（计算机软件与理论专业论文）基于mipv6宏移动切换管理方案的研究.pdf

独创性声明 | i | f | | i | 1 | 删i | | i | | i f f i 洲| i l | | 圳 y 18 2 4 8 0 0 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，也不包含为获得一 重庞邮虫 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 签字胁7 年月厂日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽自g 血太堂有关保留、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。本人授权重麽由e 血太堂可以将学位 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： 签字同期： 刷磁辄矸蝣 签字同期：矽6 7 年6 月1 日 重庆邮电人学硕十论文 摘要 摘要 移动i p 是目前唯一支持因特网主机移动的标准。移动i p v 6 是在移 动i p v 4 基础上发展起来的，它给i p 网络带来了一些新的特性，使得i p 协议在地址管理、移动性、安全性及多媒体支持方面都有巨大的灵活性。 但是，移动i p v 6 中的宏移动域间切换仍然依赖于家乡代理，并且切换延 迟和分组丢失也比较严重，对网络性能造成了很大影响。因此寻求有效改 善用户的切换性能方法是优化移动i p v 6 的重要工作，也是本文所讨论的 主要内容。 本文首先介绍了移动i p v 6 及其扩展h m i p v 6 协议的概念及功能实 体，并着重探讨了当前流行的三种改进的宏移动切换管理方案，并对其 关键技术进行了比较分析。 随后，针对宏移动管理方案的缺陷和不足，引入了一种新的切换管 理方案。该管理方案在h m i p v 6 方案的基础上，将传统的域间切换过程 进行了优化，使得域间切换能够以域内切换的形式完成，以此来提高通 信性能。 方案中引入了双路径以及边缘接入路由器的概念。利用边缘接入路 由器灵活处理来自移动节点位置绑定更新信息。当移动节点移动到边缘 路由器时，收到代理通告报文并运用改进的移动锚点选择算法提i j 选择 加入新的移动锚点域，减轻域间切换的时延和分组丢失。运用形成的双 路径和缓存管理机制来平衡相邻移动锚点的负载，可以缓解移动过程中 频繁切换给移动锚点带来的负荷。 最后对本文方案进行仿真，细致的分析了切换过程中通信性能：同 时，把本文与现有宏移动管理方案进行了比较测试，仿真结果表明本文 方案能够提高切换效率，有效改善网络性能。 关键词：双路径，边缘接入路由器，移动锚点，宏移动管理 _ _ 重庆邮电人学硕十论文 a b s t r a c t a b s t r a c t r i g h tn o w ，m o b i l ei pi st h eo n l ys t a n d a r d ，w h i c hs u p p o r t st h em o b i l i t y o fi n t e r n e th o s t m o b i l ei p v 6i sb a s e do nm o b i l ei p v 4a n dp r o v i d e ss o m e n e wf e a t u r e st h a tb r i n gm u c hn e x i b i l i t yt oi pp r o t o c o l ，s u c ha sa d d r e s s m a n a g e m e n t ，m o b i l i t y ，s e c u r i t ya n dm u l t i - m e d i a h o w e v e r ，m a c r o - m o b i l i t y h a n d o f fb e t w e e nd o m a i n si nm o b i l ei p v 6s t i l ld e p e n d so nh o m ea g e n t a n d h a n d o f fd e l a ya n dp a c k e tl o s sa r es os e r i o u st h a tt h e yh a v eag r e a ti m p a c t s o nn e t w o r kp e r f o r m a n c e s o ，i ti sa ni m p o r t a n tj o bt o6 n do u taw a yt o e f f e c t i v e l yi m p r o v eh a n d o f fp e r f o r m a n c e ，a n di ti sa l s ot h em a i nc o n t e n tf o r ，t h i sp a p e r f i r s t l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sc o n c e p t sa n df h n c t i o n a le n t i t i e so ft h e m o b i l ei p v 6p r o t o c o la n de x t e n s i o nh m i p v 6p r o t o c 0 1 a n di td i s c u s s e st h e t h r e ec u r r e n tp o p u l a rm a n a g e m e n ts c h e m e sw h i c ha r ea b o u tm a c r o - m o b i l i t y h a n d o f f ：a n da n a l y z e st h ek e yt e c h n o l o g i e s s u b s e q u e n t l y ，an e wh a n d o f fm a n a g e m e n ts c h e m ei sp r o p o s e df o rt h e s h o f t c o m i n g sa n dd e f i c i e n c i e so ft h ec u r r e n th a n d o f fm a n a g e m e n ts c h e m e s b a s e do nt h eh m i p v 6 ，i to p t i m i z e st h et r a d i t i o n a li n t e r d o m a i nh a n d o f f p r o c e s s t h e ni tc o u l dm a k ei n t e r - d o m a i nh a n d o f fi n t oi n t r a - d o m a i nt o i m p r o v ec o m m u n i c a t i o n sp e r f o r m a n c e t h i ss c h e m ei n t r o d u c e sd u a l p a t ha n de d g er o u t e r e d g er o u t e rc a n f l e x i b l yd e a lw i t ht h eb i n d i n gu p d a t ei n f o r m a t i o nf r o mt h em o b i l en o d e w h e nm nm o v e st ot h ee d g er o u t e r ，1w i l lr e c e i v er o u t e ra d v e r t i s e m e n t m e s s a g ea n du s eo fm o b i l ea n c h o rs e l e c t i o na l g o r i t h mi na d v a n c et o a d d n e wm o b i l ea n c h o rd o m a i n t h e ni tc a nr e d u c et h ed e l a yo ft h ei n t e 卜d o m a i n h a n d o f fa n dp a c k e tl o s s t h ed u a l - p a t ha n dc a c h em a n a g e m e n tc o u l d b a l a n c et h el o a do ft h ea d j a c e n tm o b i l ea n c h o ra n de a s et h ef l r e q u e n t l y h a n d o f fp r o c e s sw h i l em o v i n gt ot h em o b i l ea n c h o r f i n a l l y ， i td i s p l a y st h es i m u l a t i o na n dc a r e f h l l ya n a l y z e sh a n d o f f c o m m u n i c a t i o np e r f o r m a n c e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i ss c h e m ec a n i n c r e a s ee 确c i e n c yo ft h eh a n d o f fa n di m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：d u a l p a t h ，e d g ea c c e s sr o u t e r ， m 0 b i l ea n c h o rp o i n t ， m a c r 0 - m o b i l i t ym a n a g e m e n t 重庆邮电人学硕十论文 a b s t r a c t m a p - 1 m n a r c n h a c o a b u b a r c o a l c o a a p r a r s l b u o a r n a r o m a p n m a p r t s o l p f p r r t a d v f b u d a d h m i p v 6 符号说明 m o b i l i t ya n c h o rp o i n t绑定缓存消息 m o b i l i t yn o d e移动节点 a c c e s sr o u t e r接入路由器 c o r r e s p o n d i n gn o d e 对端节点 h o m ea g e n t家乡代理 c a r e o f a d d r e s s转交地址 b i n d i n gu p d a t e 绑定更新 b i n d i n ga c k n o w l e d g e 绑定更新应答 r e g i o n a lc o a区域转交地址 o n l i n kc o a链路转交地址 a c c e s sp o i n t接入点 r o u t e ra d v e r t i s e m e n t路由器通告消息 r o u t e rs o l i c i t a t i o n路由器请求通告 l o c a lb u本地绑定更新 o l da r旧的接入路由器 n e w a r新的接入路由器 o l dm o b i l ea n c h o rp o i n t旧的移动锚点 n e wm o b i l ea n c h o rp o i n t新的移动锚点 r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y路由器请求代理消息 p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t代理路由通告消息 f a s tb u快速绑定更新 d u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n重复地址检测 h i e r a r c h i c a lm o b i l ei n t e r n e tp r ( ) t o c 0 1v e r s i o n6 层次型移动i p v 6 协议 f h m i p v 6 f a s th i e r a r c h i c a lm o b i l ei n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n6 快速层次移动i p v 6 重庆邮电人学硕十论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 符号说明i i i 第一章绪论1 1 1 论文选题背景1 1 2 移动i p v 6 技术的研究现状2 1 3 宏移动切换管理技术研究现状：3 1 4 论文的主要工作4 1 5 论文的组织结构5 第二章移动i p v 6 概述6 2 1 移动i p v 6 简介6 2 2 移动i p v 6 协议原理7 2 2 1 移动i p v 6 功能实体和常用术语7 2 2 2 移动i p v 6 的数据结构8 2 2 3 移动i p v 6 的基本操作9 2 3 层次性移动i p v 6 1o 2 3 1 层次移动i p v 6 原理10 2 3 2 对移动i p v 6 的扩展12 2 3 3 层次移动i p v 6 实现13 2 3 4 存在的问题14 2 4 本章小结15 第三章移动i p v 6 切换管理技术及分析1 6 3 1 移动i p v 6 切换技术导言16 3 2 宏移动切换管理17 3 2 1h m i p v 6 切换管理框架17 3 2 1f h m i p v 6 切换管理技术18 3 2 2 多级m a p 宏移动管理2 0 3 3 切换对网络性能的影响及分析2l i v 重庆邮电人学硕+ 论文目录 3 3 1 对网络层性能的影响2 1 3 3 2 对传输层性能的影响2 5 3 4 本章小结：2 5 第四章一种改进的宏移动切换管理方案2 6 4 1 本文方案的引入2 6 4 2 本文方案的思想及工作过程j 2 7 4 3 本文方案的框架描述2 9 4 3 1 双路径及缓存管理2 9 4 3 2 节点操作3 0 4 3 3m a p 的选择31 4 3 4 注册信令开销分析3 2 4 4 本章小结3 4 第五章性能分析与仿真3 6 5 1 网络仿真软件n s 简介3 6 5 2 本文方案的仿真实现与性能分析37 5 2 1t c p 性能的实验3 8 5 2 2u d p 性能的实验4 l 5 2 3 对比性能实验_ 4 2 5 3 本章小结4 5 第六章总结及未来的工作4 6 6 1 总结4 6 6 2 展望和未来的工作4 6 致诱 4 8 攻读硕士学位期间从事的主要科研工作及发表的论文4 9 参考文献5 0 v 重庆邮电人学硕十论文第章绪论 1 1 论文选题背景 第一章绪论 i n t e r n e t 和移动通信逐渐成为当今世界通信领域的两大潮流，深入到 人们生活的各个领域，引发了工作和生活模式的巨大变革。i n t e r n e t 提供 了海量的内容和各种丰富多彩的应用，移动通信技术则提供了随时随地 接入网络进行通信的能力。移动互联网就是两者结合的产物，实现了用 户在移动的情况下访问和使用i n t e r n e t 上的资源，其协议的基础就是移 动i p 协议。 移动i p 不是移动通信技术和i n t e r n e t 技术的简单叠加，而是移动通 信和i p 协议的深层融合。它将真正实现语音和数据的业务融合，移动i p 的目标是将无线话音和无线数据综合到一个技术平台上传输，这一平台 就是i p 协议。未来的移动网络将实现全包交换，包括话音和数据都由i p 包来承载，话音和数据的隔阂将消失。 当前，移动i p 主要指的是移动i p v 4 和移动i p v 6 【2 - 3 1 ，移动i p v 6 的 设计汲取了移动i p v 4 的设计经验，并且利用了i p v 6 的许多新的特征， 所以提供了比移动i p v 4 更多的、更好的特点。i p v 6 为i p 协议注入了新 的内容，使对安全、主机移动以及多媒体等的支持成为i p 协议的有机组 成部分。移动i p v 6 的目标是无论用户如何接入网络，都能使用相对固定 的i p 地址。该技术允许用户使用同一个i p 地址接入到不同网络，从而 确保漫游的用户可以在不中断会话或者连接的情况下继续通信，移动 i p v 6 技术是下一代无线网络技术中，实现域内、域问无缝切换和漫游的 重要内容。 2 0 0 0 年1 月i p v 6 论坛加入3 g p p ，确定了i p v 6 作为移动i n t e r n e t 的 基本协议。作为推动无论是3 g 的发展还是i p v 6 尽可能快地部署，移动 i p 业务具有举足轻重的意义。i e t f 目前正在扩展i n t e m e t 协议，开发用 于移动i p 的技术规范，目前已经制定了一系列r f c 标准和草案对移动 i p 协议进行定义和说明。于2 0 0 4 年6 月制定的r f c 3 7 7 5 标准【1 】对i p v 6 的移动性支持进行了详细的描述，并于2 0 0 5 年制定了层次移动i p v 6 的建 议标准r f c 4 1 4 0 【引。 重庆邮电人学硕十论文第一章绪论 移动i p v 6 ( m i p v 6 ，m o b l i ei p v 6 ) 的q o s 、安全问题、越区切换技术 则是当前研究的热点。 1 2 移动i p v 6 技术的研究现状 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 工作组( i pr o u t i n g f o rw i r e l e s s m o b i l eh o s t s ) 于19 9 2 年初步制定了工作在网络层的移动i p 协议。与i p 协议的两个版本相对应，移动i p 协议也分为移动i p v 4 和移 动i p v 6 。移动i p v 4 于19 9 6 年1 1 月公布为建议标准( p r o p o s e ds t a n d a r d ) ， 并不断以r f c ( r e q u e s tf o rc o m m e n t s ) 文件形式发布更新，为移动i p 成 为i n t e r n e t 正式标准奠定了基础。而移动i p v 6 的标准也在2 0 0 4 年发布， 在随后的几年里其他扩展协议的建议标准也陆续发布。同时，其他诸如 优化、安全、扩展以及应用方面的标准也正在不断的补充和更新。 基本移动i p v 6 协议仍有许多问题需要解决，如切换延迟、a a a 、组 播、安全等，其中切换延迟是当前急需解决的问题。切换延迟是指移动 节点从一个网络切换到另一个网络恢复网络层正常通信所需要的时间。 标准移动i p v 6 协议的切换延迟较长，容易造成连接中断和数据包丢失， 无法满足v 0 i p 等实时应用和对数据丢失敏感应用的要求。在基本移动 i p v 6 协议中，移动节点每次移动都要向远处的家乡代理和通信节点发送 绑定注册报文，引入了大量的信令负载。为了实现无缝漫游，提高切换 性能，必须改进基本移动i p v 6 协议的切换过程。快速移动i p v 6 和层次 移动i p v 6 都是对基本移动i p v 6 的有力扩展。 层次移动i p v 6 协议( 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 ) 4 】协议，是对 移动i p v 6 协议的重要补充。它主要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h m 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 y a n c h o rp o i n t ) 。 快速移动i p v 6 ( f m i p v 6 ，f a s tm o b i l ei p v 6 ) 5 1 ，移动主机在两个子网之 间移动时产生切换，移动主机在新子网上获得新转交地址，这需要向家 乡代理重新注册，以及向通信对端重新绑定。在这个基础上人们为了不 同的目的，又提出了利用链路层的信息各种切换技术，以减少切换引起 的连接中断，从而维持或提高己有连接的通信服务质量。 同时为了更好的利用上述扩展技术，将h m i p 和f m i p 两者相结合， 2 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 既利用h m i p 的分层优势，又利用f m i p 的快速反应和分组丢失少的特 点，一种新的移动i p v 6 解决方案一一快速层次移动i p v 6 ( f h m i p v 6 ，f a s t h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ) 【6 - 7 1 得到了研究者的青睐。 1 3 宏移动切换管理技术研究现状 在移动i p 中，很早就有许多研究者运用组播技术【8 1 6 】、流控制技术 f 9 。1 0 】以及g p s 定位f 1 1 】等来解决移动切换所产生的问题，但是当时并没有 引入移动锚点( m a p ，m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) 的概念。层次移动i p v 6 中发 展起来以后，特别是移动锚点概念的提出对宏移动切换管理的研究起了 很大的促进作用。目前基于移动i p v 6 方式下的宏移动管理技术大约集中 在以下几个方面： 多层m a p 管理方案【1 2 。14 1 。即在多个m a p 管理域范围上，建立更大 的m a p 管理域。但这样做需要多重隧道的建立，需要对传输的分组进行 多次隧道封装。即低层m a p 对分组进行封装后，高层m a p 还要再次封 装低层m a p 产生的封装分组。这样大大增加了分组的负载，也会增加分 组传输中处理时间，分组传输时延较长。况且这样做不能解决根本问题， 因为低层的m a p 可以通过高层的m a p 来进行管理，而最顶层的m a p 之间还是会面临与移动节点( m n ，m o b i l en o d e ) 宏移动切换同样的问题。 采用m a p 多播管理方法【1 5 6 1 。即当m n 在两个m a p 之间进行切换 时，利用当o m a p ( o l dm a p ) 建立组播组，并请求当前m n 接入的 a r ( a c c e s sr o u t e r ) 以及m n 可能接入的a r 加入。o m a p 通过组播的方式 向多个a r 发送目的地址指向m n 的分组，再由a r 转发给m n 。这样可 使m n 在切换时，仍能通过组播组进行通信。但这样太浪费带宽，特别 资源有限的无线网络来说更不可取。并且对哪些a r 应该加入组播组的 算法也是一大难题，至今还没有明确的解决方案。 增强的层次化移动i p v 6 绑定更新管理方案【 】。即在采用增强的返回 路由可达过程的基础上，通过绑定两个m a p 来缩短m a p 失败的探测和 恢复时间。m n 移动时，让它申请两个m a p ，一个为主m a p ，另一个为 次m a p 。主m a p 失败后，m n 将次m a p 切换为主m a p 就可继续与通 信节点( c n ，c o r r e s p o n d i n gn o d e ) 通信，相关的注册调整信息可在稍后的 过程中实现。这样使通信恢复时间减少，从而提高网络服务质量。m a p 失败的探测可由m n 和c n 进行。m n 探测到m a p 失败后通知a r ，a r 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 验证后广播通知m a p 区域内其它的m n 。但该方法有两点不足：一是由 于增强的r r 协议中使用了公丌密钥机制和认证中心，会带来获得绑定 管理密钥的时间略微增加，同时也会对家乡代理增加一定的负担。二是 为了使m n 在任何位置都能申请两个m a p ，必须保证任何一个接入路由 都被多个m a p 覆盖，从而增加了投入。 利用二层触发降低h m i p v 6 域间切换检测延迟【6 。7 】。f h m i p v 6 在 h m i p v 6 中引入二层的t r i g g e r 提前通知三层即将发生三层切换，使三层 提前做好准备，以减少额外丌销，降低检测时延时延。但这种方法依赖 于所采用的底层通信技术，且在切换过程中使用链路层检测和触发信息 也违反了一定的i n t e r n e t 设计原则。 1 4 论文的主要工作 在移动i p 中，微移动管理技术的r 渐成熟，人们将目光越来越多转 向了宏移动管理技术。从微移动管理到宏移动管理都是为了解决在不同 切换过程中的网络性能低下的问题，使得在移动主机通信过程中保持网 络的连续和稳定而不至于影响通信效果。 本文旨在对移动i p v 6 的宏移动切换的管理机制进行有效的完善和改 进。阐述并分析了移动i p v 6 协议的各种切换技术及切换管理方案。在不 影响移动i p v 6 节点移动特性的前提下，以高质量、高效率的切换策略为 目标，深入地研究了移动i p v 6 的宏移动切换管理技术。并在此基础上提 出了自己的改进机制和管理方法。本文的主要工作可以概括为以下几点： ( 1 ) 阐述移动i p v 6 各种宏移动管理技术，从时延和分组丢失两个方面 分析切换过程对网络性能的影响。 ( 2 ) 引入了边缘接入路由器概念，将边缘接入路由器作为移动过程中 新旧m a p 的过渡节点，域间切换所需要的注册绑定过程大部分都在边缘 接入路由器下实现。 ( 3 ) 提出m a p 提前选取的工作机制并更新了m a p 选择算法。在此方 式下，移动节点将要移动到新的m a p 管理域之前，提前进行m a p 选择 算法。从而不再需要移动节点先移入m a p ，然后再进行相关的注册和绑 定过程。 4 重庆邮电人学硕十论文第一章绪论 ( 4 ) 进一步阐明双路径和缓存管理，加入了新旧m a p 域之后，通信 节点发往移动节点的数据分组可以通过两条路径进行传输，很好的平衡 了两m a p 间的负载。 ( 5 ) 最后测试本文方案性能，包括了网络性能测试和对比性能的实 验，指出了本文方案工作方式下的网络性能表现以及优势。 1 5 论文的组织结构 本文的篇章结构安排如下： 第一章，绪论。介绍了移动i p v 6 技术和宏移动切换管理技术的研究 现状，以及本课题的背景和意义及主要工作。 第二章，移动i p v 6 概述。介绍基本移动i p v 6 协议及其存在的问题， 同时对层次移动i p v 6 协议也做了详细的介绍。 第三章，移动i p v 6 切换管理技术及分析。详细介绍三种宏移动管理 机制，对三种管理机制作了细致的分析。并且，研究并分析了切换对通 信性能的影响。 第四章，本章和下一章是论文的核心内容。首先就第三章提出的目 前宏移动管理方案的缺点提出一种新型的基于双路径和m a p 提前选取 的宏移动管理方案，并在理论上对方案的优缺点和开销进行了分析与比 较。 第五章，对于本文提出的宏移动切换管理方案的试验仿真。分别测 试和分析了在该方案下t c p 及u d p 的通信性能；最后将本文方案与常 用的宏移动管理方案进行了对比实验。 第六章，对论文中所作的工作做了全面的总结，并对下一步的工作 做了展望。 5 重庆邮电人学硕十论文第二章移动i p v 6 概述 第二章移动i p v 6 概述 随着移动技术的迅猛发展，大量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。 这种潜在的巨大的商业需求给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 就是在原来i p 的基础上为了支持节点移动而提出的 解决方案。而移动i p v 6 是i e t f 制定的运行于i p v 6 网络中的协议。i p v 6 是下一代互联网协议，它最终将取代i p v 4 成为互联网的主要网络协议。 m 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。 2 1 移动i p v 6 简介 描述移动i p v 6 协议规范的r f c 标准几经更新，2 0 0 4 年6 月，i e t f 制定了其标准跟踪( s t a n d a r dt r a c k ) r f c 37 7 5 ：m o b i l i t ys u p p o r t i n i p v 6 ( i p v 6 移动性支持) 【2 1 。移动i p v 6 技术充分利用了i p v 6 协议对移动 性的内在支持。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 来的基站发重定向报文，使切换过程中路由有偏差的报文重新找到移动 节点。 移动i p v 6 虽然从移动i p v 4 中吸取了许多有用的概念和术语，但是 移动i p v 6 却不仅仅是简单的对移动i p v 4 进行继承，它自身也形成了许 多的特点和更多有用的概念及丰富内容。 6 重庆邮电人学硕七论文第二章移动i p v 6 概述 2 2 移动i p v 6 协议原理 由于移动i p v 6 是建立在i p v 6 体系结构和移动i p 协议基础之上，其 基本思想是：移动设备可以在移动计算环境中自由移动，不用手工配置 任何网络信息就能够继续通信，并且能保持正在进行的网络连接在移动 过程中不被中断。 2 2 1 移动i p v 6 功能实体和常用术语 移动i p v 6 功能实体 ( 1 ) 移动节点( m n ，m o b i l en o d e ) ：是指从一个网络或子网链路上切 换到另外一个网络或者子网的主机或者路由器。移动主机可以改变它的 网络接入点，但不需要改变i p 地址，并且可以使用原来的i p 地址能够 继续与其他节点通信。 ( 2 ) 家乡代理( h a ，h o m ea g e n t ) ：是指位于移动家乡链路( h o m el i n k ) 上的路由器。当移动主机离开家乡网络时，它负责把发往移动主机的分 组通过隧道转发给移动主机，并且维护当前主机的位置信息。 ( 3 ) 接入路由器( a r ，a c c e s sr o u t e r ) ：是指位于移动主机所访问的网 络上的路由器，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分组，进行拆封后发给移动主机；对于移动主机 发出的分组，外地代理提供类似默认路由器的服务。在移动i p v 6 中已经 没有外地代理的概念了。 图2 1 表明了这些实体以及它们之间的关系。 接入路由器 图2 1 移动i p 功能实体及相互关系 移动i p v 6 常用术语 下面介绍移动i p v 6 的常用术语 ( 1 ) 通信对端( c n ，c o r r e s p o n d e n tn o d e ) ：指所有与移动主机通信的节 7 重庆邮电人学硕十论文 第二章移动i p v 6 概述 点，通信对端可以是静止或移动的。 ( 2 ) 家乡地址( h a ，h o m ea d d r e s s ) ：指分配给移动主机的i p 地址。 它属于移动主机的家乡链路，标准的i p 路由机制会把它发给移动主机家 乡地址的分组发送到其他家乡链路。 ( 3 ) 转交地址( c o a ，c a r e o fa d d r e s s ) ：指移动主机访问外地链路时获 得的i p 地址。这个i p 地址的子网前缀是外地子网f j 缀。移动主机同时 可以得到多个转交地址，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 fa d d r e s s ) 。 ( 4 ) 移动( m o v e m e n t ) ：指移动主机改变其到i n t e r n e t 连接点的行为， 如果移动主机当前不在的它的家乡链路上，则称为离开家乡。 ( 5 ) 家乡链路( h o m el i n k ) ：对应于移动主机家乡子网前缀的链路。标 准i p 路由机制会把目的地址是移动主机家乡地址的分组转发到移动主机 的家乡链路。 ( 6 ) 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：对于一个移动主机而言，指除了其家乡 链路之外的任何链路。 ( 7 ) 绑定( b i n d i n g ) ：指移动主机家乡地址和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主机的分组转发到其当 前位置，通信对端通过这种关联也可以知道移动主机的当前接入点，从 而实现通信的路由优化。 2 2 2 移动i p v 6 的数据结构 移动i p v 6 协议为其主要的功能实体移动节点、家乡代理、通信对端 定义了三种概念性数据结构。 ( 1 ) 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 每一个支持移动i p v 6 的节点都要维护绑定缓存，用于保存关于其他 节点的绑定信息。节点发送报文时，首先在绑定缓存中查询是否有与该 目的地址匹配的表项。如果存在该表项，则把转交地址放在分组的目的 地址字段，同时把目的地址字段原来的内容放在增加的家乡地址选项中。 否则，根据i p v 6 的定义发送分组。 ( 2 ) 绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s t ) 移动节点都需要维护更新列表，记录与其发送的每个尚未过期的绑 定更新相关的信息，包括所有发向家乡代理和通信对端的绑定更新。 ( 3 ) 家乡代理列表( h o m ea g e n tl i s t ) 8 重庆邮电人学硕十论文第二章移动i p v 6 概述 家乡代理列表由家乡代理和移动节点维护，保存家乡链路上所有其 他家乡代理的信息。在动态家乡代理发现机制中，家乡代理把该表发送 了请求的移动节点，移动节点从中选出了一个家乡代理。 2 2 3 移动i p v 6 的基本操作 移动i p v 6 协议切换的基本操作过程如下： ( 1 ) 移动节点通过移动检测机制，检测自己是否移动到外地网络上。 如果移动节点处在家乡网络中，则使用传统的寻路机制收发数据。如果 移动节点已经移动到外地网络中，则要使用移动i p v 6 机制进行通信。 ( 2 ) 移动节点发现自己移动到外地网络后，首先要获得外地网络中的 转交地址。移动节点的转交地址可以有多个，但主转交地址只有一个。 家乡代理只将截取的数据发向主转交地址，但移动节点接收以任意一个 转交地址为目的地的分组，采用这种机制的有利于移动节点在无线网络 间平稳的切换。 ( 3 ) 获得主转交地址后，移动节点就向家乡代理发送一个含有绑定更 新( b u ，b i n d i n gu p d a t e ) 选项的报文，注册转交地址。 ( 4 ) 家乡代理将转交地址信息存入绑定缓存，并回送一个含有绑定确 认( b a ，b i n d i n ga c k n o w l e d g e ) 选项的报文。 ( 5 ) 家乡代理使用代理邻居发现机制截获发向该移动节点家乡地址 的报文，将截获的报文通过隧道转发到移动节点的主转交地址。 ( 6 ) 移动节点除了向家乡代理发送绑定更新进行注册外，也可以向通 信对端发送绑定更新，告知移动节点当前的转交地址。 ( 7 ) 这样，通信对端节点就能直接与移动节点通信，而避免使用“三 角路由 。 当移动节点不知道家乡代理的i p 地址时，可以用动态家乡代理地址 发现机制获得移动节点的家乡代理的i p 地址。移动节点发送一个类型为 家乡代理地址发现请求的i c m p 报文，目的地址为其家乡代理的任播地 址，该报文被发送到家乡子网中最近的一个家乡代理。该代理向移动节 点返回一个类型为家乡代理地址发现应答的i c m p 报文，其中包含家乡 链路上的家乡代理列表。 通信对端向移动节点发送报文时，先查询其绑定缓存，若存在此移 动节点的家乡地址和转交地址的绑定表项，则使用路由报头发送该分组。 此时，将移动节点的转交地址写入i p v 6 报头的目的地址中，将移动节点 9 重庆邮电人学硕+ 论文第二章移动i p v 6 概述 的家乡地址写入路由报头的地址列表。若无此项绑定缓存，则按正常程 序发送，将报文发送到移动节点的家乡地址，由家乡代理负责将通信对 端发送的分组转给移动节点。移动节点收到家乡代理通过隧道发送过来 的分组，就认为通信对端不知道移动节点的转交地址，则主动向通信对 端发送带绑定更新选项的报文。最终，移动节点可以使用转交地址直接 和通信对端通信，实现了路由的优化，减少报文传输的延迟，节约网络 带宽。 2 3 层次性移动i p v 6 移动i p v 6 是为了在计算机网络内实现移动性而提出的，它较好的解 决了主机由一地移动到另一地或在不同的网络运营商的网络间移动的问 题。但人们没有考虑移动主机同一个域的不同子网或小区之间的切换问 题。移动i p v 6 允许移动结点在i n t e r n e t 中移动的同时保持它与远端结点 之间的通信。为了达到这个目的，移动结点在每次移动的时候，发送绑 定更新( b i n d i n gu p d a t e s ) 报文给家乡代理和远端结点。绑定更新的认证大 概需要1 5 倍的移动结点与远端结点的往返时间。这就使得节点每次发 生切换时都存在较大的时延，对于某些实时性业务无法适用。 因为这些原因，一个新的移动i p v 6 结点一一移动锚点被引入。m a p 是一个区域中起核心控制功能的外地代理。m n 向h a 注册的转交地址 不再反映当前的具体位置，而是代表了m n 当请 所处区域的m a p 。当 m n 在同一m a p 管理的区域内移动时，不必向距离较远的h a 发送绑定 更新报文，只需要向m a p 注册即可，减少了重新注册时间。 2 3 1 层次移动i p v 6 原理 为减少与外部网络的信令交互，减少切换造成中断的时间，澳大利 亚电信合作研究中心( a t c r c ) 的下一代互联网项目小组，2 0 0 2 年7 月提出 了“h i e r a r c h i c a lm i p v 6m o b i l i t ym a n a g