（电路与系统专业论文）移动IPv6切换性能研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

太原理i 人学硕十研究生学f | 文 移动i p v 6 切换性能研究 摘要 随着i n t e m e t 和移动通信的飞速发展以及数据通信业务的日益增长， 推动了对移动节点无线接入的研究。人们不仅希望移动节点能够和台式 机一样接入网络，共享资源和服务，而且希望移动节点在不同网络间移 动时也能够保持通信。为了满足这种需求，i e t f 制定了移动i p 协议，从 而使i n t e m e t 上的移动接入成为可能。移动i p 技术提供了i p 移动功能的解 决方案，它可以使移动节点通过一个永久的i p 地址连接到任何一条链路 上。移动i p 因i p v 4 和i p v 6 的不同，分为移动i p v 4 和移动i p v 6 。移动i p v 6 将在未来的i n t e r n e t 和移动通信系统中得到广泛应用。 移动节点从一个子网移动到另一个子网时，为了保证正常的通信， 必须进行切换。移动节点在新的子网上获得新的转交地址，需要向家乡 代理重新注册以及向通信对端重新绑定。由于消息传输和协议处理都需 要时间，切换可能导致移动节点在一定时间内不能发送和接! 改数据分组， 引起通信对端与移动节点之间的通信暂时中断。如何保持通信的连续性， 支持各种实时应用，缩短切换引起的通信中断时间，减少切换对服务质 量的影响，是移动i p v 6 研究中重点关注的问题。 移动i p v 6 标准定义了移动检测、转交地址配置和绑定更新等过程。 在此基础上，为了进一步提高移动i p v 6 的切换性能，研究者又提出了各 种切换方案。移动i p v 6 快速切换减少了切换过程中产生的移动检测时延 和转交地址配置时延，同时减少了数据包的丢失，有效地改善了移动i p v 6 太原理1 人学硕十研究生学忙论乏 业务的q o s 。层次式移动i p v 6 管理是指将访问域划分为多个子域，每个 子域有移动锚点，使得移动节点在锚点域内切换本地化，减少了移动节 点向家乡代理注册产生的绑定更新时延。而移动i p v 6 基于流的快速切换 方法则是利用 i p v 6 协议本身的新特性，在绑定更新过程中由交叉路由 器来重定向业务流，同样也减少了绑定更新时延。 本文建立切换分析示意图，将移动1 p v 6 的切换情形分为锚点域内切 换和锚点域间切换。在比较分析各种切换方案切换时延的基础上，提出 了综合的移动i p v 6 切换方法。新方法综合了各种切换方法的优点和特征： 采用了移动i p v 6 快速切换的移动检测技术； 采用了层次移动i p v 6 的锚点管理方法； 采用了移动i p v 6 基于流的快速切换中由交叉路由器重定向业务 流的技术。 综合的移动i p v 6 切换方法不仅有效地降低了切换过程中的移动检测 时延和新转交地址配置时延，也有效地减小了绑定更新时延；不仅适用 于锚点域内切换，也适用于锚点域间切换。 在理论分析的基础上，本文还用网络仿真器n s 2 对移动i p v 6 各种切 换方法的t c p 拥塞窗口变化进行仿真分析。下一步的工作是要在n s 一2 中 实现综合的移动i p v 6 切换方法仿真模块，并对其t c p 拥塞窗口变化及u d p 丢包率和包延时进行仿真。 关键词：移动i p v 6 ，切换，网络仿真，n s 一2 太原理i 人学硕十研究生学佛论文 r e s e ar c ho nm o b i l ei p v 6h a n d o v e r p e r f o r m a n c e a b s t r a c t a l o n g w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fi m e m e ta n dm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o na n dt h ec e a s e l e s si n c r e a s eo fd a t at r a f f i c ，t h er e h a s ho n t h ew i r e l e s sa c c e s so fm o b i l en o d ei si m p e l l e d p e o p l en o to n l ye x p e c tt h a t m o b i l en o d ec a na c c e s st h es a m en e t w o r k sa n ds h a r et h es a m er e s o u r c e sa n d s e r v i c e sl i k e d e s k t o p ，b u t a l s o e x c e p t t h a tm o b i l en o d ec a nr e t a i n c o m m u n i c a t i o nw h e ni tm o v e sa m o n gs o m ed i f f e r e n tn e t w o r k s i e t fb r i n g s o u tm o b i l ei pp r o t o c o lt os u p p o r tt h i sr e q u i r e m e n t t h e r e b y , i ti sp o s s i b l et h a t am o b i l en o d ea c c e s s e si n t e m e t m o b i l ei pp r o v i d e si pm o b i l i t ys o l u t i o na n d m a k e sm o b i l en o d ec o n n e c ta n yl i n ku s i n gap e r m a n e n ti pa d d r e s s m o b i l ei p i sd i v i d e di n t om o b i l ei p v 4a n dm o b i l ei p v 6b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c e s b e t w e e ni p v 4a n di p v 6 m o b i l ei p v 6w i l lb eu s e di ni n t e n d i n gi n t e m e ta n d m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i d e l y w h e nm o b i l en o d em o v e sb e t w e e nt w oa c c e s sp o i n t s ，i th a st oh a n do v e r t oe n s u r en o r m a lc o m m u n i c a t i o n s m o b i l en o d eg e t san e wc a r e - o fa d d r e s s w h e ni te n t e r san e ws u b n e ta n di tm u s ts e n db i n d i n gu p d a t em e s s a g e st oi t s h o m ea g e n ta n dc o r r e s p o n d e n tn o d e s b e c a u s e t r a n s m i t t i n gm e s s a g e sa n d h a n d l i n gp r o t o c o l sb o t hw a s t es o m et i m e ，t h eh a n d o v e rp r o c e d u r em a yl e a d 太原理1 人学硕f i h 宄生学付论文 t h a tm o b i l en o d ec a n ts e n da n dr e c e i v ed a t ap a c k e t sf o ra s p a c ea n di t i n t e r r u p t st h ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nm o b i l en o d ea n di t sc o r r e s p o n d e n t n o d e s h o wt or e t a i nt h e c o n t i n u i t yo fc o m m u n i c a t i o n s ，h o wt os u p p o r t v a r i o u sr e a l t i m e a p p l i c a t i o n s ，h o w t or e d u c et h ec o m m u n i c a t i o n s d i s c o n t i n u i t yt i m ea n dh o wt or e d u c et h eh a n d o v e re f f e c to nq o sa r er e s e a r c h e m p h a s e si nm o b i l ei p v 6 m o b i l ei p v 6h a dd e f i n e dm o b i l ed e t e c t i o n ，n e wc a r e o fa d d r e s s c o n f i g u r a t i o na n db i n d i n gu p d a t e o nt h i sb a s i s ，r e s e a r c h e r sp r o p o s e dv a r i o u s h a n d o v e rm e t h o d sf o ri m p r o v i n gt h eh a n d o v e rp e r f o r m a n c eo fm i b i l ei p v 6 f a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6 ( f m i p v 6 ) e f f e c t i v e l yr e d u c e st h ed e t e c t i o n l a t e n c ya n dt h el o s i n go fd a t ap a c k e t si nh a n d o v e rp r o c e d u r e ，a n de f f e c t i v e l y i m p r o v e sm o b i l ei p v 6 sq o s i nh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( h m i e v 6 ) ，a v i s i t e dd o m a i ni sd i v i d e di n t os e v e r a ls u bd o m a i n ，a n de v e r ys u bd o m a i nh a s am o b i l i t ya n c h o rp o i n t m o b i l i t ya n c h o rp o i n t so fd i f f e r e n th i e r a r c h i e s c o o p e r a t e ，m a k em o b i l en o d eh a n d o v e rl o c a l i z ea n dr e d u c et h el a t e n c yc a u s e d b yh o m er e g i s t r a t i o n a n df l o w b a s e df a s th a n d o v e rm e t h o df o rm i p v 6 ( f f h m i p v 6 ) m a k e s u s eo fn a t i v ei p v 6f e a t u r e sa n dr e d u c e sc a r eo fa d d r e s s r e g i s t r a t i o nl a t e n c y t h i sa r t i c l em a k e sa ni l l u s t r a t i o nf o ra n a l y z i n gh a n d o v e r ，a n dd i v i d e s h a n d o v e rs i t u a t i o ni n t oh a n d o v e rt a k i n gp l a c ei na na n c h o rd o m a i na n d h a n d o v e rt a k i n gp l a c eb e t w e e nt w oa n c h o rd o m a i n s a f t e rc o m p a r i n ga n d a n a l y z i n gt h eh a n d o v e rd e l a yo fv a r i o u sh a n d o v e rm e t h o d s ，t h i sa r t i c l e 太原理i ：人学硕十研究生学倚论文 i n t r o d u c e san e wh a n d o v e rm e t h o dw h i c hi sc a l l e di n t e g r a t e dh a n d o v e r m e t h o df o rm o b i l ei p v 6 ( i m i p v 6 ) t h i sn e wm e t h o di n t e g r a t e st h e a d v a n t a g e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f v a r i o u sh a n d o v e rm e t h o d s a d o p t i n gt h em o b i l ed e t e c t i o nt e c h n o l o g yo f h m i p v 6 ； a d o p t i n gt h ea n c h o rm a n a g e m e n tm e t h o do fh m i p v 6 ； a d o p t i n gt h em e t h o do f u s i n gc r o s sr o u t e rt or e d i r e c tt r a f f i co f f f h m i p v 6 i m i p v 6n o to n l yr e d u c e sm o b i l ed e t e c t i o nl a t e n c ya n dn e wc a r e o f a d d r e s sc o n f i g u r a t i o nl a t e n c y , b u tr e d u c e sb i n d i n gu p d a t el a t e n c y ；n o to n l y r e d u c e st h el a t e n c yo f h a n d o v e rt a k i n gp l a c ei na na n c h o rd o m a i n ，b u tr e d u c e s t h el a t e n c yo f h a n d o v e r t a k i n gp l a c eb e t w e e n t w oa n c h o rd o m a i n s o nt h eb a s i so f t h e o r e t i c sa n a l y s i s ，t h i sa r t i c l ea l s os i m u l a t e sa n d a n a l y s e st c pc o n g e s t i o nw i n d o ws i z eo f v a r i o u sh a n d o v e rm e t h o d su s i n g n e t w o r ks i m u l a t o rn s 一2 t h en e x tw o r ki st oc o m et u r ei m i p v 6 ss i m u l a t i o n m o d u l ei nn s 一2 ，a n dt os i m u l a t ei t st c pc o n g e s t i o nw i n d o ws i z ea n di t su d p p a c k e tl o s i n gr a t ea n dp a c k e td e l a y k e yw o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，h a n d o v e r ，n e t w o r ks i m u l a t i o n ，n s 一2 v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下。 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：型日期：2 盗璺竺璺 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：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；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名：咝日期：竺! 醒塑兰旦 导师签名：巡玉 日期：导师签名： 型! 日期： 太原理i 。人学硕十研究生学忙论文 1 1 课题背景i 第一章绪论 人类通信的最高目标是个人通信，就是利用各种可能的网络技术，实现任何人在 任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换。目前，人们距离这一目标还 有很大的距离。虽然现在的通信技术已经有了长足的进步，但是目前语音、数据和电 视信号分别由电信运营商、互联网运营商和有线电视运营商所控制。他们各有各的运 营网络，资源利用比较低，运营成本高。 随着技术的发展，特别是互联网技术的迅速发展，传统通信网的发展有一个非常 明确的趋势，那就是三网合一，逐渐向i p 网演化。这种趋势是和通信用户对各类数据 业务的需求不断增加以及i p 网络技术和规模的日益增长相适应的。未来的通信网络将 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。所有的 通信、数据及有线电视传输都将在一个网络上传输，这样运营商只需要维护一个网络 就可以提供任何业务。运营商的经营成本大大降低，而营业收入则可以因为多种经营 业务而增长。对用户来说只需要连到一个网络就可以获取多种服务。要实现三网合一， 最根本的技术就是i p 技术，可以说i p 技术是未来通信网的基础。 另一方面，随着人们生活节奏的加快和对信息量的巨大需求，传统的固定i p 节点 之间的相互通信的数据传输方式已经很难满足人们在移动过程中的办公需求；同时， 便携式终端的广泛应用使得在i p 网络中实现对移动性的支持变得越来越重要。 如何将i n t e m e t 和移动通信有机结合起来形成一个全新的移动i p 网络，能真正实现 话音和数据的业务融合，为人们提供更高质量的业务，这是第三代移动通信系统所要 解决的问题。在这种情况下，移动通信和i n t e m e t 的完美结合成就了移动i p 。 移动i p 具备单一地址接入网络、实现各种媒体的信息交换、在各种同构和异构通 信网中无缝漫游等特点，但移动l p 不是移动通信技术和因特网技术的简单叠加，也不 是无线话音和无线数据的简单叠加，它是移动通信和i p 的深层融合，也是对现有移动 通信方式的深刻变革。在i m t - 2 0 0 0 中已明确规定，第三代移动通信系统必须支持移 动i p 分组业务。 移动1 p 技术是移动巨联时代最堆础、最关键的技术之一，也是实现“任何时i l j 、 太原理1 人。字硕十研究生学f # 论文 仟何地方、与任何人通过任何方式进行任何业务通信“的全球个人通信的关键技术之 一。移动i p 技术是实现全球个人通信的关键技术和移动互联网的基石。 目前的移动i p 解决方案还存在一些问题，国内外很多学者都在努力研究解决这些 问题的对策，但是直到现在仍然没有达成一致的意见，很多方案还是草案，并没有形 成标准，所以仍然需要人们作大量的研究工作。 1 2 国内外概况o 】 1 2 1 移动i p v 4 研究概况 目前在i n t e r n e t 中广泛使用的网络层协议是i p v 4 协议。基于i p v 4 ，i n t e m e t i 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 kf o r c e ) 下属的移动i p i 作组( i pr o u t i n gf o r w i r e l e s s m o b i l eh o s t s ) 在1 9 9 2 年制定了移动i p 的最初标准草案。i n t e m e t i 程指导小组 i e s g ( i m c m e te n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) 在1 9 9 6 年6 月通过了移动i p 标准草案， 在1 9 9 6 年1 1 月公布了建议标准( p r o p o s e ds t a n d a r d ) ，为移动i p 成为i n t e m e t 正式标准 打下了基础，对移动i p 的发展起了关键性的作用。 i e t f 移动i p 工作组制定的标准如下： r f c 3 2 2 0 ”i pm o b i l i t ys u p p o r t ”，定义了移动i p 协议，废弃了r f c 2 0 0 2 ； r f c 2 0 0 3 ”1 pe n c a p s u l a t i o nw i t h1 p ”、r f c 2 0 0 4 ”m i n i m a le n c a p s u l a t i o nw i t h i p 和r f c l 7 0 1 ”g e n e t i cr o u t i n ge n c a p s u l a t i o n ( g v a ! ) ”，定义了移动i p 中用到的3 种隧 道技术； r f c 2 0 0 5 ”a p p l i c a b i l i t ys t a t e m e n tf o ri pm o b i l i t ys u p p o r t ”，叙述了移动i p 的应 用： r f c 2 0 0 6 ”t h ed e f i n i t i o n so fm a n a g e do b j e c t sf o ri pm o b i l i t ys u p p o r tu s i n g s m i v 2 ”，描述了移动i p 的管理信息库m i b ( m a n a g e m e n t i n f o r m m i o n b a s e ) 等内容。 这些草案文档一经发表，立刻引发了全球范围研究移动i p 技术的高潮。美国哥伦 比亚大学、纽约大学、卡耐基梅隆大学、新加坡国立大学、日本科学与技术研究所、 瑞典争家学院以及f 1 p s o f t w a r e 、i b m 、m o t o r o l a 、n o k i a 、s u n 、t e l x o n 等公司都成立 了相应的工作组，针对移动i p 进行研究。 我国在此方面也不甘落后，积极参与移动i p 技术的研究。大唐通信研究院正在丌 展移动i p 技术研究，对1 p 核心网技术的研究也诈在起步。清华大学与贝尔实验室的联 太原理! 人学硕十研究生学何论文 合实验室也j 下在进行无线接入和无线匾连、移动i p 、移动i n t e r n e t 和下一代i n t e m e t 的研 究。脱胎于西安电子科技大学国家晕点实验室的捷通通信公司承接了作为国家8 6 3 项目之一的移动i p 技术的研究，并成功开发了国内首台移动i p 服务器f r e e n e t b u i l d e r ，在获得国家级认可后进入了商用通信市场。 l1 2 2i p v 6 及移动i p v 6 研究概况 与此同时，由于互联网的飞速发展，i e t f 组织开始意识到3 2 比特的网络地址长 度已经不再说是足够长的了。互联网将很快面l 临地址耗尽的危险。设计并开发下一代 的互联网协议i p n g ( i n t e r n e t p r o t o c o l n e x t g e n e r a t i o n ) 开始提上i e t f 的工作日程。 1 9 9 3 年i e t f 成立了一个专门的部门称i p n ga r e a ，负责下一代互联网协议相关 事宜。i p n ga r e a 包含若干相互竞争的工作组( 这些工作组独立设计i p n g 建议) ，还包 含专门研究下一代互联网协议要求的工作组。为了对不同的方案进行公正的评议， i e t f 还成立了一个理事会，负责对所有建议的评议，其成员为来自业界不同领域的专 家，如来自设备制造商、来自学术界和来自网络运营商等。 1 9 9 4 年年底i p n ga r e a 首先发表了下一代互联网协议的技术评议标准，即 r f c l 7 2 6 。这份技术评议标准讨论了下一代协议的总体原则，同时也定义了1 7 条技 术评议标准，作为对下一代互联网协议建议进行评议的标准。 自从i e t f 提出需要设计下一代互联网协议后，许许多多的i p n g 建议被提出来。这 些提议经过i e t f 内部不断的讨论，有些被否决，有些进行了合并，最后主要形成了三 个建议进行评估。这三个建议是：c a t n i p ( c o m m o n a r c h i t e c t u r ef o rn e x tg e n e r a t i o n i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 、s 1 p p ( s i m p l ei n t e r n e tp r o t o c o lp l u s ) 和t u b a ( t h et c p u d pw i t i l b i g g e r a d d r e s s ) 。1 9 9 5 年1 月，r f c l 7 5 2 发表了。这个文档对上述三个建议进行了评 议，并对下一代的l p 协议进行了推荐。 根据评议的结果，c a t n i p 建议被认为是不完整的，因而不再予以考虑。下一代 互联网协议将以s i p p 建议为基础，但需要作一些必要的改进，这些改进包括把i p 地址 长度扩展到1 2 8 比特。同时还需要加上路由包头增强技术、i p v 4 网络中的c i d r ( c l a s s l e s si n t e r - d o m a i nr o u t i n g ) 技术，以及在t u b a 中定义的自动配置和过渡技术。 新的互联网协议称为l p n g ，版本号为6 ，因此也称为l p v 6 。移动i p 也因i p v 4 和i p v 6 不 同，分别被称为移动i p v 4 和移动i p v 6 。 1 9 9 5 年1 2 月，l p v 6 协议规范即r f c l8 8 3 正式发表，由此i p v 6 标准经过热烈讨 、l 暖理1 人学硕十研究生学仲论文 论后开始步入m 议规范制定和m 议实现、实验阶段。 1 9 9 8 年在对第一版的i p v 6 基本协议进行了更新以后，i e t f 又发布了系列的i p v 6 基本协议，同时标准级别出“建议标准( p r o p o s e ds t a n d a r d ) ”上升为“草案标准( d r a f t s t a n d a r d ) ”。 为了更好地促进i p v 6 协议的设计并验证其设计目的，l e t f 在成立_ i p n g s e 作组的 同时成立t n e x tg e n e r a t i o nt r a n s i t i o n ( n g t r a n s ) 工作组。该工作组主要负责研究网络 过渡技术，同时也负责协调6 b o n e 的工作。 6 b o n e 建立于1 9 9 6 年，主要目的是为全世界提供一个全球性的i p v 6 实验网，以 进行有关i p v 6 方面的各种测试，同时也帮助研究互联网的过渡技术。初期的6 b o n e 主要采用隧道的方式组建，以后逐步过渡到纯i p v 6 网。目前世界上共有6 1 个国家和 地区的约1 1 0 0 多个不同站点联到6 b o n e 上，其中来自中国内地的有1 3 个。 普遍认为移动通信网络在未来的网络中将扮演重要角色，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。i e t f 对于 移动i p v 6 的研究主要分为两个工作组：m o b i l i t yf o ri p v 6 ( m i p v 6 ) i 作组和m i p v 6 s i g n a l i n ga n dh a n d o f f o p t i m i z a t i o n ( m i p s h o p ) i 作组。目前，m i p v 6 工作组已经提交了 9 份r f c ，而其他的研究工作还都在草案状态中：m i p s h o p i 作组也已经提交了3 份 r f c 。 i p v 6 标准的制定工作发展顺利，进展平稳。目前，i e t f 是i p v 6 标准制定工作的 主体，在近期这种状况不会改变。i e t f 的i p v 6 研究热点在于移动i p v 6 、流标签、寻 址、d n s 、d n s 发现、多连接子网、m u l t h o m i n g 、源地址和目的地址选择、i p v 6 m i b 等领域。但是，鉴于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1 p v 6 标准的制定工作。对于i p v 6 标准，3 g p p 和i t u t 也成立了相应的 工作组，其中尤其需要关注的是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，尤其是第三代移动通信全i p 解决方案的提出， i p v 6 成为互联网和移动通信网的公用基本协议。因而，尽管i p v 6 标准发源于互联网 行业，但是从商业意义上来讲，移动通信行业可能是最早和最大的受益方之一。因此， i e t f 和3 g p p 联合组成了一个工作组来| 办调i p v 6 标准在第三代移动通信系统中的应 用。 3 g p p 最早提 采用1 p v 6 的3 g 版本足9 7 发佰版，其主要是在用户面采用i p v 6 的 太原理1 人学硕十研究t 7 竹论文 p d p ，在传输面i p v 6 作为选项：3 g 9 9 发布版中采用了终端的p p p v 6 支持，i p v 6 地址 分配机制及i p v 6 报头压缩等标准；在第4 发布版中采用新的i p v 6 报头压缩标准；在 第5 发白版中规定在i u 接口中强制性采用i p v 6 ，即在多媒体核心子网中采用i p v 6 。 i t u - t 是政府间的国际标准组织，也是传统国际电信标准的归口单位。目前i t u t 与i e t f 已经在i p 标准领域丌展合作。i t u t 专门设有一个l p 标准计划，i p v 6 有关的标 准也列在其中。i t u t 主要考虑i p v 6 协议在电信网络中的应用。 在i p v 6 刚产生的时候，各国对其态度有很大区别。由于美国自身拥有很多l p 地址， 所以对i p v 6 的态度不是很热情。而对西欧和亚洲的国家来说，相对要重要的多。 日本政府把i p v 6 作为未来通信的一项基础技术，从国家的角度制订了向i p v 6 过 渡的计划。2 0 0 1 年3 月，r 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，让所有人能用上i n t e m e t ，所有设施都能连上i n t e m e t ，并尽 早实现i p v 6 商业化应用。日立、n e c 和富士通等是全球最早实现i p v 6 硬件支持的网 络设备厂商；而闩本电信运营商n t t 也已经开通了多处i p v 6 商业化应用；日本的主要 信息终端厂商，如索尼、东芝、日立、松下等，也纷纷推出支持i p v 6 的各种产品。 从总体上讲，日本在i p v 6 的发展上处于世界前列。 欧洲国家对i p v 6 也非常重视，而且欧盟各成员国科研单位众多，因此欧盟成了 i p v 6 最为活跃的地区之一。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”的基本策略。欧洲在3 g 标准方面选择的是w c d m a ，3 g p p 选择i p v 6 作为未 来全i p 网络的基本协议可以晚是欧洲的态度。2 0 0 1 年欧盟成立了i p v 6t a s kf o r c e ，主 要负责制订欧盟的i p v 6 推广计划。按照该计划，到2 0 0 5 年，在欧盟建立一个有相当 规模的i p v 6 网络。2 0 0 2 年1 月该t a s k f o r c e 完成任务后关闭。2 0 0 2 年2 、3 、6 月，欧 盟和欧洲议会相继发表文件接收i p v 6t a s kf o r c e 的建议，宣布到2 0 0 5 年将建立基于 1 p v 6 的，宽带的3 g 网络。 到了2 0 0 3 年，鉴于i p v 6 协议丌始走向成熟并且已经有了一些商业应用，美国政 府对i p v 6 的态度丌始发生变化，美国国防部决定采用i p v 6 作为未来网络的协议。当 年6 月，美国国防部发表了一份l p v 6 备忘录，提出在美国军方“全球信息网络”中 全面部署i p v 6 ，按照美国国防部的t p v 6 进度时问表：2 0 0 8 年就要实现美国本土全面 的i p v 6 计划，i p v 4 协议同时退出。美困国防部断定，要满足用户对移动性和端到端 太原理i 。人学硕l 一h 究生学何论文 安全的要? r ，就有必要采用i p v 6 ，美国车方完令是因为i p v 6 右受全方面的强势特征而 大力支持它的。考虑到美国国防部的i t 预算足美国政府中最多的，每年都达到2 5 0 亿 美元，很显然，美国军方会对i p v 6 产生巨大的推动力。目的，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。 我国目前也f 在大力发展i p v 6 。国内的一些研究机构已掌握了大量关于i p v 6 的技 术和专利，由政府牵头要求5 大运营商参与i p v 6 网络建设，并由8 大部委出面投资 1 4 亿元支持i p v 6 网络建设、核心技术研究、应用示范及推广。2 0 0 4 年1 2 月，c e r n e t 2 开通，标志着世界上第一个同时也是规模最大的纯i p v 6 网络的诞生，c e r n e t 2 的开通 为中国互联网的研究和应用铺平了道路。这个科研项目中很值得一提的是，中国掌握 了建设互联网的关键设备路由器。同时，我国的i p v 6 标准化工作也已经启动， 首批列入标准制定的内容包括9 项i p v 6 的行业标准，涉及至l j l p v 6 基本协议、i p v 6 网 络总体要求、邻居发现、无状态地址配置、移动i p v 6 、路由协议o s p f 和b o p 4 等7 个 大的方面。国内i p v 6 的标准化工作将会围绕基本协议、路由协议、组播路由相关协 议、安全相关协议、q o s 相关协议、移动和网管相关协议等6 方面展开。我国现阶段 i p v 6 标准己形成系列，该系列将随技术发展逐步补充完善。 1 3 课题研究内容 本课题主要研究和解决的问题是：在对移动i p v 6 切换过程进行详细分析的基础 上，解释移动i p v 6 切换时延产生的原因，在目前已有的解决方案的基础上提出一种 新的改进方案，减少移动i p v 6 切换过程中产生的时延以及数据包的丢失。主要研究 内容包括： 研究移动i p v 6 切换过程用到的关键技术： 分析移动i p v 6 切换过程时延产生的原因； 研究移动1 p v 6 的各种切换方法，并对各方法性能进行分析； 详细分析移动i p v 6 各切换方法的不足之处； 提出一种新的综合的移动i p v 6 切换方案。 h 太原理l 。人学硕十研究生。f 论文 第二章移动i p 概述【5 】 在i n t e m e t 上，每个节点分配有惟一的i p 地址或动态的i p 地址。由于i n t e r n e t 是基于 网络前缀的路由，1 p 数据分组首先路由到l p 地址网络i u 缀对应的网段，然后转发到目 的节点，因此，i p 地址不仅标识一个节点，也表示这个节点的物理网络位置。当移动 符点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网络地址，发送给移动 节点的i p 分组不能被正确转发给目的节点，移动节点因而不能正常地接入i n t e m e t 获得 网络服务。为了实现移动节点接入i n t e m e t ，曾经提出下面的几种方案。 第一种方案，在移动节点每次变换位置时，改变其i p 地址。这种方法对上层协议 不能提供移动的透明性，不能保持通信的连续性，特别是当移动节点在两个子网之间 漫游时，由于其i p 地址不断变化，将导致移动节点无法与其他用户通信。 第二种方案，根据特定节点地址进行路由选择。这种方法将大量浪费路由器的有 限资源，对每个数据分组选路时，路由器都要搜索大量的节点地址入口，系统的可扩 展性差，不能满足大规模网络互联的要求。 第三种方案，在链路层使用蜂窝数字分组数据等标准。蜂窝数字分组数据标准提 供1 i k b s 的传输速率且支持多种协议，但它需要新的网络基础设施和大量管理维护费 用，无法与现存的互联网兼容，因此也不是合适的解决方案。 以上这些方案都存在问题，因此必须寻找一种新的机制，使节点能够在不同网络 问的自由移动。移动i p 正是在这样的背景下出现的。 2 1 移动i p 解决的问题 移动i p 在当前i n t e r n e t 基于网络前缀路由前提下，使得移动节点在不同网络问不断 移动的过程中仍能保持通信，是个在i n t e r n e t 上基于网络层提供移动支持功能的解决 方案。它主要解决： 移动节点可以通过一个永久的i p 地址连接到任何链路上； 移动节点在切换到新的链路上时，仍然能够保持币在进行的通信。 与改变l p 地址、特定节点路由和链路层方案不同，移动i p 具有扩张性、可靠性和 安全性。它与下层的物理传输介质无关，不需要改变移动节点的永久标识，与现有的 i n t e m e t m 议兼容，能够j 小填彳丁移动i p 功能的符点进行i r 常通信。 7 太原理i 人学硕十研究生学忙沦乏 2 2 移动i p 的应用范围 存i n t e m e t 网络协议中，网络层协议负责将网络数掘n ：确转发到相应的目的地址， 其主要部分是路由协议。路由协议通过路由器之间交换路由信息，建立用于转发分组 的路山表，路由器根据接收分组的目的i p 地址查找路由表，转发分组到相应的端口。 移动i p 是网络层的支持节点移动的解决方案，目的是把数据分组发送到可能不断改变 接入位置的移动节点，通过在合适的节点上建立路由表项，实现转发数据分组到在外 地网络上的移动节点。因此，采用移动i p 功能的移动节点可以从一个网段移动到另一 个网段，甚至从一种介质的网络移动到另种介质的网络而保持已有连接的通信，这 种在不同网络、介质问移动同时保持已有通信的功能是移动i p 的重要标志。 作为网络层的一个协议，移动l p 协议与下层数据链路层协议无关，也与物理传输 介质无关。移动i p 是支持节点移动的i p 分组转发的网络层标准，对t c p 层及上层协议 的改进不属于移动i p 的研究范围。 2 3 移动i p 的设计目标 移动i p 的主要设计目标就是移动节点在改变网络接入点时，不改变其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，与其他移动节点或不具 有移动i p 功能的节点能够正常进行通信。具体来说，移动i p 协议的设计应该满足如下 的要求： 移动节点在改变数据链路层接入点以后，应该能够保持与i n t e r n e t 上其他节点 的连续通信： 移动节点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； 移动节点应该能够与不具有移动i p 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； 移动节点不应该比i n t e r n e t 上的其他节点面临更多的安全威胁。 另外，由于移动节点通常通过无线链路连接至l j i n t e m e t 上，无线链路具有低带宽、 高误码率的特点，长消息容易出错，以及移动节点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，设计移动i p 时要考虑移动节点接入时发送的管理消 息数日应该尽量少，消息的长度也应该尽壁短。 太原刑1 人学硕f 研究生学位论文 第三章移动i p v 4 i p 的最初版本不支持节点在i n t e