（计算机软件与理论专业论文）一种对移动ip中移动性管理的改进方法.pdf

中文摘要 随着i n t e m e t 的迅猛发展，高性能便携式计算机的普及和无线髑域网技术、蜂 窝网技术的不断成熟，用户对随时随地接入网络的需求日益凸显。用户希望其所 携带的便携式计算机通过无线媒体与固定网络相连，用户可以在无线子网问移动 丽维持其通傣豹连接。计算机网络由固定主机向移动主机的演变与电信领域过去 2 0 年发生的由固定电话向移动电话的转变类似。但是作为使用最为广泛的网络协 议栈咒p 圩p 在设计瓣并未考虑将来的移动性闫题，因此它不能对移动提供透明的 支持。 i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) 熬于现有的l p 协议设计了一静支持主 机漫游的网络层协议移动r p v 4 。它是一种在全球因特网上提供移动功能的方 案，它提供了一种l p 路e 自枫制，使移动主规能够以个永久不变的i p 地址连接 到任何链路上，并使主机在切换链路时仍可保持正在进行的通信。其中，移动i p 对于移动终端的移动性管理举足轻重，移动性管理所产生的数据交换占据了移动 i p 通信的大部分数据流量，因此对移动性管理的分析和优化可以减少网络流量， 降低蹰络延醛并提高带宽躲利用率。 本论文首先介绍了移动i p 的概念和功能实体，阐述了移动i p 在代理发现、注 爨、修改路由等过程中的其体实瑷机制，莠讨论了移动 p 的四手中关键技术，包掭 隧道技术、移动安全、服务质量、组播技术。接着介绍了分层次移动i p v 6 的功能 实体以及工作进程，详细吃较了三； 孛“微移动”i p 协 义豹抬同。然后针对移动节 点即使在域内做微小的移动也要经过代理发现，注册以及修改数据包路由三步来 更新位篝变动的瑗象，采用分层次的方法，在移动i p v 4 豹蘩础上，提出一稚基予 集群的分层次移动i p 协议来处理移动节点的域内移动，该方案理论上可以降低网 络延时，提高移动i p 的运行效率。竣后在嬲络模拟器( n e ts i m u l a t o r2 ) 上实蠛 了标准移动i p v 4 和基于集群分层次移动i p 的t c l 代码，比较了在相同的拓扑条 件下，两释移动i p 陇议的网络延日雩，得出了基予集群分层次移动i p 在网络延时 方面确有显著降低的结论。 关键词：移动i p ；集群；移动切换 分类号：口3 9 3 。0 4 1 1 1 北京交通大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，t h ep o p u l a r i t yo fh i g h - p e r f o r m a n c ep o r t a b l e c o m p u t e r t h em a t u r i t yo f w i r e l e s sl o c a in e t w o r ka n d e e l ln e t w o r k ，t h ed e m a n d so f a c c e s s i n g t h ei n t e r a c ta n y t i m ea n y w h e r ea r ee m e r g i n gr e m a r k a b l y t h ec u s t o m e r sh o p et h e i rp o r t a b l e c o m p u t e r sc a r la c c e s st h ef i x e dn e t w o r kb yw i r e l e s sm e d i a ，c u s t o m e r sc a l la l s ok e e pt h e i r c o n n e c t i o n sw h i l em o v i n gb e t w e e nw i r e l e s ss u b n e t s t h ec h a n g e so fc o m p u t e rn e t w o r kf r o m f i x e dh o s tt om o b i l eh o s tj u s tl i k et h ec h a n g e so ff i x e dt e l e p h o n et om o b i l et e l e p h o n ei n t e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l d b u tt c p 1 p ，w h i c hi st h em o s tp o p u l a r l yu s e dn e t w o r kp r o t o c o l s u i t e ，d o e s n 。ts u p p o r tm o b i l eh o s t i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) d e s i g n e dak i n do fn e t w o r kp r o t o c o l - - m o b i l e i p v 4b a s e do nt h ee x i s t e di pp r o t o c 0 1 m o b i l ei pc a nm a k et h et e r m i n a l s l pa d d r e s s e ss t a b l e w h i l ec h a n g i n gi t sp o s i t i o n s m o b i l i t ym a n a g e m e n tt a k e sa ni m p o r t a n tr o l ei nm o b i l ei p v 4 t h ed a t u mp r o d u c e db ym o b i l i t ym a n a g e m e n tt a k eal a r g ep a r to f a l lf l o w t h i sp a p e rf i r s tj n t r o d u c e dt h ec o n c e p ta n df i m c t i o n a le n t i t i e so fm o b i l ei p v 4 ， e x p o u n d e dt h ei m p l e m e n t a t i o nd e t a i li na g e n td i s c o v e r i n g ，r e g i s t r a t i o na n dm o d i f y l + n gr o u t e r ， d i s c u s s e dt h ef o u rc r i t i c a lt e c h n o l o g i e so f m o b i l ei p v 4 ，i n c l u d i n gt u n n e l ，m o b i l i t ys e c u r i t y ， q o sa n dm u l t i c a s t ，t h e ni n t r o d u c e dt h ef u n c t i o n a l e n t i t i e sa n dp r o c e d u r eo fh i e r a r c h i c a l m o b i l ei p v 6 ，c o m p a r e dt h ed i f f e r e n c e sa m o n gt h et h r e e ”m i c r om o b i l e ”i pp r o t o c o l s t h e n p u tf o r w a r da n e wg r o u p b a s e dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei pb a s e d0 nm o b i l ei p v 4a f t e rr e a l i z i n g t h a te v e nt h em o b i l eh o s tm o v et i n yd i s t a n c e ，i ta l s os h o u l du n d e r g ot h ea g e n td i s c o v e r i n g ， r e g i s t r a t i o na n dm o d i f y i n gr o u t e rp r o c e d u r ei no r d e rt ou p d a t et h en e wl o c a t i o no fm o b i l e h o s t t h ed e wm o b i l ei pm e c h a n i s mr e d u c e sn e t w o r kd e l a ya n di n c r e a s e st h ee f f i c i e n c yo f m o b i l ei p a tl a s t ，t h i sp a p e ri m p l e m e n t e dt h es t a n d a r dm o b i l ei p v 4a n dg r o u p - b a s e d h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p t e lc o d e so nn e ts i m u l a t o r2 ，c o m p a r e dt h e i rn e t w o r kd e l a y su n d e r t h es a m en e t w o r kt o p o l o g y t h i sp a p e rg e t st h er e s u l tt h a tg r o u p b a s e dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p i sb e t t e rt h a tt h es t a n d a r dm o b i l ei p v 4i nn e t w o r kd e l a y k e y w o r d s ：m o b i l ei p ；g r o u p ；h a n d o f f c l a s s n o ：t p 3 9 3 0 4 北京交通大学硕士论文目录 图清单 图2 1 移动i p 功能实体与相互关系 图2 2 经过外地代理的注册过程9 图2 3 不经过外地代理的注册过程1 0 图2 4 移动节点在外地网络上接收单播数据分组1 0 图2 5 移动节点通过外地代理发送单播分组11 图2 - 6 移动节点通过反向隧道发送单播分组。1 1 图2 7 通过本地组播路由器接收组播分组。1 2 图2 8 通过反向隧道接收组播分组1 2 图2 - 9 移动i p 的操作过程1 3 图2 1 0 移动节点发生域间移动时信息的发送过程1 8 图2 1 1 移动节点在域内进行切换时信息的发送过程1 9 图2 1 2h a w a i i 路由设置策略2 1 图2 一1 3 蜂窝i p 中的切换。2 3 图2 一“三种“微移动”协议的比较2 4 图3 1 基于集群的分层次移动i p 功能实体及相互关系2 6 图3 2 基于集群的移动i p 当移动节点发生群内移动时的操作过程，2 7 图3 3 基于集群的移动i p 当移动节点发生群问移动时的操作过程2 8 图4 1 从用户的角度看n s 3 8 图4 - 2n s 构件库( 部分) 图4 - 3 分裂对象模型 图4 4 移动节点的结构示意图4 l 图4 - 5n s 的仿真运行过程4 2 图4 - 6 仿真的拓扑结构4 3 图4 7 标准移动i p 的切换时延4 6 图4 - 8 基于集群的分层次移动r p 的切换时延4 7 致谢 值此论文完成之际，谨向所有关心、支持和帮助过我的老师、同学和亲人表 示最诚挚的感谢! 感谢我的导师贾卓生老师。他严谨的治学态度、广博的知识和敏锐的观察、 分析能力使我受益匪浅。在两年半的研究生生活中，他不仅提供了很好的科研条 件，使我能够经历多个项目的锻炼，而且在生活中也给予细心的帮助和无微不至 的关怀。贾卓生老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表 示衷心的感谢。 感谢我的实验室同窗，他们一直给予我无私而热情的帮助。 永远感谢我的父母，他们一直默默地支持着我、鼓励着我，没有他们的精神 支持，我是无法完成学业的。 最后，真诚感谢各位评委老师的批评指正。 北京交通大学硕士论文 绪论 1 1 研究的背景 1 绪论 目前，i n t e m e t 的规模正以惊人的速度不断扩大，同时移动通信也在突飞猛进地向 前发展。越来越多的移动用户都希望能够以一种更加灵活的方式接入到i n t e m e t 中去， 而不受到时空的限制。移动i p 技术正是适应这种需求而产生的一种支持移动用户和 i n t e m e t 连接的互联技术，它能够使移动用户在移动自己位置的同时无须改变自身的i p 地址并且保持正在进行的i n t e m e t 通信，因此成为当前业界研究的热点问题。 采用传统i p 技术的主机在移动到另外一个网段或者子网时候，由于不同的网段对 应于不同的i p 地址，用户不能使用原有i p 地址进行通信，必须修改主机i p 地址为所 在子网的i p 地址，而且由于各种网络设置，用户一般不能继续访问原有网络的资源， 其他用户也无法通过该用户原有的i p 地址访问该用户。所谓移动i p 技术，是移动用户 在跨网络随意移动和漫游中，使用基于t c p i p 协议的网络时，不用修改计算机原来的 i p 地址，同时继续享有原网络中一切权限。简单的说，移动i p 就是实现网络全方位的 移动或者漫游。 1 2 移动i p 的移动性管理 移动性管理的主要功能就是提供移动主机在网络中的无缝连接。移动性管理使得网 络可以随时确定移动主机的位置，在主机漫游到新的区域时仍能够通过无线网络保持不 问断的服务，正确的转发数据包，从而保证用户数据的连续性。 移动性管理是指路径的建立，更新和维护，当移动主机离开家乡网络后通过更新网 络数据库中的相应信息从而将数据包转发到新的访问接入点，实现数据包的路由。 移动性管理分为位置注册和数据包转发两个阶段。在第一个阶段，移动主机及时将 新的访问接入点通知网络，允许网络对其进行认证和更新网络数据库中的位置信息。第 二个阶段当有数据包要发送到移动主机时，网络通过查询位置注册表，找到主机目前的 位置，从而将数据包正确发至目的地。 1 3 移动lp 研究的现状 关于i p 移动性的研究开始于9 0 年代初，在1 9 9 6 年1 0 月，i e t f 连续公布了 r f c 2 0 0 2 、r f c 2 0 0 3 、r f c 2 0 0 4 、r f c 2 0 0 5 和r f c 2 0 0 6 ，奠定了移动i p 发展的基础， 引起了研究移动i p 技术的热潮。针对r f c 文档中的一些问题和有待扩展的地方，研究 北京交通大学硕士论文绪论 者提出了很多改进的思想，主要集中在以下一些方面： 移动i p 技术在i p v 6 中的应用 切换性能的研究 对移动i p 进行扩展的“微移动”协议 1 3 1 移动i p v 6 2 0 0 4 年6 月，i e t f 公布了r f c 3 7 7 5 ，作为移动i p v 6 的建议标准，也结束了移动 i p v 6 的草案状态。在移动i p v 6 中，由于采用i p v 6 巨大的地址空间，使得地址的自动配 置变得非常简单，移动节点通过使用邻居发现可以简单快速地获得转交地址，不再需要 通过外地代理来获取转交地址。另外，路由优化作为移动i p v 6 的基本功能实现，而不 再像移动i p v 4 中是可选的部分。多数分组使用i p v 6 路由头直接发送到移动节点，而不 像移动i p v 4 需要对所有的分组进行封装。 1 3 2 切换性能的研究 移动节点从一个子网移动到另一个子网就产生了切换。移动节点在新的子网上获得 新的转交地址，新的转交地址不周于前一个网络上的转交地址，因此，移动节点需要向 家乡代理重新注册，以及向通信对端重新绑定。移动i p 是关于第三层，即网络层上的 协议，由于消息传输和协议处理都需要时间，加上无线链路的高误码率、无线信号强度 动态变化等多方面的原因，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分 组，引起通信对端与移动节点之间的通信暂时中断。 如何保持通信的连续性，支持各种实时应用。缩短切换引起的通信中断时间，减少 切换对服务质量的影响，是移动i p 研究中重点关注的问题。移动i p 标准定义了移动检 测、转交地址获取和重新绑定等基本过程，在此基础之上，人们为了不同的目的提出了 各种切换技术，保证已有连接的通信服务质量。移动i p 协议属于网络层的协议，为了 具有通用性，设计为与链路层协议保持相对独立，但这对切换带来负面的影响。移动节 点只有在与直接连接的外地代理或接入路由器的链路层切换完成后，通过网络层协议获 得转交地址，才能启动注册或绑定更新过程。为了减少切换对服务质量的影响，提出了 以下几种主要的切换方法。 1 低延迟切换 低延迟切换( l o wl a t e n c yh a n d o f f ) 是在移动i p v 4 基础上提出的，主要目的是使移 动节点在切换过程中通信连接中断的时间达到最小。它定义了预先注册 ( 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 ) 和联合切换三种切换方法。在 预先注册切换方法中，当移动节点在当前外地网络时，在发生切换之前就与新的外地网 北京交通大学硕士论文绪论 络上的外地代理进行通信，在新外地代理上建立它的注册状态，加快切换处理过程。在 过后注册切换方法中，移动节点在新的外地网络上正式注册过程完成之前，新旧外地代 理利用二层触发建立双向隧道，移动节点继续使用前一个外地网络上的转交地址，通过 前一个外地网络的外地代理维持己有通信连接，减小对实时应用的影响。联合切换方法 同时执行预先注册切换和过后注册切换，如果预先注册切换可以在二层切换完成前完 成，联合切换转化为预先注册切换。如果预先注册切换没有完成，旧外地代理像过后注 册切换方法那样，目的地是移动节点的旧转交地址的分组被转发到新的外地代理。 2 快速切换 快速切换( f a s th a n d o v e r ) 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。预先切换是指当移动主机和旧接入路由器还保持着二层连接时，就发起 第三层的切换。基于隧道的切换是当移动主机与新接入路由器的第二层连接己经建立 时，还不启动第三层的切换获得新的转交地址，而是在两个网络的接入路由器之间建立 隧道传输分组，尽量减少实时流的中断时间。 3 平滑切换 平滑切换( s m o o t hh a n d o v e r ) 的目的是在切换过程中，不仅要使切换速度快，还要切 换尽量平滑，这就需要考虑状态信息的转移问题。它使用移动i p v 6 中的“绑定更新” 消息携带转移的状态信息。其切换可以分两种情况，即网络控制移动协助和移动控制网 络协助。在网络控制移动协助情况下，网络能够知道移动节点将要切换到哪个路由器， 旧接入路由器提前与新接入路由器通信，并在其上建立请求状态。在移动控制网络协助 情况下，移动节点的i p 层能够收到切换即将发生的通知，收到通知后可以立刻发送移 动i p v 6 的相关消息。在两种情况下，移动节点需要为状态传输发送必要的消息。 4 层次型移动i p 层次型移动i p ( 删i p ，h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p ) 的目的是：通过采用层次型路由 结构，减少移动节点与家乡代理和通信对端的信令交互量，减少切换引起通信中断的时 间。 1 3 3 “微移动”协议 目前已提出了一些对于标准的移动i p v 4 进行扩展的“微移动”协议，其主要思想 是将家乡代理的功能分布化，实施本地注册。主要包括分层次的移动i p ( h m i p ) ，蜂 窝i p ，h a w a i i 等( 见2 5 节) ，都是把无线接入网划分为一个个的无线域，在无线域内 进行本地化注册。 北京交通大学硕士论文绪论 1 4 论文研究的主要内容 本文着重研究减少移动p 中家乡代理信令负载的机制，对以此为目的的三种“微 移动”协议进行了比较。重点分析了分层次移动1 p v 6 的原理与移动锚点选择和区域组 织技术，在此基础上提出了能有效减少移动节点与家乡代理信令交互的基于集群的分层 次移动i p ，并在仿真平台上实现了标准移动i p v 4 和基于集群的分层次移动i p ，对他们 的性能进行了分析与比较。 1 5 论文的组织结构 全文共分五章。第一章为绪论，介绍了移动i p 的研究背景与当前的研究现状。第 二章介绍了移动i p 的原理，并对分层次的移动i p v 6 协议进行了分析，探讨了移动锚点 选择与区域组织策略，比较和分析了三种“微移动”协议。第三章提出了对分层次移动 i p 的改进办法一基于集群的分层次移动i p 。第四章在仿真平台上具体实现了标准移 动i p 和基于集群的分层次移动i p ，比较和分析了他们的性能。第五章是全文的总结与 展望。 4 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 2 移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 2 1 移动ip 概述 2 1 1 移动i p 的产生 目前有线网络中广泛使用的t c p i p 是在假设终端静止不动的情况下设计的。 i n t e m e t 中普遍采用的传输层协议都采用i p 地址作为端点标识，且都采用了端口这个概 念，它使得t c p u d p 接收实体可以决定从网络收到的数据段中的数据应交由多个高层 应用中的哪一个处理，这样在一个节点上就可以同时打开多个应用，而各个应用的流量 之间互不干扰。节点间的t c p 连接由以下4 个值唯一确定：源i p 地址，目的i p 地址， 源t c p 端口号，目的t c p 端口号。这4 个值在一个t c p 连接的整个过程中是保持不变 的，当目的节点的i p 地址发生变化时，将不得不断开连接。所以移动节点改变i p 地址 时，其与别的节点之间正在进行的通信将中断。因此，解决移动性问题需要解决链路层 和网络层的技术难题。 在链路层，我们已经有了诸如8 0 2 1 1 协议族等解决方案。但是，基于下述原因， 链路层协议并不能提供完全的移动通信解决方案： 1 链路层协议只解决了移动节点在同一种媒质下的连接维持，于是，对于不同的媒质， 可能会需要不同的解决方案； 2 链路层解决方案只能管理有限范围内的无线资源，诸如8 0 2 1 1 协议规定下的通信一 般只能覆盖一栋楼或者一个楼层的某一部分，更大范围的漫游将不仅仅是链路层协议能 够解决的： 3 链路层协议对于网络层是透明的。当移动节点的链路发生改变，网络层并不能察觉。 在i n t e m e t 上，每个主机分配有一个唯一的i p 地址或动态的m 地址。由于i n t e m 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 数据分组不仅标示一台主机，也表明了这台主机的物理网络地址。 当主机移动到不同的链路时，由于网络层不能察觉链路的变化，于是未能及时变更的 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 分组不能被正确的转发给 目的节点，移动主机因而不能正常的接入i n t e m e t 获得网络服务。 历史上，网络层协议的更改曾经提出如下的两种解决方案： 1 根据特定的主机地址进行路由选择( h o s t s p e c i f i cr o u t i n g ) 。这种方法通过改变路由 器的路由表使之增加特定主机的路由表项来保证该主机的网络通信。但是，该方法对于 较少的节点移动可以应付，当网络上有较多节点移动，将导致路由器有限资源的大量浪 费，对每个数据分组进行选路的时候，路由器都要搜索大量的主机地址入口，导致通信 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 速度下降，而且，系统的可扩展性差，不能满足大规模网络互连的要求； 2 在移动节点每次变换位置时，改变其i p 地址。这种方法对上层协议不能提供移动的 透明性，不能保证通信的连续性，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。 以上方案对于解决主机在不同网络间自由移动的问题都存在明显的不足，为此， i e t f ( i r t t e m e te n g m e e f i n gt a s kf o r c e ) 下属的移动i p 工作组( i pr o u t i n gf o r w i r e l e s s m o b i l eh o s t s ) 在1 9 9 2 年制定了移动i p 的最初标准，主要包括以下主要r f c ( r e q u e s tf o rc o m m e n t s ) 文档： r f c2 0 0 2 ：定义移动i p 协议的基本内容； r f c2 0 0 3 ，2 0 0 4 和1 7 0 1 ：定义了移动i p 种用到的三种隧道技术； r f c2 0 0 5 ：定义了移动i p 的应用； r f c2 0 0 6 ：定义了移动i p 的管理信息库m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb f l s e ) 。 2 。1 2 移动i p 的作用 移动i p 作为一种网络层的协议，实现了网络全方位的漫游，具有可扩展性，可靠 性和安全性。移动i p 保证移动节点使用基于t c p i p 协议的网络时，不用改变i p 地址， 跨网络随意移动和漫游，当移动节点切换到新的链路之后，原来在旧链路上进行的通信 可以继续，不受影响。 2 1 3 移动l p 与传统i p 的主要区别 使用传统i p 技术的主机用固定的i p 地址和t c p 端口号进行相互通信，在通信期 间它们的i p 地址和t c p 端口号必须保持不变，否则i p 主机之间的通信将无法继续。 而移动i p 蜂窝移动电话呼叫相似，它将使用漫游、位置登记、隧道等技术，从而 使移动节点可以使用固定不变的i p 地址，一次登录即可实现在任意位置上保持与对端 节点的单一链路层连接，使通信持续进行。 2 1 4 移动i p 的应用范围 移动i p 是一个针对节点移动性的网络层协议。它可以保证i p 数据分组正确发送到 可能不断改变其位置的移动节点上，通过在合适的节点上建立路由表项，实现转发数据 分组到处在外地链路上的移动节点。 移动i p 保证移动节点从一个网段到另一个网段，甚至从一种介质到另一种介质的 移动过程中，保持通信的连续性。换言之，它不受传输介质的限制，同时，也对上层通 6 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 信协议保持透明。 2 2 移动i p 的基本概念和功能实体 2 2 1 移动l p 的基本概念 1 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ：永久分配给移动节点的地址，当移动节点切换链路时家 乡地址并不改变。通常，这是拥有家乡链路网络前缀的i p 地址，而一般而言，当移动 节点在家乡链路的时候，家乡代理作为其默认路由器工作，但这不是必须的，家乡代理 可以是任意一个处在家乡链路上的路由器。移动节点总是用其家乡地址与其他节点通 信，也就是说，移动节点的家乡地址总是其发出的所有i p 分组所标记的i p 源地址，同 时，会成为当用户解析移动节点域名时d n s ( d o m m n n a m es e r v e r ) 返回的i p 地址； 2 家乡链路( h o m el i n k ) 具有和移动节点相同i p 地址网络前缀的子网链路。 3 转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) ：当移动节点离开家乡链路后，被赋予的反映其当前链 路接入点的临时地址，每当移动节点到达一个新的外地链路，其被赋予的转交地址都会 发生变化，注意：一个转交地址从来不会出现在i p 分组包的i p 源地址域，也不会成为 当用户解析移动节点域名时d n s 返回的i p 地址； 4 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：任何非家乡链路的子网链路。 5 移动绑定( m o b i l i t yb i n d i n g ) ：是指由家乡代理维护的移动节点的家乡地址和转交地 址的关联，同时还包括关联的剩余生存期等其他信息。 2 2 2 移动l p 的功能实体 移动i p 定义了四种功能实体( f u n c t i o n a le n t i t y ) ：如图2 1 1 移动节点( m o b i l e n o d e ) ：一个具有永久不变i p 地址，并且在从一个网络切换到另一 个网络的过程中保持通信不被中断的节点。 2 通信对端( c o r r e s p o n d e n th o s t ) ：与移动节点通讯的对等节点，它可以是固定的，也 可以是移动的。 3 家乡代理( h o m ea g e n t ) ：移动节点初始所属的路由器。当移动节点切换位置时，家 乡代理可以登记其最新的位置信息；所有送往移动节点的数据包被家乡代理转发到移动 节点。 4 外地代理( f o r e i 弘a g e n t ) ：位于外地链路的路由器。外地代理将移动节点目前的转交 地址通知它的家乡代理，并作为移动节点目前的路由器转发数据包。 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 在家乡的 移动节意 辨蟓代理 图2 1 移动i p 功能实体与相互关系 2 3 移动i p 的工作过程 2 3 1 代理发现 1 移动i p 为代理发现机制定义了代理通告和代理请求两个新的消息，它们是对i c m p 路由发现机制的扩展。家乡代理和外地代理为了通告他们与相应链路的连接关系，周期 性的在本地链路广播或者组播代理通告消息，它包含了路由器的性质，网络地址前缀和 通告的有效生命期等信息。 2 移动节点接收这些代理通告，并且根据路由公告中包含的网络前缀信息判断其是在 家乡链路还是在外地链路：如果在家乡链路上，移动节点就像固定节点一样工作，不需 要执行移动i p 的功能模块，而如果在外地连路上，则以下步骤将发生。 3 当移动节点发现它处在一个外地链路，则需要得到一个转交地址。移动节点可以从 外地代理通告消息中获得外地代理转交地址，或者通过动态配置d h c p 或者手工配置 的方法获得配置转交地址； 2 3 2 注册 移动节点到达新的网络后，通过注册过程把自己新的可达性信息通知家乡代理。注 册过程涉及到移动节点，外地代理和家乡代理。通过交换注册消息，在家乡代理上创建 或者修改“移动绑定”，使家乡代理在规定的生存期内保持移动节点家乡地址和转交地 址的关联。 1 注册的目的 通过注册过程可以达到以下目的： 使移动节点获得外地代理的转发服务。 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 使家乡代理知道移动节点当前的转交地址。 家乡代理更新即将过期的移动节点的注册或者注销回到家乡的移动节点。 2 两种注册过程 移动i p 为移动节点到家乡代理的注册定义了两种不同的注册过程，一种过程使通 过外地代理转发移动节点的注册请求，另一种过程是移动节点直接到家乡代理上进行注 册，具体过程分别见图2 2 和图2 3 。 这两种注册过程都包含了注册请求和注册应答消息的交换。 通过外地代理注册时，注册过程需要下面4 个消息： ( 1 ) 移动节点发送注册请求到外地代理，开始注册过程。 ( 2 ) 外地代理处理注册请求，然后把它转发到家乡代理。 ( 3 ) 家乡代理发送注册应答到外地代理，同意或者拒绝这个请求。 ( 4 ) 外地代理处理注册应答，把处理的结果告知移动节点。 1 注册请求 3 注甜应铵 图2 - 2 经过外地代理的注册过程 如果移动节点直接到自己的家乡代理进行注册，那么注册过程只需要下面两个消 息： ( 1 ) 移动节点发送注册请求给家乡代理。 ( 2 ) 家乡代理给移动节点发送一个注册应答，同意或者拒绝这个请求。 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和徽移动l p 协议之间的比较 翻2 3 不经过外地代理静注勰过程 其俸在释军孛情瑟下采溺街 孛注瓣，由茹下蕊蠲决定： 如果移动节点使用外地代理转交地址，那么它必须通过外地代理进行注册。 如果移动节嫁使照配置的转交地址，并且从它当裁正搜用转交地址的链路上收到了 外缝代理的f 遥通告，那么移动麓点就应该那个井逢代璎避行注鼹。否鄹，当移凌 带点转交使用配置的转交地址时，宦必须直接注册到它的家乡代理。 麴果移动节点已经回到丁家乡网络并且正在家乡链路上送行注嚣，则必须直接 室魈 到家乡代瑷。 2 。3 3 移动i p 的路由 t 荦播数据分缀的路由 如图2 - 4 所示，在移动i p 中，通信对端节点发出的数据分组被路由到移动节点的 家乡羯终，家乡代理将逮黧分缓截获薨涟孬势装，然嚣使霭骥道发送笺岁 囊羹露络上熬移 动节点。如果移动节点使用的是外地代理转交地触，贝分缀的解封装由外地代理进行； 如巢移动节点使用配置转交地址，则移动节点对封装的数据进行解封装。 蒙多代理 匿2 4 移动节点夜努选露络上绶霞擎捶数攒势经 j e 家交通大学硕士论文移动i p 的介绍和徽移动i p 侨议之闻的比较 懿圈2 。5 秘2 - 6 爨示。移凌节点发爨黪分组虿数蠢接通过乡 逡残理爨爨劐透售对泼； 另外一种情况鼹移动节点发出的分组被外地代理对装，通过反向隧道发送到移动节点的 家乡代理，由家乡代理解封装后路由到通信对端。 家参代理 圈2 5 移动节纛遗过岁 绝健鬓发送荤撬分缀 家乡谯壤 躅2 - 6 移动节点邋过反向隧道发送单播分组 2 广播数据分组的路由 家乡代理并不把收到的广播数据分组转发给移动绑定列袭中的每个移动节点，丽只 是发送给显式请求了广疆数据分缝豹繁点。广撩数据分缝蘸转发峦家乡代瑾使用l p 翁 装的方式实现。 3 。缀播数据分缀的路由 对于移动节点接收组播数据分组的情况，一种方法是移动节点直接通过外地网络上 豹缀播路由器加入组揆组；另一种方法是和家乡代理之间的双忍隧道加入组播组，移动 节淼将i g m p 消息分鲤经蔽淘隧道发送爨家乡代蘧，家乡莰蘧将缰疆数搽分组经隧遂发 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 送到移动节点。这两种情况分别如图2 7 和图2 - 8 所示。 外地托理 图2 7 通过本地组播路由器接收组播分组 家乡戴理 图2 8 通过反向隧道接收组播分组 如果移动节点是组播源，移动节点发出的组播数据分组也有两种路由的途径，可以 直接通过外地网络的组播路由器发送或者通过隧道发送到家乡代理，然后由家乡代理转 发。 2 3 4 移动i p 的操作过程 如图2 - 9 所示，以移动节点在外地网络上和对端节点通信为例，说明移动i p 的操 作过程。 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 l 图2 9 移动i p 的操作过程 翅髂对蠕 ( 1 ) 移动代理通过代理通告消息告诉移动节点移动代理的存在，移动节点也可以通过 向当前访问网络发送代理请求获得代理通告消息。移动节点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。如果移动节点发现自己在家乡 网络，则其操作和固定主机一样。如果它发现自己处在外地网络上，则启动移动 i p 模块。 ( 2 ) 移动节点获得外地网络上的一个转交地址，这个转交地址或者来自外地代理的通 告，或者由d h c p 等外部分配机制确定，前者称为外地代理转交地址，后者称为 配置转交地址。 ( 3 ) 移动节点随后与家乡代理交换注册请求和注册应答消息，注册它的转交地址。 ( 4 ) 家乡代理截获发往移动节点家乡地址的数据分组。 ( 5 ) 家乡代理通过隧道把截获的数据分组发送到移动节点的转交地址。 ( 6 ) 隧道的出口将收到的报文进行拆封后，交给移动节点。 ( 7 ) 移动节点发出的报文通过标准的i p 路由机制被路由到通信对端，不需要经过家乡 代理。 2 4 移动ip 的关键技术 2 4 1 隧道技术 隧道在数据包的路由过程中扮演了一个非常重要的角色。家乡代理采用隧道技术将 北京交通大学硕士论文移动i p 的介绍和微移动i p 协议之间的比较 发给移动主机的数据包封装后转发给转交地址，转交地址解封后再将恢复出来的原始数 据包发送到移动主机。 隧道是一个数据包封装在另一个数据包的净荷中传送时所经过的路径。在一个隧道 中涉及到两个实体：封装节点和解封节点，通常将封装节点称为隧道的入口，解封节点 称为隧道的出口。在移动i p 中隧道的入口是移动主机的家乡代理，出口是移动主机的 转交地址。 i p 分片是详细了解隧道技术的基础，它影响了隧道入口处封装方法的使用。许多 数据链路层以及在它们底层运行的硬件对能传送的最大帧长有限制，这种限制规定了在 一帧中能传送的i p 包的最大长度。如果i p 包比传送它的数据链路层的m t u ( m a x i m u m t r a n s f e r u n i o 要大，那么在传送前就要先进行i p 分片，将一个大i p 包分成几个小片，目 的是为了使i p 包能通过最大传输单元m t u 小于包的总长度的链路。 1 i p 封装 i p 封装是一种最简单的隧道技术，也是提供移动i p 功能的主机必须实现的一种封 装机制。i p 封装就是将一个i p 数据包作为另一个i p 数据包的净荷，从而形成具有两个 i p 报头的新的数据包。在i p 封装机制下，作为净荷的原始i p 数据包不需要作任何的改 动，只要对新的i p 报头按照现有的i p 协议作适当的设置就行了。大部分的设置可以从 原始数据包中拷贝得到，比如版本、服务类型等。源地址和目的地址分别设置为隧道的 入口和出口，即移动主机的家乡代理的地址和移动主机的转交地址。i n t e m e t 的报头长 度、总长度以及校验和都要根据新的口包来重新进行计算。标识域和片偏移域要根据 是否对原始数据包进行了分片而设置。此外，还要设置一个合适的生存时间，以保证数 据包可以达到隧道的出口。 i p 封装中要特别注意的问题是防止递归封装。递归封装是指由于路由的循环使得 数据包在离开隧道前又重新进入了这一个隧道，即数据包在同一个隧道中兜圈子。这样， 每次封装都会加封一个报头，每个报头又有自己的生存时间，从而使数据包不断增大， 并且不停地在网络中循环，永远都出不了隧道，在网络内部造成虚假流量。因此，必须 采用有效的机制来防止递归封装。有两种方法可以判断数据包是否已经封装过。第一种 方法是判断要封装的数据包的源i p 地址是否和隧道的入口地址相同，若相同则认为有 递归封装存在，注意到这种方法只适用于那些从其它节点通过隧道的一个外部网络接口 送进来的数据包；第二种方法是如果要封装的数据包的源i p 地址与隧道入口处路由表 指示的隧道出口地址相同，那么就认为出现了递归封装，丢弃该数据包。这种情况就像 一台路由器遇到一个数据包，要将数据包送到源地址去，这是非常不可思议的。 2 最小封装 最小封装是对i p 封装的改进，目的是减少实现隧道所需的额外字节数。其设计思 想是对i p 封装进行压缩，即压缩掉原始i p 报头和新的报头共有的冗余部分来提高封装 4 北京交通大学硕士论文移动l p 的介绍和微移动i p 协议之间的沈较 豹效率。实现方法是在缀始p 援头黪净菇之愆援入最小转发缀头，莠对缀鲶数掇惫豹 报头作适当的改动，最小转发报头的作用是存储原始路由信息，原始i p 报头设为在隧 道中传输的路由信息。 霹簸始搿援头戆改动强下：捺汉类型为5 5 ，表示薮懿净楚是经过觳，j 、舅装魏数撂 包。源地址和鹾的地址分别设为隧道的入口和出口。i n t e m e t 报头长、总长度以及校验 和由新的数搬包计算得到。最小转发报头中，协议类型存储原始数据包的协议类趔，原 戆嚣戆逸缝域踅按酞骧熬羧攥包戆嚣懿建蛙孛拷哭，愿始漾筑篷稷摇存凌与吞没鬟。掇 头校验和在蕻它域的值都确定后，稃从最小转发报头中计簌得到。最小封装采用了与 i p 封装相同的防止递归封装的处理方法。 3 逶霹鼹交瓣装 通用路由封装g r e ( g e n e r i cr o u t i n ge n c a p s u l a t i o n ) 不仅支持i p 协议，还支持 其它网络层协议，它允许采用一种协议的数据包封装在采用另一种协议的数据包的净荷 中。在送行多协议嚣装瓣褥癌瑟数掇包稼为冷蕊键，癸爱数罐包称为铸送篷。 g r e 提供了一种特定的机制来对付递归封裟。g r e 报头中