（计算机应用技术专业论文）移动ipv6中若干关键问题的研究与实现.pdf

北京邮电大学硕士论文摘要 摘要 在未来，可以预见，大量的无线终端接入网络访问网络资源将会变得越来 越普遍。因此，将对移动性的支持集成到下一代网络中是非常必需的，这样， 用户就可以“永远在线”，即使是处在移动中。移动i p v 6 技术正是为了满足这 种需要而设计的。 移动i p v 6 允许移动节点从一条链路移动到另一条链路的时候，无需改变自 己的“家乡地址”。发往移动节点的数据包可以永远使用该地址进行路由，而不 管移动节点现在所处的位置。当移动节点移动到新的链路的时候，它仍然可以 和其它的节点( 静止的或移动的) 进行通信。移动节点的移动对于其传输层及 以上的协议和应用程序是透明的。 移动i p v 6 协议目前还在由i e t f 的移动i p 工作组进行讨论，并未形成最终 的r f c 。目前移动i p v 6 的实现大都是原型系统，还未有商用的系统出现。 本文首先介绍了移动1 p v 6 技术的一些基本特性，接着分析了移动i p v 6 中 的一些关键问题，并给出了实现的具体细节和测试结果分析。 【关键字】 i p v 6 ；移动i p v 6 ；本地代理；移动节点；对端节点；路由器宣告；家乡代 理列表：动态家乡代理地址发现；n e t f i l t e rf r a m e w o r k 第1 页 北京邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h ef u t u r ei ti se x p e c t a b l et h a tt h en u m b e ro ft e r m i n a l sw i t hw i r e l e s sa c c e s s 协n e t w o r kr e s o u r c e sw i l lb em o r ea n dm o r ew i d e s p r e a d ，a n di ti st h e r e f o r e n e c e s s a r y t oi n t e g r a t em o b i l i t ys u p p o r ti n t of u t u r eg e n e r a t i o nn e t w o r k ss ot h a tu s e r s c a nb eo n l i n e ，e v e nw h i l ei nm o t i o n m o b i l ei p v 6t e c h n o l o g yi sj u s td e s i g n e dt o s a r i s f yt h i sd e m a n d m o b i l ei p v 6a l l o w sam o b i l en o d et om o v e 疔o mo n e1 i n kt oa n o t h e rw i t h o u t c h a n g i n gt h em o b i l en o d e s ”h o m ea d d r e s s ”p a c k e t sm a y b er o u t e dt ot h em o b i l e n o d eu s i n gt h i sa d d r e s sr e g a r d l e s so ft h em o b i l en o d e sc u r r e n tp o i n to fa t t a c h m e n t t ot h ei n t e r n e t t h em o b i l en o d em a ya l s oc o n t i n u et oc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r n o d e s ( s t a t i o n a r yo rm o b i l e ) a f t e rm o v i n g t oan e wl i n k t h em o v e m e n to fam o b i l e n o d ea w a yf r o mi t sh o m el i n ki st h u st r a n s p a r e n tt ot r a n s p o r ta n dh i g h e r l a y e r p r o t o c o l sa n da p p l i c a t i o n s m o b i l ei p v 6i ss t i l lb e i n gd i s c u s s e db ym o b i l ei pw o r kg r o u po fi e t fm a dd o e s n o tf o r mt h ef i n a lr f c n o wm o s to fm o b i l ei p v 6i m p l e m e n t a t i o n s a r et h e e x p e r i m e n t a lp r o t o t y p es y s t e m s ，n o n e o f w h i c hi sa v a i l a b l ei ne n t e r p r i s e s t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e dt h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l ei p v 6 t h e ni t a n a l y z e ds o m ek e yt e c h n o l o g i e si nm o b i l ei p v 6 a n dg a v ed e t a i l so f i m p l e m e n t 砒i o n a n d a n a l y s e so f t e s t i n g r e s u l t s k e y w o r d i p v 6 ：m o b i l ei p v 6 ；h o m ea g e n t ；m o b i l en o d e ；c o r r e s p o n d e n tn o d e ；r o u t e r a d v e r t i s e m e n t ；h o m ea g e n tl i s t ：d y n a m i ch o m ea g e n ta d d r e s sd i s c o v e r y ； n e 伍l t e rf r a m e w o r k 第2 页 北京邮电大学硕士论文 刚青 1 1 课题背景 第一章前言 过去的1 0 年中，计算机工业发生了一场巨大的革命，i n t e r n e t 的飞速发展 彻底改变了人们的生活，也使得人们越来越离不开它。与此同时，笔记本电脑、 移动p c 、手机、p d a 及各种智能终端技术的迅猛发展，使得网络对于移动性 支持有了新的需求，人们迫切的希望真正的实现移动办公。未来的i n t e m e t 将 会是宽带的移动i n t e r n e t ，人们可以随时随地的接入i n t e m e t ，方便快捷的访问 网络上的各种资源，而不管是使用固定终端还是使用可移动终端在不同的网络 之间漫游。 为此，i n t e r n e t 工程任务组i e t f 制定了一套新的协议标准移动i p ( m o b i l ei p ) 。移动i p 允许移动计算机在改变地理位置的情况下不会中断正在 进行的通信。移动i p 与移动计算机通信时所使用的物理媒介无关。 移动i p 是以i p v 4 协议为基础的。但是现有的i p v 4 协议已经暴露出许多的 弊端，例如地址空间耗尽、路由表膨胀、不易配置等等，这些缺陷并不利于主 机的移动性扩展。1 9 9 8 年，i e t f 在r f c l 8 8 3 定义的下一代互联网的核心协议 i p v 6 。i p v 6 扩展了地址空间，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的i p 地址。扩展后的i p 地址量甚至足够为地球上每一粒 沙子分配一个独立的地址。除了能够提供更大的地址空间外，i p v 6 还具备其它 重要的优点，如支持规模更大的网络结构，改进了数据的安全性和完整性，具 有自动配置、移动计算、数据组播和更有效的网络路由聚合等功能。 未来的i n t e r n e t 中，移动接入终端的数量和比例将会大大增加，每个终端 都需要分配一个唯一的i p 地址以进行正常的通信，现有的i p v 4 地址已经远远 不能满足地址分配的要求，所以以i p v 6 协议为基础的移动i p v 6 协议将会是未 来移动i n t e m e t 的最终解决方案。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，相对移动i p v 4 而言许多方面做了改进，包 括提出了路由优化，完善了移动检测，加强了安全保护等等。移动i p v 6 成为了 i p v 6 协议不可分割的一部分，它给我们描绘了一幅在全球因特网上实现移动功 能的美好蓝图。 第6 页 北京邮电大学硕士论文 日u 蟊 1 2 研究内容及意义 本课题出自国家8 6 3 项目下一代i n t e r n e t 综合实验环境的子项目移动 i p v 6 。该项目的研究内容和设计目标是在一个纯i p v 6 网络环境下，设计并实现 移动i p v 6 协议软件，通过它使计算机设备可以在下一代互联网技术综合实验环 境中自山移动( 具体实现可以模拟为将它的网线连接到另外一个子网) ，不用手 1 ：配置任何网络信息( i p 地址、网络号、路由器等) 就能够继续通信，并且能 保持正在进行的网络连接不被中断。 本课题的研究内容是研究最新版本的有关移动i p v 6 的d r a 卜“m o b i l i t y s u p p o r ti ni p v 6 ”，现在该d r a f t 的最新版本为第2 0 版。研究并实现其中的三 个关键问题，包括：家乡代理路由器宣告的接收，家乡代理列表的维护，动态 家乡代理地址发现机制的实现。 这三个问题既是相互独立又是相互联系的。家乡代理列表是从接收到的路 由器宣告中的消息中得来，而动态家乡代理地址发现机制又是以家乡代理列表 为基础实现的。 动态家乡代理地址发现机制在移动i p v 6 系统中有着非常重要的意义。有了 此机制，移动节点无需事先配置家乡代理的地址，而是通过动态发现机制来获 得一个家乡代理地址，这样就真正实现了动态配置，使得系统的易用性大大增 加。同时当当前的家乡代理地址失效的时候，也能动态的向家乡网络获取新的 家乡代理地址，这样也就提高了系统的稳定性和可靠性。 1 3 国际上有关移动i p v 6 的研究现状 目前世界上有很多组织或者机构在对移动i p v 6 进行研究，并且有一些在不 同操作系统上开发出来的实验系统。下面按照不同的操作系统来分别介绍目前 的研究情况。 1 3 1 基于l i n u x l a n c a s t e rm o b i l ei p v 6 p a c k a g e l a n c a s t e rm o b i l ei p v 6 p a c k a g e ：该系统是由英国兰卡斯特大学( l a n c a s t e r u n i v e r s i t y ) 的计算机系的i p v 6 小组开发的，主要研究如何利用i p v 6 的技术特性 第7 页 北京邮电大学硕士论文 日u 舌 来建立具有高度适应性的移动通信网络，使用户能在广泛的、异构的无线通信 网络中自由移动。作为r a s c a l 项目的重要组成部分，l a n c a s t e r 移动i p v 6 系 统目前的版本是1 9 9 8 年发布的o 4 版，软件包可以从主页链接 h t t p ：w w w c s - i p v 6 a a n c s a c u k j i p v 6 m o b i l e l p 得到，其实现遵循i e t f 的标准 d r a f t 版本5 ( d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 5 t x t ) ，但是从1 9 9 8 年3 月6 日以来该项 日就一直未更新。 技术指标 标准：d r a f t - i e t f - m o b i l e i p - i p v 6 - 0 5 平台：l i n u x ( 2 1 9 0k e r n e l ) 最新版本：v e r s i o n0 4 ( 1 9 9 8 3 6 ) 下载：编译好的内核模块r e a d m e 辅助工具 参考网址：h t t p ：w w w c s - i p v 6 1 a n c s a c u k i p v 6 m o b i l e l p m i p lm o b i l ei p v 6f o rl i n u x m i p lm o b i l ei p v 6f o rl i n u x ：该系统最早是由芬兰赫尔辛基技术大学的 h u ts o f t w a r ep m j e c t 项目开发，现在由赫尔辛基大学的通信与多媒体实验室的 g o c o r e 项目组负责后续的开发工作。m i p l 项目更新速度快，并且支持最新 的l i n u x 内核版本。该项目基于g n ug p l ( 通用公共许可证) 的条款发行最新版 本。m i p l 目前的实现遵循i e t f 的d r a f t1 9 ( d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 1 9 t x t ) ， m i p l 的软件实现基于l i n u x 内核2 4 - x 当前系统版本是0 9 5 1 ，可以从 h t t p ：w w w m i p l m e d i a p o l i c o m 得到。 技术指标 标准：d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 1 9 平台：l i n u x ( 2 4 2 0k e m e l ) 最新版本：m i p v 6 - 0 9 5 1 一v 2 4 2 0 ( 2 0 0 3 1 8 ) 下载：打包的源文件，包括安装说明，辅助工具 参考网址；h t t p ：w w w n f i p l m e d i a p o l i c o m 第8 页 北京邮电大学硕士论文日u 吾 1 3 2 基于b s d m o n a r c h p r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n m o n a r c hp r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n ：m o n a r c hp r o j e c t 项目属于美国r i c e 大学 的计算机科学学院。项目主要集中研究支持无线和移动主机的网络，内容包括 协议设计、实现、性能评估等等。移动i p 是该项目的一个子项目，已经发行了 移动i p v 4 和移动i p v 6 软件系统。m o n a r c h 移动i p v 6 系统实现基于f r e e b s d 内 核2 2x ，并可以移植到其它4 4b s d ( 包括b s d i ，n e t b s d ，o p e n b s d 和其它版 本的f r e e b s d ) ，系统实现了i e t f 关于移动i p v 6 的早期草案版本3 ( d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 3 t x t ) 的全部功能，之后就没有更新的实现。详细情 况可参考h t t p ：w w w m o n a r c h c s r i c e e d u m o b i l ei p v 6 h t m l 。 技术指标 标准：d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 0 3 平台：f r e e b s d 2 2 2 最新版本：r e l e a s e1 0 ( 1 9 9 7 9 3 ) f 载：编译好的内核模块、辅助工具 参考网址：h t t p ：w w w m o n a r c h c s c m u e d u k a m e p r o j e c t k a m ea r o j e c t ：这是由日本w i d e ( w i d e l y i n t e g r a t e d d i s t r i b u t e d e n v i r o n m e 叫组织从事i p v 6 i p s e c 协议栈开发的项目组开发的。目前协议栈中 移动i p v 6 的功能正在开发之中，包括n e c 和e d c s s o n 公司实现的移动i p v 6 系 统。 n e c 移动i p v 6 系统实现基于k a m ei p v 6 协议栈，它实现了i e t f 关于移动 i p v 6 的草案版本1 3 ( d r a f t i e t f m o b i l e i p i p v 6 1 3 t x t ) 的全部最新功能。 其实现基于f r e e b s d 内核4 + x ( 当前是f r e e b s d 4 3 和n e t b s d l 5 ) 及以上版本。 详细情况可参考b ! l b ；z ! 鲤：! ! ：! ! ! ! ! ! ：j e 。 e r i c s s o n 移动i p v 6 系统实现也是基于k a m ei p v 6 协议栈，它实现了i e t f 关于移动i p v 6 的草案版本1 3 ( d r a f t - i e t f - m o b i l e i p i p v 6 1 3 t x t ) 的全部最新功能。 其实现基于f r e e b s d 内核4 2 x 及以上版本，软件包可从 f t p ：t i p k a m e n e t p u b k a m e c o n t r i b m i p 6 e r i c s s o n 得到a 第9 页 北京邮电大学硕士论文刚舌 1 3 3 基于s o l a r i s s u n 公司一直从事m o b i l ei p 技术的研究，并且积极参与i e t f 关于i p v 6 标准的制订工作，目前发布的s o l a r i s8 已经支持i p v 6 。s u n 公司的m o b i l ei p i m p l e m e n t a t i o n 是基于s o l a r i s 操作系统的，但不支持移动i p v 6 ，但是s u n 公司 已经表示要在后续版本中支持移动i p v 6 。详细情况可查阅 h t t p ：p l a y g r o u n d s u n c o m p u b m o b i l e - i p s u n l a b s 1 3 4 基于w i n d o w s m i c r o s o f tm i p v 6p r o j e e t m i c r o s o f tm i p v 6 p r o j e c t ：微软公司一直积极参与i p v 6 协议栈的研发工作， 继2 0 0 1 年发布i p v 6 的协议栈软件包后，微软公司在最新的w i n d o w sx p 操作 系统中已经内置支持i p v 6 。在移动i p v 6 的研究上，微软和英国兰卡斯特大学 合作，在l a n d m a r cp r o j e c t 的基础上推出了基于w i n d o w s 2 0 0 0 的移动i p v 6 软 件。 系统基于微软公司w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，实现了i e t f 关于移动i p v 6 的 草案版本1 2 ( d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 1 2 t x t ) 的全部最新功能实体。详细研究情 况可参考链接h t t p ：r e s e a r c h m i c r o s o f t c o m m s r i p v 6 a 第1 0 页 北京邮电大学硕士论文移动 p v 6 第二章移动i p v 6 大家都知道，数据包的选路是基于目的i p 地址的网络前缀进行的。因此， 如果i p v 6 没有对移动性的支持，那么当一个节点( 主机或者路由器) 从条链 路切换到另一条链路上时，它的i p 地址的网络前缀部分就不再与新链路的网络 前缀相等了，这样，网络前缀路由技术就没有办法将数据包发送到节点的新位 置上。为了能在移动发生后继续通信，移动节点就要在每次移动到新的链路时 改变自己的i p 地址，但是传输层和更高层的连接也就不能继续维持了。 移动i p v 6 允许移动节点从一个链路移动到另一个链路，而不用改变它的i p 地址。移动节点具有一个静态的永久地址，叫做家乡地址h o m ea d d r e s s ，这个 地址就是移动节点没有移动时在其家乡网络上获缛的。不论移动节点现在的位 置是在哪里，其它节点都可以继续用h o m e a d d r e s s 和它通信，这样传输层和更 高层的连接不会被打断。因此，移动节点的移动对传输层以及更高层来说是透 明的。 现有因特网的连接范围和对象有了极大的扩展，特别是移动性主机所占比 例的逐步增加，在即将到来的i p v 6 时代，移动的计算机将是i n t e m e t 的主要构 成部分，或者说至少会占据相当的数量。因此，i p v 6 对移动性的支持是十分重 要的。i p v 6 对移动性提供了内在的支持，提供了种在全球因特网上实现移动 功能的方案，具有良好的可扩展性、可靠性和安全性，并使节点在切换链路时 仍可保持正在进行的通信。 移动i p v 6 协议不仅适合同种介质上的移动性，同样适合于异种介质上的移 动性。例如，移动i p v 6 使得节点从一个以太网段移动到另一个以太网段变得很 容易，而从以太网段移动到无线局域网也是可以的，在任何一种情况的移动发 生时，移动节点的i p 地址都可以不改变，继续维持更高层的连接和通信。 在全面介绍移动l p v 6 协议之前，先来了解下下一代i n t e m e t 协议 i p v 6 。 2 1i p v 6 简介 网际互连协议( i p ：i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) ，作为全球最大的互连网络i n t e m e t 的核心协议，提供了网络互连的工业标准。它屏蔽了异种网络的实现细节，允 许计算机独立于物理网络连接进行通信。正是由于i p 技术的简洁、高效和容易 实现，才使得异种计算机网络和异种操作系统的数据互通和资源共享成为可能。 第1 1 页 北京邮电大学硕士论文移动i p v 6 当前的i p 协议( i p v 4 ) ，是在1 9 8 1 年由r f c 7 9 1 标准化的。尽管它现在已 非常成熟，取得了巨大的成功，但是随着用户数量的增加，网络带宽的成倍增 长，新的应用需求的出现，已经暴露出其当初设计不足的地方，逐渐显出过时 的征兆。i p v 4 面临的两个最大的问题是地址资源耗尽和骨干路由器路由表爆 炸，这两个问题是i p v 4 本身存在的缺陷，只有对其进行较大的修改才能解决。 另一方两，新的应用及其发展对i p 协议提出了新的要求，譬如当前非常关注的 两个问题：移动i p 和i p 安全性。实际上，从2 0 世纪9 0 年代初以来，国际上 已经开始讨论f 一代的i p 协议体系了。经过多年的讨论，各种方案的比较权衡， 下一代的i p 协议体系目前已经基本制定完成，并分配了版本号6 ，称为i p v 6 。 i p v 6 对i p v 4 所作的主要改进： 将i p 地址从3 2 位增加到1 2 8 位。 通过增加一个作用域字段而改进了多点播送地址。 新的任播( a n y c a s t ) i p 地址类型用于向组内任何成员发送包，通常 是最近的组成员。 用可选的扩展首部替代i p v 4 首部中的选项字段。 增加的路由报头提供了对移动通信的完善支持。 去掉了首部校验和字段。 去掉了所有分片处理所用的字段，仅执行端到端的分片。 增强的地址自动配置功能。 新的流标号字段可用来标识特定的用户数据流或通信量类型。 扩展了对认证、数据一致性和( 可选的) 数据保密的支持。 2 1 1i p v 6 的固定头部 i p v 6 的头部相对i p v 4 头部做了很多简化。i p v 6 使用了固定长度为4 0 字节 的头部。另外，可采用“菊花链”的方式链接不同的扩展头部。每个头部的长 度是8 字节的倍数。1 p v 6 没有定义尾部。 i p v 6 的头部格式如图2 1 所示。 第1 2 页 北京邮电大学硕士论文移动i p v 6 0481 6 2 43 2 版本p优先枫p流标识p 有效载荷长度一下一个头p站段限制p 源地址一 ( 1 6 字节) p 目的地址- ( 1 6 宇节) p 图2 1i p v 6 的固定头部 版本 在所有i p v 6 数据报中将该域置成6 。 优先级 紧接版本域之后的8 比特指示优先级。利用优先级域，首先区分 二大业务量( t r a f f i c ) ：受拥塞控肯1 ( c o n g e s t i o n c o n t r o l l e d ) 、j k 务量；不受拥 塞控制的( n o n c o n g e s t i o n - c o n t r o l l e d ) 、j k 务量。 在i p v 6 规范中o 一7 级的优先级为受拥塞控制的业务量保留，这种 业务量的最低优先级为l ，i n t e m e t 控制用的业务量的优先级为7 。 不受拥塞控制的业务量是指当网络拥塞时不能进行速率调整的业 务量。对时延要求很严的实时话音即是这类业务量的一个示例。在 i p v 6 中将值为8 一1 5 的优先级分配给这种类型的业务量。 0 p 无特殊恍先级p 1 p 背景( b a c k g r o u n d ) 业务熏( 例如网络新闻) p 2 0 零敌数据传送( 如电千幽件) p 3 p 保瞽p 4 0连续批量传送( 例如f t p ，n f s ) p 5 0 保留) 6 一 会话型业务置( 例如t e l n e t 及窗口系统) p 7 0i n t m a e t 控制业务重( 例如寻蹯协议及s n m p ) p 图2 2 受拥塞控制的业务量中的i p 优先级 流标识 一个流由其源地址、目的地址和流序号来命名。在i p v 6 规范中对 流作了如下定义：“流是指从某个源点向( 单目或组播的) 信宿发送的分 组群中，源点要求中间路由器作特殊处理的那些分组”。换句话说， 流是指信源、信宿和流标记三者分别相同的分组的集合。任何的流标 第1 3 页 北京邮电大学硕土论文移动i p v 6 记都不得在此路由器中保持6 秒以上。此路由器在6 秒之后必须删除 高速缓存( c a c h e ) 的相应表项，当属于该流的下一个分组出现时，此 表项被重新学习。并非所有的分组都属于流。实际上从i p v 4 向i p v 6 的过渡期间大部分的分组不属于特定的流。例如，s m t p 、f t p 以及 w w w 浏览器等传统的应用均可生成分组，这些程序原本是为了i p v 4 而设计的，在过渡期为使i p v 4 地址和i p v 6 地址都能处理而进行了改 进，但不能处理在i p v 4 中不存在的流。在这种分组中应置入由2 4 比 特0 组成的空流标记。 有效负载长度 有效负载长度域指示i p 基本头标以后的i p 数据报剩余部分的长 度，单位是字节。此域占1 6 比特，因而i p 数据报通常应在6 5 5 3 5 字 节以内。但如果使用h o pb yh o p 选项扩展头标的特大净荷选项，就 能传送更大的数据报。使用这个选项时净荷长度置0 。 下一个头部 下一个头标用来标识数据报中的基本i p v 6 头标的下一个头标a 这 个域指示下一个i p v 6 扩展报头的类型或上层协议。下表列出了主要的 下一个头标值。其中一些值用来标识扩展头标。 0 一中继点选项头标p 4 0 i p p 6 p t c p p 1 7 , ou d p o 4 3 p寻路头标p 4 4 p报片头标p 4 5 0 i d r p 了 4 6 0 r s v p o 5 0 )封装化安全净荷0 5 1 一认证头标p 5 8 0i c t v 驴妒 5 9 0尢l 、一个头标p 6 0 0信宿选项头标p 图2 3i p v 6 下一个头标值 2 1 2i p v 6 的扩展头部 i p v 4 头标中存在可变长度的选项，利用它可以处理具有指定路径控制、路 径记录、时间标记( t i m es 切m p ) 和安全等选项的特殊分组。但因这种分组会影响 网络的性能，故选项域已经逐渐被废弃了。根据i p v 4 的运用经验，i p v 6 中规 第1 4 页 北京邮电大学硕士论文移动i p v 6 定了使用扩展头标( e x t e n t i o nh e a d e r ) 的特殊处理。扩展头标加在i p 分组的基木 头标之后。i p v 6 规范中定义了若干种不同的扩展头标，它们由下一个头标域的 值来标识。每种头部都是可选的，但一旦有多于一种头部出现时，它们必须紧 跟在同有头部之后，并且最好按下列次序排序。 扩展头鼙p摇自p 站接站选项一用于路由器的各种信息p 路由选择p后面跟有完整的或者部分的路由p 分段p数据报分段管理p 身份验证p发送看标识的验证p 加密的安全性有效载荷p有关加田内容的信息p 目的地选项p有关目的地的附加信息p 图2 4 i p v 6 的扩展头部 逐站选项( h o p b y h o po p t i o n sh e a d e r ) 运载每个i p 路由器必须解释的选项信息；例如它可以用于传送超 大有效负载信息。 路由选择头部( r o u t i n gh e a d e r ) 定义了该包必须经过i p 路由器( 也称为源路由) 。 分片头部( f r a g m e n th e a d e r ) 当传送的用户数据大于有效载荷所能允许的最大长度时便要用到 分片头部，分片头部传送了有效载荷携带的用户数据段在整个用户数 据单元中的偏移量。 身份验证头部( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e ba h ) 可选的认证信息。 加密的安全性有效载荷( e n c a p s u l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a dh e a d e r ，e s p ) 传送有效负载的额外保护信息。 目的选项头部( d e s t i n a t i o no p t i o n sh e a d e o 保存仅为目的站检查用的可选信息。 第1 5 页 北京邮电大学硕士论文 移动i p v 6 2 1 3i p v 6 的地址 2 1 3 1l p r o 的地址空间 i p v 6 的主要改变就是地址的长度从3 2 位下增加为1 2 8 位，这样大约 的数目是1 0 的3 8 次方，这是一个非常大的空间，地球上每平方米都将分配到 约1 0 的2 4 次方的i p v 6 地址。选取1 2 8 位作为i p v 6 地址是经过争论的，6 4 位 和1 2 8 位之争最终以1 2 8 位胜出。这也是充分了考虑了i p v 4 分配的经验而来的。 i p v 6 的设计者根据i p v 6 地址空间在地址的起始报头位所使用的数值的基 础上进行了进一步划分，包含这些起始报头位的长度可变的字段叫做格式前缀 ( f o r m a tp r e f i x ，f p ) 。i p v 6 的地址分配方案如下图所示： 分配前缀( 二进制)部分地址空间 保留 0 0 0 00 0 0 0 1 2 5 6 未分配 0 0 0 00 0 0 1 1 2 5 6 为n s a p 分配保留 0 0 0 00 0 1l 1 2 8 为i p x 分配保留 0 0 0 00 1 01 1 2 8 未分配 0 0 0 00 1 11 1 2 8 未分配0 0 0 0 1 1 3 2 未分配 0 0 0 1 1 1 6 可集聚全球单播地址 0 0 l 1 8 未分配 0 l ol 8 未分配 0 1 1 1 8 为基于地理位置而保留 1 0 01 8 未分配 1 0 l1 8 未分配 1 1 0 1 8 未分配 1 1 1 01 1 6 未分配 1 1 1 1o1 3 2 未分配 1 1 1 11 0 1 6 4 未分配 1 1 1 1l l o1 1 2 8 未分配 1 1 1 l1 1 1 00l 5 1 2 链路本地单播地址 1 1 1 11 1 1 01 01 1 0 2 4 站点本地单播地址 1 1 1 ll l l ol l 1 1 0 2 4 多播地址 1 l l l1 1 1 li 2 5 6 图2 5i p v 6 地址空问的分配 第1 6 页 北京邮电大学硕士论文 移动i p v 6 2 1 3 2i p v 6 地址的语法表示 i p v 4 地址长度为3 2 位( 4 个字节) 。在书写这种地址时，每个字节作为一个 秃符号整数，器拿字节写袋交三令患号分秀瓣銎个一 遴裁数，霉残“点分、卜遴 制”的形式，例如：1 9 2 1 6 8 0 1 列于i p v 6 地止来说，定义相似的语法是必要的，要考虑到i p v 6 地址的长 度是原来的四倍，由r f c l 8 8 4 规定的标准语法推荐把i p v 6 地址的1 2 8 位( 1 6 个 字节) 写减8 个1 6 位豹无符号整鼗，每个整数瑟瑟个十六遴毒l 位表示；这蹙数 之间用冒号分开，如： 3 f f e ：8 1 8 1 ：1 0 0 0 ：0 0 0 l ：0 1 2 3 ：4 5 6 7 ：8 9 a b ：c d e f 由于i p v 6 毯蟪缀难拼写帮记忆，所i 冀在i p v 6 环境孛d h c p 稻d n s 是缀关 键的，尤其是d n s 。由于很难记住某台机器的i p v 6 地址，用户被迫越来越多 攮链瘸名称，然爱缝娃羲澎澈逡变戏了一令网络内部熬闻鬏隘及铵怠毽载貉赉 方面的问题，这对于网络维护是有利的。 上商越一种院较标准的珏6 鳓垃表达方式，藏外，还霄另外掰稀更勰溃楚 和易于使用的方式。考虑到i p v 6 的巨大地址空间和i p v 6 的地址分配策略，i p v 6 圭| i 缭中穰哥轾篷含一长率豹0 。萋i 彗褒这耱装猿辩，稼疆中竞诲爱“空熬”来 表示这。长串的0 。换句话说，地址3 仃c ：o ：o ：o ：o ：0 ：o ：1 可以被表示为：3 f i e ：1 。 这鼹个i 茎 号表示渡地址可以扩展到个完熬蛉1 2 8 位地址，但只有当某个1 6 位组全部为0 时才会被两个冒号取代，且两个冒母在地址中只能蹈现一次。 在i p v 4 和i p v 6 戆混合环境中可髓鸯第三耪表汞方法。i p 诵穗缝中豁疆低 3 2 位可以用于表示i p v 4 地址，该地址可以按照一种混合方式表达，即 x ：x ：x ：x ：x ：x 遽。d 。d 。d ，其中x 表示一个1 6 像整数，蕊d 表示一个8 经卡避铡整 数。例如，地址o ：o ：o ：0 ：o ：0 ：1 9 2 1 6 8 0 1 就题一个合法的i p v 6 地址。把两种可能 的表达方式组合在一起，该地址也可以表示为；：1 9 2 ，1 6 8 0 ，l 由于i p v 6 地址被分成两个部分：子网前缀和接口标识符，因此一个i p v 6 节点戆圭逄熬爵疆按照类酝c i d r 穗缝懿方戏表示建一令携鬻额步 数篷瓣逢缝， 其中指出了地址中有多少位是掩码。即，i p v 6 节点地址中指出了前缀长度，该 长度与i p v 6 地址阙以斜桎区分，例如： 3 f 话：8 1 b l ：0 ：o ：1 2 3 4 ：5 6 7 8 ：9 a b c ：0 d e f 4 8 这个地址中用于路由选路的前缀长度为4 8 位。 第1 7 页 北京躲电大学硬士论文移动i p v 6 2 1 3 3i p v 6 地址结构与类型 歇i p v 6 蟪疆空闻分骶淡中可鞋如邋，i p v 6 逢皱楚翼有蘑次绦梅静，可娃 从i p v 6 的地址前缀上区别i p v 6 地址的炎型。 i p v 6 地址有三秘类型：蕈播、多播鄹任意搔。广播地址已被特嫌类型的多 播所取代。r f c 2 3 7 3 中定义了三耱i p v 6 趣址类羹： 单攒( u n i c a s t ) 一个单接口黔臻识蒋。遴往一个单援地址的包将被传送至该地址 标识静接日上。 任徽措( a n y c a s t ) 一组接口( 般属于不同节点) 的标识褥。送往一个任意点播地 皱鹣包将被黉送囊该遗缝标谈静接日之一( 禳撂选路秘议辩予距褰静 计算方法选择“最近”的一个) 。 多攒( m u l l i c a s 黔 组接日f 一般藩予不同繁焦) 瓣菰谖簿。送往一个多援遣楚懿惫 将被传送至有该地址标识的所有接口上。 在单攒撼皴中，i p v 6 肖一种链路本地地址，用于囊动配置，它的翦缀f p = l l l l1 1 1 01 0 ( f e 8 0 ) 。镶鼹奉建遣蘧怒蠡动生藏兹，它由网络接秘卡静e u l 6 4 物理地址( m a c 地址) 填入i p v 6 地址的低6 4 位得到a 例如： f e 8 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 0 0 0 ：0 2 8 0 ：c s f f ：f e 2 b ：f b 2 8 其中低6 4 位就是由以太网卡地址0 0 。8 0 c 8 - 2 b - f b * 2 8 而来的。我们知道m a c 地址一直是4 8 位的，i e e e 又定义了一种新的e u i 一6 4 的m a c 地址。对于旧的 4 8 垃的m a c 地址，映射到i p v 6 地址中时在前面豹2 4 位厂商标恚嚣葱插入1 6 跑特f i f e ，并绝高2 4 位审豹第7 位交为l 。 i p v 6 规范规定，路幽器永远不能传送目的地址为链路本地地址的i p v 6 信 息包。 另外一种特殊的地娥是站点本地地址，相当于i p v 4 中的内部网地址像 1 0 x x x 和1 9 2 1 6 8 x x 之类，可用于众业内部网，无需申请和分配。其前缀鼹 f p = 1 1 1 11 1 1 01 1 ( f e c 0 ) ，最低6 4 位也是接口地撼，其余1 6 位是予网i d 。如： 第1 8 页 北京邮电大学硕士论文移动i p v 6 f e c o ：1 ：0 2 8 0 ：c 8 f f = f e 2 b ：f b 2 8 i p v 6 规范还定义了两种内嵌i p v 4 的特殊地址： l p v 4 兼容的i p v 6 地址( i p v 4 - c o m p a t i b l e i p v 6a d d r e s s ) 例如：1 9 2 1 6 8 0 1 ，这种地址主要用来构造自动隧道。 i p v 4 映射的i p v 6 地址( i p v 4 - m a p p e d i p v 6a d d r e s s ) 例如：f f f f ：1 9 2 1 6 8 0 1 ，用来映射纯i p v 4 主机的地址到i p v 6 地址空 间。 另外，在i p v 6 中还定义了另一种特殊前缀，以2 0 0 2 _ 开头，称为6 t 0 4 地址， 这种地址也是用来自动构造隧道的。这种地址利用一个全球可路由的i p v 4 地址 作为i p v 6 地址第二级的标志，如：2 0 0 2 ：c a 6 f ：0 a o a ：1 ：0 2 8 0 ：c 8 f f ：f e 2 b ：f b 2 8 这个地 址把i p v 4 地址2 0 2 1 1 2 1 0 1 0 填入i p v 6 地址的高1 7 4 8 位中。在6 t 0 4 路由器中， 对于这种地址可以定义一条发送规则，就是把其中的i p v 4 地址取中来，作为目 的地址，建立i p v 4 隧道。 2 2 移动i p 移动i p 于1 9 9 6 年6 月由i n t e r n e t 工程指导组i e s g ( i n t e r n e te n g i n e e r i n g s t e e r i n gg r o u p ) 通过，并于1 9 9 6 年1 1 月公布为建议标准( p r o p o s e d s t a n d a r d ) 。 建议标准是一个协议从i n t e m e t 草案发展成i n t e m e t 标准的第一个重要步骤。 移动ip 由i e t f 的移动ip 工作组( i pr o u t i n gf o rw i r e l e s s m o b i l eh o s t s ) 丁1 9 9 2 年6 月制定，包括下面的r f c 文件： r f c2 0 0 2 定义了移动i p 协议。 r f c2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 定义了移动ip 中用到的三种隧道技术。 r f c2 0 0 5 叙述了移动i p 的应用。 r f c2 0 0 6 定义了移动ip 的管理信息库mi b ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n b a s e ) 。移动i p 的m i b 库是实现移动i p 的节点的变量 集合，管理平