（计算机应用技术专业论文）移动ipv6的切换策略研究.pdf

摘要 移动i p v 6 的切换策略研究 摘要 移动i p 技术为主机连接到i n t e r n e t 提供了无需改变节点i p 地址的移动性 支持。移动i p v 6 则进一步深入探讨解决了移动i p v 4 中的一些问题。而由于移 动切换造成的延迟和丢包是移动i p v 6 中一直探讨的问题。i e t f 在解决延迟方 面提出多种方案，但总体来说可分为两类。其中之一是利用层次结构来减少向 家乡代理注册时间的延迟，而第二种是通过预配置来减少地址配置所带来的延 迟。 本论文在当前提出的几种切换方案基础上，进行分析研究，提出本文中的 改进方案，即在f h m i p v 6 方案的基础上，加入多播机制，并且引入了智能 切换的算法。冬难)的引入使二层切换与三层切换去耦合，从而减少了由于 二层切换的具体时间不能精确计算而导致的丢包和延迟，从而达到无缝切换， 而智能切换的算法在优化切换性能的前提下又没有引入更多的硬件。 在n s 上对几种切换方案建立仿真模型，对模型中的主要参数的测试比较表 明，本文提出的方案在对家乡代理，固定的通信对端和网络层以上协议无需进 行改动的情况下，可进一步减少切换延迟和丢包率。 关键词移动切换，多摇，移动追踪，n s 仿真 a b s t r a c t t h eh a n d o f fs t r a t e g i e si nm o b i l ei p v 6 a bs t r a c t m o b i l ei pp r o v i d e sm o b i l i t ys u p p o r tf o rh o s t sc o n n e c t e dt ot h e i n t e r n e tw i t h o u tc h a n g i n gt h e i ri pa d d r e s s a n dm o b i l ei p v 6f u r t h e r r e s e a r c h e sa n dr e s 0 1 v e st h ep r o b l e j i l se x i s t e di nm o b i l ei p v 4 h o w e v e r ，i t i sa l w a y sd i s c u s s e da tt h i st i m eo fd a yt h a tp a c k e t sa r e1 0 s ta n dd e l a y e d d u r i n gm o b i l en o d eh a n d o f f i e t fp u tf o r w a r ds o m ea p p r o a c h e sf o rr e d u c i n g t h em i ph a n d o f f1 a t e n c y a saw h 0 1 e ， t h e yc a nb ec l a s s e di n t ot w oa s p e c t s o n ea i m st or e d u c et h e ( h o m e ) n e t w o r kr e g i s t r a t i o nt i m e ，w h i l et h eo t h e r t r i e st om i n i m i z et h e1 e n g t h ya d d r e s sr e s o l u t i o nd e l a y i nt h i sp a p e r ，w ea r ec o m p a r i n ga n da n a l y z i n go nt h eh a n d o f fd e l a y b a s e do ni e t fs c h e m e s ，a n dr e v i s et os o m ee x t e n t ( i e b a s e do nt h e s c h e m eo ff h m i p v 6 w ea d ds i _ m u l c a j tt oi ta n di n t r o d u c et h e u s eo fa n i n t e l l i g e n th a n d o f f m e c h a n i s m ) d e c o u p l i n gl 3h a n d o v e r s f r o ml 2h a n d o v e r su s es 、m lc “5 t，i tr e s 0 1 v et h ep r o b l e mt h a t i ti sn o ts i m p l et od e t e r m i n et h ec o r r e c tt i m e t os t a r tf o r w a r d i n gb e t w e e n m a pa n dn a r ，w h i c hh a sa ni m p a c to nh o ws m o o t ht h eh a n d o v e rw i l lb e a n d in t e l l i g e n th a n d o f f m e c h a n i s mo p t i m i z eh a n d o f fp e r f o r m a n c eb u tn o tt o a d dm o r eh a r d w a r e w em a k em o d e l sf o rt h ef o r e n a m e ds e v e r a lh a n d o f fs c h e m e s s ij l l u l a t i o n r e s u l t sd e r i v e do fam o b i l ec o m p u t e rn e t w o r km o d e lo nn e t w o r ks i m u l a t o r ( n s ) s h o ws u b s t a n t i a lp e r f o r m a n c ei 【l p r o v e m e n t si nt e r mo fh a n d o f fd e l a y a n dl o s sd a c k e t s k e yw o r d s ： l o b i l eh a n d o f f ，s i m u l c n 时 ，m o b i l et r a c k i n g ，n s s i m u l a t i o n 第章绪论 第一章绪论 1 1 推动移动i p 发展的因素 随着移动技术的迅猛发展，手机，掌上电脑，笔记本电脑等便携式或移动 设备被大量使用，用户希望在日常生活和商务环境中使用这些设备方便上网。 同时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，但是原来i p 协议对网络节点的移动性支持不够，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i p 应需而生，在原有i p 协议的基础上为支持节点的移动而提出新的解决方案。 1 2 移动工p 的提出 在i n t e r n e t 上，每个主机分配有唯一的i p 地址或动态的i p 地址，由于 i n t e r n e t 的寻址方式是基于网络前缀的路由，发往目的主机的分组，先到达i p 地址网络前缀所标识的网段，然后转发到i p 地址所对应的主机，因此i p 地址 不仅表示网络主机，也标识其相应的物理位置。主机使用固定的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。对于一个移动节点来说，为了在改变接入 点的位置后而不丧失其通信能力，现有的几种机制 1 都存在着问题，为此， i n t e r n e t 工程任务组i e t f 下属的移动i p 工作组( i pr 0 u t i n g f o r w i r e l e s s f 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：r f c 2 0 0 2 ：定义 移动i p 协议 1 ：r f c 2 0 0 3 ，r f c 2 0 0 4 ，r f c l 7 0 1 ：定义了移动i p 的三种隧道技术 2 3 4 ：r f c 2 0 0 5 ：定义了移动i p 的应用 5 ：r f c 2 0 0 6 ：定义了移动i p 的 管理信息库m i b 6 ：这些都对移动i p 的发展起到了关键性作用。 第一章绪论 1 3 移动工p 解决的问题及设计目标 在当前i n t e r n e t 基于网络前缀的路由前提下，移动i p 使得移动主机在不 同网络间切换的过程中仍然可以保持通信。它是一个基于网络层，提供移动支持 功能的解决方案。它主要解决下面问题： ( 1 ) 移动主机可以通过一个永久的i p 地址连续连接到任何链路上。 ( 2 ) 移动主机在切换到新的链路上时，仍然能够保持正在进行的通信。 与改变i p 地址，特定主机的路由选择和链路层的方案不同 2 7 ，移动i p 具有 扩充性，安全性和可靠性，与现有的i n t e r n e t 协议兼容，能够对上层协议保持 透明，并能够与不具备移动i p 功能的主机进行正常的通信。 而对于移动i p 协议的设计应该满足如下要求： ( 1 ) 移动节点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 ) 移动节点无论连接到任何接入点，都能够用原来的i p 地址通信； ( 3 ) 移动节点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 ) 移动节点不应该比i n t e r n e t 上的其他节点面临更多的安全威胁。 1 4 关于本论文 移动i p 是一种在i n t e r n e t 上提供移动功能的方案，它具有可扩充性，可 靠性和安全性，并使节点在切换链路时仍旧可保持正在进行的通信，提供了一 种i p 路由机制，使移动节点以一个永久的i p 地址连接到任何链路上。 但是，移动i p 仍旧存在着许多性能问题。而其中由于移动的切换造成的延 迟和丢包是移动i p v 6 中一直探讨的问题。i e t f 在解决切换延迟方面提出多种 方案，但总体来说可分为两类。其中之一是通过层次结构来减少向家乡注册带 来的延迟，而第二类是通过预配置来减少地址配置所带来的延迟。虽说两类方 案从两个不同的角度改善了移动节点的切换延迟问题，然而本人认为在具体的 切换过程中仍然还有改善的余地。如下提出改进方案：本切换方案是建立在 f h m i p v 6 的基础上，加入了多播，并且引入了智能切换的算法。多播的引入使 2 第一奄绪论 二层切换与三层切换去耦合，从而减少了由于二层切换的具体时间不能精确计 算而导致的丢包和延迟，从而达到无缝切换，而智能切换的算法优化了切换性 能。 本文以后的章节组织如下： 第二章移动i p 概述 第三章移动i p 的切换方案及工作机制 第四章移动i p v 6 切换技术的改进和性能优化 第五章仿真及实验结果分析 第六章总结及未来的工作 第二章移动i p 概述 第二章移动工p 概述 2 1 移动工p 的基本概念 2 1 1 三个功能实体 移动节点( l o b i l en o d e ) 其接入点从一个网络或子网变化到另一个网络或子网的主机或者路由器。 移动节点可以改变其位置而不改变其i p 地址；假如到某个接入点的链路层 连接可用，它可以在任何地方使用其( 固定的) i p 地址与i n t e r n e t 上的 其它节点通信。 家乡代理( h 。皿ea g e n t ) 位于移动节点家乡网络上的一个路由器，该路由器在移动节点不在家乡网 络时为数据报创建隧道以把数据报传送到移动节点，并负责维护移动节点 当前位置信息。 外地代理( f o r e i g na g e n t ) 位于被移动节点访问网络上的一个路由器，该路由器为注册节点提供路由 服务。外地代理把家乡代理通过隧道传送过来的数据报进行拆封 ( d e t u n n e l ) 并把这些数据报传送到移动节点。对于从移动节点传送过来 的数据报，外地代理作为该注册移动节点的缺省路由器。 图2 1 移动节点功能实体及相互关系 4 第二章移动i p 概述 2 1 2 其他常用术语 代理广告( a g e n ta d v e r t i s e m e n t ) 通过给路由器广告信息( 参考文献 4 ) 附加特殊的扩展而得到的广告信息。 通信节点( c o m u n i c a t i o nn o d e ) 与移动节点进行通信的同位体( p e e r ) 。通信节点可为移动节点或固定节点。 夕h 地网络( f o r e i g nn e t w o r k ) 除移动节点的家乡网络外的任何其他网络。 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) 给移动节点分配的长期( e x t e n d e dp e r i o d ) i p 地址。不管节点在何处接 入i n t e r n e t ，它都将保持不变。 家乡网络( h o m en e t w o r k ) 其前缀与移动节点家乡地址的网络前缀匹配的网络，家乡网络可能是虚拟 的。注意标准的i p 路由机制将把发往移动节点家乡地址的数据报发送到移 动节点的家乡网络上。 链路( l ，i n k ) 节点能在其上进行链路层通信的设备或媒介。链路在网络层的下面。 链路层地址( l i n k l a y e ra d d r e s s ) 用来标识某条物理链路上的通信端点的地址。典型地，链路层地址是一个 接口的m a c 地址。 移动代理( m o b i l i t ya g e n t ) 家乡代理或者外地代理。 移动绑定( m o b i l i t yb i n d i n g ) 建立家乡地址与转交地址之间的关联，以及该关联的生存期。 二层切换( l 2h a n d o v e r ) 移动节点从一个无线接入点到另一个无线接入点二层连接的改变。 三层切换 移动节点在它所属的网络的接入路由器之间移动，发生的三层链路转交地 址的改变。 第二章移动i p 概述 2 1 3 隧道和转交地址 当一个数据分组被封装在另一个数据分组的净荷中被传输时，所经过的路 径称为隧道。在移动i p 中，家乡代理将发送给移动节点( m n ，m o b i l en o d e ) 的 分组通过隧道转发，隧道的一端是家乡代理，另一端是外地代理或是移动节点。 源i p = 原始发送者 目的i p = 最终接受者 源l p = 隧道入口 日的i p = 隧道出口 原始i p 数据分组 封装的i p 数据分组 圈2 2i p 隧道及在移动【p 中的应用 在采用隧道技术后，隧道上的中间路由器看不到的家乡地址，隧道终点是m n 的转交地址，并且这个地址是传统的i p 路由能够到达的地址。 移动i p 提供了外地代理转交地址( f o r e i g na g e n tc a r e o fa d d r e s s ) 和配 置转交地址( c o 一1 0 c a t e dc a r e o fa d d r e s s ) 两种类型的转交地址。外地代理转 交地址是从外地代理的代理通告中获得，通常为外地代理的一个i p 地址。外地 代理此时成为隧道的终点，它拆封隧道来的分组后将其转发给m n 。使用这种地 址的优点是很多m n 可以共享一个转交地址，不会为已经很紧张的i p v 4 地址空 f 自j 分配带来更多的麻烦。配置转交地址是通过地址分配机制为m n 分配i p 地址， 地址前缀与目前访问网络前缀相同，它可以是通过动态主机配置协议( 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 0 1 ) 动态分配暂时地址，也可以是m n 在外 地网络上长期使用的永久地址。在使用配置地址时，m n 是隧道的终点，自身实 现隧道分组的拆封功能。使用这种地址的优点是m n 不需要外地代理，但是会给 i p v 4 的地址空间的分配增加额外的负担，而i p v 6 种解决了地址空间不足的问 题，于是在i p v 6 中所作的一个相应的改变是去掉了 i n 的外地代理，详细见 1 5 。 6 第二章移动i p 概述 2 2 移动工p 的工作原理 2 2 1 移动工p v 4 工作原理 1 ) 移动代理( 即外地代理和家乡代理) 通过代理通告报文广播其存在。移动节 点通过代理请求报文，可有选择的向本地移动代理请求代理通告报文。 2 ) 移动节点收到这些代理通告后，分辨其在家乡网络上，还是在某一外地网络 上。 3 ) 当移动节点检测到自己位于家乡网络上时，那么它不需要移动服务就可工 作。假如移动节点从登记的其他外地网络返回家乡网络时，通过交换其随带 的登记请求和登记答复报文，移动节点需要向其家乡代理撤销其外地网络登 记信息。 4 ) 当移动节点检测到自己已漫游到某一外地网络时，它获得该网的一个转交地 址。这个转交地址可能通过外区代理的通告获得，也可能通过外部分配机制 获得，如d h c p 1 。 5 ) 离开家乡网络的m n 通过交换其随带的注册请求和注册应答报文，向家乡代 理注册其新的转交地址，另外它也可能借助于外地代理向家乡代理进行登 记。 6 ) 发往移动节点家乡地址的数据分组被其家乡代理接收，家乡代理利用隧道技 术封装该数据分组，并将封装后的数据分组发送到m n 的转交地址，由隧道 终点( 外地代理或m n 本身) 接收，解除封装，并最终传送到m n 在相反方向，使用标准的i p 选路机制，移动节点发出的数据分组被传送到 目的地，无需通过家乡代理转发。无论移动节点在家乡网络还是在外地网络上， i p 主机与移动节点之间的所有数据分组都是用移动节点的家乡地址接收，转交 地址仅用于与移动代理的联系，而不被i p 主机所觉察。 图2 一l 可说明m n 在外地网络上时，移动i p 的工作过程。 1 ) i p 主机经过标准的i p 选路，发往移动节点的数据分组抵达家乡网络。 2 ) 数据包分组家乡代理接收，由注册表可知m n 节点的关联地址。 3 ) 数据分组采用”隧道技术”送到m n 的转交地址，即外地代理。 7 第二章移动i p 概述 4 ) 外地代理解封装，取出原始数据包并将原始数据包转发给移动节点。 5 ) 移动节点发出的数据包通过标准的i p 选路规程发送到目的地( 本图中外地 代理为移动节点的缺省路由器) 。 2 2 2 移动工p v 6 工作原理 2 2 2 1i p v 6 协议的特点 ( 1 ) i p v 6 的地址长度i p v 6 的1 2 8 位地址长度形成巨大的地址空间，据称可以为 地球上每一粒沙子都分配空间 ( 2 ) 简化的包头设计。相对i p v 4 增加了第二类路由头，移动报头等多个扩展报 头 ( 3 ) i p v 6 可以实现自动配置。i p v 6 支持无状态( s t a t e l e s s ) 和有状态( s t a t e f u l ) 两种自动配置地址的方式 ( 4 ) 服务质量( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 支持，i p v 6 报头中新增加了”业务级 别”( t r a f f i cc l a s s ) 和”流标记”( f l o wl a b e l ) 字段，支持资源预留，从而 支持集成服务( i n t s e r v ) 和差分服务( d i f f s e r v ) 机制。 ( 5 ) 内置的安全特性。i p v 6 协议同i p s e c ( i ps e c u r i t y ) 安全机制一体化，通过 认证头( ah ，a u t h e n t i c a t i 。nh e a d e r ) 和封装安全净荷( e s p ，e n c r y p t e d s e c u r i t yp a y l o a d ) 扩展报头提供了i p 分组的认证和加密。 ( 6 ) i p v 6 的移动性。i p v 4 协议对移动的支持是可选部分，而移动i p v 6 是i p v 6 协议不可缺少的组成部分。 2 2 2 2 移动i p v 6 的基本操作 设计移动i p 的目的是为了保证无论移动节点在家乡链路还是离开家乡链 路，都可以通过家乡地址被访问。当移动节点在家乡网络时，其工作方式同固 定主机一样，移动i p 不需要进行任何特别的操作。而对于其他情况在下面进行 详细的讨论： 1 获取转交地址和家乡注册 接入到外地链路后，通过常规的i p v 6 无状态 7 或有状态的自动配置机制 8 移动节点可以获得一个或多个转交地址。转交地址的子网前缀是移动节点 第二章移动i p 概述 正在访问的外地链路的子网前缀。只要移动节点连接到这个外地链路，目的地 址是这个转交地址的分组就会被转发给移动节点。 移动节点在外地网络获得转交地址后，需要向家乡代理申请注册，为移动 节点的家乡地址和转交地址在家乡代理上建立“绑定”，使得家乡代理能够把只 知道其家乡地址的节点发来的分组转发到移动节点的当前位置。在这个过程中 使用的转交地址是移动节点的“主转交地址”，这个过程称作“家乡注册”。 家乡注册的过程如下图2 3 所示。移动节点首先向家乡代理发送“绑定更 新”消息申请注册，家乡代理通过一个“绑定确认”消息对移动节点的请求进 行应答。随后，移动节点的家乡代理使用“代理邻居发现”机制，在家乡链路 上截取目的地址是移动节点家乡地址的所有i p v 6 分组，并通过隧道把它们转发 到移动节点的主转交地址。在隧道中，家乡代理对数据分组使用i p v 6 封装，把 移动节点的主转交地址放在外层i p v 6 报头的目的地址字段。 图2 _ 3 家乡注册过程 节点的移动通常是连续的，当移动节点移动到新的链路并获得新的转交地 址时，可能希望发往前一个转交地址的分组通过隧道到达移动节点新的转交地 址，这样可以减少分组重传带来的延迟。为了精确建立这种临时隧道，隧道的 源必须是移动节点的前一个转交地址，类似于从移动节点家乡地址到移动节点 当前转交地址的隧道。这样移动节点需要具有多个转交地址。但是，家乡代理 仅维护移动节点的主转交地址，并且仅把在家乡链路上截取的分组转发到相应 移动节点的主转交地址，由移动节点自行决定把哪个转交地址注册为主转交地 如 。 2 与通信对端的通信 通信对端可能是静止的节点。也可能是移动节点，移动i p v 6 也允许移动节 9 第二章移动i p 概述 点在通信对端进行类似“家乡注册”的绑定注册过程，称作”通信对端绑定”。 为了保证这种绑定的安全性，规定必须经过“返回路径可达过程” 1 5 的授权。 如果通信对端上存在关于移动节点家乡地址和转交地址的绑定，就可以直 接把分组发送到移动节点的转交地址；否则，只能把分组发送到其家乡地址。 发往移动节点家乡地址的分组会被路由到移动节点的家乡链路，必须经过家乡 代理的隧道转发到移动节点。即移动节点可以根据收到隧道分组判断通信对端 可能不知道自己的绑定，从而促使它向通信对端发送绑定更新建立绑定。使得 通信对端在多数情况下都把数据分组直接发送到移动节点的转交地址，避免了 在移动i p v 4 中存在的“三角路由”问题。 3 移动透明性 移动i p v 6 定义了一种新的目的地选项家乡地址选项，存放移动节点的 家乡地址，用于实现移动对上层协议和应用的透明，避开外地链路入境过滤策 略的限制。 只要通信对端上存在关于移动节点家乡地址和转交地址的绑定，该移动节 点就可以把分组直接发送到通信对端，并且把分组的源地址设置为它的一个转 交地址，同时在分组的报头中包含家乡地址选项，给出移动节点的家乡地址。 当分组到达通信对端后，通信对端从家乡地址选项中取出家乡地址，互换转交 地址和家乡地址的位置再交给上层处理，从而隐瞒了转交地址的使用，保证了 移动i p 的操作对上层的透明。 4 动态家乡代理地址发现 移动节点离开家乡网络后，家乡网络可能进行重新配置，导致原来提供家 乡代理服务的节点被另一个路由器取代。在这种情况下，移动节点就不知道当 前家乡代理的i p 地址。移动i p v 6 提供的“动态家乡代理地址发现”机制，允 许移动节点动态发现家乡链路上现有家乡代理的i p 地址，从而保证能够注册其 主转交地址。 动态家乡代理地址发现机制规定，移动节点在没有配置家乡代理，或者发 现当前的家乡代理不再有效时，首先向其家乡子网前缀特定的移动i p v 6 家乡代 1 0 第二章移动i p 概述 理广播发送i c m p 家乡代理地址发现请求消息。该请求消息到达家乡链路上的一 个或多个家乡代理后，其中一个家乡代理向移动节点返回一条i c m p 家乡代理地 址发现应答消息，给出家乡链路上组家乡代理的地址。移动节点通过家乡代 理地址发现应答消息和其中的家乡代理地址列表，就可以确定自己家乡代理的 地址。 2 3 移动i p 的关键技术 移动i p v 6 的技术研究框架结构组成如图2 4 所示。研究方向从总体上可以 分为宏观移动性和微观移动性两个方面。基本协议包括：i p v 4 协议对移动的支 持( r f c 3 2 2 0 2 0 0 2 ) 和移动i p v 6 协议，其他协议主要包括移动i p 中的隧道技术， 封装技术，移动i p 的管理信息库m i b 等。微观移动主要研究关于快速切换，平 滑切换，无缝切换，区域注册，缓存管理和报头压缩等方面。同时，与宏观移 动性和微观移动性都相关的研究包括关于服务质量q o s ，a a a ，组播和流量工程等 问题，限于本课题研究的方向和篇幅的限制这里只作大概的介绍，而对于移动 切换在后面的章节会作比较全面的阐述。 匦口 困 其 预先隧道他 切换切换 技 术 其 缓存区域他 管理管理技 术 图2 4 移动i p v 6 技术研究框架 iq 。s a a a m u l t i c a s t 第- 二章移动i p 概述 2 3 1 移动切换 移动节点从一个子网移动到另一个子网就产生了切换( h a n d o f f h a n d o v e r ) 。 移动节点在新的子网获得新的转交地址，因此，移动节点需要向家乡代理重新 注册，以及向通信节点重新绑定。移动i p 是网络层上的协议，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质量。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 基础上提出来的，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。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，联合方法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，目的地址使 移动节点的旧转交地址的流量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( p a r ， p r e v i o u sa c c e s sr o u t e r ) 还保持着二层连接时，就发起第三层的切换。基 于隧道的切换是指当移动主机与新的接入路由器( n a r ，n e wa c c e s sr o u t e r ) 的第二层连接已经建立时，还没有启动第三层切换并获得新的转交地址，而 是在两个网络的a r 之间建立隧道传输分组，尽量减少实时流的中断时间。 第二章移动i p 概述 3 平滑切换 平滑切换( s m o o t hh a n d o v e r ) 的目的时在切换过程中，不仅要使切换时间速 度快，还要切换尽量平滑，这就需要考虑状态信息的转移等问题。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。其切换可以分为两种 情况，即网络控制移动协助( n c m a ，n e t w o r k c o n t r o l l e d ，m o b i l e a s s i s t e d ) 和移动控制网络协助( m c n a ，m o b i1 e c o n t r o l l e d ，t w o r k a s s i s t e d ) 。在 n c m a 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m c n a 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 的相关信息。在两种情况下，移动节点需要为状态传输发送必要的 信息。 4 层次型移动i p v 6 层次型移动i p v 6 ( 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 6 ) 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。在嘲i p v 6 中，引入一个新的实体，称为移动 锚点( m a p ，m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) 。一个区域包含多个子网，子网的个数 根据情况可以变化。每个子网都有接入路由器。每个区域有个m a p 。移动 节点通过m a p 获得的地址是指区域地址( r c o a ，r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s ) ， 可以使用r c o a 向家乡代理和通信对端进行绑定。当移动节点在m a p 的区域 内通信时，就可以不需要向家乡代理和通信对端重新绑定，减少了在区域内 子网间切换引起的通信中断时问。 2 3 2 服务质量 服务质量q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的研究有助于移动i p 走向实用化。 移动节点在相邻的区域间的切换，引起通信连接的传输路径发生变化，从而对 通信连接的端对端服务质量造成很大的影响。而服务质量只能通过合理的管理 和使用网络带宽来保证通信连接要求的服务质量。目前在固定i p 网络上提出了 集成服务和差分服务两种服务质量机制，然而这些都不适合移动环境。移动i p 第二章移动i p 概述 服务质量解决方案要求在切换期间通信连接的服务中断时间最少，能够有效确 定切换过程中原有路径中的重建部分，切换完成后要能够及时释放原有路径上 的服务质量状态合已分配资源等等。目前研究比较多的是资源预留协议( r s v p ， r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 。 2 3 3 移动的安全机制 移动i p 在网络层实现移动互动，主要由于移动环境的开放和移动节点本身 不断切换到不同的链路带来了潜在的安全问题。在移动i p v 6 中，潜在的安全问 题多数来自错误的绑定。对于移动节点发往通信对端和家乡代理的绑定更新， 攻击者可以向家乡代理发送伪装的注册信息，攻击者也可以使用移动节点的家 乡地址，把伪装的绑定更新发送到通信对端，或者攻击者可以通过重定向的数 据分组试图成为移动节点和通信对端之间的中间人，把自己伪装成移动节点， 从而导致完整性和可用性问题。移动i p v 6 的载荷可能和常规i p v 6 的载荷面临 类似的攻击威胁。移动i p 协议和i p s e c 协议结合起来，提高了移动i p 协议的 安全性。移动i p v 6 中定义了返回路径可达过程，保护了移动节点发往通信对端 的绑定更新。移动i p 虽采用了一定的安全机制，但是并不能解决所用的安全问 题，安全威胁依然存在。 2 3 4 组播技术 在组播通信中，一个发送方可以同时向任意数目的接受方发送组播分组，通 过在网络中建立组播传播树，只在扇出节点复制组播分组，使得每个组播分组 在每条链路上最多出现一次，高效利用网络资源。在基于i p v 4 的移动支持 r f c 2 0 0 2 3 2 2 0 和移动i p v 6 中都给出了两个基本的支持移动的组播机制：双向 隧道( b t ，b i d i r e c t i o n a lt u n n e l i n g ) 和远程签署( r s ，r e m o t es u b s c r i p t i o n ) 。 详见 2 7 。 4 第三帝移动i p 的切换技术 第三章移动i p 的切换技术 3 1 移动i p v 6 的快速切换 移动i p v 6 快速切换技术是对移动i p v 6 协议的改进，可以加快移动主机的 切换过程，减少已有通信连接的中断时间，保证通信流的实时传输。它通过提 前注册，隧道机制，实现快速切换，以对实时业务提供支持。 3 1 1 协议描述 快速t 换可以很容易地在移动节点移动到接入路由器之前，为其配置新的 转交地址。当移动节点接入到新的网络时就可以立即使用这个转交地址。在此 之前，需要进行的准备工作包括新转交地址的配置，重复地址检测和邻居发现 等。 图3 1 显示了基本的快速切换。快速切换在接入路由器和移动节点之间引 入了七个额外的消息。而接入路由器指的是网络和移动主机之间的最后一个路 由器。当前( 旧) 接入路由器( p a r ，p r e v i o u sa c c e s sr o u t e r ) 是指移动节点当前 连接的接入路由器。新接入路由器( n a r ，n e wa c c e s sr o u t e r ) 是指移动主机将 要移动到新网络的接入路由器。这七个消息是：路由器请求代理消息( r t s 0 1 p r ， r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y ) ，代理路由器通告消息( p r r t a d v ，p r o x y r o u t e ra d v e r t i s e m e n t ) ，切换初始化消息( h i ，h a n d o v e ri n i t i a t i o n ) ，切换确 认消息( h a c k ，h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t ) ，快速绑定更新消息( f b u ，f a s t b i n d i n gu p d a t e ) ，快速绑定确认消息( f b a c k ，f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ) 快速邻居通告消息( f n a ，f a s tn e i g h b o ra d v e r t i s e m e n t ) 。 3 1 2 快速切换机制的分类 快速切换可以分为两种机制：预先切换和基于隧道的切换。 预先切换是指当移动节点和p a r 还保持着第二层的连接时，就发起第三层 的切换。基于隧道的切换是指移动节点与n a r 的第二层连接己经建立时，还没 有启动第三层切换并获得新的转交地址，而是在两个网络的a r 之间建立隧道， 第三章移动i p 的切换技术 通过隧道从前一个网络获得数据。 m o b i l en o d ep r e v i o u sa c c e s sr o u t e rn e wa c c e s sr o u t e r d p r r t a d o h i 1r f b u h a c k f b a c k f b a c k n n e c t f b n v a r dd a c k e t s f _ n a d e l i v e rd a c k e b 图3 1 移动i p v 6 快速切换消息交互图 3 1 2 1 预先切换 根据切换的过程中的哪一方有关于切换的预测的信息，预先切换又可以分 为两种不同的情况。 ( 1 ) 网络发起的切换：在这种情况下，当移动节点还在原来的网络上时，由p a r 预测到移动节点将要切换到新的网络，并且启动与移动节点和n a r 之间的第 三层信令交互。 ( 2 ) 移动发起的切换：在移动节点发起的切换过程中，移动节点预测到自己移动 到新网络的有关信息，并启动与p a r 的信令交互来实现第三层的切换。 1 _ 切换过程 在预先切换过程中，当移动节点与p a r 还保持着第二层连接时，如果p a r 或者移动节点有关于主机将要移动到新网络的预测信息时，切换将会被启动。 对于移动节点发起的切换，移动节点发出一个r t s o l p r 消息给p a r ，显示它希 望执行一次快速切换，切换到新的接入点。消息r t s 0 1 p r 包含新的接入点的链 路层地址，这个地址来自于n a r 的信号消息( b e a c o nm e s s a g e ) 。p a r 会发送一 个p r r t a d v 消息给移动节点作为回应。 已知还是通过同一个接入路由器连接。 消息p r r t a d v 显示新的接入点是未知， 而且还指定移动节点应该使用的网络前 6 第三章移动i p 的切换技术 缀来形成新的转交地址。基于p a r 的回应，移动节点使用无状态地址配置协议 7 ，形成一个新的转交地址。如果是网络发起的切换，p a r 主动发送一个 p r r t a d v 消息给移动主机。在p r r t a d v 消息中包含的内容可能会是3 种情况： ( 1 ) 如果p a r 不知道新接入点的有关信息，p r r t a d v 消息中会指出p a r 不知道移 动主机的新接入点的信息。 ( 2 ) 如果新的接入点与p a r 在同一个网络上，p r r t a d v 消息中会指出不需要发生 切换。 ( 3 ) 如果新的接入点与p a r 不在同一个网络上，并且有关新的接入点的消息已 知，p r r t a d v 消息中会给出移动主机在新的网络上使用的转交地址。 为了获得移动主机在新的网络上的转交地址，形成p r r t a d v 消息，p a r 需 要和n a r 交互消息。p a r 发出一个h i 消息给n a r ，h i 消息中包含了移动主机在 p a r 所在的网络上使用的转交地址，如果使用i p v 6 的无状态地址自动配置，h i 消息中还包含了p a r 为移动节点主机生成的新转交地址。n a r 收到h i 消息后， 如果其中包含移动主机的新的转交地址，n a r 将检验其是否可用；如果h i 消息 中没有新的转交地址，n a r 将分配一个可用的转交地址。然后，n a r 发送一个 i a c k 消息给p a r ，告诉p a r 移动节点新的转交地址或者指示新的转交地址是否可 用。 移动主机收到p a r 发送来的p r r t a d v 消息后，向p a r 发送一个f b u 消息。 p a r 收到f b u 消息后，建立一个p a r 和n a r 之间的隧道，然后，回应一个f b a c k 消息，f _ b a c k 消息将被发送到p a r 所在的网络，并通过隧道发到新的网络，这 样无论移动节点是否移动，都可以收到f b a c k 消息。 当移动节点到达新的网络，并且已经与之建立第二层连接，它发出一条f n a 消息。n a r 可以在第二层连接就绪时，就向移动节点发送数据包，或者在收到 了fn a 消息后再向移动节点发送数据包。 2 预先切换中的三方切换 如果移动节点的移动速度太快，以至于移动节点还没有在n a r 所在的网络 上完成第三层切换，就移动到第三个接入路由器的网络上，这样就如图2 2 所 示发生预先切换中的三方切换。在图中a a r 是在发生第一次链路切换之前的接 入路由器，p a r 是在发生第一次链路切换之后的接入路由器，n a r 是在发生第二 第三章移动i p 的切换技术 次链路切换之后的接入路由器也是三方切换m n 最终切换到网络的接入路由器。 m n n a r p a ra a r 移动节点新接入路由器 当前接入路由器锚点接入路由器 一 坚! 塑璺 h a c k 消息 p r r t a d v 消息 f - b u 消息 f - b a c k 消息 f - b a c k 消息 转发数据包 f n a 消息 传送数据包 图3 2 预先切换中的三方切换方案 3 1 2 2 基于隧道的切换 在基于隧道的切换中 2 7 ，m n 移动到新的网络，并建立了第二层的连接后， 并不发生第三层切换。p a r 和n a r 通过在二者之间进行第二层的切换，使用切 换消息中提供的信息建立双向边隧道( b e t ，b i d i r e c t i o n a le d g et u n n e l ) ，通 过隧道转发数据分组。这种方法对于实时的数据传输