（计算机应用技术专业论文）移动ipv6环境下tcp性能的分析和改进.pdf

i i 窑墼塞奎兰堡塞兰堡篁塞 塑塞 摘要 因特网与移动嗣的飞速发展使得a _ f i j 越来越迫切的要求将闳特网与移动网结合起米为移动 用户提供丰富的她务，移动互联瞬怒下一代黼络发展的趋势之一。移动i p v 6 是移动互联嘲的基 z 是一个为移动主机传送信息的解决方案。它平滑了异类予网间的越区切换，提高了i p 电话 等、韭务盼质量。 t c p 是面向连接的可拣传输层协议，e 传n n g n 中能提供良好的端到端的业务质撰。这是 因为它有一整套的拥塞控帝i 机箭，帮如果发生丢包蕊象，藏改变主机的发包彳亍为戳减缓拥濮餐 是由于移动网中无线接入网的高误码率、低带宽、长时延以及移动网本巍所具有的移动等特性， 使得丢龟现象不一定是拥塞导致的。这就大大降低了t c p 静性能藤使它失去了端l t 端业务族鬣的 优势。 本文主要研究了移动i p v 6 环境下t c p 的性能问憨，并针对移动切换问题绘出了较完整孵解 ；) 0 方案。我们首先分析移动i p v 6 中的移动检测技术，井在此基础上提出移动i p 腠的软1 刀换方案n 接着，分测就软切换和硬鞠换两种情况给出稆应的解决方案。在较切换情况f ，我们通过仿真考 察t c p 衡e 1 参数与吞吐鼙之间的关系并仿真了由诺基弧的马建博士提出的t c p 囱适应窗 机制。 仿真结聚袭明当移动节点在不同带宽的子网问切换时+ t c p 自适应窗霜辘制有劲丁t c p 更快瓣 适应新的嘲络带宽。在硬切换情况f ，我们仿真了由诺基亚的张冬梅博士提出的t c p 快遗切换机 制i 。统囊编采表明t c p 陕逮切换祝御缩恁了嫒切换时t c p 的中断时闻t 提惠了1 c p 神释l 罐h 血吏厢，我 f 将t c p 快速切换机制引入t f r c 协议中，提出j 移瑚i p v 6 耶观，、_ | i z c j j 以l _ 7 j 菜a 弗做仿真验证。 关键字：移动i p v 6 、t c p 、越区切换、t f r c 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 ft h ei n t e m e ta n dm o b i l en e t w o r k s ，t h e r eh a v eb e e ng r e a t d e m a n d sf o ri n t e g r a t i n gt h ei n t e m e ta n dm o b i l en e t w o r k st op r o v i d ea b u n d a n ts e r v i c e sf o rm o b i l e u s e r s m o b i l ei n t e m e ti so n eo ft h et r e n d so ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s m o b i l ei p v 6p r o v i d e s t h ef o u n d a t i o nf o rm o b i l et n t e m e tw i t has o l u t i o nf o rm o b i l eh o s 招t ot r a n s m i t n f o r m a t i o nw h e n h a n d o v e rh a p p e n s t c pi saw e l l k n o w nt r a n s p o r tp r o t o c o lw i d e l yu s e di nh a t e m e t i tc a ns u p p o r te n d - t o - e n d q u a l i t yo fs e r v i c ew i t hc o n g e s t i o n c o n t r o lm e c h a n i s m sw h i c hh e l pt c pt op e r f o r mw e l li n t r a d i t i o n a ln e t w o r k ss u c ha ss t e a d yn e t w o r k s kt h em o b i l ee n v i r o n m e n t h o w e v e r , t h ec o n g e s t i o n c o n t r o lm e c h a n i s mo ft c ps u f f e r sm a n yb a dc o n d i t i o n se s p e c i a l l yt h em o b i l i t yo fm o b i l en o d e t h u st c pc a r r i e so u tad e g r a t e dp e r f o r m a n c el o s i n gi t ss 拄o n gs u i ti ne n d - t o - e n dq o s i n t h i sp a p e r , w ef o c u so nt h et c pp e r f o r m a n c ep r o b l e m si nm o b i l ei p v 6e n v i r o n m e n ta n d p r o p o s ea ni n t e g r a t e ds o l u t i o nf o rt c pp e r f o r m a n c ew h e nh a n d o v e r so c c u r , w ea tf i r s ta n a l y z e t h r e em o v e m e n td e t e c t i o nm e c h a n i s m si nm o b i l ei p v 6a n dp r e s e n tas o f th a n d o v e rs c h e m ef o r m o b i l el p v 6 ，b a s e do nt h i ss o f th a n d o v e rs c h e m e ，w ed i s c u s st h r o u g h p u te f f e c t so fd i f f e r e n tt c p 、r i n d o wp a r a m e t e r sa n ds i m u l a t et c pa d a p t i v ew i n d o wm e c h a n i s mw h i c hw a sp r o p o s e db yd r j i a nm ai nn o k i a s i m u l a t i o nr e s u l ts h o w st h a tt c pa d a p t i v ew i n d o wm e c h a n i s mh e l p st c pt o a d a p tn e wb a n d w i d t hm o r eq u i c k l yw h e nm o b i l en o d em o v e sb e t w e e ns u b n e t sw h i c hh a v e d i f f e r e n tb a n d w i d t hi nh a r dh a n d o v e rs c e n a r i o ，w es i m u l a t et c pf a s th a n d o 、e rm e c h a n i s mw h i c h w a sp r o p o s e db yd r d o n g m e iz h a n gi nn o k i a s i m u l a t i o nr e s u l ts h o w st h a tt c pf a s th a n d o x e r m e c h a n i s mc a ns h o r t e nt h ei n t e r r u p t i o nt i m eo ft c pd u r i n gh a r dh a n d o v e ra n dt h u se n h a n c et c p t h r o u g h p u t f i n a l l y , w ei n t r o d u c et c p f a s th a n d o v e rm e c h a n i s mi n t o ”f f r cp r o t o c o la n dp r o p o s e a ni m p r o v e m e n ts c h e m ef o rt f r co v e rm o b i l ei p v 6w i t hs i m u l a t i o nv a l i d a t i o n k e yw o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，t c p , h a n d o v e r , t f r c f l 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第一；章引言 1 1 1 移动i p 的需求 疆整移动谤舞熬基益罄及，对因特耀设器秘移动瞧支捧瞧交零缀重鬻。太熬麴移动计算设备麴 移动电话、笔记本电脑和掌上电脑等，随着价格逐渐被大多数人所接受，正在被日益广泛地廊用。 戳为这些设备多怒迸过无线上两，势显是移动翁，鬣诧对移动经酌支持楚下一代瓣络所磐矮具备魏 功能。 由予现有因特瞄互联协议i p v 4 采用霹络黼缀的寻址和路由策略，警一个移动节点胰一个子网移 动到另一个子网时。发往原弹地址的数据包将不能到达移动节点，这样就产生了移动l p 。移动i p 避一种在全球因特阏上提供移动功能的方案，它使移动节点总是使用它的家乡地址来被寻址，而不 麓移动节点当菇麓连接在家乡链踺逐楚移动到处遗链簇。移动 p 通过程嬲缮瑶拥入一些瓤趣特征楚 得运行在移动节点上的应川程序在移动的过程中能够保持连接，移动性对于上层协议及麻h 剧序保 持透镑瞧。嚣蘩i e t f 裁定了嚣静粪霆篁麓移动| p 标准：篓：f - i p v 4 瓣移动i p v 4 ，基丁h i p v 6 鹣移动i p v 6 。 i p v 6 是在i p v 4 巨大成功的基础上发展起来的新互联协议版本。i p v 6 地址为1 2 8 位，具有巨大的 造址空闻( 2 1 2 8 ) ，能够非常容易地满足因特嘲的快遗发展，劳虽i p v 6 对移动饿、安全一陡和服务霞 娥都有很好的支持。移动i p v 6 的诞生被认为是移动计算领域韵重要里稷碑。移动i p v 6 的设计借签 j 7 移动i p v 4 ；i 。设i f 。经验， i ：_ = l 结台ri p v 6 的很多新的特性。往移动冈特网将强成为现实的今天 移动i p v 6 将在这个过程中扮演不可缺少的角绝。 1 1 2 移动i p v 6f 内现；吠 在使j v = li p v 4 的通信终端闶漫游而需要与刹的网络连接时，川米维持终端向漫游地网络接入以及 b 鞭列络滟进行避信的环境协议是“移动l p ”，两移动l p v 6 则是该均、议的1 p v 6 舨。 移动i p v 6 目前是i e f ( i n t m n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 移动i pi + 作组议程中的主要课 瑟e d a v i db j o h n s o n 和c h a r l e sp e r k i n s 已予2 0 0 0 年11 月拟写移动i p v 6 艴草案：“m o b i l i t ys u p p o r t l ni p v 6 ” 2 。不久的：i 哿米，当每个人都要携带一个或多个移动终端时， p v 6 将为所有的移动终端掇 b 蚓if j “j 臣= | i = ， 翦l 顶 北京邮电大学硕士学位论文 在乎机电话领域正在掀起i p 化热潮。实际上，制订下一代移动通信系统”t m t - - 2 0 0 0 ”标准的 3 g p p 已经决定程下一我移动技零豹基本秘议串采羯糟妊。嚣特翘及手撬稳关人爨孛氇餐意觅鼓舞 手机将率先正式使用移动i p v 6 。如果手机电话业务中配备i p v 6 ，那么缀可能在短时间内几亿手机用 户将成为移动l p v 6 的用户。 2 0 0 0 年l1 月，北京一诺基亚推出了世界上第一个支持i p v 6 的端到端的g p r s 网络，从而巩嗣 了其在g p r s 领域的领先地位。2 0 0 1 年4 月1 9 爵，诺基亚( 中国) 投资有限公司在凯襄斯基饭店 举办了为期两天的第二震中国诤v 6 高级研讨会，劳燧示了其移动i p v 6 演示系统。通过谯移动互联 网网络中实施i p v 6 ，网络运营商可以更加灵活地应对市场的需求。 瑶典戆爱立攘、英国鹣b tw i r e l e s s 以获香港静等撬电话暇务离数鹦通s m a r tt o n e 已经在垒球 首次成功利用手机的电话熬础设施进行了i p v 6 终端通信实验。此外三窳公司还测试了当终端移动时 仍然可戳继续透僚静浸游技寒“移韵l 粥”，该实验瞧基本上获缮了成功。可戳诞使翊撑v 6 的移动 体通信的技术已缀基本成型。 日立致力子黼向未来i p v 6 的研麓，和清华大学熬同成立的联合实验室已经歼始着手移动i p v 6 的研究，主要致力于开发移动网络技术。另外，还包拯穆动i p v 6 互联网应埘系统的研究。f j = 】j 如，通 过把汽车和移动i p v 6 互联随相连接，可以避免交通堵塞，驾驶员通过语音说出萁目的地，在最短的 朝闯内羼藩上藏会显示出到达强的她的最短路线等。无论舞黠、簿她枣l 整雾上舱任何人，鄂使开夸 的途中也能通过甄联网连接。 1 1 3 移劝性霹t c p 性熊鹣影响 t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 协议是i n t e m e t 的通信基础，是传统的放厂 泛使_ 的通信协议。t c p 链面向连接的可靠传输层协议，在传统固定网中能提供良好的端剑鳓竹业 务质繁( q o s ) 。这是阏为它肖桨套的拥塞控制机制，酆如果发生丢包现象，就故交主机的发包行为 以减缓j 埘塞。但越这套机制搬到移动环境中会使t c p 的性能人火f 降，麒至不可忍受。幽1 i 移动刚 中无线接入嗣豹离误玛率、糕带毙、| 殳时惩以及移动瓣本身酝具有鹃移动等特犍，臻缛丢包瑷象： = = 定是拥塞导致的。为了解决这个问题，需要对移动环境下的t c p 协议做进一步的研究。 荒2 页 北京邮电大学硕士学位论文 1 2 论文工作 本论文来源于北邮与诺基皿中国研发中心的的合作项目一移动i p v 6 的t c p 自适应窗口算法研 究，论文工作是在诺基亚( 中国) 研发中心完成的，是诺基弧铜所提出的移动i p v 6 理论框架体系 中的一部分。 本论文： 作需要对移动i p v 6 及无线网络技术有一定的了解，尤其是对移动i p v 6 的一些最近研 发出的方案及t c p 的工作机制有较深入的理解和研究。对n s 模拟系统的无线接入部分和t c p 实现 及应用有较熟练的运用及改进技能。论文工作包括： 1 研究i e t f 在移动i p v 6 和t c p 方面的相关草案和r f c 重点分析移动i p v 6 下t c p 的性能和 相关理论，通过分析可以知道在移动i p 网络中t c p 的性能问题。 2 全面考察网络仿真系统n s 2 ，了解各个模块的功能和实现方法；学习n s 2 的思想体系和技术 特色；掌握n s 2 现有仿真方法和扩展方法。 3 在n s 2 仿真系统中模拟移动i p v 6 网络环境。 4 在仿真网络中实现各种情况下t c p 实现的模拟，记录并分析仿真数据。 5 分析及探讨t c p 有关参数、无线链路层有关参数以及移动i p 有关参数两两之间的关系。 6 在n s 2 仿真系统中实现t c p a d a p t i v e w i n d o w 机制以及其改进方案。 7 比较t c pa d a p t i v ew i n d o w 与其他t c p 实现方案的性能。 8 研究并提出进一步的改进方案，包括在越区切换时提高t c p 性能的方法以及根据网络参数调 1 i 窗l _ 1 人小。 9 在仿真环境中验证这些改进方案，给山相关的数据依据，提山对其改进的方法以及参数i 殳美 的想法及分析。 1 3 论文组织结构 本文共分为7 章。 第二章中简要介纠了移动i p v 6 基本胁议、t c p 协议及其拥塞控制机制和n s 仿真l 。 第二章主要分析移动l p v 6f 、t c p 的性能问题及已有的一些改进方案，f 通过仿真米观察移动 i p 环境r f c p 的性能，接着着重分析越r 切换时t c p 的中断问题。 第3 页 北京邮电大学硕士学位论文 在第四章提出基于移动i p v 6 的软切换方案，并在此基础上仿真t c p 自适应窗口机制，同时分 析了窗口参数与t c p 性能的关系。 在第五章指出在移动i p v 6 环境下硬切换是不可避免的，并在硬切换的基础上描述和仿真t c p 的快速切换机制，同时分析仿真结果。 第六章则是将t c p 的快速切换机制用于t f r c 中，并对仿真结果进行分析。 第二章属于对所学内容的综述，第三、四、五、六章是论文的核心内容。 最后总结本文和毕业设计研究成果，并指出进一步的研究方向。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章相关协议及仿真工具介绍 2 1 移动i p v 6 协议综述 移渤互联弼有许多新颗丽精彩的服务。i p v 6 将燕实现这魑服务的关键。i p v 6 协议的诸多优越 性为互联网提供霄效的支持。永远在线( a l w a y s - o n ) 特征豹移动设务嚣要大最她i p 地址。移动电 子商务需要良好的安全性。实时保持能力，歼机既可以自动获得地址。移动设备全球漫游，随时随 地l l 搴移动诗募等。i p v 6 存纛丈熬墙蜒室阙，慰移动懿是努豹支持，服务凄量镶诞规判，安全蛙番 姥 址自动分配等优越性很好的满足下一代网络的需要。 球v 6 楚耨蔽率懿瑶谤汉，继承ti p v 4 瓣缀多将彀，i p v 6 誊天豹滚泣空润( 3 4 0 , 2 8 2 , 3 6 6 , 9 2 0 ， 9 3 8 ，4 6 3 ，4 6 3 ，3 7 4 ，6 0 7 ，4 3 1 , 。7 6 8 ，2 1 1 , 4 5 6 ) 将容易满足因特网的快速发展。并且移动性、安全性车u 服务质 萱现在也集成在i p v 6 中，i p v 6 将怒建立移动信息社会和未来融特网的藻石。 2 1 。1 移动i p v 6 协议赫套 移动i p v 6 的设计借鉴了移动1 p v 4 开发的经验，并且结合了i p v 6 协议的新特性。在移动i p v 6 中， 定义了三个操馋变钵：移动节点( h n ) ，避镶节点( c n ) ，家乡代理( a ) ：定义了鲤令耨麓i p v 6 目的选项：绑定更新、绑定认可、绑定请求羊家乡地址选项；具有“动态家乡代理地址发现”机制 和“邻籍发现”辊翻。 2 。1 1 1 术语 # ：捕述移动i p v 6 叭义州+ 定义r 一些新| 牛：】术语，如表2l ： 袭2 ，l 移动 p v 6 昀术语 移动侈点能够从个链路移动到另外一个链踞，在移动的过科中这个 移动节点 强点仍然可以透过它的家乡撼照与矫癸镶挎袋系。 家乡于网前缀 对应于移动1 y 点家乡地址的i p 子网前缀。 定义移动1 ，点家乡子网前缀的链路。标准i p 路由机制将发往移动1 ， 家乡链路 点鹪家乡地址躺数据镪发送到移动节点的家乡髓爨。 家乡地址庄移动 j 点的家乡链路上分配给移动 t s - k , ：的i p 地址。 哆功j 莰“朝口髓站移动j 男强个涟路颦j 譬兰群“ i z 0 曩? 5 ，澄 移动 i ； - n 【：，- 二州f 曩幺i ： ，p 鼻时审* ? _ j ；j + 小i 乒r h - l + 川i “戒 靠幺” 第5 页 北京邮电大学硕士学位论文 有连接在宦的家乡链路时，就认为这个移动节点“离开家乡”。 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 通信节点 止麴。 外地子网前缀移动节点的家乡子网前缀以外的任何i p 予网前缀。 乡 缝链鼯移动繁熹家乡链路浚多 静任餐穗鼹。 移动节点家乡链路上的个路由器，移动节点向其注册了当筒位置的 家乡代理转交地照。当移动节点不在豢乡对，家乡代壤截获家乡链路上发往移动节 点的数据包，进行封装后，通过隧道发送给移动节点渡船的转交地址。 当移动节点访闷外地链路时获得的i p 地址这个地址的子网前缀是 转交建蛙“羚建子阚藏缀”，_ 穆u 动节点同时可以有多个转交地蚨，淘移动：点的家 乡代理注册的那一个转交地址称为“主转交地址”。 移动节点豹家乡姥垃帮转交建簸l l 辱关联称为绑定，在每个缀定中还套 绑定 避个关联所剩余的“生存时间”等字段。 家乡注瓣移动节点向家乡代理注耱主转交地毓。 z 1 1 2 移动i p 埔的目的选项 移动i p v 6 爱传送蕊辫粕售息定义为i p v 6 戆强| ! 孽选瑷，疆懿选壤中瓣信惑只杰数掇包熊强的l ￥ r 、，i 剧村琳m i l 进仃她堙。| 、血难移划j n l o 定义的吲个新的日的选项： ( 1 ) 绑定爱新 移动1 j 点利+ j “绑惑更新”米通知通信。h 点域赣它的家乡代理白己当前的转交地址。发往移动 1 y 点家乡代理的荆丁- 注册“主转交地址”晌“绑定翼新”被标记成“家乡注册”标识。龟含“绑定 延新”选项的数据包由i p s e c 所保护。绑宠更新选项的格式如豳2 。l ： o p t i o nt y p eo p t i o nl e n g t h r s v dp r e f i xl e n g t h s e q u e n c en u m b e r 受e s u bo p t l o i l s 第6 硬 北京邮电大学硕士学位论文 嘲2 t 绑定更新选颈的格式 务字段鲍禽义如一f ： 1 ) o p t i o n t y p e 选顶类型 绑定更耨类整振记为1 9 8 = 0 x c 6 2 ) o p t i o nl e n g t h 选项长度 激字节为攀位，其申不包括“选项癸瀣”耩“选壤长发”嚣令字段的长痰。 3 ) a 应替位 潞移动节赢要求发送的“绑定更新”消息需瑟应答对，浚蓝a 位。 4 ) 家乡注腿挝( h ) 移动节点通过设麓家乡注册( h ) 位来要求接收到“绑定更新”消息的1 ，点作为自己的家乡代 理。 5 ) 路由器位( r ) 袭溺发送这个“绑定更赣”瀵怠静移动节熹是个路枣嚣。 6 ) 重复地址检测能( d ) 移动节点设鼙重复地蠡 检测位来要求接收翻“绑定更瓶”消息的节点在移动二誊点孵家乡链路上 对移动：恬点的家乡地自p 米进行雯复地址检测。 7 ) r s v d 保留字段 发送者初媲化为零_ ：沣旦接收黄忽赂这个字段。 8 、m ? _ ij _ 。j ，譬：爱 移动节点懿翁缀汝泼字段蟪箍没釜为家乡地女 的子嗣翦缀& 度。 9 ) s e q u e n c en u m b e rj 节列弓j 段 接收谬点锭臻序列号来对“绑定更新”溺息避行谗序，移动i l ，点也使翊痔强号采露阮“绑定藿 新”消息年荆避州的“绑定认可”消息。 i 0 ) l i f e t i m e 生存时间 绑定过期之前所剩余的秒数。如果这个值全是1 ，那么袭示无穷。如果这个值为零，表示这个 移动1 7 点的绑定缓存祭 1 j 必颈披删除。 ! 、铂b o p l i o i bj 毪j i 筇，页 北京邮电大学硕士学位论文 表示与这个“绑定更新”选项相关的附加消息。子选项的使_ | = i j 允许对将米定义的“绑定更新” 选项的格式进行扩展。 ( 2 ) 绑定认可 一 如果“绑定更新”需要应答，那么“绑定认可”就用于返回对“绑定更新”的应答。包含“绑 定认可”选项的数据包必须被i p s e c 所保护。绑定认可选项的格式如图2 2 ： o p t i o nt y p e o p t i o nl e n g t h s t a t u s s e q u e n c en u m b e r l i f e t i m e r e f r e s h s u b o n t i o n s 闰2 2 绑定认可选项的格式 各个字段的含义如下，其中与绑定更新中相同的字段不再赘述。 1 ) o p t i o nt y p e 选项类型= 7 2 ) s t a t u s 状态字段 表示绑定更新的当前状态。这个状态字段的值小于1 2 8 时表示接受了绑定更新。如果人r 或等 ri 2 8 ，那么则表示接收n 点拒绝r 绑定更新。 3 ) s e q u e n c en u m b e r 序列号 “绑定认可”中的序列号的值是从接收到的“绑定更新”中的“序列号”字段拷贝过米，移动 n i i 利川这7 l 、值川来匹配这个认i u 消息。 4 jl i f e t i m e 生存时间 以秒为单何，川来表示这个盯点将为这个移动协点在其绑定缓存中保留它的记录的时间。如果 发送这个“绑定认可”消息的1 ，点是移动。1 y 点的家乡代理，那么这个值表示家乡代理将为移动1 ，点 继续代理服务t t j h t 间： 6 ) r e f r e s h 刷新 以秒为单位的时间间隔，移动仃点以此时间间隔向这个戍答认可消息的1 ，点发送“绑定更新” 消息术刷新这个1 ，点t p 的绑定缓存记录。 f3j 琊，= 1 i 求 北京邮电大学硕士学位论文 如果一个节点向移动节点发送“绑定请求”，那么穆动节点向它返回“绑定更新”，其中包含 移动繁熹当藩静绑定。或者逶信苇点熬绑定缓存正在被搜鬻，餐楚这个绑定骂上藏舞过期，这对逶 信1 y 点可以向移动节点发送“绑定请求”来刷新这个绑定。绑定请求选项不需要安全鉴定。绑定请 求选项格式如图2 3 ，其中绑定请求选项类型一8 。 趱2 3 绑定请求迭顼静格式 ( 4 ) 窳乡地址 当移动节点离嚣家乡嚣，它发送懿i p v 6 数摆包报头巾静源建嫒遵索馊耀穆裁苓煮翘一个转交建 址，在“家乡地址”选项中包含自己的家乡地址，通信节点接收到这个数据包后，把移动节点的家 乡琏琏( 包禽在家乡地址选矮串) 彝辎交逢址进行互换，麸焉使褥转交琏蟪对逶傣节熹是透明的。 家乡地址选项格式如图2 , 4 ： 幽2 + 4 家乡地址选项豹格式 其中选项类型= 2 0 1 ，h o m e a d 出e s s 家乡地址字段袭示发送这个数据包的移动i 捧点的家乡地址。 由于移劫i p v 6 块谈捷翅了i p v 6 静“叠的魄选顼”，因梵可以慰其进 子扩震，携带零要靛信息， 扎z 盱i 冁冬匝蕈榧絮的实现就世莱_ r 砉种思螺对“绑定更新”、“纵定认可”翱“绑j 拼，_ f 陶跫体扩矮将在赢蠹详纲分缁。 2 1 ，1 3 数据皱嗡 移动i p v 6 描述协议时，定义了下而三种概念上的数据结构： ( 1 ) 绑定缓存 每个i p v 6 的= 甫点都维护这样一个缓存，内样是其它节点的绑定。= 1 ，点接收到“绑定更新“肝， 要= 憩这曩、绑定加入“绑定缓存”孛。慧次发送数据包拜孝，i p v 6 繁点黄先要搜索“绑定缓存”，韵象 有这样n 0 汜泶，就川路由报头把数据包发往移动“1 y 点的转交地址。 i2 ，獬之蔓蟛”。，i 第9 页 北京邮电大学硕士学位论文 这个别表由每个移动：诲点所维护，用来记录这个移动节点所发送的“绑定更新”消息。并且遮 个“绑定受薪”中瓣“生存辩闻”没骞过赣。这个“绨定菱薪”翔表审毽含了新蠢盘移动带点掰发 送的绑定，包括发送到通信节点的绑定、发邀到家乡代理的绑定、发送剿位于移动节点的先前转交 地自e 所在链路上斡琊些家乡代理静绑定。 ( 3 ) 家乡代联列表 每个家乡代理和每个移动节点都维护家乡代理列农，这个袭记录每个家乡代理的有关信息，这 熙攘惠采藏予每个家乡我瑷绣发送静“路由器塞誊”消息，在这些瀵息巾“家乡代理”经( ) 被 设置并且在这个列发记录中的“乖滁生存时间”没有过期。 2 , 1 。2 移动i p v 6 静工作祝裁 移动i p v 6 工作机制可以用幽2 5 米说明。幽中有三个链路釉三个实体：链路a 上有一个路由器 掇供家乡代理服务，这个链路是移动节点的家乡链路。移动节点从链路a 移动到链路b 。链路c 土 有一个通信= 尊点，可以是移动或者静此的。 强2 5 移动l p v 6 的丁搀搬捌 到 l ：作过样描述如r ： 当移动l ￥点在家乡对，发往它鹣家乡遗l 蠡皇数据包采翻常规鼹由方式爨由到移动节煮，就磐豫 没有移动一样。 移动 y 点扶链鼹a 移动到链潞b 。 移动1 ，点根据i p v 6f ； j 邻居发现机制，通过无状态域肴有状态地址臼动弭己盖( 如d h c p v 6 ) 获得 转交地托，“j 以有多个转变地_ 【| ：。 第i o 顶 北京邮电大学硕士学位论文 移动节点向家乡链路的家乡代理发送“绑定更新”，注册一个转交士呶址。 家乡代理囱移凌苇熹返翻“绑是认可薄惑”，这令在家乡代理注瓣戆转交建蛙穆魏圭转交建虫| = 。 通信：竹点不知遒移动节点移动的情况下，发往移动节点家乡地址的数据包仍然路由到家乡网络。 家乡代理懑过“代璞邻屠发现辊潮”截获发氇移动节蒜家乡缝缝戆数据传。 家乡代理将数撰包进彳予i p v 6 封装，外部的坪v 6 报头地址置为移动节点的主转交地址。然后通 过隧道发送给移动节点注册的主转交地址。 移动节煮接收到家乡代理通过隧道发送鼬数据包殿，说明通信节点不知道自己已经移动，所以 移动。竹点向通信：付点发送“绑定更新消息”，通告现在的转交地址。 逶蕊节点把下霆数鼗攒盛接发送型移动节轰蕊转交遗蛙，不翔遥过家乡嫂理。 上面的工作过程中，( 3 ) 为移动检测过程；( 4 ) 霸i ( 5 ) 宪成家乡代理注册； ( 6 ) 、( 7 ) 和 ( 8 ) 构成了一次三角路由。移动臻幅对三角鼯由进圣孑了挠纯毽是不麓完全避兔。( 9 ) 中经过一 次三角路由后，移动节点和通信节点之间直接进行通信，不需蘩经过移动节点的家乡网络，实现了 潞由优化。 最忧鞫情况是：移动。壮点向家乡代理注册转交地址后，向“绑定更新列表”中的通信l ，点发送 “绑定更新”消息，通告新的转交地址。通信节点收到“绑定鼹新”后，在自己的绑定缓存中记录 移动 ? 点a 0 凝斡转交地垃。这| | 莘，当通信点耍囱移动强点发送数据对，营克鸯询自己筑缆定缓存， 得到移动市点的转交地址，然后把数据商接发送到移动节点的转交地址，而不经过家乡代理。这种 情况f 。没裔三角路盎发生，这氇怒移动i p v 6 对移动i p v 4 三角潞由熬优纯。 2 。1 3 对移动i p v 4 弁勺改进 t p x 6 设计时就考虑了移动性等特性，冈此移动i p v 6 对于移动性的集成比移动l p v 4 更加快速有 效。奉l 总结移动i p v 6 趣改进熟f ； 地址空问问题：移动1 ，点移动到外地厉，碟获得一个或者多个转交地址，由下i p v 4 地址空闻的 缺乏，因此移动i p v 4 的某婆两络可麓不能提供足够多瀚可矧i p 地圭f | ：，丽i p v 6 可黻为移动 p v 6 餐缴 足够多的地址。 路由f c 化：柱移动l p v 6 中，允许通信1 ，点和移动1 ，点之间盥接路由数据包，而不再经过移动i y ；_ 的家乡网络，不篱要家乡代理的转发功能，避免了南r “三角路由”聪造成带键浪费。 粥1 页 北京邮电大学硕士学位论文 解决了“入口过滤”问题：“入口过滤”是指路由器过滤掉源地址雨i 子网前缀不匹配的数据包。 在移动i p v 6 中移动节点把转交地址作为所发送数据包的源地址。这样，数据包就能通过具有“入口 过滤”功能的路由器。移动节点的家乡地址被携带在数据包的“家乡地址”目的地选项中。通信节 ? 7 点接收后，把数据包的源地址替换成“家乡地址”目的地选项中的家乡地址这样就使得转交地址 的使用对i p 以上各层是透明的。 更好的安全性：移动i p v 6 使用i p s e e 来满足所有安全需求( 认证、数据完整性保护、应答保护 等) ，其安全性是建立在i p v 6 的安全机制之上的。 在移动i p v 6 中，对于发往离开家乡的移动节点的数据包，可以使用i p v 6 的“路由报头”进行 发送，而不使用i p 封装；这样附加报头字节较少，减少了网络负担。 当移动1 ，点离开家乡时，它的家乡代理使用i p v 6 的“邻居发现”机制而不是a r p 来截获发往 移动节点的数据包，提高了协议的健壮性并且简化了移动i p 的实现。 移动节点离开家乡时，通过“无状态地址自动配置”和“邻居发现”机制来获得转交地址，而 不需要“外地代理”的概念，简化了移动i p 协议的设计和实现。 在移动i p v 6 中，“动态家乡代理地址发现”机制使用i p v 6 的“任意发送”地址，家乡链路上 只有一个家乡代理向移动：铃点返同一个应答消息，更加有效和i 可靠，并且：肖省了网络资源。 由丁使州了i p v 6 协议的“目的地选项”，所以允许移动i p v 6 的流量控制消息附加在任何的i p 、，6 数据包中。 2 1 4 柏侍m ￥决的l u 题 ( 1 ) 服务定忙问题 服务定何协议可以使应j = l _ | 稗序事先无需知道某个服务的具体位置就可以知道这个服务所在的网 络层地址( 如i p 地t l l ：d q it c p 端口) 。服务定位的实现将人人简化网络的管理， h 户可以动态地搜 索荇项服务并使川它们。对那些访问外地链路的移动。仙点来说，服务定何赴非常必要的，冈为它们 常常需要在那些网络中找到所需的服务。例如，一个处丁外地链路i i 3 移动1 ，点的应川程序可以启动 服务定位协议米动态搜索本地链路上的打印机。 ( 2 ) 移动1 ，点的i p 地上| = 问题 当前的移动) m 议中，移动1 ，点使圳州定惟一的i p 地址( 家乡地址) ，并l 4 这个1 p 地址与它 们| l l ! 式域轵( p q d n ) 棚对麻。但是如果f q d n 可以动态地与多个i p 地址棚天，那么这些i p 地 第1 2 页 北京邮电大学硕士学位论文 址也可以动态地分配给移动节点作为家乡地址，从而可吼高效地使用i p 地址，并且这些动态分配的 家乡避可瑷壤来捷纯鼹由。毽是，采麓魂态瓣家乡建簸将霞 譬多逮僖过程交为短期逶莹，势虽移 动j 仃点不再具有使用惟一家乡地址时所带来的许多优点。目前这种机制是错采用仍在讨论之中。此 外，蟊翦的移动i p 方案中，个移动节点一般瓣应一个家乡代理，妇栗家乡代理融境蔽障，剃无法 进行正常通信，因此，一种可选的方法是采用多个家乡代理的方法来提高移动i p 的可靠性。 ( 3 ) 移动终端的设计 为了能够大规模她实施配嚣移动撙，必须考虑增加移动终端的总体性熊。例如移动终端基本上 是通过电池供电，必须尽量减小功耗以增加使用时间；并且考虑列用户对移动计算的需求，必须加 强移动终糍艟运算箍淫毙力；溷薅痤袋滔更热震菇静爨巍墨疆更翅篱纯裹效熬坎 _ 孛，势尽可熊在不影 u 向携带的情况f 增在屏幕尺寸，以方便移动用户的使用。 ( 4 ) 安全簿瑟 安全性是决定移动i p 能磷得到广溅应用的至关重要的因素之一。目前，移动i p 中采用了多种 认诞机翩和加密方法来防l t 恶意用户的攻击，在很大程度上解决了移动i p 中的安全隐患闻蘸。但是。 联瓣还有缀多安全阉题没有褥到缀好蛔解决，例如，密钥的管理莉j 分配、安全软制：熟堞成化以及 l 拒绝服务攻击等，因此必须认识到网络安全问题的解决是一项艰巨的系统1 ：程。幽前的目标是如 褥铡翔各种安全手段来提供最嘎楚秘安全莲能。 2 2t c p 协议及其改进 l l pt i 譬棚控j 州一议莉1 i ) 、l 竭两、泼，是i n t e r n c t 羿i 。i 统i i 地i ? ? ：0 通船协泌。t c i 、2 浮j ： 翻围防静的a r p a n e t 矮鼙，r f c7 9 3 ：t r a n s m i s s i o n c o n t r o l p r o t o c o i 蔚t c p 协议避行了全蠹| 冬定义和 说叫。任现实生活中，人们在发送利接收电子邮件的时候、在f 载文什或者访问网站的时暌戟i 同 时髓膳着t c p 和i p 协议。 2 2 1t c p 罄本一i ：悸原理 t c p 采h 面向近接的l ：作方式，提供端到端的可靠传输。非连接型通信和连接型通信二二者之间 存在簧一个霆要的蒡列，罄连接对遗信要确定藩屠款鼷序。番l 摧遮蕈孛蕊震 骧序关系，t c p 麓够馒各 个撤文之间建立一定的联系并根据这一关系米标示各个报文的顺序。此外利h j 这种前肝哭系， i a ，溉麓班蹦重复 + 例k 芝，蔓l t 以确也某个搬交楚否互灭。：海连接昀f 辩氟爻系扁l 简单w 0 铰虢。霸r 起，t c pi _ 舷传输数抑：的i “具就齐稀了。 第l3 页 北京邮电大学硕士学位论文 在t c p 中为了标识各个连接，引入了套接口的概念。套接【= | 由i p 地址和端口碍组成。i p 地址 标谈一个系统，壤嗣号翊被耀寒区分该幕统翡鑫令痘用。t c p 裂弼套接毯寒标识连接瓣端赢。辑毒 的连接都具脊两个端点，因此，用套接口可以唯一的标识一个连接。 。 许多利糟t c p 的应餍，采用预先定义的翡醋。镶翔：f i p 静数据端霜弩是2 。( 数据) 帮2 l ( 控 制信息) ，t e l n e t 的端口号是2 3 ，d n s 的端号是5 3 ，h t t p 是8 0 。 t c p 采阁三次撼手规程建立连接。首先，一个系统( 甲) 中的应用协议通知该系统的t c p 可以 接纳连接请求。通常掩这一礴馋称搀懊昕或被动式连接谤求。接慧由其他系统( 乙) 的应潮肉t c p 提出建立应用连接的请求。这事件被称作呼叫或主动式连接请求。甲的t c p 收到连接请求分组时， 生戏第三个攀鲤：，然惹囊乙发送确诀。乙竣裂学戆确认蠢，妇遂连接建交邑经完戏，程是攀方豹 t c p 并不戋“道连接建立是否完成。这是由_ 丁_ 虽然甲方对乙方的请求进行了回答，但对该应替报文是 否正确遣投送鬟乙方为骰警强健保谣。为了保谣该摄文的正确投送，乙方瓣t c p 黧成第三个分缓， 用它来对收到的应答报文明确做出接受确认回替。此分组到达甲方时，双方系统就知道连接的建立 已经完成。三次握手的术语源于t c p 闻交换了三个分组。 除此之外，迓存在两个应 【撙都进行主动连接请求的方式。此珏寸，取方系统邦发送连接请求分组 米艏动连接建立的进程，接着，对对方的连接请求分组发送接受确认分组，但是不发送连接确认的 癍签分缀。 t c p 为戍用建立连接，当应用结束时就释放该连接。与建立连接时类似，t c p 仅当应用提出请 求孵孝器赦连接遵 ；i 嘲要求结采本避箨时，该系统( 带) 瓣t c p 发送帮数据示分缎，对方( 乙) 收到此分纠后投送接受枷认分圳，i q 甲啦以力州的数抛流。d 二父执j ”三1 l “t ，- 川l 币能厶 方发送数据。 为了完全释放避接，乙方的7 f c p 裂等待廊川发出释放请求分组，当发出该请求时，t c p 在反方 向l 进行交换的分绑的操作，也就是说，乙方敏送释放指示分组。甲方以接受确认分组虑答。此时， 蕊个方彝上魏涟郡中l ：，该t c p 连接不复存在。 2 2 2t c p 的拥塞控制机制 1 9 8 8 年v a nj a c o b s o n 稽凼了t c p 在控翎嘲络拥塞方瑟l 孽不足，劳提氆了“经囊渤”( s l o w s t a r t ) 、 “洲壅避免”( c o n g e s t i o na 、，o i d a n c e ) 的算法。1 9 9 0 年出现的t c pr e n o 版本增加了“快速重传” ( f a s tr e t r a n s m i t ) 、”陕述陕复”( f a s t r e c o v e r y ) 算法，避免f 网络 f j 塞不重时采川陵启动” 筇14 页 北京邮电大学硕士学位论文 算法而造成过火的减小发送窗口尺寸的现象。这样t c p 的拥塞控制就由这4 个核心部分组成。最近 j l 年又出现了t c p 的改进版本，如n e w - r e n o 、s a c k 等。 2 2 2 1 窗口参数 t c p 拥塞控 | ；0 是通过控制一些重要参数的改变而实现的。t c p 用于拥塞控制的参数主要有： ( 1 ) 拥塞窗口( e w n d ) ：拥塞控制的关键参数，它描述源端在拥塞控制情况下一次最多能发送的 数据包的数量。 ( 2 ) 通告窗口( a w n d ) ：接收端给源端预设的发送窗口大小，它只在t c p 连接建立的初始阶段发 挥作用。 ( 3 ) 发送窗口( w i n ) ：源端每次实际发送数据的窗口大小。 ( 4 ) 慢启动闽值( s s t h r e s h ) ：拥塞控制中慢启动阶段和拥塞避免阶段的分界点。初始值通常设为 6 5 5 3 5 字= 肖。 ( 5 ) 同路响应时间( r t t ) ：一个t c p 数据包从源端发送到接收端，源端收到接收端确认的时间 间隔。 ( 6 ) 超时重传计数器( r t o ) ：描述数据包从发送到失效的时间间隔，是判断数据包丢火与否及 网络是否拥塞的重要参数。通常设为2 r t t 或