（计算机应用技术专业论文）移动ipv6切换技术研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，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，也不包含为获得重麽由e 电太堂或其他教育 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。 学位论文作者签名：丑渺 签字日期： 砷年厂月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽邮电太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权重庞邮电太堂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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：影 导师签名： 搋尸 签字日期：川年占月f 日 签字日期：孩甲年6 月厂日 重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 近年来，以i n t e m e t 为代表的信息网络给人们的生活带来了巨大的变化。通 过i n t e m e t 上网已经成为人们生活中不可缺少的一部分，而且现在人们还要求在 移动中获得i n t e m e t 服务。为此i n t e m e t 工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 下属的移动i p 工作组在1 9 9 2 年制定了移动i p 的最初标准草案。在 过去的1 0 多年中，随着人们对移动i p 标准草案的不断补充和完善，使得无线网 络技术己经比较成熟，当移动主机在一个接入路由器区域内移动时对数据分组的 接收几乎没有影响。但是当移动主机在两个接入路由器之间移动时，移动主机与 接入路由器之间的连接就会出现短时间的中断，从而造成数据分组的丢失。为 此，i e t f 提出了很多切换的技术标准，很多研究工作者在这些标准的基础上又 提出了许多改进方案，其目的都是为了提高切换过程的服务质量。本文的研究也 正是为了这个目标。 在本文中，研究的主要目的是如何减少基于移动i p v 6 的节点间切换延迟从 而达到满足实时需求，以及如何减少移动节点间发送的数据包丢包的问题。本文 首先分析了i p v 6 网络技术及相关的移动i p 技术，通过详细分析标准移动i p v 6 ， 快速移动i p v 6 和层次移动i p v 6 切换协议特点，针对切换过程分析，引出了本 优化方案：即采用多链路层减少丢包率，以及引入智能控制器进行智能切换决 策。在论文最后章节介绍了n s 2 仿真软件，并对方案进行了仿真验证，理论分 析和仿真结果表明，该切换优化方案实现简便、可靠、性能较传统方法有所改 进。 关键字：移动i p v 6 ，切换延迟，智能切换，多链路 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t r e c e n ty e a r s ，o u rl i f eh a sb e e nu n d e 玛o i n gm 勾o rc h a n g e sw i t l lt h ee v o l u t i o no f i n f o r m a t i o nn e t w o r k ，s u c h 鲢i n t e m e t t h ei n t c m e th a sb e c o m ea r ii n d i s p e n s a b l yp 狐 o fp e o p l e se v e r y d a yl i f e ，a n dp e o p l ew a n tt 0o b t a i nt h ei n t e m e ts e r v i c e 、h e r e v e rt h e y a r e s ot h em o b i l ei pg r o u p ，b e l o n g i n gt 0i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ( i e t f ) ， p r o p o s e dt h e m o b i l ei ps t a n d a r dd r a f bi nl9 9 2 d u r i n gt h el a s tt e ny e a r s ，m a n y r e s e a r c h e r sh a v eb e e nw o r k i n go nt h e s ed r a r sf o ri m p r o v e m e n ta n dh a v em a d et h e w i r e l e 鹳t e c l m i q u em o r e 锄dm o r em a t u r e w h e nam o b i l eh o s ta to n el a n ，i tc a n r e c e i v ea l m o s ta l lt i l eu s e r s d a t a b u t ，w h e nau s e rm o v e sb e t w e e nt w oa c c e s sr o u t e r s ， i tw i l lh a v et op e 面衄t r a n s i t o r yd i s c o n n e c t i o nw i t ho n ea c c e s sr o u t e r a i l dc a 皿o t r e c e i v ed a t af r o mr o u t e r i e t fp r o m p t e dm 锄yh 锄d o v e rm e c h 枷s ms t a n d a r d s ，b a s e d o nw h i c ht h er e s e a r c h e rp r o p o s e dm a r i yi m p r o v e dm e c h a n i s m s o n eo ft h e i ra i m si st o i m p r o v et h ec a p a b i l i t yd u r i n gh a n d o v e r ，w h i c hi sa l s oo u rg o a l t h es c h e m ei sm a i n l yp r o p 9 s e dt 0r e d u c em o b i l ei p v 6h a n d o v e rl a t e n c y 锄d m e e t i n gr e a l - t i m er e q u i r e m e n t sa n dp a c k e t si o s s i nt c ps t r e 锄sb yu s i n ga d v a n c e r e g i s t r a t i o nm e t h o d ， t l l i sa n i c l ef i r s ti n t r o d u c e dt h ei p v 6n e t w o r kt e c l l i l o l o g ya n d n e x ts h o wm ec o r r e l a t i o nm o b i l ei pt e c h n o l o g y a n d 肌a l y s i sm o b i l ei p v 6 锄df m i p v 6 ( f a s th a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ) 觚dh m i p v 6 ( h i e 例汜h i c a lm o b i l ei p v 6m o b i l i t y m a n a g e m e n t ) ，a l l a l y s i st h eh a n d o v e rw h i c hc 枷e do n ，、v ed r a v mo u tt h i so p t i m i z e d p l a n ：u s et h em u l t i - l i r l l 【l e v e lr e d u c t i o nd r o pr a t e ，硒w e l l 嬲m ei n t r o d u c t i o n o f i n t e l l i g e n c ec o n t r o l l e rt oc a i t yo nt h ei n t e l l i g e n tc u td e c i s i o n - m a k i n g i nt h ep a p e r s f i n a lc h a p t e ri ti n t r o d u c e dn s 2s i m u l a t i o ns o r w a u r e ，a n dc a r r i e do nt h es i m u l a t i o n c o n f i mt h ep l a n ，t h e o r e t i c a la i l a j y s i sa n dt l l es i m u l a t i o nr e s u l ti n d i c a t e d ，t h i sc u t o p t i m i z a t i o np l a nr e a l i z a t i o ns i m p l e ，r e l i a b l e ，c o m p 撕n gt r a d i t i o n a lm e t h o d ，t i l i sp l a n h 嬲al o ti m p r o v e m e n t k e y w o r d s ： m i p v 6 ，h a n d o v e rl a t e n c y ，i n t e l l i g e n c eh a n d o v e r ，m u l t i l i n k i l 重庆邮电大学硕士论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 课题的研究现状2 1 3 课题研究的意义4 1 4 论文的主要工作5 1 5 论文的组织结构5 第二章移动i p v 6 和切换延迟分析6 2 1i p v 6 对移动i p v 6 的支持6 2 2 移动i p v 6 技术6 2 2 1 移动i p v 6 对移动i p v 4 技术的改进6 2 2 2 移动i p v 6 协议中的术语和功能实体。7 2 2 3 移动i p v 6 的特殊报头8 2 。2 4 移动i p v 6 的工作原理9 2 2 5 移动i p v 6 工作的关键过程1 l 2 2 6 移动i p v 6 的局限性1 1 2 3 移动i p v 6 切换延迟分析1 2 2 3 1 移动i p v 6 中的切换概述12 2 3 2 标准的移动i p v 6 切换延迟分析。1 3 2 3 3 切换延迟对移动性能的影响1 3 2 4 本章小结1 4 第三章相关移动i p v 6 切换技术分析1 5 3 1 移动l p v 6 快速切换技术：f m i p v 6 1 5 3 1 1 移动i p v 6 快速切换的基本术语1 5 3 1 2 协议描述1 6 3 2 层次型移动i p v 6 技术：h m i p v 6 1 7 3 2 1h m i p v 6 概述17 3 2 2h m i p v 6 的工作原理1 8 u i 重庆邮电大学硕士论文目录 3 3 层次移动i p v 6 的快速切换技术：h m i p v 6 + f m i p v 6 2 0 3 3 1 主要定义2 0 3 4 存在的问题分析2 l 3 5 本章小结2 2 第四章改进的移动切换管理机制2 3 4 1 移动i p v 6 切换过程分析2 3 4 1 1 移动i p v 6 切换过程2 3 4 1 2 移动i p v 6 切换过程分析2 4 4 2 改进的移动切换管理机制的构思2 4 4 2 1 移动i p v 6 的切换优化内容2 4 4 2 2 改进的移动i p v 6 切换方案构思2 5 4 3 改进的移动切换管理机制的设计2 6 4 - 3 1 智能控制器的引入。2 6 4 3 2 智能控制器的优化原理2 6 4 3 3 智能控制器的结构2 7 4 3 4 智能控制器的运行状态2 8 4 4 多链路层连接的设计2 9 4 4 1 多重链路的工作原理2 9 4 4 2 多重链路的切换过程分析2 9 4 4 3 多重绑定机制3 0 4 4 4 多重链路的物理设计3 l 4 5 本章小结3 3 第五章改进机制的性能仿真和结果分析3 4 5 1 仿真工具n s 2 介绍3 4 5 2 仿真网络模型结构及参数设置3 5 5 3 仿真网络拓扑的程序设置3 6 5 3 1 初始化设置3 6 5 3 2 层次结构设置3 7 5 3 3 节点位置设置3 8 5 3 4 链路设置3 9 5 3 5 应用层设置3 9 5 4 仿真结果分析4 0 5 4 1 方案仿真4 0 i v 重庆邮电大学硕士论文目录 5 4 2 切换过程分析4 l 5 4 3 切换延迟比较：4 4 5 4 4 瞬时数据吞吐量分析4 5 5 4 5 切换性能比较4 6 5 5 本章小结4 7 第六章总结及未来工作”4 8 6 1 总结4 8 6 2 未来工作4 8 致谢4 9 攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果5 0 参考文献5 l v 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 随着因特网技术和移动通信技术的迅速发展，移动计算机网络业务已逐渐 成为人们日益关注的话题，在网络中提供移动性支持可使网络用户在任何时刻、 任何地点通过网络发送和接收各种数据。互联网工程攻坚组( i e t f ，i n t e m a t i o n a l e n g i n e e rt a s kf o r c e ) 制定了移动i p v 4 方案，但是由于移动i p v 4 地址空间严重不 足，无法满足移动设备接入所需要的大量i p 地址，同时移动i p v 4 对移动节点所接 收的分组进行路由时，使用了一种三角路由的路由方案，路由效率不高，不能更 好的满足社会发展的需要。 为此，i e t f 又提出了i p v 6 协议【，该协议提供了巨大的地址空间，可以满足 日益增多的全球移动终端的地址的需要；i p v 6 除了继承了i p v 4 的一些特性外，还 增加了许多对移动性的支持。越来越多的无线设备接入i n t e m e t ，移动性成为对 下一代互连网的重要期望，因此，移动i p v 6 作为一种在全球因特网上提供移动功 能的方案，将会成为移动通信的首选。 移动i p v 6 要的是移动且无需改变i p 地址【2 1 ，移动节点从本地链路进入到 外地链路或者从一个外地链路进入到另一个外地链路时就需要进行切换，从移动 节点离开原来的网络一直到它接收到绑定确认为止的这段时间中通信是中断的， 我们称这段过程为切换，在这段时间为切换延迟，移动节点在基于移动i p v 6 的无 线网络中移动时，如何使得移动节点在在切换过程中保持流畅的、连续的通信非 常重要。只有保证了切换中的时延和丢包率在一个可以接受的水平，才可以部署 移动多媒体实时业务。高质量的互联网协议语音技术( v o i c eo v e r i n t e m e t p r o t o c o l ，v o i p ) 和视频会议等多媒体应用是非常重要的，因为这些应用是能够吸 引现在的i n t e m e t 使用者从i p v 4 转向i p v 6 的关键性应用。对v o i p 方面的研究表 明，要保持连续的通话效果，丢包率应不超过3 。因此，在v o i p 数据源下，如 果移动节点在切换过程中能够保证足够小的切换延迟时间和丢包率，则可以保证 v o i p 语音通话过程的畅通性和连续性，对v o i p 的广泛应用起到积极的推动作 用，进而促进移动i p v 6 的商业化。但是在移动i p v 6 协议中没有说明如何优化移动 节点在切换过程中的的性能，如何使移动节点进行快速、平滑、无缝的切换是目 前移动i p v 6 协议所面临的挑战。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 2 课题的研究现状 关于i p 移动性的研究开始于9 0 年代初，在i n t e m e t 应用获得迅猛扩张的背 景下，已经取得了长足的进步。随着i 讧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 文档的相继公布，奠定了移动i p 发展的基础。r f c 文档一经发表， 立刻引发了研究移动i p 技术的高潮。随着i p v 6 的发展，以i p v 6 技术为基础的新的 移动协议于2 0 0 4 年提出，i e t f 连续发布了下一代移动协议相关文档 r f c 3 7 7 5 【3 1 。作为移动i p v 6 的建议标准，也就结束了移动i p v 6 的草案状态【4 1 ， 移动i p v 6 进入了正式的实用阶段。对于移动i p v 6 协议中，当移动节点离开本地链 路进入外地链路时，或者是由一个外地链路进入到另一个外地链路时，就需要进 行切换，如果不对移动i p v 6 的协议进行任何扩展，却存在着明显的不足，比如： 移动节点在外地网络中每移动一个新的位置就要发送一个绑定更新信息到家乡代 理或通信节点。这样，将会在主干网络中引发大量的注册报文，这些冗余信息占 据了带宽，浪费了宝贵的网络资源，还会引发网络冲突，减少有效数据的传输。 特别是当移动节点远离家乡网络时，会造成较大的切换延时，从而引起严重的包 丢失和通信吞吐量的下降，为此很多研究者针对移动i p v 6 切换产生的分组丢失或 延迟问题，提出了对应的解决方案，比较典型的有以下几种解决方案： ( 1 ) 二层触发的切换方案 针对移动i p 中，移动节点由于无法及时获得新子网信息而不能快速完成切 换的缺点，r 萄e e vk 0 0 d l i 提出了一种快速切换移动i p v 6 技术( f a s th a n d o v e r sf o r m o b i l ei p v 6 ，f m i p v 6 ) 【5 1 ，由于移动i p 最初设计时并没有假定它下面的链路层如 何工作，虽然这样使移动i p 有广泛的适用性，但是它严格分离链路层和网络层 对切换延迟的负面影响。f m i p v 6 引入链路层触发器的概念，从二层得到相关的 信息且通知三层，这样允许移动节点在改变子网前预先配置新转交地址，移动节 点可以在和新接入路由器建立连接后可立即使用这个转交地址进行通信。如果早 期的地址注册失败，移动节点也可以回到由m i p v 6 提供的传统切换。但是，因 为需要在二层切换完成之前初始化三层切换，f m i p v 6 会十分依赖二层触发消息 获得的及时性，这在实际环境中不容易实现。 ( 2 ) 微移动解决方案 在文献【6 】中提出了一种分层式移动管理方式层次移动i p v 6 ( h i e r a r c h i c a l m o b i l ei p v 6m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，h m i p v 6 ) ，h m i p v 6 通过将网络分解为一个个由 移动锚节点( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ，m a p ) 管理的领域，减少了全局信令开销，移 动节点在一个领域内不同子网间移动时不需要更新它的通信节点和家乡代理，而 是向移动锚节点进行更新。因此h m i p v 6 只减少了在域内移动的信令开销和切换 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 延迟，对于宏观移动、域间的切换则没有改善。 c e l l u l a ri p 主要用来解决本地移动性【7 1 ，它使用移动i p 支持i n t e m e t 核心网 的漫游。在c e l l u l a ri p 接入网中，常规路由被基于c e l l u l a ri p 专有的软状态查找 表路由替代。c e l l u l a ri p 主要有如下优点：相对简单的节点，区分激活和空闲主 机，在本地移动时没有信令传到家乡主机，采用会话密钥支持快速安全模型，但 c e l l u l a ri p 需要支持特殊信令的网络实体、网关路由器和节点。 h a w a i i ( h a n d o f fa w a r ew i r e l e s sa c c e s si n t e m e ti n f r a s t r u c t u r e ) 在接入网中定 义了一个包括路由器和基站的圳引，域中所有实体支持路由优化的专用信令，每 个基站有外地代理功能，采用域根路由器互连i n t e m e t 核心网和h a w a i i 域， h a w a i i 在域中仍然采用传统i p 路由，只是简单加入移动节点的特定主机路由 表项。h a w a i i 采用不同的路径建立机制满足零包丢失率、减少切换延时和保持 包到达次序的不同优先级。 ( 3 ) 多播机制解决方案 多播机制是一种平滑的切换技术，移动节点保持和多个转交地址的绑定，切 换过程中数据包通过所有转交地址传送给移动节点，以减少数据包的丢失【9 j 。文 献 1 0 】在f m i p v 6 基础上增加多播机制，将发送给移动节点的数据双播或多播往 移动节点可能移动到的所有位置及当前位置，这样就减少了移动节点在切换状态 下的分组丢失和移动节点乒乓运动过程中的服务中断时间。类似的扩展机制如移 动i p v 6 快速切换环境下的快速多播协议m f m i p v 6 【】和层次型管理结构下的无 缝多播切换机制m h m i p v 6 【1 2 】，值得一提的是方案【l3 】在转发流隧道和缓存支持 下的多播快速移动i p v 6 机制m f m i p v 6 f t b ，此协议应用了f m i p v 6 协议的优 点并建议使用多播流隧道和缓存机制，并为单播和多播移动支持提供了一种融合 的框架。 ( 4 ) 无缝切换解决方案 为获得更好的切换性能，既降低切换延迟也减少分组丢失，很多研究者提出 无缝切换的概念。其中提出无缝的局部移动机制s l i m 【l 引，从两方面提高了局部 移动的性能。一方面s l i m 除了以信号强度为参数外，通过引入候选接入路由器 上可获得的带宽为新的参数，改进了切换决策和切换触发机制。另一方面， s l i m 在层次型结构下，通过在m a p 上支持分组缓存提高了切换执行，具有很 低的分组丢失率。此外，它也在切换之前提供地址预先配置信息给移动节点，减 少了切换过程中的控制信令交互以及地址解析的时间。 ( 5 ) 优化各部分延时的解决方案 很多机制针对m i p v 6 各个部分延迟进行了优化，有的关注于减少移动检测 部分以及重复地址检测部分的延迟，快速发送路由请求后，会将存储的路由器公 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 告信息进行单播路由通告，同时修改了的接入路由器的邻居缓存可以很快地决定 新转交地址的唯一性。有的分析了切换延迟并发现重复地址检测过程导致很大的 延迟，他们给每个移动节点分配了唯一的链路转交地址并在一层i p v 6 和二层 i p v 6 地址之间进行转换。通过这种方法提出一种s t e a t h t i m eh m i p v 6 机制【i 引， 可以减少重复地址检测时间对切换延迟的影响。还有的对移动i p v 6 机制中向通 信节点进行注册的过程进行扩展，修改了移动节点和通信节点之间交换的一些信 息实现了对通信节点的快速绑定更新，在提供同样水平的安全保证的同时减少了 切换延迟。 ( 6 ) 基于流的解决方案 基于流的快速移动i p v 6 ( f f h m i p v 6 ，f l o wf a s ta n dh i e r a l r c h i c a lm o b i i ei p v 6 ) 的设计独立于二层信息，不依赖对即将到来的切换的预测【1 6 】。f f h m i p v 6 机制利 用i p v 6 流的状态信息以及i p v 6 i n i p v 6 隧道，在切换过程中重定向流到新地 址，因此允许注册的同时接收流信息，这样减少了注册延迟。 ( 7 ) 快速层次移动i p v 6 方案( h m i p v 6 + f m i p v 6 ) f m i p v 6 和h m i p v 6 都能够显著地提高移动i p v 6 的切换性能，但是，对于实 时业务来说，二者仍然需要进一步优化，这是因为h m i p v 6 所考虑的时延仅仅是 绑定更新消息的时延，而没有考虑到其它因素，比如移动检测、转交地址的配置 和确认等。而f m i p v 6 则可减少这两个因素所导致切换时延。因此，二者具有明 显的互补性。文献【1 7 】提出了将f m i p v 6 技术和h m i p v 6 技术结合起来，发挥各 自的优势，进一步优化切换的性能。 1 3 课题研究的意义 未来移动通信网络将会越来越复杂，无线异构网络的漫游和实时多媒体的 应用，使人们对快速平滑切换机制的需求更为急迫，而在切换机制上，只使用基 本移动i p v 6 机制显然是不够的，因为它延迟较高，会引起网络中的分组丢失和 网络性能瓶颈，为此，针对移动主机在外地网络内的频繁切换，在对移动i p v 6 各种切换改进机制中，由i e t f 工作组提出的针对二层网络触发的快速切换移动 技术和层次移动i p v 6 技术最具代表性，虽然它们从不同程度改善了移动i p v 6 网 络的切换性能，但是，在实际应用中，两种技术都表现出一定的缺陷。其中切换 延时是移动i p v 6 切换性能的重要衡量标准。为此，如何降低移动主机切换延 迟，使数据包正确到达成为当前研究的热点，所以对该领域进行深入广泛的研究 将为无线移动网络的应用提供重要科学依据，具有重要的社会和经济意义。 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 4 论文的主要工作 本文首先介绍了课题的研究背景，从i p v 4 技术不能满足现代网络发展的需 求出发，引出本文所要研究的i p v 6 技术。并对i p v 6 技术的国内外研究现状做了 分析。在此基础上，对课题的研究意义作了总结。然后本文通过对移动i p v 6 的 相关技术，以及目前存在的移动i p v 6 切换技术分析，提出了本文的切换优化方 案。即对于移动i p v 6 的切换延迟问题，本文在子网中加入一个智能控制器，利 用它的切换算法及预测机制优化切换时间；同时针对数据包的丢失问题，本文在 物理链路层采用多链路通信的形式，采用多网卡一同i p 技术，实现多链路通 道。当切换发生时，移动节点可以利用一条链路进行切换，而利用其他链路进行 数据的正常通信，从而有效的减少丢包率。 1 5 论文的组织结构 本文主要分为六章，其组织结构如下： 第一章绪论。主要介绍课题提出的背景，课题对象的研究现状，课题的 研究意义以及本文的主要工作。 第二章移动i p v 6 和切换延迟分析。主要研究了i p v 6 对移动i p v 6 的支 持，它的特殊报头，移动i p v 6 对移动i p v 4 的改进，最主要的研究了移动i p v 6 的工作原理以及对其协议流程进行了分析。通过对工作流程的分析总结出移动 i p v 6 的局限性。并针对局限性对切换延迟进行了分析。 第三章相关移动i p v 6 切换技术分析。主要对三种移动i p v 6 切换技术： f m i p v 6 和h m i p v 6 及h m i p v 6 + f m i p v 6 做了分析和比较。从而总结出这三种技 术在性能上的缺陷及存在的问题。 第四章改进的移动切换管理机制。及其原理机制分析，主要针对切换的 延迟时间及数据包的丢失问题，提出本文的改进方案。 第五章改进机制的性能仿真及分析结果。对本文提出的方案进行仿真， 并对主要的结果进行了分析。 第六章结论和未来研究的方向。对本文工作进行了总结，指出下一步的 工作方向。 重庆邮电大学硕士论文第二章移动i p v 6 和切换延迟分析 第二章移动i p v 6 和切换延迟分析 2 1 i p v 6 对移动i p v 6 的支持 为了解决i p v 4 一系列问题如：地址资源即将枯竭、路由负担过重、缺乏服务 质量保证等，i e t f 的i p n g 工作组在1 9 9 4 年9 月提出了一个正式的草案“t h e r e c o m m e n d a t i o nf o rm ei pn e x tg e n e r a t i o np r o t o c o l ”，l9 9 5 年底确定了i p 的 协议规范，并称为”i p 版本6 ”，这就是我们常说的i p v 6 【l 引。移动i p v 6 是在继承 移动i p v 4 优点的基础上，沿用移动i p v 4 中的一些基本概念和技术，融合了i p v 6 协 议本身的新特性进行设计的。 首先，路由器在路由器广播报文中指示了它是否能担任本地代理。同一个 子网内允许多个本地代理存在，移动节点可以向任意一个本地代理注册。本地代 理中保存有移动节点的家乡地址和转交地址的对照表，收到发送给移动节点的报 文后，根据对照表把报文转发给移动节点。 其次，每当移动节点收到其他主机发来的报文后，在响应报文中以转交地 址作为源地址，并要附带上移动节点的家乡地址。其他主机的后续报文以移动节 点的转交地址为目的地址，但是要附带源路由选择头，报头内容为移动节点的家 乡地址。使用这种机制的目的是保证移动节点在移动过程中也不会丢失报文。 最后，i p v 6 中定义了重定向过程。当移动节点在小区间切换时，移动节点重 新登记成功后，基站应该向原来的基站发重定向包文，使切换过程中路由有偏差 的报文重新找到移动节点。 未来的网络协议必须要支持移动性，允许主机在不同的网络间无缝隙的漫 游。对于i p v 6 协议，移动性已经是其不可缺少的组成部分，所有的i p v 6 节点必须 实现移动i p v 6 定义的功能，可以这么说，移动i p v 6 是对i p v 6 协议提供移动性支持 的扩展。 2 2 移动i p v 6 技术 2 2 1 移动i p v 6 对移动i p v 4 技术的改进 移动i p v 6 的设计汲取了移动i p v 4 【1 9 儿2 0 1 的设计经验，并且利用了i p v 6 的许多新 6 重庆邮电大学硕士论文第二章移动i p v 6 和切换延迟分析 的特征，提供了比移动i p v 4 更多的、更好的特点，成为了i p v 6 协议不可缺少的 一部分，主要区别为： ( 1 ) 在移动i p v 6 中，对“三角路由”问题的解决已经成为协议的一个主要 部分，并被所有的i p v 6 节点所支持。通过使用i p v 6 中新的路由头选项，允许任何 通信节点和移动节点直接发送路由数据包，而不再经过移动节点的家乡网络或使 用家乡代理的转发功能。 ( 2 ) 在移动i p v 6 中不再有外地代理的概念。移动节点在离开家乡链路时可 以利用i p v 6 的增强功能进行独立操作。 ( 3 ) 在移动i p v 6 中，动态家乡代理地址发现机制支持家乡网络地重新配 置。通过使用i p v 6 的任播地址，家乡链路上只有一个家乡代理向移动节点返回一 个应答消息；由于在移动i p v 4 中使用直接的广播地址，所以移动节点家乡链路上 的每个家乡代理均返回一个独立的应答消息。因为仅仅只有一个数据包从家乡链 路返回到移动节点，所以移动i p v 6 的这种机制更加有效和可靠。 ( 4 ) 在安全性方面，移动i p v 6 使用i p s e c 来满足更新绑定时的所有安全需 求，包括；发送者认证，数据完整性保护，重传保护等。也就是说移动i p v 6 的安 全性是建立在i p v 6 的安全机制的上的。 ( 5 ) 在移动i p v 6 中，对于发往离开家乡链路的移动节点的数据包，使用 i p v 6 的“路由报头 进行传送，而不使用i p 封装。使用“路由报头”需要较少的 附加报头字节，从而减少了移动i p 分发数据包的负担。 通过上述移动i p v 6 的特点我们可以看出，i p v 6 提供了很好的移动性支持， 其功能实体简单可行，因此移动i p v 6 较移动i p v 4 更易于实现，也更具有优越性。 2 2 2 移动i p v 6 协议中的术语和功能实体 在移动i p v 6 协议中，主要定义下面一些常用的术语： 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) ：指定给移动节点的一个永久的位于家乡链路上的 可路由单播地址，当移动节点切换到其它链路时，家乡地址并不改变。 家乡链路( h o m el i n k ) ：移动节点家乡地址网络前缀所定义的那个网络。标 准的i p 路由机制会把发往移动节点家乡地址的数据包路由到这个链路上。 转交地址( c a r e o f a d d r e s s ，c o a ) ：移动节点访问外地网络时得到的一个可路 由单播地址，这个地址的网络前缀就是外地子网的前缀。在任何指定时刻，移动 节点可能有多个转交地址，其中向家乡代理注册的那个称作“主转交地址 外地链路( f o r e i g nl i ：除家乡链路以外其他任何链路都称作外地链路。 绑定( b i n d i n g ) ：移动节点的家乡地址和转交地址之间的关联。在移动节点的 7 重庆邮电大学硕士论文第二章移动i p v 6 和切换延迟分析 家乡代理和通信节点中都存在着这种绑定。 注册( r e g i s t r a t i o n ) ：移动节点向家乡代理或者通信节点发送绑定更新信息， 称作绑定注册。 移动( m o v e m e n t ) ：移动节点在互联网上接入点的改变，叫做移动。如果当一 个节点不再连接到家乡链路上，就称作“离开家乡网络 。 在移动i p v 6 协议中，定义了以下三种功能实体： 移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) ：移动节点能够从一个链路移动到另一个链 路，在移动过程中这个节点仍然可以通过它的家乡地址与别的节点保持联系。 家乡代理( h o m ea g e n t ，h a ) ：位于移动节点家乡链路上的一个路由器，移动 节点向其注册当前的转交地址。当移动节点离开家乡链路时，家乡代理截获家乡 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注册的转 交地址。 通信节点( c o 玎e s p o n d e n tn o d e ，c n ) ：与移动节点进行通信的对等节点。通信 节点可以是静止的也可以是移动的。 2 2 3 移动i p v 6 的特殊报头 移动i p v 6 数据包 移动i p v 6 数据包由一个i p v 6 报头、多个扩展报头和一个上层协议数据单元 组成。移动i p v 6 数据包的结构如图2 1 所示【2 1 1 。 有效 据包 图2 1 移动i p v 6 数据包的结构 1 ) 移动i p v 6 报头 移动i p v 6 报头总是存在的，长度为4 0 字节。 2 ) 扩展报头 移动i p v 6 报头可以包含零个或多个扩展报头，这些扩展报头可以具有不同 的长度。 3 ) 上层协议数据单元 上层协议数据单元一般由上层协议报头和它的有效载荷( 有效载荷可以是 重庆邮电大学硕士论文第二章移动l p v 6 和切换延迟分析 一个i c m p v 6 报文、一个t c p 数据段或一个u d p 报文) 。 移动i p v 6 报头中的字段 移动i p v 6 基本报头也称为固定报头，其包含8 个字段，总长度为4 0 个字 节。这把各子段分别为版本号、通信流类别、流标签、有效载荷长度、下一个包 头、跳限制、源移动i p v 6 地址以及目的移动i p v 6 地址。 移动i p v 6 报头是i p v 4 报头的现代版，它去掉了i p v 4 中的一些字段，增加 了一些能更好的支持实时通信流的字段。移动i p v 6 报头结构如图2 2 所示。 版本号通信流类别流标签 有效载荷长度下一个报头 跳限制 源地址 目的地址 图2 2 移动i p v 6 的报头结构 将移动i p v 6 报文头与i p v 4 报文头进行比较，就会发现i p v 6 中去掉了i p v 4 中的几个字段：包头长度、标识、标志、分段偏移量、包头校验和、选项和填 充，而只增加了一个在i p v 4 中没有的新字段，即流标签字段。经过这样的处 理，转发一个移动i p v 6 数据包就会比转发一个i p v 4 数据包更加有效率。 移动i p v 6 扩展报头 具有普遍性的移动i p v 6 报头是由一个固定、必须的基本报头和一系列可 选、不必须、数量不定的扩展报头组成。一个正常发送的移动i p v 6 报文，可以 没有扩展头，但必定需要一个基本报头。只有在需要路由器或者目的结点做某些 特殊处理时，才由发送方的信宿地址添加一个或多个扩展报头。所以，扩展报头 的添加是为了提供某种特定的差异化网络服务。 扩展报头是移动i p v 6 报头设计思想中很重要的一环，它的应用功效类似于 i p v 4 报头中的各种选项，这种设计模式有许多好处，如最大的灵活性、提高路 由器转发效率、按顺序分解报头、扩展报头的对齐、下一个报头的参数以及完善 的报错机制等。 2 2 4 移动i p v 6 的工作原理 常规的i n t e m e t 路由算法会把目的地址为移动节点家乡地址的分组转发到节 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章移动i p v 6 和切换延迟分析 点的家乡链路，因而移动i p v 6 协议需要在不改变这种路由机制的前提下保证离开 家乡的移动节点能够与其他节点通信。下面结合图2 3 详细介绍移动i p v 6 的运作 过程。 当移动节点在家乡网络时，其工作方式如同位置固定的主机，移动i p 不需要 进行任何特别的操作。 图2 3 移动i p v 6 的工作原理 ( 1 ) 当移动节点接入到外地链路的后，移动节点可以通过移动检测机制检 测到自己发生了移动，并根据在外地网络上接收的路由器通告报文知道该链路的 子网前缀，通过无状态地址自动配置获得一个转交地址( c o a ) 。 ( 2 ) 移动节点使用转交地址( c o a ) 向家乡代理( h a ) 发送绑定更新( b u ) 报文 进行注册，家乡代理( h a ) 接受注册后，在缓存中增加移动节点的信息，将移动 节点的家乡地址和转交地址绑定在一起，并在本地链路上发送路由器通告，声明 自己是移动节点的家乡代理( h a ) ，所有发送到移动节点的数据包