（计算机应用技术专业论文）移动ipv6切换性能的研究与仿真.pdf

1j曩曩1，lj_一 j，-习1 l， 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文移动i p v 6 切换性能的研究与仿真，是本 人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学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 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期：丝! ：垒竺 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：二弦导师签名： 日期： 一7 , 0 0 州日期： z7 篆 、l ? 站b - 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 基于i p v 6 的切换技术是影响移动i p v 6 服务质量的主要元素。针对现有移动i p v 6 切换延迟大、分组丢失率高问题，本文提出一种基于信息交换的层次型快速移动 i p v 6 切换m f h m i p v 6 ) 机制。设计一种m a p ，a r 和m n 之间的信息交换机制，使 移动节点可预知领域内各接入路由器之间的邻居关系及相应的第2 层和第3 层信 息；结合分层切换和快速切换，在分层移动i p v 6 上调整快速移动i p v 6 的信令流程， 简化切换准备阶段操作；通过设置隧道定时器，保留在原路由器中建立的隧道。研 究结果表明：n f h m i p v 6 在减少无线接入网络发现延迟和候选路由器发现延迟的基 础上，进一步减少了总体切换延迟和分组丢失率，降低移动节点乒乓运动引入的信 令开销。 关键词：移动i p v 6 ，切换，信息交换，n s 2 a b s t r a c k t or e s o l v et h ep r o b l e mo fl o n gh a n d o v e rd e l a ya n dh i g hp a c k e t sl o s si nm i p v 6 ，a n i n f o r m a t i o e x c h a n g e - b a s e d f a s th a n d o v e rs c h e m ef o rh i e r ar c h i c a im o b i l ei p v 6 ( n f h m i p v 6 ) w a sp r o p o s e d w i t hi n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，m o b i l en o d ef o r e k n o w st h e n e i g h b o r i n gr e l a t i o n s h i pa m o n ga c c e s s t o u t e r sa n dt h e i rr e l a t e di n f o r m a t i o n a f t e r c o m b i n i n gf m i p v 6a n dh m i p v 6 ，t h eo p e r a t i o ni na n t i c i p a t i o np h a s ew a ss i m p l i f i e db y a d j u s t i n gs i g n a l i n gf l o wo ff m i p v 6o v e rh m i p v 6 f u r t h e r m o r e ，n f h m i p v 6s e t sa t u n n e lt i m e rf o rr e s e r v i n gt h et u n n e le s t a b l i s h e di nt h ep r e v i o u sn e t w o r k t h er e s u l t s s h o wt h a tn f - h m i p v 6c a nr e d u c et h et i m eo fr a d i oa c c e s sn e t w o r kd i s c o v e r ya n d c a n d i d a t ea c c e s sr o u t e rd i s c o v e r y ，t h et o t a lh a n d o v e rd e l a ya n dp a c k e t sl o s s ，a n d l a r g e s i g n a l i n gc o s ti n t r o d u c e db ym o b i l en o d e sp i n g p o n gm o v e m e n t t h ep e r f o r m a n c eo f n f h m i p v 6h a n d o v e ri se x c e l l e n t w a n gh a o ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) directedb ya s s o c i a t ep r o f z h e n gg u p i n g k e yw o r d s ：m i p v 6 ，h a n d o v e r ，i n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，n s 2 -一tlf 3 一 _ 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章前言1 1 1课题背景1 1 2 课题研究的内容及意义1 1 3国内外研究现状2 1 4本文的主要内容与组织结构4 第二章移动i p v 6 6 2 1i p v 6 协议简介6 2 1 1 在i p v 6 中支持移动7 2 2 移动i p v 6 的组成7 2 2 1 移动i p v 6 常用术语8 2 2 2 新增报头及选项8 2 3 移动i p v 6 协议的主要切换操作过程1l 2 3 1 移动检测过程? 1 2 23 2 获取转交地址过程1 3 2 3 3 绑定更新过程1 3 2 3 4 与通信节点的通信1 4 2 3 5 几种典型切换解决方案- 1 5 2 4 本章小结1 8 第三章移动i p v 6 的快速切换1 9 3 1 新增术语1 9 3 2 协议操作过程2 0 3 2 1 预测性快速切换2 0 3 2 2 反应性快速切换2 3 3 3 切换性能分析2 4 3 4 本章小结2 5 第四章层次型移动i p v 6 移动管理2 6 4 1l - 瑚i p v 6 思想形成的背景2 6 t 华北电力大学硕士学位论文目录 4 2 新增术语2 6 4 3 协议操作过程2 7 4 3 1 域内移动2 8 4 3 2 域间移动2 8 4 4 切换性能分析2 8 4 5 本童小结3 0 第五章快速层次移动i p v 6 切换3 2 5 1 快速层次移动i p v 6 切换概述3 2 5 1 1 相关体系结构3 2 5 1 2f h m i p v 6 的数据流、3 3 5 2f h m i p v 6 协议操作过程3 4 5 2 i 移动主机触发的切换3 5 5 2 2 网络触发的切换3 6 5 3f - h m i p v 6 消息3 6 5 4 本章小结3 7 第六章快速层次型移动i p v 6 切换机制的优化3 8 6 。ln f - h m i p v 6 中的信息交换机制的设计3 8 6 1 1 邻居信息表的构建与更新3 8 6 1 2 邻居信息表的储存4 0 6 2n f - h m i p v 6 机制工作流程4 0 6 2 1 快速无线接入网络发现算法：4 1 6 2 2n f h m i p v 6 切换流程优化与设计详解4 2 6 2 3 隧道定时器设计4 3 第七章n f h m i p v 6 的仿真和结果分析4 4 7 1 仿真过程介绍4 4 7 2 网络仿真场景设计4 5 7 2 1 拓扑结构及参数设置4 5 7 3 模拟仿真4 6 7 4 仿真结果分析4 8 7 4 i 数据采集4 8 i i 华北电力大学硕士学位论文目录 7 4 2 切换延迟和分组丢失率4 9 7 4 3 网络传输延迟的影响5 0 7 4 4 移动节点数的影响5 l 7 4 5 隧道定时器的影响? 5 2 7 5 本章小结5 2 第八章结论与展望5 4 主要参考文献5 5 致谢5 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 9 i i i 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章前言 近年来，在快速发展的信息领域，移动通信与互联网发展尤为迅猛，以i n t e r n e t 为代表的信息网络给人们生活带来了巨大的变化，i n t e r n e t 已经成为很多人生活不可 缺少的部分。但是，随着人们生活节奏的加快，主要以固定方式接入i n t e r n e t 已经 不能满足需要，人们希一望能随时随地接入互联网。 为了解决这一问题，对现有互联网提供移动性支持，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 ) 在1 9 9 2 年制定了移动i p v 4 的最初标准草案，对i p v 4 | 1 】协议栈进行了移动性 扩充。尽管如此，由于i p v 4 协议固有的不足，比如其地址空间有限，难以支持大量 的移动节点，同时，移动i p v 4 协议仅是i p v 4 协议的扩充，并不能得到所有i p v 4 网络 中的路由器支持，因此，使得移动i p v 4 不具备很好的扩展性，不能成为一个统一的 i p 平台，支持各种网络设备接入i n t e r n e t ，难以适应未来i n t e r n e t 的发展需要，针对移 动i p v 4 的不足，i e t f 的移动i p i 作组制定出了移动i p v 6 协议【1 6 1 下一代网络将采用i p v 6 协议作为核心协议。移动i p v 6 作为i p v 6 协议的内在组 成部分，是建立在i p v 6 体系结构基础之上。它的设计和实现吸取了移动i p v 4 发展 的经验，其基本思想是：移动节点可以在移动计算环境中自由移动，不用手工配置 任何网络信息( 例如i p 信息) 就能够继续通信，并目能保持正在进行的网络连接在移 动过程中不被中断，其移动对于传输层以上协议保持透明。 鉴于移动i p v 6 的重要性和对下一代网络的巨大影响，越来越多的国际标准化组 织加入i p v 6 标准的制定工作。特别3 g p p ，从传统意义上来说，互联网和移动通信 是两个不同的行业。但随着i p 技术的发展，移动通信的i p 化将会成为下一代移动 通信的设计方案，i p v 6 将成为互联网和移动通信网的公用基本协议。目前，3 g p p 和i t u t 也成立了相应的工作组来制定与i p v 6 相关的标准。 可以预见，? 下一代网络将是数据业务和移动业务充分融合的产物，并在这个融 合的基础上口益完善，形成以i p v 6 协议为核心，提供无处不在的、多元接入方式的、 无缝移动的网络。在这个发展趋势下，移动i p v 6 作为网络层切换的优选解决方案， 可以有效保障无缝移动的进行。相信在下一代网络中，移动i p v 6 将充当起关键性的 角色。 ， 1 2 课题研究的内容及意义 在传统固定节点通信的模式下，当移动用户通过不同地区的i s p 接入网络时， 其i p 地址也要进行相应的改变。当一个移动用户离开自己的本地网络，接入另外一 个外地网络的时候，他必须将其i p 地址修改为外地网络的子网i p 地址，才能访问 华北电力大学硕士学位论文 各种网络资源，而且由于各种网络设置，此用户一般不能访问原有本地网络中的资 源，其他用户也无法通过该用户原来的i p 地址与该用户进行通信。移动i p 概念的 提出正是为了提供一种节点移动的透明性的方便技术规范，它使得移动节点在跨越 不同网络区域时，不用用户做任何操作，就能利用新网络的资源，并且保持与原有 网络的通讯。 而移动i p v 6 的突出优点就在于移动节点改变其位置和地址时，移动i p v 6 也会 保证移动节点赖以通信的现有连接。移动i p v 6 不是通过修改面向连接的协议( 如t c p ) 来保持移动节点的连接，而是通过对i p 层地址的处理来实现这一目标。对于传输层 来说，移动节点的位置改变完全是透明的。移动i p v 6 使用移动节点的特定地址来建 立和保持连接，无论移动节点如何改变位置和地址，连接都会保持。 移动i p v 6 使得移动节点在从一个接入路由器移动至另外一个接入路由器时保 持其连通性，这一过程称为切换。在切换过程中，由于链路转换时延和i p 协议操作， 移动节点在一段时间内无法发送或接收数据。我们对切换的研究目的无非就是提高 移动节点切换过程中的服务质量，降低移动节点在切换过程中的数据分组的丢失， 减少切换过程中的时延，提高t c p 吞吐量【6 】，降低切换过程的传输延迟。切换技术 的研究最终的目标是达到切换对用户真正的透明，切换不会影响用户对网络的使 用，即不存在数据包的丢失，不存在网络时延，最后达到无缝切换。 本文即是在不影响i p v 6 节点移动特性的前提下，以高质量、高效率的无缝切换 和切换决策为目标，在认真分析研究了现有的切换技术，尤其是h m i p v 6 的工作原 理，给出一种基于层次型移动i p v 6 的切换优化方案。该方案缩短了切换引起的通信 中断时间，降低了移动节点在切换过程中的分组丢失，使移动用户获得较高的服务 质量。 1 3 国内外研究现状 i p v 6 协议的研究起源于2 0 世纪9 0 年代初，该协议是i e t f ( i n t e r n a t i o n a le n g i n e e r t a s kf o r c e ) 在比较多种i p n g 方案p 儿4 j 的基础上，最后以简单互联网协议增强( s s i p ) 为基础加以改进而形成的。i p v 6 协议最初的草案是1 9 9 5 年由c i s c o 公司的s t e v e d e e r i n g 和n o k i a 公司的r o b e r th i n d e n 起草完成的，即r f c 2 4 6 0 t 5 1 。1 9 9 8 年，i e t f 对r f c 2 4 6 0 进行了较大改进，形成了现在的r f c 2 4 6 0 。与此同时，i p v 6 的其他相 关标准也由i e t f 的相关工作陆续制定出来【】。1 9 9 2 年6 月i e t f 公开征求下一代 i p ( i p n g ) 的建议，随后收到了若干个提案，当时主要的提议有c n a t ， i pe n c a p s ， n i m r o d 和c l n p 等，到1 9 9 4 年就形成了i p n g 的最后设计。1 9 9 5 年1 月r f c l 7 5 2 t h e r e c o m m e n d a t i o nf o rt h ei pn e x tg e n e r a t i o np r o t o c o l ( - f 一代i p 建议书) 的发表是一 个重要的里程碑【9 1 。r f c l 7 5 2 概述了i p n g 的需求，规定了p d u 8 】格式，突出了下一 华北电力大学硕士学位论文 代i p 在寻址、路由选择和安全等方面采用的方法。i e t f 针对i p v 6 协议的具体研究 进程如下1 9 】【1 0 】 1 9 9 2 年，i e t f 成立了i p n g 工作组； 1 9 9 2 1 9 9 4 年，i p n g 工作组收到了若干提案； 1 9 9 4 年，i p n g 工作组提出了下一代i p 网络协议一i p v 6 的推荐版本； 1 9 9 5 年，i p n g 工作组完成了i p v 6 的协议文本； 1 9 9 5 1 9 9 9 年完成了i e t f 需要的协议审定和测试； 1 9 9 9 年成立了i p v 6 论坛，开始正式分配i p v 6 地址，i p v 6 的协议文本成为标准 草案。 另外，目前i p v 6 方面的全球性推进组织还有i n t e m e ts o c i e t y t l o l ( i s o c ，互联网 协会) 和i s ti p , ；6c l u s t e r 等。其中占主要地位的是i p v 6 论坛，其主要是通过论坛的 形式想用户宣传i p v 6 ，并为i p v 6 开拓市场，建立一个保证服务质量而又安全的下 一代互联网，使世界范围内都能够平等地享用知识和技术，以促进世界道德文明的 发展。i p v 6 论坛通过建立一个开放、国际性的i p v 6 专家论坛，在各论坛成员种共 享i p v 6 知识和技术，推动基于i p v 6 的应用及解决方案、i p v 6 标准的国际统一，通 过合作提高端到端服务的质量，并解决i p v 6 实施过程中遇到的问题。 i p v 4 地址资源在全球范围的不均衡分布使得全球各国对i p v 6 的应用和发展的 态度各不相同。 美国方面，随着2 0 0 3 年国防部备忘录要求在2 0 0 8 财政年度整个国防部网络都 必须过渡到i p v 6 之后，美国i p v 6 的发展异常迅猛。目前，思科、j u n i p e r 、微软、 苹果、h p ，i b m 和s u n 等主要硬件和软件厂商都已经提供了对i p v 6 的支持，在美 国比较典型的i p v 6 网络有6 b o n e ，6 r e n ，e s n e t 和i n t e r n e t 2 等【l o 】 欧洲方面，欧盟各成员国科研单位众多，因此欧盟成了i p v 6 最为活跃的地区之 。欧盟虽然没有亚洲那么严峻的地址压力，但在互联网上一直落后与美国，而早 期又看到亚洲i p v 6 的强劲势头，因此欧盟委员会要求业界为采用i p v 6 而共同努力。 同时，由于欧洲在移动通信技术方面的领先优势，使得他们在i p v 6 的研究和商业化 方面更加关注对移动通信领域的拓展，因而主要采取先移动、后固定的基本战略。 诺基亚、爱立信、英国电信、法国电信和6 w i n d 等欧洲公司直是i p v 6 研究和商业 领域的主要领导者。目前欧洲开展的i p v 6 项目和网络有6 i n i t ，6 n e t ，e u r o i x ， a n d r o i d ，r e n a t e r 2 和a i r s 抖等。 、 日本方面，其政府在i p v 6 的支持上不遗余力，在开始阶段就将i p v 6 列为国家 基础设施建设之一。2 0 0 1 年3 月，日本政府在e j a p a n 重点计划中就明确设定 在2 0 0 5 年完成互联网向i p v 6 的过渡，让所有人、所有设施都能用上i n t e m e t 。并尽 华北电力大学硕士学位论文 早实现i p v 6 的商业化应用【l0 1 。 韩国方面，韩国e t r i 已经开发了i p v 6 多播视频会议和视频流业务，n c a 已经 开发了v o i p v 6 和其他基于i p v 6 的宽带i n t e r a c t 业务。韩国的i p v 6 网络有6 b o n e k r k o r e ni p v 6 ，t e i n 和6 n g i x 等。 从地区来说，美国和欧洲国家对i p v 6 的发展主要以研究和试验为主，而日本和 韩国等国家主要关注i p v 6 的商用和业务开展。 我国在i p v 6 方面的起步晚于日本和韩国。但是飞速的经济发展是离不开信息高 速公路的，所以我国有关的政府部门和大型国有企业在i p v 6 的推广上体现出了坚强 的意志。现在，国内的一些研究机构己掌握了大量关于i p v 6 的技术和专利，由政府 牵头的5 大运营商参与i p v 6 网络建设。2 0 0 4 年1 2 月，g e m e t 2 开通，标志着世界 上最大的纯i p v 6 网络的诞生，g e m e t 2 的开通为中国互联网的研究和应用铺平了道 路。而中国下一代互联网( c n g i ) 也在紧锣密鼓的进行着，可以说在我国各界的努力 下，中国下一代互联网已经走在了世界最前沿。 1 4 本文的主要内容与组织结构 一 本文主要的研究内容是：在对移动i p v 6 切换过程进行详细分析的基础上，挖掘 出基于移动i p v 6 的切换机制产生延迟的原因，在目前己有的解决方案的基础上，总 结其优缺点，得出改进切换机制的新方案，以减少移动i p v 6 切换过程中的时延和分 组丢失。 本文共分为八章，具体结构如下： 第一章，前言。主要是介绍了移动工p v 6 的研究背景及研究现状，指出了本文 要研究的内容。 第二章，对移动工p v 6 的原理进行研究。阐述了移动i p v 6 的基本概念，详尽地 讨论了移动i p v 6 的操作过程，并分析了移动i p v 6 的特点。 第三章，移动i p v 6 快速切换( f m i p v 6 ) 。f m i p v 6 分为预测型快速切换和反应型 快速切换两种操作模式，本章首先介绍了本协议新引入的一些术语，然后分别对这 两种协议过程做了详细的介绍并对其作出性能分析。 第四章，层次型移动i p v 6 移动管理( h m i p v 6 ) 。本章简要介绍了h m i p v 6 思想 形成的背景以及一些新增术语。对其协议操作过程分域内移动和域间移动两种情况 分别做了详细的介绍并对其作出性能分析。 第五章，对快速层次移动i p v 6 切换以及协议操作过程进行概述。 第六章，提出了一种基于信息交换的层次型快速移动i p v 6 切换( n f h m i p v 6 ) 机 制，并对其进行了详细的阐述。 4 华北电力大学硕士学位论文 第七章，阐述了实验仿真工具的选择和仿真平台搭建的过程，通过理论分析和 仿真实验分析了优化方案的优越性。 第八章，总结与展望，对论文进行总结，并提出继续研究的方向。 5 华北电力大学硕士学位论文 2 1i f v 6 协议简介 第二章移动i p v 6 自从r f c 7 9 1 t 邶 1 1 9 8 1 年发布以后，i p v 4 协议就没有发生什么实质性的变化。实 践证明，i p v 4 是健壮性的，易于实现的，并目具有良好的互操作性，经受了从早期 小规模互联网络，扩展到如今全球范围应用的考验，这一切都应归功于i p v 4 最初的 优良设计。但是，随着互联网技术的飞速发展，1 p v 4 协议出现了地址严重匮乏，对 网络安全和服务质量支持不够等很多问题，不能满足目前网络应用及发展的需求。 为此，i e t f 开发了新一代网络协议i p v 6 ，彻底解决i p v 4 目前存在的地址匮乏等问 题，而且集成了网络安全、服务质量、移动性等内容，使路由器分组处理更简便， 协议的扩展性也更好。 i p v 6 不是i p v 4 的简单演进，而是有实质性的改进。i p v 6 协议【】包含下面的特 点： 新的协议头格式： i p v 6 协议的分组报头由8 个字段共4 0 个字节组成，如表2 1 所示。 。 表2 1i p v 6 的报头结构 版本号业务流类型流标签 净荷长度下一个头跳限 源地址( 1 2 8 ) 。 目的地址( 1 2 8 ) 在i p v 6 协议头之后连接着一个扩展报头，并由协议头中的下一个头选项进行指 示，i p v 6 的报头设计将一些非根本性的和可选择性的字段移到了协议头之后的扩展 协议头中。这样，网络中的中间路由器在处理这种简化的i p v 6 协议头时，可以有 选择性的处理，效率就更高，同时最大程度的减少了协议头的开销。 巨大的地址空间 i p v 6 的源地址和目的地址都是1 2 8 位的，提供超过3 4 事1 0 3 8 个地址【1 2 】，在未 来可预见的很长一段时间内，它能为全球任何一台网络设备提供唯一i p 地址。 i p v 6 地址的自动配置 i p v 6 支持无状态( s t a t e l e s s ) 删和有状态( s t a t e 如1 ) 两种地址配置方式。在无状态地 址自动配置方式下，节点使用邻居发现机制获得一个链路局部地址，通过使用即插 即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，就能够获得唯一的全球i p 地址，这种 6 华北电力大学硕士学位论文 方式解决了移动过程中地址配置问题。 内置的安全性 i p v 6 协议同i p s e c t l 4 】( i ps e c u r i t y ) 安全机制一体化。通过认证头( a h ， a u t h c n t i e a t i o nh e a d e r ) 和封装安全静钧( e s p ，e n e r y p t e ds e e 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。对所有i p v 6 节点，i p s e c 是强制实现的。 i p v 6 的移动性 移动i p v 4 协议是i p v 4 的扩展协议，而移动i p v 6 是i p v 6 不可缺少的组成部分。 i p v 6 的几个特饬为节点的移动性提供了强有力的支持。 2 1 1 在i p v 6 中支持移动 如果i p v 6 节点改变了链路，则必须改变它的i p v 6 地址，以保持可到达性。移 动i p v 6 的突出优点在于，即使移动节点在改变它的位置和地址，移动i p v 6 也仍然 保持现有连接，它不是通过修改面向连接的协议( 如t c p 协议) 来保持移动节点的现 有连接，而是通过处理i p 层的地址变化来实现这一点。传输层以上协议完全不知道 移动节点的位置和地址已经发生了变化。 i p v 6 协议对移动性的支持主要体现在以下两点。 地址自动配置功能：i p v 6 节点地址自动配置功能使得节点在改变网络接入 点之后能很快的获得地址，从而保持网络连接不中断。 扩展报头机制：i p v 6 的移动选项可以放在扩展报头中，便于路由器处理。 2 2 移动i p v 6 的组成 移动i p v 6 网络各部分组成如图2 1 所示。 愈 移动节点 禾 i ， 图2 - 1 移动l p v 6 网络组成 7 华北电力大学硕士学位论文 2 2 1 移动i p v 6 常用术语 本节将对照图2 1 ，讲解移动i p v 6 的常用术语。 移动节点( m n ，m o b i l en o d e ) 指能够从一个链路的连接点移动到另一个连接点不改变其唯一的i p v 6 地址，仍 能保持原有通信不中断的节点。 家乡地址( h o m ea d d r e s s ) 指分配给移动节点的唯一不变的i p v 6 地址，它属于移动节点的本地链路，在任 何时候任何位置，对于传输层以上协议来说，始终都是与移动节点的家乡地址来通 信的。 通信对端( c n ，c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 指所有与移动节点通信的节点，通信对端可以是静止或移动的。 转交地址( c o a ，c a r e o f a d d r e s s ) c o a 指移动节点访问外地链路时临时获得的i p v 6 地址，这个i p v 6 地址的子网 前缀与外地链路子网前缀一致。移动节点同时可得到多个转交地址，其中注册到家 乡代理的转交地址称为主转交地址( p r i m a r yc a r e o f a d d r e s s ) 家乡代理( h a ，h o m ea g e n t ) h a 就是本地链路上的路由器，它负责维护移动节点在家乡链路上的信息( 如地 址信息等) ，并且当移动节点离开家乡链路时，它截取目的地址是移动节点家乡地址 的分组，通过隧道转发到移动节点注册的转交地址。 绑定( b i n d i n g ) 移动节点的家乡地址与转交地址之间的关联，家乡代理通过这种关联把发到家 乡链路的属于移动节点的分组转发到其当前所在外地链路上，通信对端通过这种关 联也可以知道移动节点的当前接入点，从而直接与移动节点进行通信。 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 用于保存绑定信息，包括与移动节点家乡注册或者通信对端注册相关的表项。 每个家乡代理和通信对端都要维护绑定缓存。绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s t ) 每 个移动节点都应该维护绑定更新列表，记录与他所发送的每个尚未过期的绑定更新 相关的信息，包括移动节点发向通信对端及其家乡代理的所有绑定更新。 2 2 2 新增报头及选项 移动i p v 6 相对于基本i p v 6 协议， 1 ) 新的移动报头 新增了以下几个方面的内容。 8 华北电力大学硕士学位论文 移动i p v 6 定义了一种新的报头移动报头。移动报头是移动节点、通信对端 和家乡代理在与绑定和更新有关的过程中使用的扩展报头。 在i p v 6 报头中的下一个报头选项中，当其中的值为1 3 5 时，表示扩展报头为移 动报头，其格式如表2 2 所示。 表2 2 移动报头格式 载荷协议报头长度报头类型保留 校验和 消息数据 载荷协议：8 位长，指出下一个移动报头的类型； 报头长度：8 位长，指出本报头有多少个6 4 位长； 报头类型：1 6 位长，指出本移动报头的类型； 校验和：1 6 位长，用于本报头的校验； 消息数据：长度可变，包含移动报头类型特定的数据。 移动i p v 6 在消息数据中也定义了一些移动选项，位子报头的固定部分之后，是 否存在可根据报头长度字段判断：如果报头的长度大于对该类型的规定值，剩余的 部分则是移动性选项，其对齐要求和i p v 6 协议头的要求一致，即必须对其在8 字节 的边界。 移动报头可携带下列消息： 家乡测试初始、家乡测试、转交测试初始和转交测试消息，用于返回路径可达 过程； 绑定更新消息( b u ，b i n g d i n gu p d a t e ) ，用于移动节点通知通信对端或者家乡代 理它当前的绑定； 绑定确认消息( b a ，b i n g d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ) ，用于确认绑定更新消息； 绑定刷新请求消息( ( b r r ，b i n d i n gr e f r e s hr e q u e s t ) ，用于请求移动节点发；送 新的绑定，典型的情况是当前绑定的生存期接近过期时； 绑定错误消息( b e ，b i n g d i n ge r r o r ) ，通信对端节点使用它来通知移动性相关错 误。 2 ) 移动选项 移动选项位于移动报头的消息数据部分，跟在移动报头的固定部分之后。使用 移动选项是为了增加灵活性，允许某些消息的必要选项不出现在其他任何消息中。 9 华北电力大学硕士学位论文 另外，也提供了按需增减移动选项的机制，既控制了移动报头的大小，又方便了以 后的扩展。 移动选项使用的都是类型- 长度一值( t l v ) 的编码格式，一般格式如表2 3 所示( 填 充选项除外) 。 表2 3 移动选项编码格式 l 选项数据 i i类型长度 其中，类型和长度字段都是8 位长，分别代表该选项的类型编号和选项数据所 占用的字节数，数据字段的长度是可变的。需要指出的是，节点对于自己不能识别 的选项类型只应该简单地忽略，而不能丢弃分组。 3 ) 家乡地址选项 家乡地址选项包含在i p v 6 的目的地选项扩展报头( 下一个报头值= 6 0 ) z p ，用在 离开家乡的移动节点所发送的分组，通告接收者移动节点的家乡地址。发送分组时， 移动节点一般使用它的一个转交地址作为报头的源地址，但在分组中包含家乡地址 选项。通信对端在处理时使用家乡地址选项的信息把转交地址和家乡地址互换，保 证了在通信对端上，转交地址的使用对于上层协议和应用透明【m l 。 家乡地址选项采用类型长度值( t l v ) 格式，如表2 4 所示。首先是8 位的类型 字段，然后是8 位的长度字段，最后是家乡地址字段，包含分组发送者的家乡地址。 霹 表2 4 家乡地址选项格式 类型长度 家乡地址( 1 2 8 位) 4 ) 第二类路由报头 移动i p v 6 定义了一个新的路由报头变量，即第二类路由报头，它也是新的i p v 6 扩展报头。通信对端把移动节点的转交地址放在i p 报头的目的地址字段，而把移动 节点的家乡地址放在第二类路由报头中。当分组到达转发地址时，移动节点从第二 类路由报头中提取出家乡地址，用作这个分组的最终目的地址。 第二类路由头的格式如表2 5 所示。其中，下一个报头字段存放第二类路由头 随后的扩展报头类型，头扩展长度字段表示路由头占用几个6 4 位，不包括该头的 前6 4 位，对于第二类路由头，该字段总等于2 ；剩余分段数字段表示在分组到达最 后的目的地之前，还需要经过几个显示列出的中间节点，对于第二类路由头，该字 段的值始终为1 。 1 0 华北电力大学硕士学位论文 表2 5 第二类路由报头格式 下一个报头路由报头长度= 3路由类型- - 2剩余段= l 保留 家乡地址 5 ) 新的i c m p v 6 消息 与i c m p “相比，i c m p v 6 协议的功能强大很多。在i c m p v 6 协议中，整合了 i n t e r n e t 组管理协议【1 6 】( i g m p ，i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 和地址解析协议 反向地址解析协议( a r p r a r p ，a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l r e v e r s ea d d r e s s r e s o l u t i o np r o t o c 0 1 ) 。 此外，在i c m p v 6 中还引入了邻居发现( n d ，n e i g h b o rd i s c o v e r y ) ，使用i c m p v 6 消息确定同一链路上的邻居的链路层地址、路由器、随时跟踪哪些邻居是可连接的， 以及检测更改的链路层地址。 i c m p v 6 在r f c 2 4 6 31 1 6 】中定义的消息如表2 - 6 所示。 表2 6i c m p v 6 消息 消息名称消息类型 目的不可达消息类型1 数据包过大消息类型2 i c m p v 6 错误消息 超时消息类型3 参数问题消息类型4 回声请求消息类型1 2 8 i c m p v 6 信息消息 回声应答消息类型1 2 9 2 3 移动i p v 6 协议的主要切换操作过程 本节结合图2 2 详细讲解移动i p v 6 协议的主要操作过程。 移动节点移动到另外一个网络时必须经过切换过程，也就是获得新的c o a ，向 h a 重新注册，并告知最新的c o a 的过程。 整个切换过程包括移动检测，获取转交地址，绑定更新。影响移动i p 切换性能 的因素主要有二个：移动检测，重新注册时延和切换引起的丢包。切换技术的目的 是要减少切换的延迟和丢包率。 l l 华北电力大学硕士学位论文 2 3 1 移动检测过程 图2 - 2 移动i p v 6 操作过程简略图 在移动i p v 6 中，节点发生移动是指节点到i n t e r n e t 的接入点发生了改变，接入 点发生了改变，必将导致节点的很多特性发生变化，所以移动检测是移动i p v 6 中首 要的环节。目前，在移动i p v 6 中定义的移动检测主要利用i p v 6 的邻居发现机制( 包 括路由发现和邻居不可达检测) 【2 。移动检测的流程如图2 3 所示。 图2 3 移动检测流程图 1 2 华北电力大学硕士学位论文 23 2 获取转交地址过程 根据地址自动配置协议，有两种方法可以获取移动节点的转交地址( c o a ) ：有 状态地址自动配置( s t a t e f u la d d r e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ) 和无状态地址自动配置 ( s t a t e l e s s a d d r e s sa u t o c o n f i g u r a t i o n ) 【2 7 1 。 有状态地址自动配置：在这种方法中，移动节点只是向一个服务器申请一个地 址，并将这个地址当作自己的c o a 。与i p v 4 的情况相对应，i p v 6 中的有状态地址 分配协议是动态主机配置协议版本( d h c p v 6 ) 1 引。另外，p p p 的i p v 6 配置协议( p p p s i p v 6c o n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) 也提供了一种服务器向移动节点提供c o a 的方法。 无状态地址自动配置：无状态地址自动配置是i p v 6 新增加的功能，在i p v 4 中 没有类似的功能。无状态地址自动配置是这样工作的： 1 ) 节点首先形成一个接i = 1 标记，这是一个与链路有关的标识( 如用m a c 地址作 为标识) ，用来标识移动节点上与外地链路相连的接口。 2 ) 移动节点检查路由器宣告报文中的前缀信息可选项，以获取当前链路有效的 网络前缀。 3 ) 移动节点将一个有效的网络前缀和接口标记相连形成自己的转交地址。 # 4 ) 自动配置机制使用重复地址检测方法检测地址，如果没冲突则可以使用，有i 冲突，则进行手动配置。 2 3 3 绑定更新过程 要实现绑定更新这一过程，首先必须有存储的支持。在移动i p v 6 中，定义了两 种概念性的数据结构来支持这一过程。 1 ) 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 在移动i p v 6 中，每一个节点都可能与移动节点通信，都有可能成为移动节点的 通信对端，因此，为实现路由优化，每一个节点都要维护一个绑定缓存，用于保存 对移动节点信息的绑定。如果一个节点收到一个绑定更新消息，首先检查绑定缓存， 如果有该绑定，则刷新相应的绑定信息，如果没有，则加该绑定信息。在发送报文 时，节点首先检查绑定缓存，如果有关于该址的绑定记录，则用绑定的地址代替目 的地址。 2 ) 绑定更新列表( b i n d i n g u p d a t el i s o 在移动i p v 6 中，绑定更新列表，是每一个移动节点必须维护的表结构，其主要 作用是用于保存各个移动节点的绑定更新。 移动节点在配置完转交地址后，首先向家乡代理发送包含转交地址的绑定更新 1 3 华北电力大学硕士学位论文 消息( b u ，b i n d i n gu p d a t e ) ，通知家乡代理绑定家乡地址和转交地址。家乡代理收到 b u 并进行合法性验证后，在本地绑定更新列表中更新或者建立绑定选项，将家乡 地址与转交地址绑定，并回送一个绑定确认消息( b a c k ，b i n d i n ga c k n o w l e d g e m n e t ) 。在下次通信时，家乡代理可以将分组转发到绑定选项中的转交地址。 在向家乡代理绑定完后，移动节点向通信对端进行绑定。通信对端同家乡代理 一样，维护着一个绑定更新列表，绑定移动节点的家乡地址和转交地址。在下次与 移动节点进行通信时，它直接将分组发至移动节