（通信与信息系统专业论文）ipv6网络中的越区切换和子网移动关键技术研究.pdf

摘要 随着互联网以及无线传输技术的迅速发展和越来越多的基于i p v 6 的实时应 用引入，以及节点移动速度的逐渐提高，如何减少移动节点在高速移动环境中由 于子网闷越区切换面号f 超的切换时延和分组丢失，进而实现无缝叨抉已经成为了 移动i p 领域的研究热点。同时，伴随着经济的快速发展，列车速度的逐次提高， 以及越来越多的高速公路和轨道交逶系统的修建完成，如俺在车辆高速移动的同 时，支持车内的乘客使用现有通信设备进行数据通信，越来越引起人们的重视。 在移动i p v 6 网络中，终端的移动引起其在不同i p 子网问的越区切换，从而 引起时延和分组丢失，导致通信的性能下降或通信中断。所以，移动i p v 6 切换方 案的优劣将严重影响到分组数据的业务质量。本文首先对标准m i p v 6 技术、分层 m i p v 6 技术以及m i p v 6 中的快速切换技术进行了性能分析和比较、然后分析了切 换预测舱准确性与切换性麓之闷的关系以及分层m i p v 6 网络环境中的切换发生 的频率。并在此綦础上，综合了快速切换对时延的优化特性和分层m i p v 6 突出的 微移动管理能力，以分层m i p v 6 为基础，结合切换预测以及分组的代理转发技术， 提出了种无缝切换机制，并对所提出的机制进 亍了性能分析。结果显示，无沦 在微移动或宏移动环境中，该机制都可以有效的减少切换时延和分组丢失。 在移动i p v 6 基础上提出的网络移动基本支持协议中，将整个移动的子网看作 一个整体，既可以在子网移动的同时保持通信的连续性，又保证”，移动对子网内 的节点是透明的。本文对网络移动基本支持协议的工作过程进行分析，提出了适 用于多级嵌套的移动子网的路由优化枫制，并分析了这种机制的性能。结果显示， 文中提如的路由优化机制与现有的解决方案相比，在分组传输时延和网络资源利 用率两方面都有明显提高。 关键词：分层移动i p v 6 快速切换网络移动路由优化 a b s 订a c t w i t l lt h er 印i dd e v e l o p m e mo fi m e m e tt e c h n o l o g ya i l dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ， t h er e a l - t i m ea p p l i c a 蛀o n so fi p v 6a r eu s e dm o 代a n dm o t ew i d e l y a n da tt h es a m e t i m e ，t h em o v i n gs p e e do fm o b i l en o d ei sb e c o m i n gm 曲e rh o wt od e c r e a s et h e h a n d o 行d e l a ya 1 1 dt h ep a c k e tl o s s ，e v e n t l l a l l yr e a l i z es e a m i e s sh a n d o f fh a v eb e c a m ea h o t s p o ti ni p v 6r e s e a r c ha r e a m e a n w h i l e ，t h es p e e do ft r a i nh a si n c r e a s e d ，a n dm a l l y n e wf r e e w a y sh a v eb e e nb u i l tu p i ti sg e t t i n gm o r ea n dm o r ei m p o n a n tt os u p p o r tt h e h i 曲一s p e e dp a s s e n g e r s t oa c h i e v em o b i l ec o m m l l t l i c a t i o n u s i n ge x i s t i n g c o n l m u n i c a t i o ne q u i p m e n t s d u r i n gh a n d o 行，t h ec o m m u n i c a t i o nw i l lb ei m e r r u p t e d 锄d t h eq o sw i l id e s c e n d s ot h ep e r f o r n l a l l c eo f h a n d o f r p r o t o c o li sv e r yi m p o r t a n tt om i p v 6 f i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep e r f o m l a n c e so f 血r e eh a i 】d o f rm a n a g e m e m m o d e l ： m i p v 6 ，h m i p v 6a i l df m i p v 6 ；t h e ni ta n a l y s e st h er e l a t i o nb e t w e e nm ea c c u r a c yo f h a i l d o f rp r e d i c t i o na n d 1 eh a i l d o v e rp e r f o 1 1 a n c e o nt h eb a s i so ft h eh m i p v 6p r o t o c 0 1 ， as e 锄1 e s sh a n d o f rm e c h a n i s mi sp r o p o s e db yc o m b i n i n g l eh a n d o f fp r e d i c t i o na n d t l l ep a c k c tp r o x yf o n a r dt e c h n o l o g y t h er e s u l ts h o w st h a t ，t h ep m p o s e dm e c h a i l i s m r e d u c e st h eh a i l d o f rd e l a ya n dt h ep a c k c t1 0 s sr a t i ob o t hi nm i c r o m o b i l i t ya i l d m a c r 0 - m o b i l i t ye n v i r o n m e n t s n e t w o r km o b i l i t yb a s i cs u p p o r tp m t o c o l t r e a t st h em o b i i es u b n e ta saw h o l e i t c a nn o to n l yk e 印t h ec o n t i n u j t yo fc o m m u n i c a t i o n ，b u ta l s om a k et h em o b i l e t r a n s p a r e n tt on o d e sm s i d et h em o b i l en e t w o r k a tt h el a s tp a r t ，n e t w r km o b i l i t y b a s i cs u p p o r tp m t o c o li sa n a l y z e d ，a 1 1 dan o v e lm u t eo p t i m i z a t i o nm e c h a n i s mi n n e s t e dm o b i l en e t w o r ki sp m p o s e d t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tm ep e r f o m a n c eo ft h e r o u t eo p t i m i z a t i o nm e c h a n i s mi sb e t t e ri nd e l a ya n di n t e m e tr e s o u f c eu t i l i z a t i o n k e yw o r d s ：h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ；f a s t h a n d o 尬n e t w o r km o b i l n y ； r o u t eo p t i m i z a t i o n a p a r a r p b u b a c k c na d d r c n c o a d h a d f b a c k f b u f n a ha d d r h a h a c k h t h m f p v 6 l c o a m a pa d d r m a p m i p v 6 m n n a r n c o a n m a p n l c o a n r c o a n e m o f a r p c o a p m a p 缩略字表 a c c e s sp 0 n t a c c e s sr o u t e r a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l b i n d i n gu p d a t e b i n d i n ga c k c na d d r e s s c o r r e s d o n d e n tn o d e c a r eo f a d d r e s s d y n a m i ch o m e a d d r e s sd i s c o v e r y f a s tb i n d i n g a c k n o w l e d g e m e n t f a s tb i n d i n gu p d a t e f a s tn e i g h b o r a d v e r t i s e m e n t h o m ea d d r e s s h o m ea g e n t h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t h a n d o v e ri n i t i a t e h i e r a r c h j c a fm i p v 6 o n l i n kc o a m a pa d d r e s s m o b f l j 可a n c h o r p o i m m o b i l ei p v 6 m o b i l en o d e n e w a c c e s sr o u 把r n e wc a r eo f a d d r e s s n e w m a p n e w l c o a n e w r c o a n e t w o r km o b i l i t yb a s i cs u p p o r tp r o t o c o l p r e v i o u sa c c e s sr o u t e r p r e v i o u sc a r eo f a d d r e s 3 p r e v i o u sm a p 支持8 0 2 1 1 协议的无线接入点 接入路南器 地址解析协议 绑定更新 绑定应答 通信对端节点地址 通信对端节点 转交地址 动态家乡代理地址发现 快速绑定更新应答 快速绑定更新 快速邻居通告消息 家乡地址 家乡代理 切换应答 切换初始 分层移动i p v 6 链路转交地址 移动锚点地址 移动锚点 移动i p v 6 移动节点 新接入路由器 新转交地址 新移动锚点 新链路转交地址 新域转交地址 网络移动基本支持协议 旧接入路由器 旧转交地址 旧移动锚点 1 p v 6 网络中的越区切换和于网移动关键技术研究 p l c o a p r c o a r c o a r a p r e v j o u sl c o a p r e v i o u sr c o a r e g i o n a lc o a r o u t e ra d v e r t j s e m e n t i h 链路转交地址 j r 区域转交地址 区域转交地址 路由器通告消息 创新性声明 y8 5 8 8 8 s 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导f 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料与我同工作的通知对本研究所做的任何贡献均己在呛文中做了明确地说明 并表示了谢意。 本人签名 生：亟氐 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电了科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可咀允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业离 校后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。( 保 密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于! 塑，在年解密后适用本授权书。 本人签名： 盔芝i 坠。 日期 导师签名 同期：童i = 兰：i ：兰! 堇 一 第一章绪论 第一章绪论 本章主要介绍了m i p v 6 的发展背景、研究现状及当前的研究热点，提出了本 文的研究内容和目的； 1 1 引言 在过去的十年中，移动通信和互联网( i n t e m e t ) 技术的迅猛发展，给人们的 工作和生活方式带来了巨大变化，人们越来越离不开移动通信和i n t e m e t 。或者说， 移动通信和i m e r n e t 已越来越成为人们工作和生活的必要组成部分。移动通信技 术和系统从1 g 到2 g 、2 5 g ，再到即将部署的3 g ，使人们可以彻底摆脱了电话 线的束缚，享受边移动边通话的乐趣。同时，i m e m e t 的用户越来越多，通信带宽 越来越宽，、i k 务越来越丰富，实现的手段也越来越先进和方便，从有线的局域网 ( l a n ) 到无线局域网( w l a n ) 、无线个人区域网( w p a n ) 、再到无线城域 网( w m a n ) 。相关标准或协议更是五花八门，如i e e e 8 0 2 1 1 ( 无线局域网) ， i e e e 8 0 2 1 5 1 ( 蓝牙技术) 、i e e e 8 0 2 1 5 2 ( 蓝牙技术与i e e e 8 0 2 1 1 共存技术) 和i e e e 8 0 2 1 5 3 ( 超宽带u w b 技术) 等无线个人区域网系列标准，i e e e 8 0 2 1 6 等无线城域网系列标准。人们通过使用满足这些标准的产品可以以有线或无线的 方式连接到i n t e m e t ，实现网上冲浪。但以上的技术仅仅是提供无线i n t e r 鹏t 接入 服务，人们还无法在高速移动的情况下访问和使用i m e m e t 上的资源。 特别在最近几年罩，随着经济的发展和社会的进步，人们对信息的需求在内 容和获取方式上也出现了变化，不再满足于使用固定终端或单个移动终端连接到 互连网络上，而是希望能通过某个移动的子网络，以一个相对稳定和可靠的形式， 从i n t e m e tj 二运动地获取信息。如通过航天中的飞行器、航行中的轮船、行进中 的汽车和火车等运动主体上的网络，这就是网络移动。实现在高速移动环境下移 动子网络的宽带无线i p 接入成为当前互联网研究领域的一个热点。 针对以上的研究热点，移动i p 技术i l 艋最近几年罩得到了飞速的发展。移动 i p 是移动通信和i p 协议的深层融合，它的目标是将无线话音和无线数据综合到 i p 协议这一技术平台上传输。通过运行移动i p 技术，未来的移动网络将实现全 分组交换，话音和数据都由i p 分组来承载，话音和数据的隔阂将完全消失。 在互联网技术飞速发展的今天，由于协议本身的局限性，原有的i p v 4 技术以 无法满足用户的需求。因此，i e t f 设计了下一代互联网协议i p v 6 技术1 2 j 。在i p v 6 技术中，除了采用1 2 8 位地址长度，很好的地解决了地址短缺问题以外，通过使 i p v 6 网络中的越区切换和于网移动关键技术研究 用可扩展的分组头结构，还成功解决了了i p v 4 中的端到端i p 连接、服务质量 ( q o s ) 、安全性、多播、移动性支持、即插即用等很多问题。 在i m t 2 0 0 0 中己明确规定，第三代移动通信系统必须支持移动i p 分组业务。 在3 g 发展背景下，i p v 6 作为实现的关键协议已经获得第三代移动通信项目组织 ( 3 g p p ：t l l i r dg e n e r a t i o np a r 廿1 e r s h i p ) 的认可。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 m 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。 1 2 1 移动i p 技术的设计目标 1 2 研究背景 移动i p 技术的主要设计目标就是在移动节点( m n ：m o b i l en o d e ) 改变网络 接八点的同时，不必改变其i p 地址，使其能够在移动过程中保持与其他m n 或其 他不具有移动i p 功能的节点之间通信的连续性。具体来说，移动i p 协议的设计 应该满足如下的要求； 1 ) m n 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： 2 ) m n 应该能够与不具有移动i p 功能的其它节点进行通信，并且不需要修 改这些节点的协议； 3 ) m n 不应该比i n t e m e t 上的其它节点面临更多的安全威胁： 4 ) 由于m n 通常通过无线链路连接到h t e m e t 上。因为无线链路具有低带宽、 高误码率的特点，导致长度较长的消息容易出错，而且m n 通常由能量少的电池 供电，减少通信中的能量消耗也非常重要。因此，设计移动i p 时要考虑m n 接入 网络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。 1 2 2i p v 6 对移动性的支持 人们普遍认为移动通信网络在未来的通信网络中将扮演主要角色，而i p v 6 协议将首先在移动通信网络中得到应用，因而i p v 6 协议对移动性的支持显得特别 重要。与i p v 4 协议对移动的支持是可选部分不同，m i p v 6 是i p v 6 协议不可或缺 的组成部分。i p v 6 协议对移动性的支持主要体现在以下几点： 1 ) 地址自动配置功能：i p v 6 的节点的地址自动配置功能使得m n 在改变网 络接入点之后能够保持网络连接。 2 ) 扩展报头机制：i p v 6 的移动选项可以放在扩展报头中。 3 ) 提供端到端的可选消息，减小对路径中间节点路由器性能的影响。 4 ) 安全性作为m i p v 6 协议中的基本要求，通过运行安全协议l p s e c 以提供 第一章绪论 安全认证和数据传输的安全保证。 5 ) m i p v 6 中节点的移动不需要外地代理( f a ：f o r e i g n a g e m ) 的支持，避免 类似于i p v 4 中n a t 所引起的问题，增强了端到端的通信能力。 6 ) 路由优化作为必然的通信方式得到支持。 1 | 2 3 移动i p v 6 技术研究现状 目前，国际上主要由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 gt a s k f o r c e ) 负责i p v 6 的标准制定工作。鉴于1 p v 6 的重要性以及i p v 6 协议对下一代 网络的巨大影响，越来越多的国际标准化组织加入了i p v 6 标准的制定行列。3 g p p 和i t u t 也成立了相应的工作组从事一些与各自传统研究领域密切相关的i p v 6 标准化工作。i t u 考虑i p v 6 协议在电信网络中的应用，3 g p p 组织主要负责口v 6 在3 g 核心网和3 g 终端上的应用。 2 0 0 4 年6 月，i e t f 公布了r f c 3 7 7 5 【3 | 作为移动i p v 6 ( m i p v 6 ：m o b i l ei p v 6 ) 的建议标准，也结束了移动i p v 6 的草案状态，m i p v 6 进入正式的实用阶段。目前 针对m i p v 6 的研究，主要集中在r f c 文档中的一些问题和有待扩展的方面，研 究人员提出了很多的思想进行增强和改进。m i p v 6 的q o s 支持技术、越区切换技 术、以及子网移动技术则是当前研究的热点。 1 2 4 移动i p v 6 的研究热点 1 2 4 1 移动i p v 6 的服务质量( o o s ) 近年来对网络q o s 的研究有了很大的进步，提出了许多新的q o s 技术，如 综合服务( i n t s e r v ：i n t e r g r a t e ds e r v i c e ) 资源预留( r s v p ) 、差分服务( d i 船e r v ： d i 行c r e n t i a t e ds e r v i c e ) 。并有i e t f 等组织对其进行形式化研究、标准制定和实现。 但是，这些研究都是基于固定网络，在移动i p 网络中实现q o s 要复杂的多。移 动环境对业务的q o s 主要存在的几个方面的影响： 1 ) 链路质量的影响。 在通信连接过程中，移动环境的无线链路传输质量随机变化，一般来说，无 法提供q o s 的“硬”保证，这就要求业务能够自动适应移动环境的链路质量。 2 ) 主机移动性的影响。 由于主机的移动性，难以提供一种有效的方式满足m n 对资源的需求。同时， 在移动环境下，需要进行资源和相关q o s 特定参数的转移，而这种转移机制的实 现难度较大。特别对于由于便携终端，由于采用电池供电，必须考虑设备的功耗。 便携终端的这些特性也会对o o s 产生影响。 3 ) 移动i p 协议的影响。 4 i p v 6 刚络中的越区切换和了嘲移动关键技术研究 m n 在相邻区域问的切换，引起q o s 流的传输路径发生变化，从而对端到端 的o o s 保证造成很大的影响：即使传输路径没有发生变化，但m n 转交地址的变 化也会引起传输路径上的某些节点无法准确转发带有与i p 地址相关的q o s 参数 的数据流。 上述的各种因素对移动i p 的q o s 保证提出了新的、更高的要求。近年来对 移动i p v 6 中q o s 方面的研究也取得了一定的进展，i e t f 提出了一些草案柬研究 移动i p 的q o s 机制。 1 | 2 4 2 移动节点的越区切换 当m n 在两个不同的子网之间移动时，将会产生越区切换。m n 除了需要进 行无线链路的切换，还要进行i p 层的子网切换。在m n 完成链路切换和随后的端 到端注册行为之前的一定的时间内，m n 不能发送和接收数据分组，这会导致分 组传输延时和分组丢失，引起通信的性能下降或通信中断，严重影响到移动 i n t e f n e t 的0 0 s 。所以，m i p v 6 切换方案的优劣将影响到分组数据的业务质量。 m i p v 6 协议给出了移动检测、转交地址获取、绑定更新管理等基本切换过程。 在此基础上，根据不同的目的，可以提出了不同的优化切换方法，以减少切换产 生的影响，维持或提高己有连接的通信服务质量。根据切换时采用的策略，可分 为快速切换口j 和平滑切换【6 l 两种类型。 1 ) 快速切换即低时延切换，主要目的是降低m n 在切换过程中产生的时延 和通信连接的中断时间，通常采用结合低层触发的技术； 2 ) 平滑切换即低丢失率切换，主要目的是使在切换过程中延迟或丢失的数据 分组数量达到最小，通常采用申请缓存的方式。 各种切换方法的最终目标是达到无缝切换。无缝切换既要降低分组的丢失率， 又要降低分组的延时，是快速切换和平滑切换的结合。自从i e t f 提出移动i p 标 准以来，国内外许多研究机构对移动i p 越区切换技术提出了各种解决方案，i e t f 也对m i p v 6 的快速切换、平滑切换和移动切换管理等技术提出了草案，但仍然存 在各种不足，目前还无法实现真正的无缝切换。 1 2 4 3 网络移动技术 在最近几年里，伴随着科技的和经济的高速发展，铁路覆盖面的逐步变大， 列车速度的逐次提高，以及越来越多的高速公路和轨道交通系统的修建完成，如 何使公路或铁路上的车辆安全和畅通高速行驶，以及如何支持车内的乘客使用现 有通信设备进行高速的数据通信，这些问题同渐引起人们的重视。另外，随着近 年来全球私人汽车的日益普及，人与车的关系越来越密切，车辆逐渐成为人们移 动的休息和办公场所，如果能够在车辆内为乘客架设合适的通讯设备使乘客可以 筘一章绪论 登陆i n t e r n e t 或当地服务网络来获取信息，同时也提供一些娱乐活动，则会给乘 客带来极大便利。 针对以上的需求，i e t f 在2 0 0 5 年1 月份提出了网络移动基本支持协议1 4 】 ( n e m 0 ：n e t w o r km o b i l i t yb a s i cs u p p o r tp r o t o c 0 1 )( r f c3 9 6 3 ) 。通过运行该 协议，可以将运动中的列车以及车内的乘客使用的通信设备当作一个移动的子网， 只需在子网内部设置一个移动路由器( m r ：m o b i l er o u t e r ) ，网内的用户( 无论 该用户是否支持m i p v 6 ) 就可以在m r 的帮助下进行通信，而且网络的移动对于 网内的用户是透明的。 虽然网络移动基本支持协议很好的解决了子网中各种用户的移动通信问题。 但在该协议中，子网中的节点和通信对端通信时不支持路由优化，必须使用m r 和其家乡代理( h a ：h o m e a g e n t ) 的双向隧道，而且也未对分层嵌套l “】的移动 子网的操作进行说明，所以该协议并没有获得最优的通信性能，还有很多值得改 进之处。 1 _ 3 本文的研究目的及内容 本文通过对现有的m i p v 6 越区切换技术的研究与分析，提出了一种无缝切换 解决方案，在不影响i p v 6 主机的移动性的情况下达到以下目的： 1 ) 使用有本地管理功能的移动锚点( m a p ：m o b i l i t va n c h o rp o i n t ) ，降低 m n 切换行为的发生频率，减少主干网上的注册分组数量。 2 ) 保持m n 在切换发生时己有通信的连续性，缩短切换的时延，减少数据 包的丢失。 本文还通过对网络移动基本支持协议的工作过程的分析，提出适用于多级嵌 套的移动子网的路由优化机制。 本文按照下面的结构安排研究的内容： 第2 章首先介绍了移动i p v 6 切换过程中的关键技术，并描述了分层m i p v 6 协议以及m i p v 6 中的快速切换协议的基本原理。 第3 章首先对标准m i p v 6 技术、分层m i p v 6 技术以及m i p v 6 中的快速切换 技术进行了性能分析和比较。并仿真分析了影响切换性能的相关关键技术。最后 在分层m i p v 6 的基础上提出了一种无缝切换机制。 第4 章首先介绍了网络移动基本支持协议的相关内容，然后对网络移动基本 支持协议的工作过程进行分析，并提出了相应的路由优化机制。 第5 章对本文全文工作的总结，并对未来的工作提出展望。最后是参考文献 以及致谢。 l p v 6 网络中的越选切换和了删移动关键技术研究 第二章移动i p v 6 网络中的快速越区切换技术 本章首先介绍了移动i p v 6 切换过程中的关键技术，并描述了分层m i p v 6 协 议以及m i p v 6 中的快速切换协议的基本原理。 2 1 移动i p v 6 切换过程中的关键技术 2 1 1 移动检测过程 在m i p v 6 中，移动节点发生“切换”是指m n 连接到i n t e m e t 的接入路由器 发生了改变。由于m n 和固定节点有着许多不同的特性，因此，移动检测对于支 持移动i p 具有重要的意义。 心可以组合使用任何可用的机制来检测是否移动到了另一个链路。在 m i p v 6 协议中定义的移动检测机制主要是利用i p v 6 的邻居发现机制( 包括路出器 发现和邻居不可达检测) ，但不排斥m n 使用其它机制，例如使用低层协议提供 的信息等。 2 1 1 1 通过邻居发现机制检测移动 邻居发现机制是m i p v 6 协议的一个基本的组成部分，它实现了在i p v 4 中的 地址解析协议( a r p ) 、控制报文协议( i c m p ) 中的路由器发现、重定向协议部 分的所有功能，并具有邻居不可达检测机制。 m n 可以通过检查当前默认路由器是否可达来判断自己是否发生了移动。如 果当前默认路由器已经不可到达，而且发现了一个薪的默认路由器，m n 就可以 假定自己已经移动到了一个新的链路。 使用路由发现机制定义的路由器通告消息( r a ：r 0 u t e r a d v e m s e m e n t ) ，m n 可以发现新的路由器和新的链路上使用的子网前缀。m n 可以通过向路由器发送 路由器请求( r o u t e rs 0 1 i c i t a t i o n ) ，或者被动地等待下一个通告周期获得路由器通 告消息。 m n 使用“邻居不可达检测”机制来检测默认路由器是否可到达。邻居发现 机制规定，如果m n 一直在通过默认路由器发送分组( 例如，接收到新发送数据 的t c p 确认) ，或者通过从默认路由器收到了响应自己邻居请求消息的邻居通告， 它就知道路由器是可以到达的。 在有些情况f ，m n 检测自己相对于其默认路由器的可达性，不能只依赖邻 居不可达检测，因为在很多情况下这样可能增加网络的负担。例如，即使m n 很 第二章移动i p v 6 网络中的快速越区切换技术 少通过默认路由器发送分组，它也持续向默认路由器发送邻居请求消息，这样显 然会增加网络的负担。因此，只要m n 从默认路由器接收了一个完整的i p v 6 分组， 不管其源地址是什么，都可以认为自己对默认路由器是可达的。 2 1 1 2 与链路层相结合的检测算法 鉴于i p 层的移动检测算法相对较慢，而链路层通过信号传输质量的检测可以 提供迅速及时的节点移动信息。因此，与链路层的移动检测相结合，根据链路层 提供的切换触发信号作为移动i p 的切换判断信息可以大大减少切换检测时延。 对于某些类型的网络，m n 可以通过低层的协议或者设备驱动软件获知是否 发生了移动。但是，链路层的移动指示并不一定意味着m n 需要切换到一个新的 默认路由器。例如，在很多无线局域网中，当m n 从一个蜂窝移动到另一个时， 只要这些蜂窝都在具有相同i p 子网前缀的链路范围之内，此时从网络层上看，节 点实际上没有发生移动，因而不需要进彳亍路由器的切换。考虑到这种情况，收到 链路层的移动指示后，m n 可以发送路由器请求消息确认是否同时也发生了网络 层上的移动。 m n 也可以使用这些低层信息决定是否把主转交地址切换到另一个可用的转 交地址。例如，m n 可以根据链路的信号强度或者信号质量信息决定哪条链路更 适合使用( 一个m n 可以同时连接到多条链路) ，进而把主转交地址切换到该链 路对应的转交地址。即使从邻居不可达检测的角度看，m n 当前的默认路由器仍 然是可达的，它也可以使用这样的低层信息决定切换到新的默认路由器以获得更 好的连接。 2 1 2 转交地址的形成过程 m n 连接到外地链路上时，需要确定转交地址( c o a ：c a r e o f a d a r e s s ) ，以 便及时通知h a 和c n 其目前的位置。在m i p v 6 中c o a 是自动配置的，有两种方 法可以得到m n 的c o a ：有状态地址自动配置( s t a t e f u l a d d r e s s a m o c o n f i g u r a t i o n ) 和无状态地址自动配置 9 1 ( s t a t e l e s s a d d r e s s a u t o c o n n g u r a t i o n ) 。m n 根据接收到 的路由器通告消息中的m 比特位的值来决定采用哪一种方法。如果m 比特位为 o ，那么m n 采用有状态地址自动配置，否则m n 采用无状态地址自动配置。 2 1 r 2 1 有状态地址自动配置 在这种方法中，m n 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 置协议版本六( d h c p v 6 ：d y n a m i ch o s tc o n f i g l l r a t i o np r o t o c o lv e r s i o n6 ) 。另外， p p p 的i p v 6 配置协议( p pp si 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 8 i 6 蹦络中的越区切换和了嘲移动关键技术研究 m n 提供c o a 的方法。 2 1 2 2 无状态地址自动配霞 无状态地址自动配茕是i p v 6 新增加的内容，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 ) m n 首先形成一个接口标记，这是一个与链路有关的标识，用来标识m n 与外地链路相连的接口。接口标记通常取m n 在那个接口上的链路局部地址。 2 ) m n 检查路由器通告消息中的前缀信息选项( p r e n x i n f 0 h n a t i o n o p t i o n s ) ， 以决定当前链路上有效的网络前缀。 3 ) m n 将一个有效网络前缀和接口标记相连形成自己的c o a 。 4 ) m n 在将自动配置的c o a 应用于网络接口前，要进行地址唯性检测。 2 1 | 3 重复地址检测 重复地址检测( d a d ：d u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n ) 是用来判断准备使用的 i p 地址是否已经被该网络中的其它节点使用。重复地址检测机制只能运用在单播 地址中，不能用于组播或任播地址。d a d 操作的流程如图2 1 所示。 以所 i i j 望使崩的的l p 地址为 目的的地址发送邻居请求f ，+l、_， 焉毳嚣! 嚣。+ - 一一粲冀譬甚竺茬亨桨毒楼罱 消息，幢 ：? 青小具备惟一性不町使瑚 富地址尚未被其它节点使 瑚，是唯的，可以使川 图2 - 1 重复地址检测流程图 主机以其所期望使用的i p v 6 地址为目的地址，向所在链路发送一个邻居请求 信息分组。若该i p v 6 地址尚未被其它节点占用，则该主机将不会接收到针对这 个邻居请求消息分组的任何相应。若有相关的相应，则表明链路中己有其它节点 在使用该地址，则必须重新分配一个新的接口标志，或人为配置一个不同的地址。 2 1 4 家乡代理发现 当m n 移动到外地网络时，如果m n 不知道家乡代理( h a ：h o m e a g e n t ) 的i p 地址时，可用动态家乡代理地址发现机制获得m n 的h a 的i p 地址。m n 第二二章移动t p v 6 网络中的快速越区切换技术 发送一个类型为家乡代理地址发现请求的i n t e m e t 控制消息协议( i c m p ：i m e m e t c o n t r 0 1m e s s a g ep r o t o c 0 1 ) 分组，目的地址为其h a 的任播( a n y c a s t ) 地址，该 分组被发送到家乡子网中最近的一个h a 。该h a 向m n 返回一个类型为家乡代 理地址发现应答的i c m p 分组，其中包含家乡链路上的家乡代理列表。 2 1 5 绑定更新过程 m n 通过发送绑定更新( b u ：b i n d i n gu p d a t e ) 消息来通知h a 其当前使用 的c o a ，以便h a 能够将c o a 作为隧道【l6 】出口而数据包发送到m n 的当前位置。 另外，为了实现路由的优化，m i p v 6 节点同时向c n 发送b u 消息通知其c o a ， c n 就可以利用c o a 将数据包直接路由到m n ，而无需将数据包先路由到h a 。 当m n 回到家乡链路时，还必须通知其h a 以撤销注册信息。 m i p v 6 定义了用于实现绑定更新过程交换的三条消息，分剐是绑定更新、绑 定确认和绑定请求。这些消息都作为选项被放在i p v 6 的一个扩展报头：目的选项 报头( d e s t i n a t i o no p t i o nh c a d e r ) 中，这表明这些消息都将只被最终目的节点检 查并处理。 2 1 5 1 绑定更新( b u ：b i n d i n gu p d a t e ) 绑定更新消息是m n 发出的用来通知h a 或c n 其当前的c o a 的消息。绑定 更新选项( b i n d i n gu p d a t eo p t i o n ) 可以放在一个单独的i p 分组中( 该分组中不 再包含其它用户数据) ，也可以放在一个己有的i p 分组中( 分组中还有其它用户 数据) 。为简单起见，可将b u 消息定义成任一个包含了b u 选项的i p 分组，无 论它是否包含其它用户数据。 b u 消息需要进行认证。m i p v 6 采用i p v 6 认证报头( a h ：a u t l l e m i c a t i o n h e a d c r ) 来传送认证数据。同样，所有m i p v 6 的实现都能支持采用手工密钥分配 的k e y e d m d s 认证机制。 2 1 5 2 绑定确认( b a c k ：b i n d i n ga c k n o w l e d g e ) 绑定确认消息由h a 或c n 发送给m n ，用于表明发送者己成功地收到了m n 的b u 消息。绑定确认消息与b u 消息一样，可以在单独的i p 包中发送，也可以 与别的数据一起在i p 包中发送。向发送绑定确认消息的方法与向m n 发送 其它数据包的方法是一样的。 在绑定确认消息中包含了该绑定在绑定缓存中的有效时间，以及m n 应该发 送b u 的频率等信息。 2 1 5 3 绑定请求( b r r ：b i n d i n g r e 舶s hr e q u e s t ) 当先前的b u 消息中的有效时间将要过期，而c n 又认为它还会继续向m n i p v 6 网络中的越区切换和子网移动关键技术研究 发送数据包时，c n 可向m n 发送绑定请求消息，要求m n 发送出一个新的b u 消息。也就是说，绑定请求消息表明c n 希望知道m n 的c o a 。绑定请求消息应 与其它用户数据一起放在一个i p 分组中发送。 2 ，1 6 路由优化 m n 发送分组时，通过传统的1 p 机制直接向c n 发送分组。为了避免所在外 地网络中路由器的入口过滤( i n g r e s sf i h e r i r 喀) ，应该将m n 发送的i p v 6 分组头 中的源地址设为m n 的转交地址，将m n 的家乡地址写入家乡地址选项附在目的 地选项头中。 c n 向m n 发送分组时，先查询其绑定缓存，若存在此m n 的家乡地址和c o a 的绑定记录，则使用第二类路由头( t y p e2r o u t eh e a d e r ) 发送该分组。此时， 将m n 的c o a 写入i p v 6 报头的目的地址中，将m n 的家乡地址写入第二类路由 头中。若无此项绑定缓存，则按正常程序发送，将分组发送到m n 的家乡地址， 由h a 负责将c n 发送的分组隧道转给m n 。当m n 收到h a 通过隧道发送过来 的分组，就可以判断出c n 不知道他的c o a ，则主动向c n 发送带绑定更新选项 的分组。最终，m n 可使用转交地址直接和c n 通信，实现了路由的优化，减少 分组传输的延时，节约网络带宽。 2 2m i p v 6 中的快速切换机制 移动i p 为了达到最广泛的适应性，被设计为i p 层和链路层是相对独立的， 但是这给切换时延带来了负面影响，即m n 只能在与新接入路由器的第二层切换 完成之后，才能开始第三层切换的注册过程。 根据切换的层次顺序，人们在第二层触发机制的基础上提出了m i p v 6 的快速 切换( f m i p v 6 ：f a s th a l l d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ) 协议 7 】。协议主要涉及三个阶段 的操作：切换开始、隧道建立以及分组转发。f m i p v 6 可以很容易地在m n 移动 到新接入路由器( n a r ：n e w a c c e s sr o u t e r ) 之前，为其配置新的转交地址，并 建立新、旧接入路由器之间的转发隧道。当m n 连接到n a r 时，就可以立刻使 用该转交地址。当不能从n a r 获得有效的转交地址时，f m i p v 6 也允许m n 不 获得新转交地址而切换到新的网络( 使用标准的m i p v 6 越区切换) 。 f m i p v 6 技术可以加快m i p v 6 协议中m n 的切换过程，减少已有通信连接的 中断时间，使在切换过程中丢失的分组数减少，保证通信流的实时传输。 2 2 1f m i p v 6 对m i p v 6 中控制消息的扩充 接入路由器( a r ：a c c e s sr o u t