u a t i o nm e c h a n i s m ；r o u t eo p t i m i z a t i o n ；h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ；m o b i l i t y a n c h o rp o i n t ；c o a i i i l文_ 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 i h 1 1 研究背景1 1 2 移动i p v 6 和层次移动i p v 6 路由优化概况2 1 3 国内外研究现状4 1 4 论文的内容和组织结构6 第2 章移动i p v 6 和层次移动i p v 6 7 2 1 移动i p v 6 基本原理7 2 1 1 移动i p v 6 通信实体8 2 1 2 移动i p v 6 的主要操作过程9 2 1 3 隧道技术1 1 2 1 4 移动i p v 6 的安全性1 2 2 2 层次移动i p v 6 基本原理1 3 2 2 1 层次移动i p v 6 概述1 3 2 2 2 层次移动i p v 6 对移动i p v 6 的扩展1 5 2 2 3 层次移动i p v 6 主要消息交互过程1 6 2 3 小结。18 第3 章基于评价机制的路由优化策略1 9 3 1 层次移动i p v 6 中的路由优化问题1 9 3 1 1 层次移动i p v 6 中的路由问题1 9 3 1 2 路由优化的收获和代价2 0 3 2 基于评价机制的路由优化策略2 l 3 2 1 层次移动i p v 6 中的路由优化2 2 3 2 2 路由优化的评价机制2 3 3 3 小结。2 8 第4 章基于评价机制的路由优化策略的实现2 9 i v 东北大学硕士学位论文 目录 4 1 研究网络性能的仿真方法2 9 4 2 网络仿真平台n s 2 简介2 9 4 2 1n s 2 简介2 9 4 2 2n s 2 的类和组件3 0 4 2 3 使用n s 2 进行网络仿真3 3 4 3 扩展层次移动i p v 6 3 4 4 4 基于评价机制的路由优化策略的实现3 6 4 4 1 基本路由优化的实现3 6 j 4 4 2 引入评价机制的路由优化策略的实现3 9 4 5 爿、结4 4 第5 章仿真实验和结果分析4 5 5 1 基本路由优化实验4 5 5 1 1 实验场景和参数设置4 5 5 1 2 实验过程和结果分析4 7 5 2 基于评价机制的层次移动i p v 6 路由优化实验4 8 5 2 1 实验场景和参数设置4 8 5 2 2 实验过程和结果分析5 0 5 3 小结5 2 第6 章结论5 3 参考文献。5 5 致谢5 9 v 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 随着科学技术的突破以及i n t e m e t 业务的飞速发展，人们对通信业务的需求逐渐由 单一语音业务变为对数据、图像和语音的多种综合业务需求，未来的n g n ( - v 一代网 l k 络) 将是一个可以提供固定移动话音、数据和视频等多种业务的新型网络。下一代移动 稳。通信网络将是一个全i p 的分组网络，其业务将以数据和互联网业务为主。下一代移动 通信网络在计费、漫游、应用和终端等方面会更加复杂，移动i p v 6 将是实现下一代网 络服务的关键。下一代移动通信网络的发展推动了移动i p v 6 的发展和标准化，而移动 i p v 6 的诸多优越特性，又为下一代移动通信网络的发展奠定了坚实的基础。移动i p v 6 还将带来网络实现模式的变革，通过移动i p v 6 ，能够成功实现多种接入方式的无缝互联， 即忽略蓝牙、无线局域网和广域网( g s m c d m a ) 之间的技术差异，使得在不同网络环境 下用户的连接和所使用的业务不会中断，真正实现不间断的连接。然而，相对于目前网 络中所使用的i p v 4 标准，i p v 6 标准在地址空间、安全性和移动性上，更有利于开展多 ，种业务，i p v 6 替代i p v 4 已经为必然趋势，而n g n 则是i p v 6 业务的具体实施。n g n 的 发展很大程度上受i p v 6 的发展影响，而i p v 6 的发展也随n g n 的完善得到促进，两者 互相促进、互相作用。具体来说，n g n 是i p v 6 业务发展的推动力，而i p v 6 是n g n 进 一步发展的基础【l j 。 为了在p 协议中增强对移动性的支持，i n t e m e t 工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 倡导开发移动口技术，支持移动用户接入i n t e m e t 。i e t f 也正在扩展因特网 协议，开发用于移动i p 的技术规范，目前已制订完成r f c 2 0 0 2 2 】( i p 移动性支持) 、 r f c 2 0 0 3 3 】( i p 内的i p 封装) 、r f c 3 7 7 5 1 4 ( i p v 6 移动支持) 、r f c 3 7 7 6 5 1 ( 安全问题) 、 r f c 4 1 4 0 6 ( 层次移动i p v 6 ) 和r f c 4 2 6 0 7 1 ( 移动i p v 6 快速切换) 等等。 移动i p 中的一个重要问题是切换问题。移动节点从一个子网移动到另一个子网会 产生切换( h a n d o f f f h a n d o v e r ) 。移动节点将在新的子网获得新的地址，因此需要同移动前 的网络及与其通信的节点进行一系列信息交换，以保证通信的正常进行。切换可能导致 移动节点在一定时间内不能发送和接收数据包，引起通信的暂时中断。如何保持移动过 程中通信的连续性，支持各种实时应用是移动i p v 6 研究中应重点关注的问题。 层次移动i p v 6 是为了解决切换问题的一种有效方案，它通过引入移动锚点( m o b i l i t y a n c h o rp o i n t ，m a p ) 使切换局部化，有效地降低了绑定更新信令的数量。然而，层次移 一1 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 动i p v 6 架构中的路由只是一定程度上的优化路由，并非真正的最优路由，另外，即使 使用最优路由，由于必然会引入了新的信令，所以也需要考虑总体开销。在这种情况下， 本文综合考虑路由优化的代价和时机，提出了一种带有评价机制的层次移动i p v 6 的路 由优化策略，这种策略可以尽可能地在路由优化的过程中减少网络开销。 1 2 移动i p v 6 和层次移动i p v 6 路由优化概况 移动i p v 6 对于下一代网络，特别是对于下一带移动通信网络，有着极其重要的影 响，将i p v 6 作为下一代的基本网络协议，i p v 6 是下一代网络的必然发展方向，以移动 i p v 6 为基础的下一代移动网络的主要特征体现在通用移动性，包括终端移动性与个人移 动性及其它们的组合，即用户可以从任何地方的任何接入路由器和接入终端获得在该环 境下可能得到的业务( 包括第三方提供的业务) 。移动i p v 6 的主要目标就是使得移动节点 总是通过家乡地址寻址，不管是连接在家乡链路还是移动到外地网络。移动i p v 6 对m 层以上的协议层是完全透明的，这使得移动节点在不同子网间移动时，运行在该节点上 的应用程序不用修改或者配置，仍然可用。 移动i p v 6 基本原理可以解释如下：每一个移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) 都有一 个唯一的家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ，当移动节点移动时它的家乡地址是不变的。在本 地网络链路上每一个本地节点还必须有一个家乡代理( h o m ea g e n t ，h a ) 来为它维护 当前的位置信息。当移动节点连接到外地网络链路上时，通过动态主机配置协议 ( 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 lf o ri p v 6 ，d h c p v 6 ) 来获取一个标识其当前所处 位置的地址，我们称之为转交地址( c a r e o f a d d r e s s ，c o a ) 。移动节点通过绑定向家乡 代理进行注册，以便让家乡代理及时了解移动节点的当前位置。在移动节点向家乡代理 进行注册的同时，在家乡代理和其转交地址之间建立了一条双向隧道。这样当有发往移 动节点家乡地址的数据包时，家乡代理便截取该数据包，并根据注册的转交地址，对其 进行封装，然后通过隧道将数据包转发给移动节削引。 分析上述过程不难发现，对端节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c n ) 发送的数据包都要 经过家乡代理转发才能到达移动节点，我们称之为“三角路由 。这时，从对端节点到 移动节点的最短路由一般来说不包括家乡代理，所以“三角路由”是低效的，导致了包 传递延时的加长和网络资源的严重浪费。尤其是当对端节点距离移动节点较近、但距离 家乡代理较远的情况下，移动i p 协议的性能更远非理想。“三角路由 问题出现需要靠 路由优化来解决。路由优化是移动i p v 6 的基本功能。移动i p v 6 允许对端节点发出的包 直接路由到移动节点，不必通过家乡代理进行转发，解决了在基本移动i p v 4 协议中出 现的三角路由问题，并且能够对全球范围内任何移动节点和对端节点之间的通信进行路 一2 -一己- k 。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 由优化。 最早提出路由优化方案的是c h a r l e se p e r k i n s ，他提出了路由优化的协议原型：移 动绑定消，皂, ( m o b i l i t yb a n d i n g ) 机制。为了使对端节点发出的数据包能够直接到达移动节 点，基本的操作就是在对端节点的路由表中实时存储移动节点的最新位置信息，这就需 要加入移动绑定的一系列消息。在这个协议原型之中，还包括了早期的平滑切换( s m o o t h h a n d o f f ) 的思想，即是在新旧外地代理之间建立一个隧道，当对端节点在未获得移动节 点当前新位置的情况下，旧的外地代理将对端节点发来的包通过隧道转发给新的外地代 理。这样就可以避免移动节点在切换至新的外地代理区域时所发生的包丢失现象。 根据c h a r l e se p e r k i n s 所提出的路由优化协议原型，2 0 0 2 年c h e nh a o 等人在网络 仿真器( n e t w o r ks i m u l a t i o n2 ) 上首次实现了路由优化部分协议的仿真。在他们的工作中， 实现了四条路由优化消息中的两条，取得了较优于标准移动i p 的网络性能，从仿真角 度在一定程度上说明了c h a r l e se p e r k i n s 所提出的协议的理论正确性。 在所提出的路由优化各种方案中，目前存在的最大的问题是网络的安全性问题。如 何保证对端节点能够与家乡代理保持比与移动节点更为密切的安全关系，成了移动i p 网络中路由优化的关键性问题。为了加强安全性能，移动节点必须和对端节点相互认证， 即它们需要一对密钥。当移动节点和对端节点数目较多时，为每一个移动节点和对端节 点分配一对密钥的方法是不可行的，但是为每个移动节点和其家乡代理配置一对密钥的 方法是可行的。另外，只有当移动节点与家乡代理比较远而与对端节点较近时采用路由 优化才有较大意义。因此，应根据实际的网络拓扑结构并在考虑安全性的前提下来决定 是否采用路由优化。 为了优化移动i p v 6 的切换过程，减少切换信令数量，i e t f 在2 0 0 5 年8 月制定了建 议标准r f c 4 1 4 0 ：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 。 层次移动i p v 6 协议中引入了一个新的网络功能实体移动锚点，它把m n 的移动分 成宏观移动和微观移动，同时也使m n 具有有了两个转交地址：链路转交地址( o n 1 i n k c a r e o fa d d r e s s ，l c o a ) 和区域转交地址( r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s ，r c o a ) 。c n 与 m n 通信时，首先以r c o a 为目的地址发送数据包，数据包被m a p 接收，m a p 再根据 其缓存列表中的对应关系，把数据包隧道转发到m n 。当m n 从一个m a p 域移动到另 一个m a p 域时，宏观移动切换发生，这时m n 将改变它的r c o a 和l c o a ；而在同一 个m a p 的覆盖区域内，当m n 在两个a r 之间移动时仅发生微观移动切换。此时，m n 不必向h a 发送绑定更新，只需向m a p 发送即可，m n 只改变它的l c o a ，从而既减少 了数据包传输过程中的延时，加快了绑定更新的速度，又降低了丢包率，并且在达到最 优路由的情况下，向c n 和h a 隐藏了移动节点的位置。使h a 和c n 感觉不到m n 的 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 微观移动。但是，当m n 与c n 位于同一个m a p 域内时协议对数据包传输的路径只进 行了部分优化，并非真的最优化路由。如同“三角路由 问题一样，如果把m a p 看作 是局部的家乡代理，那么c n 在向m n 发送数据包的时候又存在了新的“三角路由 。 像真正的“三角路由 一样，这种由m a p 替代h a 形成的“三角路由”是低效的，同 样也会导致包传递延时的加长和网络资源的严重浪费。尤其是当对端节点距离移动节点 较近、但距离家乡代理较远的情况下，层次移动i p v 6 协议的性能更远非理想。在这种 情况下，基于层次移动i p v 6 的路由优化应运而生。 层次移动1 p v 6 中的路由优化的基本思想是：当移动节点和对端节点在一4 m a p j i i 内时，移动节点向移动锚点注册，然后再向对端节点发送绑定更新消息，通知对端点移 动节点的当前的链路转交地址。对端节点产生或更新其缓存中的有关移动节点的绑定。 对端节点有了移动节点的链路转交地址，就能够直接把数据发送至移动节点，而不用依 靠可能较远的移动锚点。其中通过移动锚点转发的路径称为间接路径，直接发送的路径 为直接路径。关于这种路由优化策略的进一步分析和改进将在下文中详细讨论。 1 3 国内外研究现状 移动i p v 6 的路由技术是移动i p v 6 的重要技术，路由相关的技术也一直是移动i p v 6 的一个重要课题。美国哥伦比亚大学、纽约大学、新加坡国立大学、日本科学与技术研 究所、瑞典皇家学院以及f t p s o f i w a r e ，i b m ，m o t o r o l a ，n o l ( i a ，t e l x o n 等公司都有相 应的工作组针对移动i p v 6 进行研究。 进行路由优化是基于如下的假设：直接路径比间接路径短，经过的跳数少，传输时 延小。这些假设在多数情况下是成立的，少数情况下，可能由于网络拥塞等因素使直接 路径更耗时，如果考虑这种情况就需要为协议加入类似延时测试的功能，这将大大增加 协议的复杂性，因此，一般情况下认为直接路径更加理想。对于优化时机的选择问题， k d a n i e lw o n g 和s e n i o rm e m b e r 提出了一种解决机帛l j t 9 ，其根据直接路径和间接路径 的传输时延决定是否进行路由优化。但其要求h o t 消息和c o t 消息同时发送，对网络 资源形成一定浪费。 t i e n c h ih u a n g 提出了一种考虑各种代价的路由优化机制【1 0 1 。它通过代价函数分别 计算进行优化和不进行优化的代价。若优化代价较大，则选择间接路径，不进行优化。 否则，选择直接路径，进行优化。y u n gj l e e 等提出了将链路代价、信令代价与网络资 源等综合考虑，计算代价函数，进行抉择【l1 1 。我国一些著名院校及科研机构也已经涉入 了这一前沿领域【1 2 】。其中，北京邮电大学、中国科技大学等高校建立了“学生实验网 ， 取得了一些成果，包括“l i n u x 上移动i p v 6 的结构设计”，“基于i p s e c 的移动i p v 6 安全 4 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 性支持 ，北方交通大学在层次化移动i p v 6 前后费用变化的基础上，提出了一种可行的 自适应移动管理方案，允许节点根据实际工作参数选择适宜的移动管理机制。复旦大学 提出了增强的层次化移动i p v 6 绑定更新模型，减少绑定更新消息的数量，减轻了网络 负荷。我校对层次化的管理机制进行改进，通过引入域边缘路由器并设计自适应绑定更 新策略和传递绑定匹配算法使得层次移动i p v 6 下的三角路由问题得到解决，优化了移 动节点的性能【1 3 】。 进行路由优化目的就是为了节约网络资源，改善网络性能，因此代价问题是不得不 考虑的。如果进行路由优化所用的代价与其所节约的资源相抵消甚至超过它所节约的资 源，进行路由优化是毫无意义的【1 4 】。这里主要介绍缓存代价和信令代价。 进行路由优化，对端节点要保存移动节点的当前位置信息，因此要引入绑定缓存， 产生一笔不小的开销。n e n c h u n gw a n g 等提出了一种完全不用绑定缓存的基于口扩展 报头的路由优化机制【l5 1 ，其将进行路由优化的相关信息都存放于i p 报头的可选字段， 从而避免了缓存的引入。 移动节点每移动一次都要向家乡代理和对端节点发送绑定更新，信令开销是相当可 观的，尤其是在移动节点移动频繁的情况下。分层移动的概念是将移动主机的移动行为 分为两种：宏移动( 域间的移动) 和微移动( 域内的移动) 。当移动节点在域内移动时 只需向m a p 注册而不需向家乡代理和对端节点注册。这大大减少了绑定更新的信令数 量。 国内外学者们针对层次移动i p v 6 架构的信令代价提出了各自的优化方案。 c h u n g m i n gh u a n g 等提出了一种s i p 的减少信令开销的本地路由优化方案【1 6 】。r r a m j e e 等提出了基于域的无线网络移动支持方案【1 7 】。t c a m p b e l l i 实现了c e l l u l a ri p ，并对其性 能进行评估【l 引。c h i r a n j e e vk u m a r 等对封装方式进行改进，提出了一种新的路由优化方 案【1 9 】。c a b e l l o a p a r i c i o 提出了移动代理的概念来避免信令代价【2 0 1 。 关于层次移动i p v 6 协议的路由优化问题，国内外许多学者提出了自己的优化方案。 如b oh u 等提出了分层移动的本地路由优化方案【2 1 1 。s a n g h c o np a c k 等提出了移动网络 中自适应的路由优化方案田】。在该方案中，通过网络的各种参数判断路由优化的时机， 增加了该方案的适应性。然而，该适应性方案的判断机制中使用的参数有的在实际应用 中比较难以获得，这就限制了这个方案的实用性。另外，过于复杂的判断机制本身也增 加了引入新的网络开销的风险。 除了上述问题外，还有不少专家针对嵌套网络和其它一些问题提出了自己的改进方 案，限于篇幅不再赘述。 5 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 4 论文的内容和组织结构 论文主要分六章，主要内容如下： 第一章介绍课题的研究背景和研究的基本现状，概括了移动i p v 6 和层次化移动i p v 6 的基本内容和国内外的研究现状。 第二章介绍了移动i p v 6 的通信实体、主要操作过程等内容，并详细介绍了层次化移 动i p v 6 的协议内容，并对研究涉及到的问题详细的阐述。 第三章介绍了基于层次i p v 6 协议中的路由技术，分析该协议的优点和不足，说明了 层次移动i p v 6 架构下的路由问题，并在此基础上提出一种解决方案。同时，分析这个 基本路由优化方案所带来的数据包延时减小的收获，同时，也指出了引入新的信令所带 来的开销。进而在基本路由优化方案中引入了评价机制，这个评价机制可以判断当前实 行路由优化是否会确实减小网络开销，根据评价结果决定是否进行路由优化，通过这个 评价机制可以解决理论分析中所提出的关于路由优化的问题。 第四章描述了基于评价机制的路由优化方案的仿真实现方法，通过介绍和使用n s 2 仿真工具，对第三章提出的理论进行模拟验证。同时，在实现过程中解决理论中的可能 考虑不完善的问题。在这一章，首先介绍了使用n s 2 仿真工具研究网络的一般方法，然 后简要介绍n s 2 仿真工具的总体架构和使用方法。然后，这一章又介绍了n s 2 仿真工 具的f h m i p 扩展包中的主要消息的实现。最后，通过给出部分重要代码和程序流程图 的形式，说明了基于评价机制的路由优化策略的在n s 2 中的实现方案。 第五章通过模拟实验方法验证了基本路由优化方案和基于评价机制的路由优化方案 的可行性。这一章首先通过基本路由优化的实验验证了层次移动i p v 6 的基本路由优化 方案的可行性。然后，又进一步通过实验验证了引入了评价机制的路由优化策略的可行 性，通过对比发现该策略有效的降低了网络开销。 第六章对全文进行分析总结，并指出本文方案的不足以及下一步需要开展的工作。 6 j 东北大学硕士学位论文第2 章移动i p v 6 和层次移动i p v 6 第2 章移动i p v 6 和层次移动i p v 6 i e t f 为适应移动网络通信的需求，在移动i p v 4 和i p v 6 协议基础上，制定了移动i p v 6 协议并对移动状态下的通信过程进行了优化，使节点在i n t e m e t 下移动时保持通信连续 性成为可能。为适应不同需求，微观移动i p v 6 协议和改进的移动i p v 6 协议也相继被提 出，越来越多的国内外研究机构和企业开始关注和研究移动i p v 6 及其相关技术，在即 将到来的下一代互联网中，移动i p v 6 将占据重要位置并发挥举足轻重的作用。 2 1 移动i p v 6 基本原理 1 9 9 6 年，i e t f 的移动i p 工作组制订了移动i p v 4 的技术标准，使节点在i p v 4 网络 下得到了移动性支持。由于p v 4 自身的缺陷和不足，限制了其发展的空间，于是i e t f 制定了i p v 6 取代i p v 4 ，同时也开始了对i p v 6 移动性支持的研究。在移动i p v 4 和i p v 6 协议基础上，1 9 9 6 年关于移动i p v 6 的第一个草案被提出，此后i e t f 对移动i p v 6 草案 进行了长时间的修正，在经历了多次版本更新后，移动i p v 6 的正式标准( r f c 3 7 7 5 ) 终于 在2 0 0 4 年被制定，这也标志着移动i p v 6 的正式诞生。 r f c3 7 7 5 将移动i p v 6 定义为：不管i p v 6 节点位于i p v 6 网络的何处以及与移动i p v 6 节点通信的其他节点是否支持移动i p v 6 ，都始终可以对i p v 6 节点进行访问。移动i p v 6 技术充分利用了i p v 6 协议对移动性的内在支持。虽然移动i p v 6 由移动p v 4 发展而来， 但由于它是基于i p v 6 协议的，所以具有许多全新的特性，包括足够大的地址空间、更 高的安全性、自动配置、三角路由优化、没有路由器入口过滤问题、没有软状态“瓶颈 以及动态移动代理发现等。这些新特性为移动i p v 6 提供了有力的理论支持和技术保障。 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： ( 1 ) 有足够多的i p 地址； ( 2 ) 目的选项提高了路由效率； ( 3 ) 能够自动配置i p 地址； ( 4 ) 避免了入口过滤； ( 5 ) 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。 7 东北大学硕士学位论文 第2 章移动i p v 6 和层次移动i p v 6 2 1 1 移动i p v 6 通信实体 移动i p v 6 网络如图2 1 所示，主要由七部分组成。 对端节点 点 图2 1 移动i p v 6 网络结构 f i g 2 1m i p v 6n e t w o r k s t r u c t u r e 移动节点：是指从一个网络或子网切换到另一个网络或子网的主机或路由器，下文 中的移动节点指主机。移动节点能够在改变网络接入路由器的前提下仍使用原i p 地址 与其他节点进行通信。 家乡链路( h o m el i n k ) 是指与m n 家乡地址具有相同网络前缀的链路。家乡链路 比家乡网络更为精确地描述了m n 在家乡的位置。 家乡地址( h o m ea d d r e s s ，h o a ) - 分配给连接到家乡链路的移动节点的地址，而且 通过该地址始终可以访问相应的移动节点，无论其在i p v 6 网络上位于何处。由于家乡 地址总是分配给移动节点，因此移动节点在逻辑上总是连接到家乡链路。 家乡代理：是指位于m n 家乡链路( h o m el i n k ) 上的路由器。当m n 离开家乡网络时， h a 负责截获发送给m n 的数据包，并通过隧道将其转发给m n 。此外，h a 还能代理 m n 完成一些本地链路级的网络操作。 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：不属于移动节点的家乡链路的链路。 转交地址：移动节点在连接到外地链路时所用的地址。移动节点的家乡地址与转交 地址的关联称为绑定。 对端节点：与移动节点通信的节点。对端节点不一定必须支持移动i p v 6 ，可以是固 定节点也可以是移动节点。 以上七部分中，移动节点、家乡代理和对端节点属于移动i p v 6 的通信实体。下面详 细它们的功能。 移动节点的主要功能： 8 东北大学硕士学位论文 第2 章移动i p v 6 和层次移动l p v 6 ( 1 ) 解封装i p v 6 的各种消息； ( 2 ) 支持发送绑定更新选项，接收处理绑定应答请求选项； ( 3 ) 支持动态家乡代理发现机制； ( 4 ) 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； ( 5 ) 支持发送包含家乡代理选项的报文； ( 6 ) 维护家乡代理列表。 家乡代理的主要功能： ( 1 ) 为其所代理的每个移动节点维护绑定缓存； ( 2 ) 通过代理邻居发现( p r o x yn e i g h b o rd i s c o v e r ) ，截取目的地址为移动节点的包， 封装截得的包由隧道发送到移动节点的首选转交地址；