（计算机应用技术专业论文）基于转交地址池的层次型mipv6切换研究与实现.pdf

l li 东大学硕士学位论文 摘要 随着移动通信技术的迅速发展，笔记本电脑、掌上电脑、手机 等各种便携式移动设备的广泛应用，人们希望在移动的过程中仍能 保持互联网接入和连续通信。与i p v 4 相比，i p v 6 有更大的地址空 间，更有利于移动技术的发展，移动i p v 6 已成为当前研究的前沿 和热点。 i p v 6 协议是下一代互联网的核心协议，现行的i p v 4 网络和互 联网应用将逐步向i p v 6 网络过渡。与此同时，移动通信和互联网 技术逐步走向融合，互联网服务迫切需要移动性支持，而移动通信 也需要增强数据和多媒体业务，两者的融合对于移动互联网的实现 和应用将带来许多新的挑战与机遇。移动i p v 6 的切换技术是此领 域的研究热点之一，旨在提高移动网络中实时传输的服务质量，即 减少切换延迟和数据丢包率，实现无缝切换，而现行的网络协议和 切换过程无法满足这样的要求。因此，在下一代网络的环境下，特 别是移动i p v 6 下的切换技术是目前实时应用所面临的关键问题， 同时也成为本文研究的核心内容，具有重要的研究价值。 本文深入介绍了i p v 6 协议基本原理和移动i p v 6 切换问题，标 准移动i p v 6 协议的切换时延较长，容易造成通信连接中断和数据 包丢失，无法满足v o i p 等实时应用和对数据包丢失敏感应用的要 求。论文重点阐述了移动i p v 6 切换协议扩展技术，如移动i p v 6 快 速切换技术、移动i p v 6 平滑切换技术、层次型移动i p v 6 管理模型 等，分析和比较了各种切换扩展技术的性能。移动i p v 6 快速切换 技术和层次型移动i p v 6 切换技术虽然从不同程度改善了移动i p v 6 网络的切换性能，但是，这两种技术在某些情况都有一些缺陷，例 如当移动终端设备在不同的子网间切换时，由于增加了网络中的信 令交互，此时层次型m i p v 6 的切换性能甚至不如基本i p v 6 协议。 因此，设计出更好的移动i p v 6 切换方案来满足实际的应用是本文 的一个重要目标。 7 l i l 东大学硕士学位论文 在层次型移动i p v 6 协议切换过程中，该协议使用无状态自动 配置方式为移动节点配置链路转交地址和区域转交地址，而为了确 保地址唯一性，需要进行重复地址检测操作，这将产生很大的切换 时延。因此可以通过减少d a d 对切换造成的影响来提高层次型移 动i p v 6 协议切换性能。 本文修改了层次型i p v 6 切换协议中转交地址配置方式，在每 个接入路由器和移动锚点中设置地址池，地址池中存放可在本子网 使用的l p 地址，当m n 检测到自己将要移动到新的子网时，它可 以向当前接入路由器请求转交地址，因此就不需要对转交地址进行 d a d 操作，同时，制定了切换过程中消息通信机制和消息格式。 通过对层次型m i p v 6 和改进的层次型m i p v 6 这两种协议的切 换性能进行分析和比较，本文提出的改进方案能够大幅减少切换时 延，显著改善网络层切换性能。 最后，本文使用n s 一2 网络仿真工具对两种切换协议进行模拟 试验，试验结果表明，本文提出的改进方案能够有效避免层次型 m i p v 6 协议中对转交地址进行的d a d 操作，减少切换延迟和数据 丢包率，提高移动网络中实时通信的服务质量，实现无缝切换。 关键词：移动i p v 6 ；切换通信；重复地址检测；地址池 8 l j f 东大学硕士学位论文 a b s tr a e t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y a n dw i d e a p p l i c a t i o n so fl a p t o p s ，p e r s o n a ld i g i t a l a s s i s t a n t s ，m o b i l ep h o n e sa n do t h e rm o b i l ed e v i c e s ，i ti sh o p e dt h a t i n t e r n e ta c c e s sa n dc o n t i n u o u sc o m m u n i c a t i o n sa r em a i n t a i n e di nt h e p r o c e s so fm o v i n g c o m p a r e dw i t hi p v 4 ，t h e r ea r em o r ea d d r e s s e sf o ri p v 6 ，w h i c hi s m o r eb e n e f i tf o rt h ed e v e l o p m e n to fm o b i l et e c h n o l o g y n o wi p v 6 h a sb e c o m ec u r r e n tr e s e a r c ht r e n d b e c a u s eo fi p v 6b e i n gt h ec o r ep r o t o c o lo ft h en e x t g e n e r a t i o n i n t e r n e t ，t h ep r e s e n ti p v 4n e t w o r k sa n di n t e r n e ta p p l i c a t i o n sw i l lb e ag r a d u a lt r a n s i t i o nt ot h ei p v 6n e t w o r k a tt h es a m et i m e ，w i t ht h e m o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dt h ei n t e r n e tt e c h n o l o g yt r e n d i n gt o w a r d s f u s i n g ，i n t e r n e ts e r v i c e su r g e n t l yn e e dt h es u p p o r tf o rm o b i l i t y ，b u t t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o na l s on e e d st o s t r e n g t h e n d a t aa n d m u l t i m e d i a s e r v i c e s ，t h e r e w i l lb e m a n y n e wc h a l l e n g e sa n d o p p o r t u n i t i e s i nt h e i m p l e m e n t a t i o n s a n d a p p l i c a t i o n s w i t h t h e i n t e g r a t i o no ft h et w o t h eh a n d o v e rt e c h n o l o g yo ft h em o b i l ei p v 6i s o n eo ft h er e s e a r c ht r e n d so ft h i sf i e l d ，w h o s ea i mi st oi m p r o v et h e q u a l i t yo fs e r v i c ei nt h er e a l t i m et r a n s p o r to ft h em o b i l en e t w o r k i t m e a n st h a tt or e d u c eh a n d o v e rd e la ya n dd a t ap a c k e tl o s sr a t es o a st o a c h i e v es e a m l e s sh a n d o v e r ，h o w e v e r ，c u r r e n tn e t w o r kp r o t o c o l sa n d h a n d o v e rp r o c e s sc a nn o t s a t i s f yt h e s en e e d s a s ar e s u l t ，t h e h a n d o v e rt e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l yu n d e rt h em o b i l ei p v 6 ，i st h ek e y i s s u ef a c i n gi nt h er e a l - - t i m e a p p l i c a t i o n s o ft h en e x t - g e n e r a t i o n n e t w o r ke n v i r o n m e n t ，w h i c hi sw o r t h yo fr e s e a r c h ，a n da l s ot h ec o r e c o n t e n t so ft h i sp a p e r 9 山东大学硕士学位论文 t h i sp a p e rd e s c r i b e st h eb a s i cm e c h a n i s mo fi p v 6p r o t o c o la n d m i p v 6h a n d o v e rp r o b l e m si nd e t a i l s t h eh a n d o v e rd e l a yo ft h e s t a n d a r dm i p v 6p r o t o c o li sal i t t l el o n g e r ，w h i c hi se a s yt oc a u s et h e c o m m u n i c a t i o ni n t e r r u p t i o na n dd a t ap a c k e tl o s s s oi tc a nn o tm e e t t h en e e d so fr e a l - t i m ea p p l i c a t i o na n ds e n s i t i v ed a t al o s sa p p l i c a t i o n s s u c ha sv o i p t h ep a p e re x p a t i a t e so nt h ee x p a n s i o nt e c h n o l o g i e so fm i p v 6 h a n d o v e rp r o t o c o l ，s u c ha sf a s th a n d o v e rt e c h n o l o g yf o rm i p v 6 ， s m o o t hh a n d o v e rt e c h n o l o g yf o rm i p v 6 ，h i e r a r c h i c a lm i p v 6 ， a n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gp e r f o r m a n c e s o fs e r i e so fh a n d o v e r e x p a n s i o nt e c h n o l o g y a l t h o u g h f m i p v 6a n dh m i p v 6i m p r o v e h a n d o v e rp e r f o r m a n c eo fm i p v 6n e t w o r kt os o m ee x t e n t ，t h e ys t i l l h a v es o m ed r a w b a c k si ns o m ec a s e s f o re x a m p l e ，h m i p v 6h a n d o v e r p e r f o r m a n c ei s n o tb e t t e rt h a nb a s i cm i p v 6w h e nm o b i l et e r m i n a l d e v i c e sh a n d o v e ri nd i f f e r e n ts u b n e t s ，b e c a u s eo ft h ea d d i t i o no f i n t e r a c t i v es i g n a li nn e t w o r k s t h e r e f o r e ，t od e s i g nab e t t e rm i p v 6 h a n d o v e rp r o g r a mt om e e tp r a c t i c a la p p l i c a t i o n si sa n o t h e ri m p o r t a n t g o a lo ft h i sp a p e r i nt h ep r o c e s so ft h eh m i p v 6p r o t o c o lh a n d o v e r ，t h i sp r o t o c o l c o n f i g u r e sl c o aa n dr c o af o rm nb ys t a t e l e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ， a n dt h e r ei sn e e dt op e r f o r md a dp r o c e d u r ef o re n s u r i n gu n i q u e n e s s o fa d d r e s s ，w h i c hr e s u l t si ns i g n i f i c a n th a n d o v e rd e l a y h e n c e i m p r o v i n g h m i p v 6h a n d o v e rp e r f o r m a n c e b ye l i m i n a t i n g e f f e c t c a u s e db yd a d p r o c e d u r ei sf e a s i b l e t h i sp a p e rm o d i f i e sc o ac o n f i g u r a t i o nm e t h o d sf o rh m i p v 6 h a n d o v e rp r o t o c o lb ye s t a b l i s h i n ga d d r e s sp o o l sf o re v e r ya ra n d m a pt h a ts t o r ei pa d d r e s s e su s e di nt h es u b n e t s t h em na p p l y st o c u r r e n ta rf o rc o aw h e ni tf i n d si t s e l fw i l lm o v et oan e ws u b n e t t h e r e f o r e ，d a dp r o c e d u r ei sn o tn e c e s s a r ya n yl o n g e r a tt h es a m e l j i 东大学硕十学位论文 t i m e ，c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m sa n dm e s s a g ef o r m a to fh a n d o v e r p r o c e s sh a v eb e e nm a d e t h ei m p r o v e dp r o g r a mp r o p o s e di nt h ep a p e rc a ns h a r p l yr e d u c e h a n d o v e rd e l a ya n ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v eh a n d o v e rp e r f o r m a n c ei ni p l a y e rb yc o m p a r i n gh m i p v 6w i t hi m p r o v e dh m i p v 6 f i n a l l y ，w ec a r r yo u ts i m u l a t i o ne x p e r i m e n t so ft w oh a n d o v e r p r o t o c o l sl i s t e da b o v eb yu s i n gn s 一2n e t w o r ks i m u l a t i o nt o o l s t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dp r o g r a mc a ne f f e c t i v e l ya v o i dt h e d a dp r o c e d u r ef o rc o ai nh m i p v 6 ，r e d u c eh a n d o v e rd e l a ya sw e l la s d a t ap a c k e tl o s s ，i m p r o v eq o so fr e a l t i m ec o m m u n i c a t i o ni nm o b i l e n e t w o r k sa n di m p l e m e n ts e a m l e s sh a n d o v e r k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 ；h a n d o v e rc o m m u n i c a t i o n ；d a dp r o c e d u r e ； a d d r e s sp o o l s l l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：亟塑也日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版；允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 敝作者繇蛰址导师签锄胁期：芈名 山东大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 互联网和移动通信已逐渐成为当今世界通信领域的两大主潮 流，深入到人们生活的各个方面，引发了工作和生活模式的巨大变 革。人们可以预见，若将i1 3 te r n e t 在全球范围无孔不入的覆盖和 移动通信方便、快捷的特点完美地结合在一起，必将导致数据通信 发生与语音通信一样的变革，缔造出人类个人通信的美好蓝图【l 】： 人们将实现在任何时间、任何地点、使用任何一种媒体与任何一个 人进行通信的梦想。但由于传统的互联网不能很好地支持用户的移 动性，而传统的移动通信网又不是针对数据和多媒体业务来设计 的，因此两者的融合必然带来许多新的挑战与发展机遇。 从应用前景来看，移动通信和互联网的逐步融合，将从根本上 改变人们的生活，人们可以在移动中高速接入互联网、访问互联网、 获取想要的信息，完成想做的事情。远程办公、移动计算的应用将 逐步成为可能，其需求也不断增长，用不了多久就会有大量新颖而 有趣的服务供移动用户选择，比如在移动过程中在线欣赏电影，在 移动环境下参加视频会议等等。 从移动通信角度来看，通过移动网络提供数据业务进而获得更 高的增值业务也是移动运营商追求的一个目标。然而这些实时业务 的开展须建立在良好的传输服务质量的基础上，特别是移动设备从 一个网络切换另一个网络环境下，在切换过程中，由于链路转换时 延和l p 协议操作，将在一段时间内无法发送或接收数据包，从而 造成数据包丢失和延迟的产生1 2 】，如果不解决这些问题，必然影响 下一代互联网实时应用的发展。 除了切换性能因素以外，现行的i p v 4 协议在发展应用了2 0 年 后也成为移动互联网发展的另一阻碍，大量的移动设备入网需要大 1 2 山东大学硕十学位论文 曼曼曼! 曼曼! 曼曼曼曼鼍曼曼曼! 曼曼! ! 蔓曼曼! ! ! 曼曼! 曼曼曼曼曼! 曼曼! ! ! ! 曼曼皇1 一i ：m1 曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼! 曼曼皇曼曼曼曼曼寰 量的i p 地址，而现有的互联网基础协议i p v 4 在地址空间，寻址和 路由方法，服务质量，网络安全和移动性等方面都暴露出严重缺陷， 不足以支撑下一代网络发展的要求。而i p v 6 t 3 】所能提供的巨大地址 空间以及所具有的诸多潜在功能和优势，使其成为下一代网络的重 要基础，并将在未来移动数据通信网络中扮演重要角色。i p v 6 协议 栈将致力于使目前的网络变成一个全球性基于分组交换的网络，通 过这种“总是在线”的互联网连接，全球i p v 6 网络进入一个崭新 的发展期，将提供越来越多的实时应用和服务。而1 p v 6 协议栈也 能够满足下一代融合语音、数据、视频的通信网络在安全、服务质 量和移动性等方面的要求。 为了满足日益增多的互联网移动性的要求，i e t f ( 因特网工程 任务组) 设计并提出m o b i l ei p v 6 4 】( m i p v 6 ，移动i p v 6 ) 一系列建 议和草案，使m n ( m o b i l en o d e ，移动节点) 在不同网络间切换时 仍可保持正在进行的通信。标准m i p v 6 协议定义了网络切换的过 程，但在从切换初始化，到完成切换的过程中，移动节点和通信节 点将会有短暂的通信中断，特别是当移动节点远离家乡网络时，会 造成较大的切换延时，从而引起严重的包丢失和通信吞吐量的下 降。而过多的切换延迟和数据包的丢失对移动i p v 6 网络的实时应 用系统和对延迟敏感的网络传输来说是难以接受的。 为了提高移动i p v 6 切换的性能，目前业界已经提出了许多 m i p v 6 的扩展方案和新的协议草案，其主要工作大都集中在减少延 迟和数据包的丢失率，以及m n 与h a ( h o m ea g e n t ，家乡代理) 和 c n( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，通信节点) 之间的信令负载等方面。 本文的研究重点是基于m i p v 6 协议的切换及其扩展技术，实现一 个低延迟、低丢包率的平滑切换方案【5 1 ，以满足未来实时多媒体应 用的性能要求。 综上所述，移动i p v 6 在切换性能上存在很多值得研究的问题。 首先、目前的各种切换草案还不能适应实际的需要，迫切需要 改进； 第二、构建移动i p v 6 试验平台，设计切换协议的扩展方式， 1 3 山东大学硕士学位论文 制定消息格式和消息通信机制，实现平滑的切换； 第三、在实现平滑切换的的基础上，如何展开有价值的应用。 本文就将对上述三个问题展开深入的论述，对现有的标准草案 文档进行研究，设计并实现一个支持平滑切换的方案，使其具有较 低的时延和丢包率，来满足移动互联网中实时业务对高性能网络的 要求。 1 2 研究现状 由于基本的m i p v 6 协议不能满足实际应用的需要，i e t f 提出 了许多的改进方案。现在主要有两种成熟的移动i p v 6 改进方案是： f m i p v 6 ( f a s th a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ，快速切换技术) 【6 1 ， 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 6m a n a g e m e n t ，层次m i p v 6 管理 模型) 1 7 。 f m i p v 6 是通过提前注册，以及在新的外地网络切换未完成时， 通过前一个网络保持通信的方法来实现快速切换。在m i p v 6 快速 切换中，切换可以与移动i p 交互操作，一旦m n 连接至新的a r ( a c c e s sr o u t e r ，接入路由器) ，则该m n 立即参与移动i p 操作。 f m i p v 6 可以加快m n 切换的过程，减少已有通信连接的中断时间。 h m i p v 6 是近年来提出的移动方案，在h m i p v 6 中引入了一个 新的实体，叫做m a p ( m o b i l ea n c h o rp o i n t ，移动锚点) 。h m i p v 6 的主要原理是在m n 和h a 之间增加若干不同级别的位置代理。当 m n 从一个子网移动到另一个子网时，只是更新相关级别的位置代 理，而不是更新h a 和相应的c n ，从而达到减少切换延迟的目的。 1 3 研究意义 h m i p v 6 和f m i p v 6 都是对移动l p 协议的改进，虽然它们从不 同程度改善了移动l p 网络的切换性能，但是，在实际应用中，两 种切换技术都表现出一定的缺陷。比如：当m n 在不同的m a p 间 1 4 l j l 东大学硕士学位论文 移动时，由于增加了m n 向m a p 的绑定交互操作，h m l p v 6 切换 性能甚至不如m i p v 6 协议。因此，设计更好的m i p v 6 切换方案来 满足实际的应用，具有重要的研究价值。 本文的主要研究目的在于，对现有的m i p v 6 切换技术进行评 价，通过分析现有切换技术的切换性能，提出了新的m i p v 6 切换 方案。该方案通过在a r 和m a p 中设立a p ( a d d r e s sp o o l ，地址 池) 来为m n 分配c o a ( c a r e o fa d d r e s s ，转交地址) ，从而避免 h m i p v 6 协议对c o a 的d a d ( d u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n ，重复地 址检测) 操作，减少h m i p v 6 的切换时延，显著改善了网络层切换 性能，能够满足v o l p 等实时业务的需求。 1 4 主要内容 本文在m i p v 6 协议基础上，结合现有的m i p v 6 切换方案，提 出了一种新的m i p v 6 切换方案c o a p h m i p v 6 ( c a r e o fa d d r e s sp o o l f o rh m i p v 6 ) ，并对该方案的切换性能，合理地进行了评价。 在第二章中，首先介绍了移动i p 技术的应用，然后，深入分 析和阐述了m i p v 4 和m i p v 6 的基本原理，并分析了两者的优缺点。 通过比较我们得出结论：m i p v 6 提供了比m i p v 4 更多的、更好的 对移动支持的特性。 在第三章中，介绍了m i p v 6 和m i p v 4 切换原理，重点分析了 它们的切换性能。通过分析我们发现：由于m i p v 4 切换机制中存 在三角路由问题，因此对时延要求比较高的实时应用，m i p v 4 的切 换机制不能保证很好的服务质量。m i p v 6 很好地解决了这个问题， 较大地提高了切换性能。 在第四章中，讨论了目前对标准m i p v 6 进行扩展的切换技术： 包括f m i p v 6 、i p v 6 平滑切换技术和h m i p v 6 等，并对各种切换技 术的性能进行了分析。通过比较我们发现：扩展方案与标准m i p v 6 方案相比，减少了切换延迟、提高了网络吞吐量。但是，f m i p v 6 与h m i p v 6 仍然存在很多不足。 1 5 l f f 东大学硕十学何论文 在第五章中，在前面讨论的基础上，提出了一种新的切换方案 c o a p h m i p v 6 ，给出了a r 和m a p 基本操作以及修改后的消息格 式，并详细阐述了该方案的实现原理。最后，我们对该方案的切换 性能进行了分析，并与h m i p v 6 切换性能进行了比较。 在第六章中，我们建立了n s 2 网络仿真试验平台，对以上两 种切换协议进行了模拟，并得出了试验结果。通过对试验结果进行 分析我们得出结论：新切换方案能够有效避免h m i p v 6 协议中对 c o a 进行d a d 操作，从而改善网络层的切换性能，能够满足实时 应用的需要。 在第七章中，对全文的工作进行了总结，主要有三点：第一， 深入研究i p v 6 ，m i p v 6 切换及其扩展技术；第二，提出了一种改进 的h m i p v 6 切换方案；第三，对新方案进行了网络仿真，验证了我 们的理论分析。最后指出了本方案中存在的不足并对未来的工作提 出了建议。 东大学硕十学位论文 第二章移动lp 技术介绍 2 1 移动lp 概述 在当今飞快发展的信息领域中，i n t e r n e t 和移动通信是两个引 人瞩目的通信技术和产业。由于目前主要以固定接入方式使用 i n t e r n e t ，而人们的生活节奏在不断加快，可能经常处于运动中， 而不是整天呆在固定的办公室内，即需要随时随地都能获得 i n t e r n e t 服务。随着移动技术的迅速发展，手机、掌上电脑、笔记 本电脑等便携式移动设备的大量应用，用户希望在日常生活和商务 环境中使用这些设备方便地上网。现在多种网络技术正在逐步融 合，i p 协议将成为统一的网络平台，但原来的i p 协议对网络节点 的移动性支持不够。大量移动设备的用户希望在移动过程中保持 i n t e r n e t 接入和连续通信，获得如固定接入一样的网络服务质量。 这种潜在的巨大商业需求给i n t e r n e t 带来了新的机遇，也带来了新 的技术难题。移动l p 就是在i p 协议的基础上为了支持节点的移动 而提出的解决方案。 2 1 1 移动ip 的产生 在i n t e r n e t 上，每个主机分配有惟一的i p 地址或动态的i p 地 址。由于i n t e r n e t 是基于网络前缀的路由，i p 数据分组首先路由到 i p 地址网络前缀对应的网段，然后转发到目的主机，因此，i p 地 址不仅标识一台主机，也表示这台主机的物理网络位置。当移动主 机在不同的网络问移动时，它的i p 地址已经不能表示其物理网络 地址，发送给移动主机的i p 分组不能被正确转发给目的节点，移 动主机因而不能正常地接入i n t e r n e t 获得网络服务。为了实现移动 主机接入i n t e r n e t 。曾经提出下面的几种方案i s 】。 1 7 i lj 东大学硕士学位论文 第一种方案，在移动节点每次变换位置时，改变其l p 地址。 这种方法对上层协议不能提供移动的透明性，不能保持通信的连续 性，特别当移动节点在两个子网之间漫游时，由于其i p 地址不断 变化，将导致移动节点无法与其他用户通信。 第二种方案，根据特定主机地址进行路由选择。这种方法将大 量浪费路由器的有限资源，对每个数据分组选择路由时，路由器都 要搜索大量的主机地址入口，系统的可扩展性差，不能满足大规模 网络互联的要求。 ， 第三种方案，在链路层使用蜂窝数字分组数据等标准。蜂窝数 字分组数据标准提供1 lk b s 的传输速率且支持多种协议，但它需 要新的网络基础设施和大量管理维护费用，无法与现存的互联网兼 容，因此也不是合适的解决方案。 以上这些方案都存在问题，因此必须寻找一种新的机制，解决 主机能够在不同网络问的自由移动问题。为此，i e t f ( 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 ，i n t e r n e t 工程任务组) 下属的移动i p 工作组 ( i pr o u t e rf o rw i r e l e s s m o b i l eh o s t s ) 在l9 9 2 年制定了移动l p 的最 初标准草案，主要包括下面的r f c 文档【9 】： r f c 2 0 0 2 ：定义了移动i p 协议； r f c 20 0 3 ：2 0 0 4 和17 0 l ：定义了移动i p 中用的三种隧道技术； r f c 2 0 0 5 ：定义了移动i p 的应用； r f c 2 0 0 6 ：定义了m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ，移动i p 的管理信息库) 。移动i p 的管理信息库是实现移动i p 的变量集合， 管理平台通过s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l ，简单网 络管理协议) 对这些变量进行检查和配置。 i e s g ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ，i n t e r n e t 工程指导小 组) 在19 9 6 年6 月通过了移动i p 标准草案，在19 9 6 年1 1 月通过 了建议标准( ( p r o p o s e ds t a n d a r d ) ，为移动i p 成为i n t e r n e t 正式标准 打下了基础，对移动i p 的发展起到了关键的作用【10 1 。 1 8 l l j 东大学硕士学位论文 2 1 2 移动ip 的设计目标 移动i p 的主要设计目标就是m n 在改变网络接入点时，不必 改变其l p 地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，对上层协 议保持透明性，与其他m n 或不具有移动l p 功能的节点进行正常 的通信。具体来说，移动i p 协议应该满足如下的要求【l 1 】： ( 1 ) m n 在改变数据链路层接入点以后，应该能够保持与 i n t e r n e t 上其他节点的连续通信； ( 2 ) m n 无论连接到任何接入点，应该能够用原来的i p 地址 进行通信； ( 3 ) m n 应该能够与不具有移动i p 功能的其他节点进行通信， 并且不需要修改这些节点的协议； ( 4 ) m n 不应该比i n t e r n e t 上其他节点面临更多的安全威胁； 另外，由于m n 通常通过无线链路连接到i n t e r n e t 上，无线链 路具有带宽低、误码率高的特点，长消息容易出错。因此，设计移 动i p 时要考虑m n 接入时发送的管理消息数目应该尽量少，消息 的长度也应该尽量短。 2 1 3 移动ip 的基本概念 1 移动i p 的功能实体1 2 儿1 3 】 ( 1 ) 移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) ：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，但不需要改变i p 地址，并且使用原有的i p 地址能 够继续与其他节点通信。 ( 2 ) 家乡代理( ( h o m ea g e n t ，h a ) ：是指位于m n 家乡链路上 的路由器。当m n 离开家乡网络时，它负责把发往m n 的分组通过 隧道转发给m n ，并且维护m n 当前位置的信息。 ( 3 ) 外地代理( f o r e i g na g e n t ，f a ) ：是指位于m n 所访问的网 络上的路由器，为注册的m n 提供路由服务。它接收m n 的家乡代 1 9 山东大学硕士学位论文 理通过隧道发束的报文，进行拆封后发送给m n ；对于m n 发出的 报文，f a 提供类似默认路由器的服务。 图2 1 表明了这些功能实体以及他们之间的关系 鬯 一= 、 鲨竺“ | 璺i2 1 移动i p 功能实体及相互关系 2 其他的基本术语 ( 1 ) 家乡地址( h o m e a d d r e s s ) ：是指每个m n 在家乡链路上 拥有的一个“长期有效”的i p 地址。 ( 2 ) 转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) ；是指当前m n 离开家乡链 路后，它被赋予的反映其当前链路接入点的临时地址。 ( 3 ) 家乡网络( h o m e n e t w o r k ) ：是指与m n 的家乡地址具有 相同前缀的网络，可以是一个不存在的虚拟网络。 ( 4 ) 家乡链路( h o m el i n k ) ：是指与m n 的家乡地址具有相 同网络前缀的链路，是m n 在家乡网络时的链路。 ( 5 ) 外地网络( f o r e i g n n e t w o r k ) ：是指除m n 家多网络外的 任何网络，也就是网络前缀与m n 家乡地址网络前缀不同的网络。 ( 6 ) 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：是指除家乡链路以外的链路 也就是网络前缀与m n 家乡地址网络前缀不同的链路。 ( 7 ) 通信对端节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ) ：是指与m n 通信 的对等实体，可简称为通信对端。 ( 8 ) 移动绑定( m o b i l i t y b i n d i n g ) ，是指由h a 维护的m n 的 家乡地址和转交地址的关眭。 国 旦- 一 l f l 东大学硕士学位论文 2 2 移动lp v 4 2 2 1 移动ip v 4 的基本概念 m i p v 4 ( m o b i l ei p v 4 ，移动i p v 4 ) 协议除了定义m n 、家乡代 理和外地代理3 个功能实体外，还定义了代理发现、注册和隧道技 术3 种支持移动的服务【1 4 1 【l5 1 。下面详细介绍i p v 4 中的几个重要的 术语。 ( 1 ) 代理发现( a g e n td i s c o v e r y ) 为了随时随地与其他节点进行通信，m n 必须首先找到一个移 动代理。移动i p v 4 定义了两种发现移动代理的方法： 一种是被动发现，即m n 点等待本地移动代理周期性地广播代 理通告报文； 二是主动发现，即移动节点广播一条请求代理的报文。m i p v 4 使用扩展i c m pr o u t e rd i s c o v e r y 机制作为代理发现的主要机制。 值得注意的是，使用以上任何一种方法都可使m n 识别出移动 代理并获得转交地址，从而获悉移动代理可提供的任何服务，并确 定其连至家乡网络还是某一外地网络上。使用代理发现可使m n 检 测到它何时从一个l p 网络( 或子网) 漫游( 或切换) 到另一个i p 网络( 或子网) 。 所有移动代理( 不管其能否被链路层协议所发现) 都应具备代 理通告功能，并对代理请求作出响应。所有m n 必须具备代理请求 功能。但是，m n 只是在没有收到移动代理的代理通告消息，并且 无法通过链路层协议或其他方法获得转交地址的情况下，方可发送 代理请求报文。 ( 2 ) 注册( r e g i s t r a t i o n ) m n 必须将其位置信息向其h a 进行登记，以便被找到。在 m i p v 4 协议中，依不同的网络连接方式，有两种不同的登记规程： 一种是通过f a 进行登记，即m n 向f a 发送登记请求报文， 2 l ljf 东大学硕+ 学位论文 f a 接收并处理登记请求报文，然后将报文转发到m n 的h a ，h a 处理完登记请求报文后向f a 发送登记答复报文( 接收或登记注册 请求) ，f a 处理登记答复报文，并将其转发到m n 。 第二种是直接向h a 进行登记，即m n 向其h a 发送登记请求 报文，h a 处理后向m n 发送登记答复报文( 接收或拒绝登记请求) 。 登记请求和登记答复报文使用u d p 进行传送。当m n 收到来自其 h a 的代理通告报文时，它可判断其已返回到家乡网络。此时，m n 应向h a 撤销登记。在撤销登记之前，m n 应配置适用于其家乡网 络的路由表。 ( 3 ) 隧道技术( t u n n e l i n g ) 当m n 在外地网络上时，h a 需要将原始数据包转发给己登记 的f a 。这时，h a 使用i p 隧道技术，将原始i p 数据包( 作为净负 荷) 封装在转发的i p 数据包中，从而使原始i p 数据包原封不动地 转发到处于隧道终点的转交地址处。在转交地址处解除隧道，取出 原始数据包，并将原始数据包发送到m n 。 2 2 2 移动lp v 4 的基本操作 m i p v 4 要解决当m n 在网络之间不断移动时，能够保持与已 有连接继续通信。下面通过讨论m n 在移动到外地网络时，它如何 收到其他节点发送给它的分组以及它如何发送分组给其他节点。如 图2 2 所示，m i p v 4 的工作机制如下： 岂耋查兰璧圭耋堡耋圣 客，代w 圈2 2 移动i p v 4 的工作原理 ( 1 ) 移动代理( f a 和h a ) 通过代理通告消息告诉m n 移动 代理的存在，m n 也可以通过向当前访问网络发送代理请求获得代 理通告消息。m n 接收到代理通告消息后，可以确定它是在家乡网 络还是在外地网络上。当它在家乡网络上时，m n 就可象固定节点 一样工作。如果它是从外地网络重新返回的，则向家乡代理发出撤 销注册的消息，声明自己已回到家乡网络中。 ( 2 ) m n 发现它已经移动到了一个外地网络上，它将获得该 外地网络上的一个c o a 。这个c o a 或者来自外地代理的通告，或 者由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 ，