（计算机系统结构专业论文）移动ipv6环境下基于rsvp的qos控制模型.pdf

摘要 p 3 5 i8 嚣 l 移动计算以及q o s 技术的发腱使得通过i n t e r n e t 传送无线实则服务成为可能人们可以 通过备种智能终端在线访问音频与视频服务。随着i n t e m e t 逐渐由i p v 4 向l p v 6 过渡，i p v 6 环境p 的无线实时服务将变得越来越普及。 住i p v 6 研、境下提供无线实时服务需要移动陛以及q o s 技术的支持。当前i e t f 成j 了 小组进行移动i p v 6 以及r s v p 协议的标准化r 作。因此，迫切需要挺出一种移动i p v 6 环境 r 的q o s 模型使得移动i p v 6 协议与r s v p 协议能够协同t 作。 当甫人们已经提出的移动i p v 6 环境下的q o s 模型在移动1 y 点切换时都要进行端到端 的r s v p 消息处理，而不箭移动1 7 点切换后在多大程度上对流路径进行了更改。r s v p 消息 处理延时过大将会使得移动节点舀+ 切换时访问实川应j j 的q o s 显著恶化。因此需要挺出效 率更高的移动i p v 6 q o s 模型。， 本文提出了。种基于层次化移动管理的流透明移动i p v 6q o s 模型，简称为h m m f t 移 动i p v 6q o s 校世。这种模犁基于层次化的移动管理，层次化的移动管理引入了一种叫移动 铺，l , h i ( m o b i l i t y a n c h o rp 0 i 小) 的功能实体，可以显著地减少移动1 7 点发给通信1 ，点与家乡代理 的绑定更新消息。h m m f 1 1 移动i p v 6q o s 模型基丁移动节点的隈域转交地址来标识流这 样可以实现流透明，即移动竹点下层的移动性对于网络层的流处理机制是透明的。在标识流 的时候我们同时还建议利川i p v 6 协议的流标记。h m m f t 可以减少r s v p 消息处理延时， 以及数据包的传输延时与丢失率。我们利目n s 2 对h m m f t 移动i p v 6q o s 模j 的性能进行 了分忻。 红论文的最后部分还介 f 了搭建的一个移动i p v 6 实验床。 【关键词】且联网协议版本6 ，服务质黾移动1 j 点，家乡地址，转交地址，资源预留，流透 明 a b s t r a c t r e c e n ta d v a n c e si nm o b i l e c o m p u t i n g a n dq u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) t e c h n o l o g i e s h a v em a d ei t p o s s i b l et od e l i v e rw i r e l e s sr e a l t i m es e r v i c e st h r o u g ht h ei n t e r n e t a s t h ei n t e r n e tg r a d u a l l ym i g r a t ef r o mt h ec u r r e n ti n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n4 ( i p v 4 ) t o t h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e tp r o t o c 0 1v e r s i o n6 ( i p v 6 ) i ti s e x p e c t e dt h a ti p v 6 b a s e d w i r e l e s sr e a l - t i m es e r v i c e sw i l lg e tm o r ea n dm o r e p o p u l a r s u c c e s s f u lp r o v i s i o no f s u c hs e r v i c e sr e q u i r e sb o t hm o b i l i t ya n dq o s s u p p o r ti n i p x 7 6c o n t e x t c u r r e n t l yt h ei 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 e t f ) h a sd e v e l o p e d i n d i v i d n a ls t a n d a r d st r a c kp 1 o t o c o l s s e r v i n gt h e s ef u n c t i o n ss e p a r a t e l y 、n a m e l y 、t h e m o b i l ei p v 6a n dr e s e r v a t i o np r o t o c o i ( r s v p ) t h u s ，am o b i l ei p v 6q o sm o d e l i n t e r w o r k i n g t h e s et w o p r o t o c o l sb e c o m e sa p p a r e n t l yi m p o r t a n t t h ee x i s t i n gm o b i l ei p v 6q o sm o d e lr e q u i r e sa ne n d t o e n dr s v ps i g n a l i n g p r o c e s st ob ec a r r i e do u te a c ht i m eam o b i l en o d ep e r f o r m sah a n d e i f , i r r e s p e c t i v eo f h o w s i g n i f i c a n tt h e1 a a n d o f fa f f e c t st i mf l o wp a t h t h i sc o u l dc a u s en o t a b l eh a n d o f f s e r v i c e d e g r a d a t i o n f o rw i r e l e s sm o b i l er e a l t i m e a p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e i t i s i m p o r t a n tt oa d v a n c eam o r ee f f i c i e n tm o b i l ei p v 6o o s m o d e l t h i st h e s i si n t r o d u c e san e wm o b i l ei p v 6q o sm o d e l n a m e dh i e r a r c h i c a l m o b i j i t ym a n a g e m e n t b a s e df l o wt r a n s p a r e n tm o b i l ei p v 6q o sm o d e l ( t h eh m m f 1 1 m o b i l ei p v 6m o d e l ) t h eh i e r a r c h i c a im o b i l i t ym a n a g e m e n te x t e n d st h em o b i l ei p v 6 b yi n t r o d u c i n g af u n c t i o n a l a g e n t n a m e d m o b i l i t y a n c h o r p o i n t ( m a p ) t h e h i e r a r c h i c a l m o b i l i t ym a n a g e m e n t w i l lr e d u c et h ea m o u n to f s i g n a l i n g t o c o r r e s p o n d e n tn o d e sa n dt h eh o m ea g e n ta n dm a ya l s oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f m i p v 6i nt e r m so fh a n d o f fs p e e df l o wt r a n s p a r e n tm e a n st h eu n d e r l y i n gm o b i l i t y s u p p o r lt ok e e pt h en o d em o b i l i t yc o m p l e t e l yt r a n s p a r e n tt ot h en e t w o r kl a y e rf l o w h a n d l i n gm e c h a n i s m t h eh m m f t m o b i l ei p v 6m o d e li d e n t i f yaf l o wb a s e do nt h e r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s ，t h u si m p l e m e n t f l o w t r a n s p a r e n tw h e n m o b i l en o d e p e r f o r i l l s ah a n d o f fi nam a pd o m a i nw h e ni d e n t i f yaf l o w , w ea l s oa d v i c eu s i n gt h ef l o w l a b e l w h i c hi st h en e wf e a t u r ei ni p v 6 t h eh m m f tm o b i l ei p v 6q o sm o d e lc o u l d m i n i z er e s o u r c er e s e r v a t i o ns i g n a l i n gd e l a y , a n dc o u l ds u b s t a n t i a l l yr e d u c eh a n d o f f p a c k e tl o s sa n dd e l a y i nt h i st h e s i s w ea l s oa n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo ft h i sm o d e l u s i n gt h en e t w o r ks i m u l a t o r ( n s 2 ) i nt h ei a s ts e c t i o no ft h i st h e s i s 、am o b i l ei p v 6t e s t b e di sp r e s e n t e d 【k e y w o r d s1 i p v 6 ，q u a l i t y o f - s e r v i c e ，m o b i l en o d e ，h o m ea d d r e s s ，c a r e o f a d d r e s s ，r s v p , f l o wt r a n s p a r e n t lllllllllllllllllllllllllll 、 中刷科学投术人学硕卜学位论文 第一章引言 第一章引 ：i 日 i n t e r n e t 止以惊人速度发展，与此同时，掌上电脑、笔记本电脑、p d a 、智能手机等便 携式计算设备也正以低廉价格而铍广泛应i t j ，升且它们具有功能强人的c p u 、大内存和磁 盘空间、多媒体能力和彩色显示等特性。另外，在g s m 、w a p 、c d p d 、g p r s 等无线通信 技术和协议的推动下。出现了许多新的无线网络产品年服务来米的3 g 能够为人们提供 2 m b p s 的空中传输速率，移动i n t e r n e t 正逐步成为现实。 台：这种情况下，人们很自然地希望在任阿时候、任何地点能够访问i n t e r n e t ，并且在移 动过 ￥中能够保持与网络的透明连接。然而，由于i n t e r n e t 的互联协议l p 的地址结构和路由 算法，限制了移动终端在移动i n t e m e t 中的灵活操作，所以无线网络和i n t e r n e t 的结合将对 i p 提出 艮人挑战。 为了支持便携式计算机在移动时仍能保持与i n t e m e t 的通信，自1 9 9 1 年以来，许多研 究机f ：j 展开了在l n l e r n e t 上支持主机漫游的研究1 ：作，提出了一些支持土机漫游的协议。i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ，i n t e r n e t 工程任务特别小组) 也成立了m o b i l e i p 小组，专 r j 从事移动j p 协议的标准化研究。1 9 9 6 年1 0 月公布了r f c2 0 0 2 “i p m o b i l i t vs u p p o r t ”、 r f c2 0 0 3 “i pe n c a p s u l a t i o nw i t h i ni p ”等，提出了移动i p 协议标准。随着下一代i n t e r n e t 协议1 p v 6 的完善和实用化，移动l p v 6 协议的标准化也是i e t fm o b i l ei p 小绢的一个重要议 程。i e t fm o b i l ei p 小组也提出了很多移动i p v 6 协议的草案。 制定下一代移动通信系统的“1 m t - 2 0 0 0 ”标准的第三代移动通信合作i ：程( 3 g p p ，t h e 3 “g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 已确定将i p v 6 作为f 代移动通信的基本协议来实现移动 i p 。2 0 0 2 年5 月9 日在北京召开的全球i p v 6 高峰会议上，来自i e t f 、太网络信息中心 ( a p n i c ) 、n o k i a 、c o m p a q 、l u c e n t b e l ll a b s 、m i c r o s o f t 、c i s c o 等组织或公司的代表预测 移动i p v 6 将称为i p v 6 协议应刚的首先突破点，n o k i a 与c o m p a g 公司还正式演示了各自公 司研发成功的移动i p v 6 原型系统。n o k i a 公司认为，手机将率先正式使用i p v 6 。如果手机 电话业务中配备i p v 6 ，那么很可能在短时间内几亿手机埘户将成为i p v 6 的j h 户。 随着i n t e r n e t 规模的不断扩大，网上的实时业务量也在不断增 圭，访问音频和视频服务 将成为l 有移动i p v 6 协议支持的移动终端的基本功能。l p v 6 网络上的应j 日类型会是各种各 样，不同的应j h 对网络的需求也有所不同，应用层以变化的速率产生业务量，也希望网络以 相应的速率传输这些业务量。另外，不同的应_ e | j 对网络传输的延时和延时抖动的敏感程度也 不一样，有的j 、q 用能够容忍少量的业务量丢失，而有的应用则要求可靠传输。例如实时语音 传输有严格的延时需求，但却能容忍少量的包丢失；而f t p 应用却不能容忍包的丢失，但 对延时没有严格的要求。由于实时业务对网络传输的延时、延时抖动等特性较为敏感，当突 发性高的f t p 绒含有图像文件的h t t p 等业务量在网络上传输时，实时业务会受到影响。 这些高速率的多媒体实时业务( 如动图像传输) 既占朋网络的大量的带宽资源，又不能容忍 网络的延时。因此应在】p 网络上导入q o s 技术，以确保实时业务的通信质量使网上资源 获得最佳利用，降低成本，改善对用户的服务。 住移动i p v 6 环境下实现q o s 要比在固定i p v 6 网络中实现q o s 复杂得多。这是由于终 端的移动使通信链路发生变化，进而由链路级连而成的连接路由也随之变化。换句话说，本 课题要解决在动态环境中的q o s 保证。这种时变的动态环境与固定l p v 6 网络中因路由器故 障新设而发生的拓扑结构变化有很大的区别。 中困科学挫术大学硕士学位论文 第一章引言 目前国际上有一些大学或研究机构在进行移动i p v 6 环境下q o s 控制技术的研究，柏林 丁业大学、新加坡国立大学、n o k i a 公司、法国国立计算机与控制研究所( i n r i a ) 等都进 行了一些研究，并取得了一些成绩。在国内中国科技大学电子工程系信息网络实验室和中 国科技人学网络中心联合承担了国家8 6 3 计划研究项目“移动i p v 6 的关键技术”的研究工 作，其中的一个子课题就是“移动1 p v 6 环境下的q o s 控制技术”。本文将就移动l p v 6 环境 f 的q o s 控制技术展开论述。 本论文由九章组成： 第一章引言 第二章i p v 6 的移动性支持 第三章l m s e r v r s v p 模型 第四章移动i p v 6 与r s v p 的结合 第五章移动i p v 6 层次化的移动管理 第六章基于层次化移动管理的流透明移动i p v 6q o s 模型 第七章h m m f t 移动i p v 6q o s 模型的性能分析 第八章移动i p v 6 实验床 第九章结束语 第一章介纠一 作的背景与意义，第二章介绍1 p v 6 协议以及l p v 6 对移动性的支持，第三 章介 “i n t s e r v r s v p 控制模型，印q o s 控制模型的一种，第四章介绍了移动i p v 6 与r s v p 交互操作所面临的问题，第五章介绍移动i p v 6 的一种区域管理方式，即层次化的移动管理 方式，第六章介绍我们提出的基于层次化移动管理的流透明移动i p v 6q o s 模型( 简称 h m m f t 移动i p v 6q o s 模型) ，第七章介绍对h m m f t 移动i p v 6q o s 模型的性能分析，第 八章介纲我们搭建的一个移动i p v 6 试验床，第九章是全文的结束语。 2 中固科学技术大学彤! 十学位论文 第二章移动i p v 6 协议简介 第二章i p v 6 的移动性支持 i p v 6 协议是f 一代i n t e r n e t 协议，它继承了1 p v 4 协议的优点，并根据1 0 多年来对i p v 4 运f h 的经验进行了火幅度的功能扩展，它最终将代替i p v 4 协议。本章首先介绍i p v 6 协议， 然后主要介纠i p v 6 协议对移动性的支持( 简称为移动i p v 6 ) ，包括移动i p v 6 的工作原理、 移动i p v 6 对标准i p v 6 协议的扩展等。 2 1i p v 6 协议简介 2 1 1i p v 6 协议的优点 ( 1 ) i p v 6 提供巨大的地址空问 i p v 6 的i p 地址域为1 2 8 比特，拥有2 “8 巨大的地址空间。理论上这一规模能够对地球 表面的每一平方米提供6 6 5 x 1 0 ”个网络地址。和i p v 4 相同，因地址分层运用，实际可用的 总数要小得多。但保守的估计每平方米也有1 6 0 0 个i p 地址。 ( 2 ) i p v 6 具有与网络适配的层次地址 利i p v 4 一样，i p v 6 的i p 地址分成表示特定网络的网络前缀和表示主机或服务器的主机 地址二部分。住1 2 8 位的1 p v 6 地址中，高6 4 比特表示网络前缀，低6 4 比特表示主机。网 络前缀还分成多个层次地网络，包1 3 比特的顶级聚类标识符t l a ( t o p l e v e la g g r e g a t i o n ) 一i d ， 2 4 比特的次级聚类标识符n l a ( n e x t l e v e la g g r e g a t i o n ) - i d 和1 6 比特的网点级聚类标识符 s l a ( s i t e 1 e v e la g g r e g a t i o n ) i d 。层次化分配l p 地址可减小路由器中路由表的规模从而减少 了存储器的容鲑和c p u 的开销提高了查表和转发i p 包的速度。 ( 3 ) a n y c a s t 功能 a n y c a s t 是指向提供同一服务的所有服务器都能识别的通用地址( a n y c a s t 地址) 发送i p 包， 路由控制系统将该l p 包送至最近的服务器。例如，利用a n y c a s t 可以访问离_ e 户是近的d n s 服务器和文件服务器等。这只需利用i p v 6 头标中的目的i p 地址。 ( 4 ) p l u g & p l a y 功能 它是指计算机接入i n t e r n e t 时可自动获取、登录必要的参数的自动配置功能、地址检索 等功能。这只需利用i p v 6 头标中的目的i p 地址。 ( 5 ) 安全功能 i p v 6 规定了“认证头标( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) ”汞j “封装安全净荷( e s p ：e n c a p s u i a t i o n s e c u r i t yp a y l o a d ) ”来保证信息在传输中的安全。这要利用i p v 6 基本头标和i 扩展头标来实现。 扩展头标是为了简化基本头标而导入的规范。它被用来实现1 p v 4 中的选项( o p t i o n ) 功能、 l p v 6 中新增的功能以及高层协议。 ( 6 ) q o s 功能 利用i p v 6 头标中的8 比特业务量等级域和2 0 比特的流标记域可以确保带宽，实现可靠 的实时通信。这利用基本头标即可实现。 中因科学技术大学硕士学位论文 第二章移动1 p v 6 协议简介 2 1 2i p v 6 协议的基本头标 幽2 - 】使出了i p v 6 的头标格式。i p v 6 的头标在起始6 4 比特之后是1 2 8 比特的源地址和 目的地址全艮为4 0 字节。起始的6 4 比特由以下域构成： 一版本域( v e r s i o nf i e l d ) 4 比特 - 业务量等级( t r a 所cc l a s s ) 8 比特 一 流标记( f l o wl a b e l ) 2 0 比特 _ 净荷长度( p a y l o a dl e n g t h ) 1 6 比特 _ 下一个头标( n e x th e a d e r ) 8 比特 _ 中继点限制数( h o pl i m i t ) 8 比特 版木优先级流标记 净荷k 度下一个头标中继点限制1 一信源地址- 一 一 目的地地址一 图2 - li p v 6 头标格式 i p v 6 包中的第一个域是4 比特的版本号。在所有i p v 6 包将该域置成6 。 接着版本域之厉的8 比特只是业务鼍等级。由该域的值定义i p 包的类型或某个i p 包相 对 。进入同一网络的其他i p 包的重要程度。业务量等级的具体分类正处于实验之中，r f c 文档“i n t e r n e tp r o t o c 0 1 v e r s i o n6o e v 6 ) s p e c i f i c a t i o n ”本身没有规定业务量等级的语法、语 义。 接着优先级域的是流标记域。在l p v 6 规范中对流作如下定义：“流是指从某个源点向( 单 目或组播的) 目的地发送的i p 包中，源点要求中间路由器作特殊处理的那些l p 包”。换句 话说流是指源点、目的地和流标记三者分别相同的i p 包的集合。导入流标记域对t c p i p 的发腱具有重要意义。将流标记和信源地址组合，即可分辨网络中特定的业务量流。 净荷疑度域指示i p 基本头标以后的j p 包剩余部分的长度，单位是字节。此域占2 6 比 特，冈而i p 包通常应在6 5 5 3 5 字节以内。但如果使用h o pb yh o p 选项扩展头标的特大净 荷选项，就能传送更大的i p 包。利用此选项时净荷长度置0 。 r 一头标用来标识i p 包中的基本头标的下一个头标。在此头标中，指示选项的j p 头标 和上层协议。 中继点限制决定了能够将i p 包传送到多远。主机在生成l p 包时，在中继点限制域中设 置某一初值，然后将l p 包送到网上的路由器。各路由器从该值起逐次减】。如i p 包到达目 的地之前其中继点限制变为0 ，该l p 包就被抛弃掉。使用中继点限制有二个目的。第一是 防i e 路由发生回环( 1 0 0 p ) 。在健全的网络中不会发生路由中的闭环现象，但网络未必总是 谜全的。一旦发生闭环，路由器就会根据错误信息进行路由，导致i p 包不能到达目的地， 陷入无限的循环。 中周科学技术人学硕士学位论文 第二章移动l p v 6 协议简介 基本i p 头标中最后2 个域是信源地址和目的地址。它们各占1 2 8 比特。在此域中置入 p 包最初的信源和最后的目的地。 2 1 3i p v 6 的扩展头标 所有的i p 包都应从基本i p 头标开始。在f 1 ：多情况下此头标能够完成将i p 包正确送达 到目的地的功能。除此之外，】p 还能提供一些简单的功能附加在此功能之中。i p 为将附加 的信息送到通道上的目的地系统及中间系统，使川了扩展头标。 扩展头际加在i p 包的基本头标之后。i p v 6e x t e n s i o nh e a d e r 规范中定义了若干种不同的 扩展头标。它们由下一个头标域的值来标识。表2 1 列出了扩展头标的初值。除5 9 外，各 扩展头标具有各自的头标域。利用这种结构，【p 可以像菊花链那样一个接一个地罗列多个 扩展头标。最后的扩展头标域中利剧了下一个头标域来指示上层协议。 表2 - 1i p 扩展头标 l 0 中继点选项头标( h o p - b y - h o po p t i o nh e a d e r ) i 4 3 路由头标( r o u t i n gh e a d e r ) 4 4 报片头标( f r a g m e n th e a d e r ) i 5 1 认证头标( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) l 5 9无f 一头标( n u l l ) l 6 0目的地选项头标( d e s t i n a t i o no p t i o n sh e a d e r ) 幽2 - 2 示出了具有扩展头标的l p 包。 头标。认证头标的下一个头标是高层协议 应当注意，到认证为止的各个头标指示着下一个 这里是t c p 。 版本业务量等掘流标记 净茼长度j ，一头标：o 巾继点限制 7 ， 一 一 信源地址 一 信宿地址 一 、 下一头标4 3 i 头标长度 f l o pb y o p 进项 下一头标：6 i 头标长度 认证数据 。 t c p 头标及数据 图2 - 2i p v 6 包的扩展头标 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章移动l p v 6 协议简介 表2 - 1 和图2 - 2 示出了推荐的头标顺序。此顺序对中间系统高效处理i p 包是十分重要 的。在许多情况下路由器只注意h o p b y h o p 选项和路由头标。按推荐的顺序排列头标的 好处是蹈由器发现除此之外的头标时就没有必要再查看在其之上的i p 包。 头标顺序的唯- n 5 b 是目的地选i 头标。在许多情况下，目的地选项只是为了最后的目 的地设置的。此选项必须在i p 包的扩展头标之后出现。或者说，它应恰好出现在上层协议 头际之前。f 面介绍几个常见的头标。 ( 】) 路由头标 信源将i p 包发往目的地时，在某些情况下还希望控制该i p 包经由的路径。例如为了使 该i p 包通过最佳路由而对网络进行提示。也可能为了避开不台适的路由器而需要控制路径。 信源利f h 跆由头标与【p 基本头标的目的地址的细合来定义i p 包通过网络的路由。 路由头标的格式如图2 - 3 所示，目前仅定义了类型0 的路由头标。此头标由参数组和应 通过中间 y 点的地址表构成。起始3 2 比特分成4 个8 比特的域，接下来的3 2 比特是保留域， 由源端将其全部置零，目的端则不予理睬。 下头标扩展头标长度类型：0剩余中继数 保留 地址 0 一 地址 1 一 地址 n1 一 图2 - 3 路由头标 i p 包从信源送出h 十，基本j p 头标的目的地址是预定路径上的第一个中继点( h o p ) 的 地址。沿着该路径的各个h o p 地址依次列于路由头标的地址表内。该i p 包每到达一个h o p ， 就破此f l o p 从地址表中取出下一个h o p 地址置入目的地址。i p 包就这样继续它的行程。 ( 2 ) 报片头标 与i p v 4 不同，i p v 6 路由器不对过大的i p 包进行分段，如果i p 包比到下个中继点的 最大传输单元( m t u ：m a x i m u mt r a n s m i s s i o nu n i t ) 大时，就抛弃该i p 包并回送i c m p 报 文。i p v 6 主机可以在向网络发送i p 包前，将该i p 包分成若干较小的报片( f r a g m e n t ) 。各报 片可以独立地控制路由，并由目的地主机再将其恢复成原i p 包。 ( 3 ) 目的地选项头标 目的地选项头标是i p 包到达目的地时才被处理的扩展头标，l p v 6 中对“目的地选项”头标 定义的头标类型为6 0 。此头标具有很高的自由皮，含有1 个以上的选项参数。备选项参数 由选项号码标识。 目的地选项头标中含有对i p 包目的地的选项。当l p 包含有路由头标时，目的地选项可 6 ! 里! ：! 兰垫查查堂塑主兰丝堡塞 笙三里鳖塑! ! ! ! 坠堡! i 尘 置于路由头标之前。此时，由路由头标地址表中的各中间h o p ( i e i i i ) 处理该选项。 目的地选项头标中只存在8 比特的f 一个头标号码域和8 比特的头标长度域。扩展头标 长度域以8 字1 ，为单位，表示选项头标氏度减1 的数( 也就是扣除了第1 个8 字节) 。 厂面蒺互厂 1 顽甄手瓦) f 。莲颈蠹瑭 一1 豇了面页万一 如斟2 5 所示，选项域中置入了选项表，各个选项是跃度可变的编码的字，组。选项类 型( o p t i o nt y p e ) 是8 比特的标志符，选项数据长度也是8 比特，表示以字节为单位的选项 数据域的长度。 ( 4 ) 中继点选项头标 目的地选项头标是i p 包到达目的地时才被处理的扩展头标，各中继点对此头标不做任 何处理，这与i p v 6 的设计思想是一致的。但对管理和调试功能来说，存在着】p 包路径上所 有的路由器都要处理的1 p 选项，这就是头标类型为0 的中继点( h o pb yh o p ) 选项。换句 话说，当i p v 6 头标中的一f 个头标代码为0 时，就表明存在着中继点选项。此选项由中继 点对其进行处理。 2 2 移动i p v 6 的工作原理 2 2 1 移动i p 的基本概念 首先介2 f l 个移动i p 的基本概念。 为了往移动节点移动的时候仍然保持传输层的联接，移动节点必须始终保持一个硎定的 i p 地址。这个地址就是家乡地址( h o m ea d d r e s s ) 。家乡地址是用来识别端到端连接的静态 地址，也是移动节点与归属网连接时使刚的地址。不管移动节点连至网络何处，其家乡地址 保持不变。 另一方面，由于移动节点的移动性，要想使通信顺利进行，移动节点还必须绑定另一个 i p 地址，这就是转交地址( c a r e o fa d d r e s s ) ，发往移动节点的数据包由这个地址来转交。 转交地址可以铍认为是移动节点拓扑结构意义上的地址。转交地址的前缀是外地子网前缀。 移动= 竹点的家乡地址和l 转交地址的关联称为绑定，在每个绑定中还有这个关联所剩余的 “生存时f 可”等字段。 与家乡地址网络部分匹配的子网被称为移动节点的家乡网络( t l o m en e t w o r k s ) ，而其余 子网称为移动节点的外地网络( f o r e i g nn e t w o r k s ) 。 家乡网络有一个代理，叫家乡代理( h o m ea g e n t ) 。家乡代理是一个路由器。当移动节 点离开家乡时，向位于它家乡链路上的这个路由器注册它当前的转交地址。家乡代理可以为 离开家乡的移动节点截获发往移动节点的数据包，进行封装，并通过隧道把数据包发送到移 动1 ，点的已经注册的转交地址。 与移动节点进行通信的对等节点。通信节点可以是移动的，也可以是静止的。 2 2 2 移动节点转交地址的获得 在外地网络上，移动节点通过i c m p v 6 邻居发现机制中的无状态或者状态地址自动配置 ! 堕型兰丝查查堂堡主堂丝堡塞 塑三垦整曼上垒里竺堂 机制获取它的转交地址。移动节点虽然只有一个转交地址向家乡代理登录，但它可能会同时 拥有一个以上的转交地址，用于登录的转交地址称为首要转交地址( p r i m a r y c a r e o f a d d 。s s ) 。移动节点的本地代理将拦截的数据包都发往移动节点的首要转交地址，但移动节 点能够以任意一个转交地址去接收数据包。同时拥有多个转交地址对于移动节点是很有用 的，我们知道连接在因特网上的每一个无线链路都- f 基站相连，每一个基站都有一个有效的 发射范围，但移动节点从一个无线链路移动到另个无线链路时，它会经过两个基站的发射 交迭区，在这个交迭区内，移动箝点能利h j 两个无线链路进行通信，移动节点可以在新的链 路上获取一个转交地址，在移动节点向家乡代理和通信对象发送绑定更新时，它还可以用它 的老的转交地址接收数据包。我们通常就把首要转交地址称为转交地址。 2 2 3 绑定管理 移动i p v 6 引入了一个叫绑定缓存的数据结构。每个移动节点都为其它的i 点维护一个 绑定缓存。绑定缓存可以以任意方式实现。绑定缓存中每个条目包括移动节点的家乡地址字 段、移动节点的转交地址字段、生存时间值字段等。其中移动节点的家乡地址字段用于搜索 绑定缓存中数据包的目的地址的主键。如果在绑定缓存中的条目中的家乡地址域数据包的目 的地址匹配那么这个条目将被用于路由这个数据包。 当移动节点离开家乡网络时，它_ e h 转交地址向它的家乡代尹 二“”f i 向家影”7 目 发送一个包含绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) 目的地选4 定承认( 1 3 i n d j n g a c k n o w ) e d g e m e n t ) 目的地选项的i p 包， 剖2 - 5 ， 能同时拥有多个转交地址，绑定注册中的转交地址是移动m 的首要转地址。侈动节点往 向家乡代理注册后，家乡代理通过邻居发现机制去拦截发绎 9 j 竹点家乡地川啪”7 一l 将此数据包用隧道方式发给移动节点的转交地址。 移动节点绑定更新 、 家乡网络 绑定承认 倒2 - 6 家乡代理的移动绑定 绑定更新、绑定承认和绑定请求( b i n d i n gr e q u e s t ) 三个目的地选项消息既可用于移 动节点向本地代理注册，也可用于与移动节点通信的i p v 6 节点( 称为通信节点) 动态获得 承l 更新移动 7 点的地址绑定信息。如图2 - 7 所示。由于绑定更新、绑定承认和绑定请求是一 个i p v 6 目的地选项包，它既可以单独发送，也可与其他i p 净荷( 如t c p 包或者u d p 包) 一 起发送，当它被单独发送时，扩展头标中的最后一个头标的下一个头标应设置为5 9 ( 表示 没有下一个头标的意思) 。 当移动节点配置了一个新的转交地址，并决定用它作为首选转交地址时，移动节点就向 8 ! 里型兰丝查叁堂塑：! ：堂丝笙兰 兰三童登垫! ! ! ! 坠坚堕! ! 它的家乡代理发送绑定更新消息。如果移动节点在绑定更新消息中要求目的端回送一个绑定 承认消息，那么它就周明性的重发绑定更新消息直到受到绑定承认消息。 幽2 7 通信1 y 点的移动绑定 当通信* 点的绑定缓存中移动节点绑定表项的生存时间接近超时时，通信节点向移动节 点发送绑定请求消息，收到请求的移动节点随即返回一个绑定更新消息。这种情况通常发生 在通信节点正在与移动节点通信过程中，如两者之间正在进行t c p 连接，为了继续通信过 程，通信* 点必须刷新绑定缓存表项。 2 2 4 动态家乡代理地址发现机制 当移动节点在外地网络时，如果其家乡网络上的部分1 ，点的地址发生了重新配置，以致 原来担任家乡代理的路由器发生了变化，此时该移动节点必须知道家乡网络上哪些路由器可 以作为家乡代理。亦即在移动i p v 6 中家乡代理可以动态变化。 在这种情况下，移动节点可以用动态家乡代理地址发现( d y n a m i ch o m e p 1 d i s c o v e i ，y ) 机制来获得家乡网络上合适的家乡代理地址。移动节点采用f ，。 送一个家乡代理地址发现请求消息。选播包被发往选播地址( a n y c a s tm + - tf u s s ) 所指定的 一些可能的节点中的任一个，常常是送往离选插包源端最近的一个。家乡网络上的某个路由 器会收到该请求后，返回一个家乡代理地址发现应答消息，这个应答消息中包括家乡网络上 可作为家乡代理的路由器列表。在i p v 6 中是使用定期发送的路由器公告来维护这个路由器 列表的。 2 2 5 家乡代理对移动节点数据包的转发 家乡代理川i p v 6 邻居发现机制拦截目的地址为移动节点家乡地址的单播数据包，为了 拦截这些数据包，家乡代理作为移动节点的代理为移动节点应答邻居请求消息。当家乡代理 收到邻居请求消息时，它必须检测包中的目标地址是否是家乡代理绑定缓存中已注册的地 址，如果是，则家乡代理用邻居公告消息应答邻居请求消息，给出家乡代理自己的链路地址 作为指定目标地址的链路层地址。 当家乡代理拦截了移动节点的数据包后，它采用隧道方式将数据包转发给移动节点。 9 中国科学技术大学顿上学位论文 第二章移动i p v 6 协议简介 2 2 6 通信节点与移动节点之间数据包的收发 移动节点可以直接将数据包发送给通信节点。当移动节点离开家乡网络后，它使用一个 或多个转交地址，并选择其中一个转交地址作为发送数据包的源地址。同时，移动节点让数 据包携带一个家乡地址选项，里面是移动节点的家乡地址，家乡地址选项存放在目的地选项 扩展头标中。通信节点接收到这个数据包后，根据家乡地址选项，将数据包的源地址置换成 移动节点的家乡地址，再传送给上层协议进行下一步的处理。 通信节点在发送数据包前，先查看它的绑定缓存，查找数据包的目的地址所对应的表项。 如果往缓存中查到了目的地址对应的绑定信息，那么通信节点可以利用绑定信息中的转交地 址直接把数据包发送到移动节点。如图2 8 所示。通信节点还把移动节点的家乡地址放入数 据包的路由头标内。这样当这个数据包到达移动1 ，点时，数据包的目的地址会被置为移动节 点的家乡地址，再传送给上层协议进行下一步的处理。 图2 - 8 已知移动节点绑定信息时包的转发 如果通信仃点没有查到移动宵点的绑定信息，则按正常的方式发送数据包。如图2 9 所示。如果移动节点已经移动到外地网络了，则发给移动节点的数据包到达家乡网络后被移 动节点的家乡代理拦截。并用隧道方式转发给移动：p 点的转交地址。当移动节点收到家乡代 理转发的隧道包后，它知道数据包的原始源端没有本节点的绑定信息。为了采用展佳的数据 转发路径，移动节点向通信节点发送一个绑定更新消息，通信节点收到绑定更新消息后就可 以直接把数据包发送各移动节点了。 图2 - 9 无移动节点绑定信息时包的转发 ! 里! ! 兰垫查查堂塑! ：堂垡堡苎 笙三里壁垫堡堕竺! ! ! ! 尘 家乡地址选项头标以及路由头标的应用，使得移动节点的移动性对于上层协议来说是透 明的，它们不需要知道移动符点的转交地址。 2 2 7 移动i p v 6 的操作总结 综合以上儿点，可以把移动1 p v 6 的操作可以总结如f ： 移动- 1 ，点连接在它的家乡网络上时与任何吲定的主机和路由器一样工作。 当移动节点连接在外地网络上时，它采用i p v 6 定义的地址自动配置方法得到外地网络 上的转交地址。 移动1 ，点将它的转交地址通知给家乡代理以及通信节点。 不知道移动节点转交地址的通信节点送出的数据包先被路由到移动肖点的家乡网络， 家乡代理再将它们经过隧道送到移动节点的转交地址。 知道移动节点转交地址的通信1 ，点送出的数据包可以利| l i i p v 6 路由头标直接送给移 动1 ，点，路由头标将移动节点的转交地址作为一个中间目的地址。 在相反方向，移动节点送出的数据包采用特殊的机制被直接路由到它们的目的地。 2 3 新的i p v 6 目的地选项和消息类型 _ 在移动i p v 6 中定义了四种新的i p v 6 目的地选项，即绑定更新、绑定应答、绑定请求、 家乡地址四种目的地选项。移动| p v 6 也为这些目的地选项定义了一些子选项。移动i p v 6 还 为动态家乡代理地址发现机制定义了两个消息。 2 3 1 绑定更新选项 移动霄点利用绑定更新选项米通知其它竹点自己新的转交地址。作为一个目的地选项， 它可以包含在任何数据包中被发送剑目的地，也可以单独发送。移动节点以相同的方式发送 包含绑定更新选项的数据包和其它不包含绑定更新选项的数据包。 包含绑定更新选项的数据包必须包含一个家乡地址选项，移动节点的