（计算机应用技术专业论文）移动ipv6的移动管理——快速切换性能的研究.pdf

摘要 摘要 为了满足无线通信用户的需求，提高服务质量，幽内外许多研究工作者都在致力于 研究如何降低切换延迟来保证通信质量。 本文参阅了大量幽内外关于切换延迟方面的参考文献，介绍了儿种典型的快速切换 方法，分析了这些方法在切换延迟处理方面各自的缺点和优点。在现有方案的基础上， 本文提出了两种快速切换方法。一种是基于流的分层移动i p v 6 下的快速切换方法，它 将基于流的思想与分层结构的思想有效地结合起来。该方法利用流状态信息判断绑定更 新消息经过的节点是否为交叉路由器，如果是，则在交叉路由器与移动节点的新位置间 建立一个临时隧道，从通信节点发往移动节点的数据流将会被重定向剑移动节点的新位 置，而无须等待注册过程完成，这样就降低了下行数据流的切换延迟。与此同时，它利 用移动锚点将移动节点的移动分为宏移动和微移动，由于移动过程通常都是在一个域内 进行，仅需向移动锚点注册，这样就大大缩短了注册丌销，从而降低了上行流的切换延 迟。另一种是支持路由优化的移动i p v 6 网络中基于流的快速切换方法，这种方法利用 流信息削断是否到达一个交叉路由器，如果是，则拦截发往家乡代理的绑定更新消息， 并修改其绑定缓存，同时回送一个绑定认可消息给移动节点，这样移动节点和通信节点 问的数据分组将通过交叉路由器与移动节点| 白j 的优化路由氲接发送到对方，从而同时减 少了下行数据流和上行数据流的切换时间。 接着利用n s 2 仿真器，建立网络拓扑结构，对这两种方案进行仿真实验。实验结果 表明，这两种新的基于流的方法比标准切换、分层切换等具有更少的切换延迟时间。 关键词：移动i p v 6 ：分层移动i p v 6 ；快速切换：分层移动i p v 6 快速切换；交叉路由器； 移动锚点；绑定更新；基于流 a b s t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n t so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nu s e r sa n di m p r o v et h e q u a l i t yo fs e r v i c e ，m a n yd o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h e r sa r ed e v o t i n gi ns t u d y i n gh o wt o r e d u c et h eh a n d o v e rd e l a yt oe n s u r et h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t y i n t h i sp a p e r , s e v e r a lt y p i c a lf a s th a n d o v e rm e t h o d sa r ei n t r o d u c e db a s e do np l e n t yo f d o m e s t i ca n df o r e i g nr e f e r e n c e sa b o u th a n d o v e rl a t e n c y i ta l s oa n a l y z e dt h es h o r t c o m i n g s a n dt h em e r i t sa b o u tt h eh a n d o v e rl a t e n c yo ft h e s em e t h o d sr e s p e c t i v e l y b a s e do nt h e s e a n a l y s i so ft h ee x s i t i n gf a s th a n d o v e rm e t h o d t w of l o w b a s e df a s th a n d o v e rm e t h o d sa r e p r o p o s e d i nf l o w b a s e df a s th a n d o v e rm e t h o df o rh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 i te 衔c i e n t l y c o m b i n e st h eb e n e f i t so ff l o w b a s e di d e aa n dh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e i nt h i ss c h e m e i tu t i l i z e d t h ef l o ws t a t ei n f o r m a t i o nt oj u d g ew h e t h e rt h en o d e ，w h i c ht h eb um e s s a g ei sp a s s i n gb y , i s ac r o s s o v e rr o u t e r i fi ti st h ec r o s s - o v e rr o u t e r ，at e m p o r a r yt u n n e l i se s t a b l i s h e db e t w e e nt h e c r o s s o v e rr o u t e ra n dt h en e wl o c a t i o no fm o b i l en o d e t h e nt h et r a f f i cf l o ws e n tb y c o r r e s p o n d i n gn o d ei sr e d i r e c t e dt ot h en e wl o c a t i o no fm o b i l en o d ea n dh a sn on e e dt ow a i t u n t i lt h er e g i s t r a t i o ni sf i n i s h e d t h u sr e d u c e st h eh a n d o v e rd e l a yo fd o w n s t r e a m a tt h es a m e t i m e i tu t i l i z e dm a pt os e p a r a t et h em o v e m e n to fm o b i l en o d ei n t om a c r o m o b i l i t ya n d m i c r o m o b i l i t y b e c a u s et h em o v e m e n ti sw i t h i nt h es a m ed o m a i n t h em o b i l en o d eo n l y n e e d st or e g i s t e rt om a p , t h u ss h o r t e n st h er e g i s t r a t i o nc o s ta n dr e d u c e st h eh a n d o v e rl a t e n c y o fu p s t r e a m i nf l o w - b a s e df a s th a n d o v e rm e t h o df o rm o b i l ei p v 6n e t w o r kw i t hr o u t e o p t i m i z a t i o n ，i tu t i l i z e st h ef l o ws t a t ei n f o r m a t i o nt oi u d g ew h e t h e ri ti sac r o s s o v e rr o u t e r i f i ti s ，t h ec r o s s o v e rr o u t e ri n t e r c e p t st h eb i n d i n gu p d a t em e s s a g e ，m o d i f i e si t sb i n d i n gc a c h e ， t h e ns e n d sab i n d i n ga c k n o w l e d g em e s s a g et om o b i l en o d e t h u st h ep a c k e t sb e t w e e n c o r r e s p o n d i n gn o d ea n dm o b i l en o d ec a nb ed e l i v e r e dd i r e c t l yt ot h eo t h e re n dt h r o u g hr o u t e o p t i m i z a t i o n a n dt h ed e l a yt i m eo ft h ed o w n s t r e a ma n du p s t r e a mt r a 硒cc a i lb o t hb e m i n i m i z e d t h e nu s i n gt h en s 2s i m u l a t o r , t h et o p o l o g ys t r u c t u r eo fn e t w o r ki se s t a b l i s h e da n dt h e t w om e t h o d si ss i m u l a t e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wt h a tt h en e wp r o p o s e df l o w b a s e d m e t h o d sh a v et h em i n i m i z e dh a n d o v e rd e l a yt i m et h a nt h a to fs t a n d a r dh a n d o v e r , h i e r a r c h i c a l h a n d o v e r , r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 ；h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ；f a s th a n d o v e r ；f a s th a n d o v e ri n h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ；c r o s s o v e rr o u t e r ；m a p ；b i n d i n gu p d a t e ；f l o w - b a s e d i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是苯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的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它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谢意 签名： 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件扣磁盘，允 许论文被查阅和借阅，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名： 导师签名： 盈盛二! 型 日 期：缸弘仁一 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 2 0 世纪9 0 年代，互联网的成功发展给人们的生活带来了巨人的变化，互联网的影响已经渗透 剑社会生活的各个方而。与此同时，互联网的发展也成为国家信息化和现代化建没的重要部分，并 产生了。重人的经济效益和社会效益。但随着互联网的1 5 l 速发展，基丁3 2 位i p v 4 的：联网在实际应 h j 中越来越暴露山其不足之处，主要包括地址空间不足，路山选择效率不高，缺乏服务质龄保证， 安全性著，对移动性支持不好，很难开展端到端的业务，这些问题已经成为制约互联网发展的重要 障碍。为了有效地解决上述问题，1 9 9 3 年i e t f 成立了i p n g a r e a 专i 、j 米研究下一代互联网协议i p v 6 ， _ 并制定了一系列相关标准米规范卜一代且联网协议的技术标准。除了拥有强人的地址空问外，i p v 6 的性能优势还体现在提高网络的整体吞吐量、改善服务质鼙、更好的安全性、更好地支持移动性、 可扩展性强等方面。目前积极开展i p v 6 相关研究和标准制定的国际组织除了i e t f ( t h ei 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 ) ，还包括i c a n n ( i n t e m e tc o r p o r a t i o nf o ra s s i g n e dn a m e sa n dn u m b e r s ) 、i p v 6 论坛( i p v 6f o r u m ) 、w i d e ( w i d e l yi n t e g r a t e dd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t ) 、3 g p p ( t h e3 r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 以及i t u - t 等【2 】，这些组织在i p v 6 的地址分配、促进基ti p v 6 的新应川和全球 解决方案、促进i p v 6 标准在不同实现问的互操作性等方面起到积极的推动作用，使得i p v 6 协议逐 渐走向成熟并广泛川丁商业应州。随着3 g 全i p 解决方案的提出，i p v 6 已成为互联网和移动通信网 的公朋基本协议。冈此，尽管i p v 6 标准起源于互联网行业，但移动通信行业可能是i p v 6 最早和最 人的受益者之一，甚至移动通信的i p v 6 能否顺利发展决定着i p v 6 的朱米，也推动着i p v 6 相关标准 的发展。另一方面，随着移动通信技术的迅猛发展，手机、笔记本电脑、掌上电脑等便携式移动通 信设备被j 泛应川，人们希望能随时随地甚至在移动中接入互联网而不影响通信质鼙，为此，i e t f 工作组提出了移动i p v 6 协议1 3 1 ，使得h j 户能以同定的地址不受限制地跨网段漫游。移动i p v 6 作 为i p v 6 的一个组成部分，捉供了对。1 了点移动和网络移动的支持，移动接入的j “泛应川前景为移动i p v 6 提供了广阔的市场，但对于移动i p v 6 的研究，目前还处在协议的标准化制定阶段。 1 1 1 选题意义 现在多种网络技术正在融合，这对下一代互联网协议i p v 6 提出了更多的要求，人量使用移动设 备的用户希望在移动过程中保持i n t e r n e t 接入和持续通信，获得如固定接入一样的服务质量。另一方 面，当移动节点从一个子网移剑另一个子网时，由于链路转换延迟以及i p 协议操作，有一段时间 m n 不能接收或发送数据包，由于移动侦测，新转交地址配置以及绑定更新引起的切换延迟，往往 不能为诸如口语音这样的实时业务流所接受。冈此，移动性管理是i p v 6 的关键技术，而其中最关 键的是提高切换过程的性能，切换性能的研究已经成为国内外许多专家学者的研究热点。 提高切换性能，要解决的主要问题是怎样使正在进行的网络通信服务在移动节点移动过程中不 被中断，使服务能在不同的基站之间平滑地过渡。同时，由于无线网络的带宽非常有限，为了满足 当前网络的带宽需求，基站的服务半径变得越来越小，这就意味着移动节点在移动过程中发生切换 的频率将越米越高。因此，进行合理、有效的切换成为减轻网络负担的一个重要途径，设计一种合 理的切换方案来降低切换延迟、减少抖动、提高服务质量和可靠性、降低呼叫阻塞率已经成为无线 网络研究的一个热点1 4 1 。 切换评价的标准很多，主要有切换延迟、呼叫阻塞率、网络资源利用率、服务中断时间、丢包 率、抖动率等方面。针对这些标准，可以开展很多有意义的研究课题。 江南人学硕i j 学位论文 1 1 2 研究内容 目前，对切换过程中引入的切换延迟分析一直是该领域研究的热点问题。在切换过程中引入的 延迟主要是由移动侦测、地址配置、注册过程引起的延迟。如果延迟时i 日j 过6 = ：，将导致当前服务中 断，甚至影响服务质鼙。近年来，人们对切换性能的研究主要分为以卜儿个方面： 1 设计切换协议，通过改进切换算法减少切换延迟，提高切换性能【孓5 _ o 瑚】。 i e t f 1 ：作组首先提i j j 了移动i p v 6 协议【3 j 米解决移动性问题，但该切换协议切换过程开销较人， 影响服务质量，在此基础上，r k o o d l i 提出了一种借助l 2 触发的快速移动i p v 6 切换方案【5 】，这种 方案能减少由丁移动侦测、地址配置引起的延迟。h s o l i m a n ，c c a s t e l l u c c i a 筲人提出了分层结 构的思想1 西7 1 ，引入新的实体m a p 米区分宏移动和微移动，减少了注册开销，从而降低_ r 切换延迟。 而快速分层移动i p v 6 协议【8 j 则将分层结构的思想和快速移动i p v 6 结合起来，不仅减少了移动侦测、 地址配置、地址重复检测引起的延迟时间，而且也减少了注册时间，从而人人降低厂切换延迟。许 多科研i ：作者在这儿种切换方案的基础上做了火鼍的jj ：作米改善整体系统性能，这些标准在很人程 度上对切换这一热点课题的研究做出了很人的贡献。 2 设计网络系统架构，引入“层”的概念，区分宏移动和微移动，减少注册延迟【6 7 一_ o 川h 1 2 1 3 1 4 1 5 】。 在标准协议分层移动i p v 6 1 每7 】中，人们提出了一种分层结构的思想，引入一个新的概念实体移 动锚点m a p ，把移动节点的移动分为宏移动和微移动，当移动二肖点在同一m a p 域内移动时仅需向 本地m a p 注册。在分层移动i p v 6 中，m a p 所在位置将直接影响剑注册时间，冈此，人们根据移动 节点的移动速度，接入路由器的通信半径等参数改进m a p 选择算法，动态地选择恰当的m a p 吼l o 协1 3 ，1 引，以达剑优化注册过程的目的。 3 增加缓存机制，减少丢包率【l b1 7 “引。 在移动。1 ，点的切换过程中，有一段时问移动：霄点不能接收或发送数据包，这样由通信：1 了点发送 的数据包将不能被移动节点所接收剑，这样就产生了丢包现象。为了解决切换过程中的丢包问题， k o m a e ，t i k e d a ，m i n o u e 等人提出了一种缓存方案【l6 】，借助l 2 触发器预知即将发生切 换，移动节点缓存t c p 认可消息，等切换完成后，移动节点就把t c p 认可消息发送给通信：符点，这 样就避免了通信过程中的分组丢包。在参考文献 1 7 】中，w 薛m i n y a o 等人提出了一种动态增长的缓 存机制，将切换过程中先前接入路由器接收剑的由通信节点发出的分组缓存在移动肖点的新接入路 由器。l h u a s h e n g ，j y u e h u i ，c s h i d u a n 采用一种分组对探测技术来控制缓存数据分组的转发 【l 8 1 。 4 设计通信协议，通过优化切换过程各阶段的信息交换方式和信息内容，减少各阶段的切换时间【1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 1 o 移动节点在切换过程中切换延迟与移动侦测、地址配置、地蚰重复检测等过程密切相关，所以 很多专家学者研究出很多切换方案来减少切换过程的某一或某几个阶段，如快速路由器发现【1 9 】、优 化移动侦测2 0 1 和重复地址检测过程2 1 t2 2 1 、预先交叉路由器发现1 2 3 等。 5 设计功能实体，通过修改。1 了点功能优化切换性能 2 4 2 5 2 6 2 7 2 引。 为了减少切换时间，m s u l a n d e r 等人提出几种基于流的快速切换方案2 5 2 6 - 2 7 1 ，修改了移动 节点、分组消息以及路由器的一些功能，利用分组中的流标签来判断是否到达一个交义路由器，如 果是，则在交义路由器和移动节点的新转交地址间建立一个临时隧道，将分组重定向到这一隧道， 从而减少了切换时间。而在参考文献【2 8 】中，每个接入路由器维持一个转交地址表，并为即将移到它 的域内的移动节点配置一个新的转交地址。与此同时，一旦先前接入路由器获知移动：| 卜点的新转交 地址时，就向家乡代理和通信节点发送绑定更新消息。这样就减少了切换延迟，并且减少了丢包率。 2 第一章绪论 利用l 2 触发，引入层的概念，提前获得新转交地址，提前进行切换初始化操作，改进m a p 算 法等方法，可以不同程度地减少切换过科中的信令丌销，分组开销，减少切换延迟和丢包率，但对 于对切换延迟高度敏感的实时业务流如i p 电话、视频会议等，这些改进是远远不能满足其需要的。 冈此如何实现无缝接入，使其能被实时业务流所接受，将成为移动i p v 6 中提高切换性能的一个重要 指标，也是研究的一个重点内容。 1 2 主要工作 为了提高移动过氍中移动1 d 、的服务质量，降低切换过程中的分组丢包率，提高系统吞吐颦， 降低切换延迟，使得切换过群对j i j 户真l l ：透明，即切换过科不会影响剑g j 户通信，在十多年间，有 很多科研上作者做_ r 人量的一i ：作，提出了一些切实町行的切换方案。本文研究的目标是在前人研究 的基础上，提出一种行之有效的切换方案，以降低切换延迟，提高服务质量，改善系统性能。 本文首先人量的参阅了先前科研i ：作者的i ：作，对移动i p v 6 的关键技术进行了研究，在此基础 上，分析了移动i p v 6 的切换过程，对前人提出的各种方案的技术特点进行了详细分析，并对儿种比 较典型的切换方案如标准切换、快速切换、分层切换、快速分层切换等进行比较，系统分析了这儿 种切换方案的信令开销、分组发送开销、传输延迟筲性能指标。接着本文在借鉴分层移动i p v 6 切换 方法的基础上，提出了一种新的基丁流的快速切换方法。这种新方案同时考虑了上行数据流和卜行 数据的切换延迟，将分层的思想和基于流的方法结合起米，利用交义路由器这一特殊的节点，将卜 行数据流直接转发剑移动。1 y 点的新转交地址，与此同时，由丁注册开销减少，上行数据流的切换延 迟也得剑了很人的改进。紧接着，本文利j j 一种分析模删，详细分析了这一新方案在移动1 y 点数、 环形网的大小等发生变化时其信令开销、分组发送开销等性能的变化并分析了产生这些变化的原冈。 本文同时提出了一种支持优化的移动i p v 6 网络中基于流的快速切换方法，它利用流状态信息判断是 否到达交义路由器，如果是，则拦截发往家乡代理的绑定消息，修改其绑定缓存，同时l i = i i 送一个包 含交义路由器地址的绑定认可消息给移动1 j 点，这样就在交义路由器与移动节点间建立了一条优化 路由，这样移动节点与通信1 ，点问的通信就可以在这条优化路由隧道上完成。最后，在仿真实验环 境中对这两种新方案的切换性能做了仿真分析，仿真结果表明，这两种新方案有着比分层移动i p v 6 ， 移动i p v 6 等有着更好的综合性能。 1 3 - 仑文组织 本文主要是对该课题研究t 作的总结，接卜来是这样安排的： 第二章介绍了移动i p v 6 的关键技术 第三章分析了移动i p v 6 的切换过程，并介绍t ) l 种相对比较典型的切换机制，比较了其切换性能优 劣。 第四章分析了几种典型切换机制的缺陷，在此基础上，提出了一种新的基于流的分层移动i p v 6 下快 速切换方法。接着利用一种分析模型，对其主要性能做了理论性的分析，并设置了一些参数来对比 其性能优劣。 第五章提出一种路由优化的移动i p v 6 中快速切换方法，并对其主要性能做了理论性的分析，对比性 能优劣。 第六章在仿真实验环境中对新旧方案在切换延迟、丢包率等方面做了比较，同时考虑了下行数据流 和上行数据流的情况。 最后一章总结全文，并对下一步上作进行了展望。 3 江南人学硕i ? 学位论义 2 1 移动i p v 4 第二章移动i p v 6 概述 在i p v 4 中，每个i ，点都通过唯一的1 ，点连接互联网。当移动土机改变它与i n t e m e t 的接入点时， 需要通过改变i p 地址才能保持网络的连通性。这样会造成已有的网络通信的中断，闪此，i e t f r 作组提出了移动i p v 4 协议【2 9 3 0 川1 ( m o b i l ei p ，m i p ) ，解决i p v 4 协议的移动性问题。 在移动i p v 4 中，基本操作过祥如卜( 如图2 1 ) ： 1 外地代理( f a ) 和家乡代理( h a ) 通过代理公告消息向移动1 了点( m n ) 通告其存在，移 动：1 7 点收剑代理公告消息后，判断是否何于外地网络。如果在家乡网络上，则它的操作和州定：1 了点 一样。如果移动：1 了点检测到它移动到一个外地网络，则从外地网络上获取一个转交地址( c a r e o f a d d r e s s ，c o a ) 。 2 移动：1 ，点向家乡代理发送注册消息，告知其家乡代理它的当前位置。 3 收剑移动1 ，点发来的注册消息后，家乡代理创建或修改其绑定缓存，并在规定的绑定生存期 内维持移动。1 ，点的家乡地址与转交地址的关联，同时向移动。1 了点发送绑定确认消息。 4 由通信节点( c n ) 发往 移动：1 ，点的家乡地址的数据包 被移动1 ，点的家乡代理截获，并 由它通过隧道将截获的数据分 组发送剑移动。1 了点的转交地址。 在隧道的木端，由外地代理或移 动j 了点本身将收剑的报文解封 装后交给移动节点。 5 由移动： i j 点发送的数据 包通过标准的i p 路由机制被转 发到通信节点，不需要经过家乡 代理。 在移动口v 4 中，由通信+ 肖 点发送给位于外地网络上的移 移动 了点 信：1 ，点 一数据流 信令流 图2 - 1 移动i p v 4 的基本操作过程 f i g 2 - 1b a s i co p e r a t i o no fm o b i l el p v 4 动节点的数据分组先被路由剑它的家乡代理，然后经隧道转发到移动节点的转交地址，而由移动节 点发往通信：1 了点的数据分组却被直接发送剑通信节点而无须经过家乡代理，这就构成了一个三角形， 这就是所谓的“三角路由”。 2 2 移动i p v 6 与移动i p v 4 的比较 基本的移动i p v 4 协议虽然成功地实现了对主机移动性的支持，但也存在着地址空间有限、三角 路由、切换性能以及安全性能差等问题，移动i p v 6 3 】正是在i p v 6 的基础上为了支持节点在i p v 6 网络 中移动时的连接性而提出的协议。移动i p v 6 从移动i p v 4 中借鉴了许多概念和术语，例如移动节点 ( m n ) 、家乡代理( h a ) 、家乡地址( h o a ) 、家乡链路、转交地址和外地链路等概念与移动i p v 4 中的几乎一样，但两者还是有差别的。相对于移动i p v 4 ，移动i p v 6 主要有以下优点1 1 】： 1 路由优化：在移动i p v 4 中该功能是可选的，而在移动i p v 6 中是作为协议的基本功能部分， 所有结点都支持。移动i p v 6 中由通信节点发出的数据分组可以直接发送到移动节点，而不必经过家 乡代理转发，这样就消除了移动i p v 4 中的三角路由问题。 4 第一二章移动i p v 6 概述 2 入口过滤：移动i p v 6 的移动1 y 点将转交地址作为数据包的源地址，这样可以通过任何入口 过滤路由器。 3 广播数据包：在移动i p v 4 中，移动肖点要把j “播数据包通过隧道发送到家乡代理，在移动 i p v 6 中，则可以进行j 播发送。 4 外地代理：移动i p v 6 中没有外地代理，移动1 i 点通过邻居发现和地址自动配置得剑转交地 址。 5 安全机制：移动i p v 6 应刚了i p s e c ，i p v 4 协议本身的安全性支持有限，移动i p v 4 难以在此 基础上保证很高的安全性。 6 隧道封装：使用优化路由后，移动i p v 6 中人多数发往移动节点的数据包都是采用路由包头， 而不是进行i p 封装，而移动i p v 4 必须进行封装，这样就降低了数据分组的转发开销和转发延迟。 7 黑洞：移动i p v 6 的移动检测机制为移动：1 了点提供了双向确认；在移动口v 4 中只有路由器发 送剑移动：1 7 点的数据包提供确认，使得黑洞现象存在。 8 邻居发现：在移动妒v 6 中家乡代理截获家乡链路上的发往移动1 了点的数据包，是通过邻居 发现而不足a r p ，增强了，协议的健壮性，并且简化了移动i p 的实现。 9 动态家乡代理地士l = 发现机制：在移动i p v 6 中使j h ji p v 6 任播( a n y c a s t ) ，给移动节点返同一 个应答，而在移动i p v 4 中使川i p v 4j “播，在移动1 ，点家乡链路上的每个家乡代理都返同一个廊答。 l o 流量控制：i p v 6 的目的选项允许移动i p v 6 的流鼙控制信息附加在任何i p v 6 数据包上，而 在移动i p v 4 中，每个控制信息都要求独立的u d p 数据包。 2 3 移动i p v 6 的功能实体及概念性结构n 一1 2 3 1 移动i p v 6 的功能实体 1 移动节点：从一个i p 了网移动剑另一个i p 子网的节点或路由器，始终配置一个永久的i p 地址。 在移动。1 ，点改变它的网络接入点时，无须改变它的i p 地址，而使用原来的i p 地址与其它节点保持 通信。 2 通信节点：与移动节点进行通信的节点，可以是i 削定的，也可以是移动的。 3 家乡代理：位于移动节点家乡链路( h o m el i n k ) 上的路由器，维持移动1 了点的家乡地址与转交 地址的绑定信息，负责将从通信：钙点发往移动节点的数据分组拦截并通过隧道方式转发给移动节点 的新位置。 移动二i 了点、家乡代理以及通信节点是移动i p v 6 中最主要的三个功能实体，移动过程主要围绕它 们三者展开，但它们只是概念上的逻辑实体，并不是指某个具体的、物理上的i p v 6 网络节点，同一 个i p v 6 网络节点在某次通信过程中可能扮演移动诲点的角色，在另一次通信过程中可能扮演的是通 信节点的角色。 2 3 2 移动i p v 6 的概念性结构 1 绑定缓存 绑定缓存用于保存与其它节点相关的绑定信息，每个家乡代理和通信节点都要维持与移动节点 “家乡注册”或“通信 ，点注册”的有关表项的绑定缓存。i p v 6 节点发送每个分组时，首先根据目 的地址搜索绑定缓存，然后再搜索用于“邻居发现”机制的“目的地缓存”。如果在缓存中发现了匹 配的表项，则将转交地址放在分组的目的地址字段中，同时将目的地址字段中的内容放在增加的家 乡地址选项中，否则根据i p v 6 的定义发送分组【3 2 j 。 绑定缓存记录或者被标记为“家乡注册”记录，或者被标记为“通信：1 了点注册”记录，如果其 绑定的生存期没有过期，则这条记录不应被删掉。 5 江南人学硕i ? 学位论文 2 绑定更新列表 该列表由每个移动节点维护，i j 丁记录这个移动结点所发送的每一个“绑定更新”消息的有关 信息，如果这个“绑定更新”中的“生存时间”已经过j ，那么移动1 7 点将不再维护这个消息的相 关信息。这个绑定更新列表中包含所有由移动1 y 点发送的绑定信息，包括移动：1 ，点发往通信。1 7 点及 其家乡代理的所有绑定更新，以及位丁移动1 了点先前转交地址所在链路上的那些家乡代理的绑定更 新。 3 家乡代理列表 每个家乡代理和移动。1 ，点都维持一个家乡代理列表，该表心来记录每一个家乡代理的有关信息。 该信息通过设置“家乡代理”位( h ) 的路由器公告消息探测得剑，家乡代理列袭类似丁默认“路 由器列表”的数据结构，这些数据结构在“邻居发现”中由每一个土机所维护。 每个家乡代理为它所服务的每个链路维护一个单独的家乡代理列表，家乡代理在“动态家乡代 理地址发现”机制中使j j 这个列表。当离开家乡的时候，每个移动节点也维护这样一个列表；当移 动：1 ，点移动到一个新的链路时，使川这个列表米通知前一个链路上的家乡代理该移动1 了点已经发生 了移动。 2 4 移动i p v 6 的工作原理d 1 在移动i p v 6 中，每个移动1 了点都分配了一个永久的i p 地址，和其它节点一样，这个i p 地址就是 移动1 y 点的家乡地址。不管移动1 了点移动剑且联网的什么位置，它的家乡地址是不变的，由这个家 乡地址指明的i p 子网就是移动1 ，点的家乡子网。发送给移动1 了点家乡地址的数据包只需发送到移动 节点的家乡子网上，移动节点只是一个可以从一个i p 子网移动到另一个i p 子网的简单节点，而仍 然由它的家乡地址寻址。与移动：1 了点通信的：肖点即通信一肖点c n ，它可以是移动的，也可以是同定的。 移动1 ，点离开家乡子网时的当前位置即转交地址，它是移动节点在所访问的外地子网上通过i p v 6 地 址白动配置方式获得的一个全球可路由的地址。移动肖点的家乡地址与转交地址的关联，以及该关 联维持的生命期叫移动节点的一个绑定。 当移动节点离开它的 家乡子网时，它通过无状 态或有状态( d h c p v 6 或 p p p v 6 ) 1 3 3 3 4 1 地址自动配 置方式获得转交地址，然 后向充当它的家乡代理的 路由器( 在其家乡子网上) 发送绑定更新消息，当家 乡代理收到这个绑定更新 消息后，就会在它的绑定 缓存创建或修改它的当前 绑定信息，同时发送一个 绑定认可消息给移动节 点。接着移动节点分别发 送家乡测试初始和转交测 试初始给家乡代理以及通 通信节点 图2 - 2 移动i p v 6 的工作原理 f i g 2 - 2t h ep r i n c i p l eo fm o b i l ei p v 6 器 信一1 了点，当接收到家乡测试和转交测试消息后，返回路径可达过程完成。随后移动：i 卜点就向通信节 点注册它的新的转交地址。家乡代理在其家乡子网上拦截发往移动节点的家乡地址的分组，并把它 6 第：章移动i p v 6 概述 们通过隧道转发给移动：1 了点的当前位置，这个隧道使川i p v 6 封装。一且通信1 ，点知道移动：符点的转 交地址，就在它的缓存中记录这个转交地址，并把发送给移动1 ，点的分组直接发送给这个地址，使 用i p v 6 路由包头而彻底绕过家乡代理。 移动i p v 6 的基本操作过程如。i - ( 如图2 2 所示) ： 1 移动1 y 点接收剑外地网络的路由器公告，判断出臼己已经移动剑了新的网络，配置新的转交地址。 2 移动1 y 点向家乡代理发送绑定更新消息以通告它的最新位置。 3 家乡代理建立或更新该移动1 ，点的绑定缓存项，并向移动1 ，点返同绑定认可消息，完成“家乡注 册”过稗。 4 由于不知道移动节点的最新位置，通信：1 了点依然将分组发往移动：竹点的家乡地址。分组被家乡代 理截获后，通过家乡代理与移动1 ，点问的隧道发往移动1 ，点的新位置。 5 移动l y 点收剑通过隧道发送的分组后，判断出通信：1 了点还不知道亡l 己的新位置，冈而向通信1 ，点 发送绑定更新消息。 6 通信节点建立或更新该移动肖点的绑定缓存项，并返亓l 绑定认可消息，完成“通信1 了点注册”过 程。 7 通信：j 卜点直接发送分组剑移动i j 点的新位置，而彻底绕过家乡代理。 2 5 主要操作过程n 1 2 5 1 移动节点在家乡链路 当移动符点处于其家乡链路的时候，移动节点和普通i p v 6 网络节点并无差异。移动。肖点使用其 家乡地址，采川普通的i n t e r n e t 路由机制和其他i p v 6 网络1 ，点通信。 2 5 2 移动节点移动到外地链路 1 移动侦测 移动1 j 点可以使用多种机制联合米检测它是否移动了。移动i p v 6 定义的主要的移动检测机制是 使用i p v 6 的邻居发现【3 5 】，包括路由器发现和邻j 苦不可达检测。移动：竹点使用路由器发现来发现新的 路由器和子网前缀，移动1 y 点可以发送路由器请求报文，或者等待1 卜请求的( 定时的) 多播路由器 通告报文。通过接收到的路由器通告报文( 请求的或非请求的) ，移动节点会维护一个默认路由器列 表和相应的前缀列表。当移动+ 1 了点离开家乡时，它会从它的默认路由器列表中选择一个作为它的默 认路由器，以及选择相应的子网前缀作为它的主转交地址的前缀。移动节点能够快速地检测到路由 器的不可达，因而能够换一个新的默认路由器。当移动节点现在的默认路由器不可达，它义换了一 个新的默认路由器时，就说明移动节点已经从一个链路移动到了另一个链路。 因为路由器会定时发送非请求的路由器通告报文，所以移动：箝点就可以检查它的默认路由器是 否可达。如果移动节点收剑的路由器通告报文中包含一个通告间隔选项，那么移动。13 点就可以知道 它应该收到路由器通告报文的频率。如果指定的间隔到了，但是没有收到相应的路由器通告报文的 话，就说明一个路由器通告包丢失了。如果丢失的包的数量移动。1 7 点不能再忍受的话，那它就会把 一个现在能收到正常路由器通告报文的路由器作为它的默认路由器。 如果移动节点在一定时间内没有收到路由器的包，那么会尝试通过邻居请求报文来探测路由器。 如果它收剑了路由器应答请求的邻居通告报文，那就说明这个路由器仍然是可达的。在大多数情况 下，移动节点通过接收到路由器的数据报来决定路由器的可达性。 2 获取转交地址 当移动：1 了点检测到自己发生了移动，应该使用新的默认路由器所提供的子网前缀形成新的转交 地址。移动节点通过i p v 6 的无状态3 3 1 或有状态( 例如d h c p v 6 t 3 6 1 ) 地址自动配置机制生成转交地址。 7 江南人学硕i ：学位论文 关丁地址自动配置的细m 移动i p v 6 并没有更多的要求。在某些情况卜，外地网络的系统管理员已 经为移动。1 ，点静态指定了一个仪供在本地链路使川的i p v 6 地址，此时移动1 ，点可以使川它作为自己 的转交地址，而不需要使刖地址白动配置机制。 移动i p v 6 允许移动。1 7 点同时拥有多个转交地址，其中一个为“土转交地址”。住任何时候，移 动1 ，点都只能订一个主转交地址，并且只把这个地址注册剑家乡代理。此外，移动1 了点可以根据当 前链路上的某些或全部子网前缀形成其他转交地址。例如，无线网络接口可能允许1 j - 点通过多条链 路可达，冈而也就允许移动1 j 点拥有多个转交地址。 移动：1 y 点形成新的转交地址之斤，需要对这个地址进行重复地址检测( d u p l i c a t e da d d r e s s d e t e c t i o n ，d a d ) ，以确认它的唯一性。重复地址检测通常造成移动1 i ，点要经历一定的延迟才能使h j 新的转交地址，从而导致移动1 7 点与通信。1 ，点之间的通信在一段时间内中断。冈此，在形成新的转 交地址后，移动二1 y 点也可以不进行畦复地址检测就开始使川它。但是，如果该转交地址已经被别的 1 了点使用，就会造成地址冲突。在多数情况下，移动1 了点还是应该进行重复地址检测。 图2 - 3 移动节点向家乡代理注册过程 f i g 2 3t h er e g i s t r a t i o np r o c e s sf r o mm n t oh a 3 向家乡代理注册转交地址 如图2 3 所示，当移动1 了点离开家乡链路移动到外地链路时，它会委派家乡链路的一个路由器 作为它的家乡代理。移动节点会向其家乡代理注册，绑定其家乡地址和主转交地址。进行绑定注册 时，移动一1 ，点会向家乡代理发送绑定更新请求( b i n d i n gu p d a t e ) ，而家乡代理在止确接收并确认此 绑定更新合法后，会向移动+ i ，点发送绑定确认应答( b i n d i n g a c k n o w l e d g e ) 。 2 5 3 移动节点在外地链路与通信节点通信 移动节点获得转交地址井向家乡代理注册后， 信节点通信的过程中主要有两种经典的通信方式： 1 双向隧道通信 移动一1 ，点在向家乡 代理注册了其转交地址 之后，家乡代理会使h j “代理邻居发现( p r o x y n e i g h b o rd i s c o v e r y ) ”机 制，拦截所有目的地址 为移动节点家乡地址的 i p 数据报，然后通过隧 道机制发送到移动节 点。p r o x yn e i g h b o r d i s c 0 v c 秽代理邻居 发现，就是家乡代理代 表移动节点在它的家乡 链路上进行“邻居公告” 便可以与通信1 了点进行数据通信。移动岿点与通 舣向隧道通信和优化路由方式。 f i g 2 - 4c o m m u n i c a t i o np r o c e s st h r o u g hb i - d i r e c t i o n a lt u n n e l 8 第一二章移动i p v 6 概述 和“邻居请求麻答”。家乡代理在“邻居公告”和“邻居请求虑答”中将注册了的移动节点的家乡地 址和自己的链路层地址对麻起米，这样家乡代理就可以截获发往移动节点家乡地址的所有i p 数据报。 如图2 _ 4 所示，当通信节