（计算机应用技术专业论文）移动无线因特网中重路由机制的研究与仿真实现.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 移动无线因特网中重路由机制的研究与仿真实现 摘要 随着移动通信的高速发展和因特网用户数目的急剧增加， 越来越多的人 希望在移动过程中使用移动终端通过无线方式接入因特网， 以获取所需的信 息。 移动通信与因特网的结合导致移动无线因特网的产生。 在移动无线因特 网中，当移动用户在小区间切换时将会导致通信的中断和分组的丢失， 影响 对用户服务质量q o s ( q u a l i t y o f s e r v i c e )的保证。因此，有效的q o s 保证 策略己经成为移动无线因特网中的研究热点。 运动预测、重路由和q o s协商等都是移动无线因特网中q o s 保证策略 的组成部分。 然而，己有的重路由机制存在着许多不足， 具体表现在切换延 迟和信令开销大、网络资源利用率低和重路由 路径不能满足用户 q o s等。 本文首先介绍近年来国内外学者在运动预测、重路由以及 q o s协商方面的 研究情况， 重点研究重路由机制。 结合移动无线因特网的拓扑结构和移动用 户的切换特点， 提出一种逆重路由机制;同时为了克服 q o s路由 选择问题 的n p完全性，借助模糊理论，提出了一种基于模糊选路与路径评判的启发 式q o s 重路由机制。 为了验证所提出两种重路由机制的可行性以及对两种重路由机制的性 能进行评估，基于 n s 2仿真平台，建立了相应的仿真模型，并对仿真结果 进行了分析。仿真研究表明，这两种重路由机制是有效的。 关键词移动无线因特网 服务质量 重路由 逆重路由 模糊重路由 东北大学 硕士学位论文 abs t r ac t r e s e a r c h a n d s i m u l a t e d i m p l e m e n t a t i o n o f r e r o u t i n g me c h a n i s ms i n mo b i l e wi r e l e s s i n t e rne t ab s t r a c t wit h t h e d e v e l o p m e n t o f m o b i l e c o m m u n i c a t i o n a n d t h e r a p i d l y i n c r e a s i n g n u m b e r o f i n t e r n e t u s e r s , m o r e a n d m o r e p e o p l e h o p e t o a c c e s s i n t e rn e t b y a m o b i l e t e r min a l i n a w i r e l e s s w a y w h i l e m o v i n g i n o r d e r t o a c q u i r e t h e n e e d e d i n f o r m a t i o n . t h e i n t e g r a t i o n o f m o b i l e c o m m u n i c a t i o n a n d i n t e rn e t l e a d s t o t h e a p p e a r a n c e o f m o b i l e w i r e l e s s i n t e rne t . i n t h e m o b i l e w i r e l e s s i n t e rne t e n v i r o n me n t , mo b i l e h o s t s h a n d o ff b e t w e e n n e i g h b o r i n g c e l l s w i l l le a d t o i n t e r r u p t i o n o f c o m m u n i c a t i o n a n d l o s s o f p a c k e t s , w h i c h b r i n g s g r e a t i n f l u e n c e o n u s e r s q o s . s o f i n d i n g a n e f f e c t i v e s t r a t e g y t o g u a r a n t e e u s e r s q o s h a s b e c o m e a r e s e a r c h h o t s p o t in t h e m o b i l e wi r e l e s s i n t e r n e t f i e l d . m o b i l i ty p r e d i c t i o n , r e r o u t i n g a n d q o s n e g o t i a t i o n t o g e t h e r m a k e u p o f t h e s t r a t e g y t h a t g u a r a n t e e s u s e r s q o s i n m o b i l e w i r e l e s s i n t e rn e t . h o w e v e r , e x i s t i n g r e r o u t i n g m e c h a n i s m s h a v e m a n y s h o rt c o m i n g s , s u c h a s h i g h h a n d o f f d e l a y a n d s i g n a l i n g o v e r h e a d , l o w r e s o u r c e u t i l i z a t i o n a n d b a d q o s g u a r a n t e e a n d s o o n . i n t h i s p a p e r , r e c e n t r e s e a r c h e s o n m o b i l i t y p r e d i c t i o n , r e r o u t i n g a n d q o s n e g o t i a t i o n a r e i n t ro d u c e d f i r s t . t h e r e s e a r c h m a i n l y f o c u s e s o n t h e r e r o u t i n g m e c h a n i s m s . t a k i n g f e a t u r e s o f u s e r s b a n d o ff i n t o a c c o u n t a n d b a s e d o n t h e t o p o l o g y c h a r a c t e r i s t i c s o f m o b i l e w i r e l e s s i n t e rne t , a r e v e r s e r e r o u t i n g m e c h a n i s m i s p r o p o s e d . b e c a u s e q o s b a s e d r o u t i n g i s a n p - c o m p l e t e p r o b l e m , f u z z y t h e o ry i s u s e d t o s o l v e t h e h a r d n e s s a n d a h e u r i s t i c q o s r e r o u t i n g m e c h a n i s m b a s e d o n f u z z y r o u t i n g a n d ro u t e s j u d g e m e n t i s p ro p o s e d . t o v e r i f y t h e f e a s i b i l i t y a n d e v a l u a t e t h e p e r f o r m a n c e o f t h e p r o p o s e d m e c h a n i s m s , a s i m u l a t e d m o d e l i s c r e a t e d a n d . e n c o d e d i n n s 2 s im u l a t i n g p l a t f o r m . a n d t h e n , t h e r e s u l t s o f t h e s i m u l a t i o n a r e a n a l y z e d , s h o w i n g t h a t t h e p r o p o s e d me c h a n i s ms a r e e ff e c t i v e . k e y w o r d s mo b i l e wir e l e s s i n t e rn e t , q u a l i t y o f s e r v i c e , r e r o u t i n g , r e v e r s e r e r o u t i n g , f u z z y r e r o u t i n g i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 日期: j 0 4a g 8 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了 解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定:即学校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。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流， 请在f 方签名; 否则视为不同意。 ) 学 位 论 文 作 者 签 名 : t k 签 字 日 期 : cv s , d . z 个 导师签名: 签字日期: ll ; m 夕 户犷少， 辛 东北大学硕士学 位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 移动无线因特网 1 . 1 . 1移动无线因特网简介 因特网和移动通信在全世界范围内的迅猛发展，给亿万人的生活带来 了巨大影响。世界陡然间变成了一个 “ 信息社会”和 “ 移动社会” 。只要 有一部带调制解调器的电脑，人们就可以方便的获取想要的信息;只要有 一部移动电话，人们就能随时随地与世界各地的朋友、亲人或客户沟通交 流。随着人们对移动性和信息的需求急剧上升，越来越多的人希望在移动 的过程中高速接入因特网以获取所需的信息，各种移动通信网络将以 i p 为基本协议，成为因特网的延伸网和接入网。移动通信与因特网的结合将 是发展的必然趋势，形成一个通信范围更广的移动无线因特网i i - 3 1 移动无线因特网的根本目标是期望利用便携设备来获取和操纵因特 网上的信息资源。由于信道容量、移动通信制式等因素使得移动无线因特 网不能再沿用固定因特网中的一些标准，因而技术的推陈出新成为一种必 然。目前，有许多组织都在积极地参与这种新标准的制定，并取得了相当 多的研究成果。虽然研究的侧重点有所不同，但都遵循几个相同的原则: ( i ) 使用统一的 i p核心网。 ( 2 ) 充分利用现有设备和结构，对其进行尽可能小的改变。 ( 3 ) 独立的多种无线接口，适应不同用户对接入速率和移动速度的 要求 。 ( 4 ) 用因特网工程部i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e )的移 动i p协议 4 - 9 解决网络层切换和漫游问题，实现全球无缝漫游。 ( 5 ) 移动终端都将有唯一的i p地址，以实现端到端 i p e 1 . 1 . 2移动无线因特网体系结构 图 1 . 1是移动无线因特网的示意图。在图 1 . 1中，移动无线因特网分 为核心网和接入网，路由器分为核心路由器、边缘路由器和接入路由器。 其中，每个接入路由器下辖一个无线移动小区 ( 简称小区) 。 查些垄堂堡主兰竺丝墨 一笙= 兰丝 1 1 移动无线因特网 第一章绪论 1 1 1 移动无线因特网简介 因特网和移动通信在全世界范围内的迅猛发展，给亿万人的生活带来 了巨大影响。世界陡然问变成了一个“信息社会”和“移动社会”。只要 有一部带调制解调器的电脑，人们就可以方便的获取想要的信息；只要有 部移动电话，人们就能随时随地与世界各地的朋友、亲人或客户沟通交 流。随着人们对移动性和信息的需求急剧上舟，越来越多的人希望在移动 的过程中高速接入因特网以获取所需的信息，各种移动通信网络将以i p 为基本协议，成为因特网的延伸网和接入网。移动通信与因特网的结合将 是发展的必然趋势，形成一个通信范围更广的移动无线因特网1 1 - 3 。 移动无线因特网的根本目标是期望利塌便携设备来获取和操纵因特 网上的信息资源。由于信道容量、移动通信制式等因素使得移动无线因特 网不能再沿用固定因特网中的一些标准，因而技术的推陈出新成为一种必 然。目前，有许多组织都在积极地参与这种新标准的制定，并取得了相当 多的研究成果。虽然研究的侧重点有所不同，但都遵循几个相同的原则： ( 1 ) 使用统一的i p 核心网。 ( 2 ) 充分利用现有设备和结构，对其进行尽可能小的改变。 ( 3 ) 独立豹多种无线接口，适应不同用户对接入速率和移动速度的 要求。 ( 4 ) 用因特网工程部i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 的移 动i p 协议1 4 4 】解决网络层切换和漫游问题，实现全球无缝漫游。 ( 5 ) 移动终端都将有唯一的i p 地址，以实现端到端i p 。 1 1 2 移动无线因特网体系结构 图1 1 是移动无线园特网的示意图。在图1i 中，移动无线因特网分 为核心网和接入网，路由器分为核心路由器、边缘路出器和接入路由器。 其中，每个接入路由器下辖一个无线移动小区( 简称小区) 。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 1 移动无线因特网 f i g 1 1m o b i l ew i r e l e s si n t e r a c t 提供移动设备在不同接入网络之间的无缱漫游，是实现移动无线因特 网的关键技术。与有线环境枢比，无线环境有其特殊性，如损耗大、信道 可靠性差等。因此在现有网络的基础上要实现用户无线终端在不同系统问 自由移动切换而基本不改动现有设备，应该对现有的网络协议进行相应 的修改，而且重点应该放在i p 层。在i p 层，可以屏蔽掉不同系统问底层 传输技术的差异，实现用户设备在不同媒介网络之间的自由移动，即实现 移动主机的异质移动功能。由于不同网络间移动性的问题，归根结底就是 路由的问题，因此在l p 层提供移动性支持以实现移动无线因特网，其关键 就是在i p 层采用合适的路由协议实现移动性支持，现在广泛采用的是移动 i p 协议。 在未来的移动无线因特网中，用户终端可以根据需要( 如数据速率、 服务质量等) ，在各种接入系统的覆盖范围内选择不同的接入系统，实现 在不同系统间的无缝切换。其协议栈如图1 2 所示。 在图1 2 中，移动i p 层位于i p 层与传输层之间，提供异质网络之间 的移动支持。通过在所需的网络节点处添加移动i p 功能，并且设计适当的 协议使得移动i p 与无线移动管理协议之问能够协同工作，则任何未束的移 动无线因特网业务提供商都可以提供各种移动数据业务。 一2 查! ! 垄鲎塑主鲎堡垒查 苎= 主鲨堡。 m j 层 传输层 m o b i ej p i p 闻划 o s m3 gw l a n甲星网络 1 2 移动i p 1 2 ，1 移动i p v 4 蚓1 2 移动无线冈特网协议栈 f i g 1 2p r o t o c o ls l a c ko fm o b i l ew i r e l e s si n t e r n e t 1 2 1 1 移动i p v 4 的产生 在因特网上，每个主机分配有唯一的i p 地址或动态i p 地址。由于因 特网是基于网络前缀的路由，i p 数据分组首先路由到i p 地址网络前缀对 应的网段，然后转发到目的主机，因此，i p 地址不仅标识一台主机，也表 示这台主机的物理网络位胃。当移动主机在不同的网络间移动时，它的i p 地址已经不能表示其物理地址，发送给移动主机的i p 分组不能被j 下确转发 给目的节点，移动主机因而不能正常地接入因特网获得网络服务。 在移动无线因特网中，既要考虑到现有的t c p i p 协议，又要考虑到 无线和移动环境下的特殊性，使得移动主机在位置发生变化后，仍可以保 持与其它节点的通信。移动i p v 4 就是为达到上述目的，并充分考虑到系统 安全性等方面之后所提出的方案。 1 2 1 2 移动i p v 4 f 1 9 设计目标 移动i p v 4 的主要设计目标就是移动主机在改变网络接入点时，不必改 变其i p 地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，对上层协议保持透明 怍，与其它移动主机或不具有移动i p v 4 功能的节点能够进行证常的通信。 具体来说，移动i p v 4 协议的设计应该满足如下的要求： 一3 东北大学硕士学位论文第一章 绪论 p a ) 干 1 层 传输层 mo b i l e j p i p n网gs m3 g wl an 卫星网络 图 1 . 2移动无线因特网协议栈 f i g . 1 . 2 p r o t o c o l s t a c k o f mo b i l e w i r e l e s s i n t e r n e t 1 . 2移动 i p 1 . 2 . 1移动 i p v 4 1 . 2 . 1 . 1移动i p v 4 的产生 在因特网上，每个主机分配有唯一的 i p地址或动态 i p地址。由于因 特网是基于网络前缀的路由，i p数据分组首先路由到 i p地址网络前缀对 应的网段，然后转发到目的主机，因此，i p地址不仅标识一台主机，也表 示这台主机的物理网络位置。当移动主机在不同的网络间移动时，它的 i p 地址己经不能表示其物理地址， 发送给移动主机的 i p分组不能被正确转发 给目的节点，移动主机因而不能正常地接入因特网获得网络服务。 在移动无线因特网中，既要考虑到现有的 t c p / i p协议，又要考虑到 无线和移动环境下的特殊性，使得移动主机在位置发生变化后，仍可以保 持与其它节点的通信。 移动 i p v 4 就是为达到上述目的， 并充分考虑到系统 安全性等方面之后所提出的方案。 1 . 2 . 1 . 2移动i p v 4 的设计目标 移动i p v 4 的主要设计目标就是移动主机在改变网络接入点时， 不必改 变其 i p地址， 能够在移动过程中保持通信的连续性， 对上层协议保持透明 性，与其它移动主机或不具有移动 i p v 4 功能的节点能够进行正常的通信。 具体来说，移动 i p v 4协议的设计应该满足如下的要求: 查! ! 垄鲎塑主鲎堡垒查 苎= 主鲨堡。 m j 层 传输层 m o b i ej p i p 闻划 o s m3 gw l a n甲星网络 1 2 移动i p 1 2 ，1 移动i p v 4 蚓1 2 移动无线冈特网协议栈 f i g 1 2p r o t o c o ls l a c ko fm o b i l ew i r e l e s si n t e r n e t 1 2 1 1 移动i p v 4 的产生 在因特网上，每个主机分配有唯一的i p 地址或动态i p 地址。由于因 特网是基于网络前缀的路由，i p 数据分组首先路由到i p 地址网络前缀对 应的网段，然后转发到目的主机，因此，i p 地址不仅标识一台主机，也表 示这台主机的物理网络位胃。当移动主机在不同的网络间移动时，它的i p 地址已经不能表示其物理地址，发送给移动主机的i p 分组不能被j 下确转发 给目的节点，移动主机因而不能正常地接入因特网获得网络服务。 在移动无线因特网中，既要考虑到现有的t c p i p 协议，又要考虑到 无线和移动环境下的特殊性，使得移动主机在位置发生变化后，仍可以保 持与其它节点的通信。移动i p v 4 就是为达到上述目的，并充分考虑到系统 安全性等方面之后所提出的方案。 1 2 1 2 移动i p v 4 f 1 9 设计目标 移动i p v 4 的主要设计目标就是移动主机在改变网络接入点时，不必改 变其i p 地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，对上层协议保持透明 怍，与其它移动主机或不具有移动i p v 4 功能的节点能够进行证常的通信。 具体来说，移动i p v 4 协议的设计应该满足如下的要求： 一3 查些查兰塑主芏堡垒圭至二兰坠 ( 1 ) 移动主机在改变数据链路层接入点以后，应该能够保持与因特 网上其他节点的连续通信。 ( 2 ) 移动主机无论连接到任何接入点，应该能够用原来的i p 地址进 行通信。 ( 3 ) 移动主机能够与不具有移动1 p v 4 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 ) 移动主机不该比因特网上的其他节点面临更多的安全威胁。 另外，由于移动主机通常通过无线链路连接到因特网上，无线链路具 有低带宽、高误码率的特点，长消息容易出错，以及移动主枫通常由能量 少的电池供电，减少通信中的能量消耗非常重要。因此，移动i p v 4 的设计 也考虑到了移动主机接入时发送的管理消息数目应该尽量少，消息的长度 也应该尽量短。 l2 1 ，3 移动i p v 4 的功能实体 移动i p v 4 定义了四个实现移动协议的功能实体，图1 3 表明了这些实 体以及它们之间的关系。 图1 3 移动i p v 4 实体及其相互关系 f i g 1 3t h ee n t i t i e so fm o b i l ei p v 4a n dt h er e l a t i o n s h i p a m o n gt h e s ee n t i t i e s ( i ) 移动主机( m o b i l eh o s t ) ：是指从一个网络或子网链路上切换到 另外一个网络或子网的主机。移动主机可以改变它的网络接入点，但不需 要改变其i p 地址，并且能利用它原有的i p 地址继续与其他节点保持通信。 ( 2 ) 家乡代理( h o m e a g e n t ) ：是指位于移动主机家乡网络上的路由 4 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 器。当移动主机离开家乡网络刚，它负责截获发往移动主机的分组，并通 过隧道转发给移动主机，并且维护移动主机当前的位置信息。 ( 3 ) 外地代理( f o r e i g na g e n t ) ：是指位于移动主机所访问的外地网 络。e 的路由器，为注册的移动主机提供路由服务。它接收移动主机的家乡 代理通过隧道发来的数掘包，进 亍解封后发给移动主机：对于移动主机发 出的数据包，外地代理提供类似默认路由器的服务。 ( 4 ) 通信对端( c o r r e s p o n d e n th o s t ) ：是指与移动主机通信的对等主 机。通信对端可以是移动的，也可以是固定的。 1 。2 1 4 移动1 p v 4 的相关术语 ( 1 ) 转交地址( c a r e o f a d d r e s s ) ：是指当移动主机离开家乡链路后， 被赋予的反映其当前链路接入点的临时地址。有两种转交地址：第一神， 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 ) 是由外地代理通过代 理广播报文提供的一个转交地址。这个转交地址是外地代理的i p 地址。在 这种模式下，外地代理就是隧道的尽头，当它收到隧道技术封装的分组后， 对它进行解封，再将内部分组递交给移动主机。这种获取模式是首选的， 因为它能使许多移动主机共享同个转交地址。第二种，配置转交地址 ( c o l l o c a t e dc a r e o fa d d r e s s ) 是暂时分配给移动主机的某个端口的i p 地 址，其网络前缀必须与移动主机当前所连的外地链路的网络前缀相同。当 外地链路上没有外地代理时，移动主机可以采用这种转交地址。一个配置 转交地址同时只能被一个移动主机使用。 ( 2 ) 移动绑定( m o b i l i t y b i n d i n g ) ：是指由家乡代理维护的移动主机 的家乡地址和转交地址的关联，还包括关于关联的剩余生存期等其他信 息， ( 3 ) 隧道( t u n n e l ) ：一个数据分组被封装在另一个数据分组的净荷 中进行传送时所经过的路径。 12 1 5 移动i p v 4 的工作过程 移动i p 工作过程分以下步骤： ( 1 ) 家乡代理和外地代理不停地向各自本地网段上发送代理通告 ( a g e n t a d v e r t i s e m e n t ) 消息，以声明自己的存在。 ( 2 ) 移动主机接到这些消息，确定自己是在本地网还是在外地网上。 ( 3 ) 如果移动主机发现自己仍在本地网上，即收到的是家乡代理发来 的消息，则不启动移动功能。如果足从外地蘑新返回的，则向家乡代理发 出注册取消的功能消息，声明白已已刨到本地网中。 ( 4 ) 当移动主耄f 检测到它移剑外地网，它将获得个转交地址，这个 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 地址有两种类型；一种是外地代理的l p 地址；另种是通过某种机制与移 动主机暂时对应起来的配置网络地址即移动主视在夕 区暂时获得的新的 l p 地址。 ( 5 ) 然后移动主机向家乡代理注册，表明自己已离开本地网，把所获 得的转交地址通知家乡代理。 ( 6 ) 注册完毕后，所有通向移动主机的数据包将被家乡代理经由“i p 隧道”发往外地代理或移动主机本身，外地代理收到后，再把数据包转给 移动主机，这样，即使移动主机已出一个子网移到另一个子网，移动主机 的数据传输仍能继续进行。 ( 7 ) 移动主机发往外地的数据包按一般的i p 路由方法送出，不必通 过家乡代理( 通信对端主机不对源地址进行过滤的情况) 。 1 21 6 移动i p v 4 的不足之处 移动i p v 4 的提出是单纯地从计算机网络的角度去看主机的移动，并没 有考虑到下层电信网络和移动主机的特点等方面的因索，移动i p v 4 协议存 在着很多缺点需要解决。 ( ”虽然移动i p v 4 较好地解决了移动主规宏移动性的问题，但是缺 乏对快速移动的支持。当大量主机频繁移动时，控制信息交互的增加给网 络带来了很大的负担，家乡代理很可能成为整个系统的瓶颈，尤其是移动 主机远离家乡代理时，更会增加网络的信令开销。 ( 2 ) 在家乡代理处对l p 数据包的再次封装会增加延迟，且会带来一 些报头信息的重复，产生冗余。如果由此带来分组长度加大，需要进行分 片。就会花费更多的数据包处理时间以及传输时间。 ( 3 ) “三角路由”不仅增大了传输延迟，同时对一些延迟敏感的业务 如音频、视频等造成极大的损害。其次，数据包在网络中运行时间过长浪 费了网络资源。当移动主机远离家乡代理丽与通信对端距离较近的时候， 问题更为突出。 1 2 2 移动i p v 6 i p v 6 是下代互联网协议，它最终将取代现在使用的i p v 4 成为互联 网的主要网络层协议 9 - 12 。随着i p v 6 协议的制定，移动i p 的发展也进入 到了移动i p v 6 的阶段。移动l p v 6 充分利用了i p v 6 自身的移动性并结合 i p v 6 的优点，简化和解决了移动i p v 4 中的众多问题1 1 引，移动i p v 6 目前是 i e t f 移动j p 工作组议程中的主要课题。 东 北大学 硕士学 位论文 第一章 绪论 地址有两种类型:一种是外地代理的 i p地址;另一种是通过某种机制与移 动主机暂时对应起来的配置网络地址。即移动主机在外区暂时获得的新的 i p地址。 ( 5 )然后移动主机向家乡代理注册， 表明自己已离开本地网， 把所获 得的转交地址通知家乡代理。 ( 6 )注册完毕后， 所有通向移动主机的数据包将被家乡代理经由 i p 隧道”发往外地代理或移动主机本身，外地代理收到后，再把数据包转给 移动主机，这样，即使移动主机己山一个子网移到另一个子网，移动主机 的数据传输仍能继续进行。 ( 7 )移动主机发往外地的数据包按一般的 i p路由方法送出，不必通 过家乡代理 ( 通信对端主机不对源地址进行过滤的情况) 。 1 . 2 . 1 .6移动i p v 4 的不足之处 移动i p v 4 的提出是单纯地从计算机网络的角度去看主机的移动， 并没 有考虑到下层电信网络和移动主机的特点等方面的因素， 移动i p v 4 协议存 在着很多缺点需要解决。 ( i )虽然移动i p v 4 较好地解诀了移动主机宏移动性的问题，但是缺 乏对快速移动的支持.当大量主机频繁移动时，控制信息交互的增加给网 络带来了很大的负担，家乡代理很可能成为整个系统的瓶颈，尤其是移动 主机远离家乡代理时，更会增加网络的信令开销。 ( 2 )在家乡代理处对 i p数据包的再次封装会增加延迟，且会带来一 些报头信息的重复，产生冗余。如果由此带来分组长度加大，需要进行分 片，就会花费更多的数据包处理时间以及传输时间 ( 3 ) “ 三角路由”不仅增大了传输延迟，同时对一些延迟敏感的业务 如音频、视频等造成极大的损害。其次，数据包在网络中运行时间过长浪 费了网络资源。当移动主机远离家乡代理而与通信对端距离较近的时候， 问题更为突出。 1 . 2 . 2移动 i p v 6 i p v 6是下一代互联网协议，它最终将取代现在使用的 i p v 4成为互联 网的主要网 络层协议1v - 1 2 1随着 i p v 6 协议的制定，移动i p的发展也进入 到了移动 i p v 6的阶段。移动 i p v 6充分利用了 i p v 6自身的移动性并结合 i p v 6 的优点， 简化和解决了移动i p v 4中的众多问题1 1 3 1 ， 移动i p v 6目前是 i e t f移动 i p工作组议程中的主要课题。 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 . 2 . 2 . 1 i p v 6 对移动性的支持 在移动无线因特网技术的许多方面i p v 6的出现都是一个良好的契 机，随着国际标准的确定，i p v 6 必将在移动领域发挥巨大的作用，它的主 要特性对于未来的移动无线因特网的发展非常重要，主要表现在以下几个 万面 ; ( 1 )地址问题 尽管 i p v 4 还能提供几亿个 i p地址，但是考虑到移动终端用户成指数 增长，它不是一个合适的解决方案。地址空间短缺的问题不可回避，它将 会扼杀要求大量网络层地址的新应用。 为了解决这个问题， i p v 6 应运而生， 它的 1 2 8 位地址与i p v 4的3 2 位地址相比， 几乎可以无限制地提供新i p 地 址。根据 i e t p的估计，基于 i p v 4的地址资源将会在 5 年内枯竭，而i p v 6 的 1 2 8 位地址格式可以支持的i p地址数量为 1 0亿的平方，这足以为地球 上的每件电器都分配一个地址，从而彻底解决地址枯竭的问题。 ( 2 )地址 自动配 置 地址自动配置是 i p v 6 最强大的功能之一。 只要主机一连接上网络便可 自动设定地址。它有两个优点:一是用户用不着花精力进行地址设定:二 是可以大大减轻网络管理者的负担。i p v 6 支持多种形式的自动配置，包括 “ 即插即用”配置到由动态主机配置协议 d h c p ( d y n a m i c h o s t c o n f i g u r a t i o n p r o t o c o l ) 提供的配置。 ( 3 )扩 一 展头部 为了更有效、更清晰地处理网络层的可选操作，i p v 6使用了一系列的 扩展头部来取代i p v 4 的选项域，比如路山头部、 认证头部等等。 在这些扩 展头部中，目的选项头部定义了仅由数据包的最终目的主机处理的选项， 它携带的最重要的功能是移动主机的家乡地址和转交地址的绑定，可以用 来支持移动。 扩展头部的使用集中体现了i p v 6 的设计思想， 它把网络层的 各种选项要求和功能上的扩展性很好地集成起来、 同时 i p v 6 报头组织得更 为合理有序，减少了对可选信息不必要的处理开销。 ( 4 )邻居发现机制 i p v 6邻居发现协议相当于一组 i p v 4协议的合成，这些协议包括:地 址解析协议 a r p ( a d d r e s s r e s o l u t i o n p r o t o c o l )和因特网控制报文协议 i c m p ( i n t e r n e t c o n t r o l m e s s a g e p r o t o c o l ) 。 利用i p v 6 的邻居发现协议， 同 一 条涟路上的i p v 6 主机能够利用邻居发现机制发现彼此的存在， 决定彼此 的链路层地址，发现路由器，并维护关于到达活动邻居的路径可达信息。 在 i p v 6对 多点投递的普遍 支持 h, 邻居发现过程可 以在 i c mp消息的交互 东 北大学硕士学 位论文 第一章 绪论 中动态地执行地址解析。邻居发现机制解决的一个重要问题是路由器发 现，即主机如何对相连链路上的路由器进行定位。对于移动主机来说，无 论它离开家乡链路时要找到一个外地代理，还是在家乡链路上时要决定一 个家乡代理，这一点都是十分有用的。路由器定期或作为主机的路由器请 求消息的应答，发送路由器广播 i c mp消息来广播它们的存在以及其它各 种链路参数，这样移动主机可以方便地定位外地代理和家乡代理。路由器 不可达探测也在移动支持中发挥作用，移动主机利用这个探测来检验路由 器是否可达，如果不可达，它必须更换其代理。 1 . 2 . 2 . 2移动i p v 6 与移动i p v 4 的比较 移动i p v 6 圾取了移动i p v 4 的设计经验， 并且利用了i p v 6 的许多新特性， 因而在性能上更为优化。 ( 1 )充足的地址在协议对移动的设计支持上带来了好处。在移动环 境中，转交地址是移动主机访问外部链路时使用的if地址，其子网前缀是 外部链路的子网前缀，在移动i p v 4 中，移动主机可能有两种转交地址:一 种是外地代理转交地址，与多个移动主机共享;另一种是配置转交地址， 通过某种外部方式获得。后一种转交地址模式有明显的优势，即它允许移 动主机脱离外地代理单独运行，但是外地代理转交地址却是首选模式，因 为它不要求额外的i p 地址。而在i p v 6 的条件下，地址不成问题是其优势。 移动主机可以在i p v 6 地址自动配置机制的帮助下，方便地获得自己的转交 地址，避免 了外地代理成为致命的核心节点。 ( 2 ) 移动i p v 6 采用地址自动配置和邻居发现机制极大地方便了转交地 址的实现，简化了操作设置。移动i p v 6 中不再需要外地代理了，同样也不 需要外地代理转交地址了。移动主机可以很简单地得到一个配置转交地 址， 从而实现即插即用功能， 即计算机接入因特网时可以自动获取i p 地址。 在大规模的i p v 4 网络中，管理员为每一 个主机手工配置i p 地址是一件十分 复杂的事。在i p v 6 中，端点设备可以将路由器发来的网络前缀和本身的链 路地址综合，自动生成自己的i p 地址。用户不需要任何专业知识，只是将 设备接入互联网即可接受服务。随着小型信息设备象个人数字助理p d a ( p e r s o n a l d i g i t a l a s s i s t a n t )和移动电话数量的增长，i p v 6 的这一改进备 受青睐。对基于i p 的第三代移动通信来说，即插即用是必不可少的功能， 因为当移动终端进入新的子网后，必须立即获得新的转交地址，这时根本 来不及手工进行地址配置。 ( 3 ) 在移动i p v 4 的基本协议中存在有 “ _角路山”问题， 路山优化的 解决是山另外的协议完成的，是基本协议的可选扩展 ，并且不被移动i p v 4 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 中的所有主机支持。移动i p v 6 中，对这个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 主机支持。移动主机不仅仅通知家乡代理它当 前的转交地址，也将转交地址通知给通信对端，这使得通信对端可以利用 路山选项头部直接将数据包送往移动主机。这种路由优化解除了在基本移 动i p v 4 协议中存在的 “ 三角路 由” 问题，实现了移动i p 的注册功能和路由 优化功能在单独的一个协议中完成。 ( 4 ) 移动i p v 6 同时采用隧道和源路由技术向连接在外地链路 上的移动 主机传送数据包，而在移动i p v 4 中只采用了隧道技术。在移动i p v 6 中，知 道移动主机转交地址的通信对端可以使用to路由选项头部直接将数据包 发送给移动主机，而不一定使用i p 封装。在移动i p v 4 中对于所有的数据包 必须使用封装技术。使用路由选项头部只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。 ( 5 ) 移动i p v 6 中， 家乡代理使用i p v 6 邻居发现机制来截获发往移动主 机的数据包，而不是使用i p v 4 中的a r p 协议。为了截取数据包，家乡代理 必须代表移动主机在家乡链路上厂 播一条邻居广播消息，家乡链路上接收 到该消息的任何主机，将修改白己的邻居缓存，将移动主机的地址与家乡 代理的链路层地址进行关联，这样将来发向移动主机的数据包直接发送到 移动主机的i p 地址，而不发向移动主机的家乡代理。邻居发现机制的使用 提高了协议的健壮性并且简化了移动i p 的实现，因为在移动i p v 6 中不需要 再考虑与a r p 相关的特定数据链路层的性质。 表1 . 1 列举出了移动i p v 4 和移动i p v 6 的异同。 表1 . 1移动i p v 4 和移动i p v 6 的比较 t a b l e 1 . 1 c o mp a r i s o n b e t w e e n mo b i l e i p v 4 a n d mo b i l e i p v 6 移动i p v 4 移动i p v 6 移动上机、家乡 代理、 外地代理移动上机、家乡代理 受到地址限制地址充足 外地代理转交地址和配耸转交地址所有转交地址都是配w转交地址 向家乡代理9 x 过认证的注册向家乡代理和通信对端带认证的通知 到移动上机的数据包传送采用隧道 可采用隧道和源路由 1 . 3 q o s 概述 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 中的所有主机支持。移动i p v 6 中，对这个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 主机支持。移动主机不仅仅通知家乡代理它当 前的转交地址，也将转交地址通知给通信对端，这使得通信对端可以利用 路山选项头部直接将数据包送往移动主机。这种路由优化解除了在基本移 动i p v 4 协议中存在的 “ 三角路 由” 问题，实现了移动i p 的注册功能和路由 优化功能在单独的一个协议中完成。 ( 4 ) 移动i p v 6 同时采用隧道和源路由技术向连接在外地链路 上的移动 主机传送数据包，而在移动i p v 4 中只采用了隧道技术。在移动i p v 6 中，知 道移动主机转交地址的通信对端可以使用to路由选项头部直接将数据包 发送给移动主机，而不一定使用i p 封装。在移动i p v 4 中对于所有的数据包 必须使用封装技术。使用路由选项头部只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。 ( 5 ) 移动i p v 6 中， 家乡代理使用i p v 6 邻居发现机制来截获发往移动主 机的数据包，而不是使用i p v 4 中的a r p 协议。为了截取数据包，家乡代理 必须代表移动主机在家乡链路上厂 播一条邻居广播消息，家乡链路上接收 到该消息的任何主机，将修改白己的邻居缓存，将移动主机的地址与家乡 代理的链路层地址进行关联，这样将来发向移动主机的数据包直接发送到 移动主机的i p 地址，而不发向移动主机的家乡代理。邻居发现机制的使用 提高了协议的健壮性并且简化了移动i p 的实现，因为在移动i p v 6 中不需要 再考虑与a r p 相关的特定数据链路层的性质。 表1 . 1 列举出了移动i p v 4 和移动i p v 6 的异同。 表1 . 1移动i p v 4 和移动i p v 6 的比较 t a b l e 1 . 1 c o mp a r i s o n b e t w e e n mo b i l e i p v 4 a n d mo b i l e i p v 6 移动i p v 4 移动i p v 6 移动上机、家乡 代理、 外地代理移动上机、家乡代理 受到地址限制地址充足 外地代理转交地址和配耸转交地址所有转交地址都是配w转交地址 向家乡代理9 x 过认证的注册向家乡代理和通信对端带认证的通知 到移动上机的数据包传送采用隧道 可采用隧道和源路由 1 . 3 q o s 概述 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 . 3 . 1 q o s 的定义 早期计算机网络中， 网络一般只为业务提供“ 尽力而为” ( b e s t - e f f o r t ) 服务，在这样的网络系统中，所有业务竞争共享网络资源，业务之间没有 明确的区分。近年来，随着 i p技术以及高速以太网技术的飞速发展，尤其 是因特网及其服务的爆炸式发展，单