（信息与通信工程专业论文）hmipv6的局部路由优化.pdf

摘要 人们希望随时随地的访问网络的愿望促进了移动i p 技术的研究和发展。目 前无线自组织网、移动i p v 4 、移动i p v 6 等技术都得到了很大的发展。而移动i p v 6 技术将会由于巨大的地址空间、地址的自动配置、路由优化、安全性高等特点在 移动网络中得到广泛应用。 移动i p v 6 在微移动环境下的性能不佳，为此i e t f 工作组提出了层次化移动 i p v 6 技术。传统的移动i p v 6 在移动时的切换过程过于烦琐，并且在切换之后需 要重新建立端到端的服务质量保证。层次化移动i p v 6 通过引入移动锚点( m a p ) 使得移动节点在m a p 域内对家乡代理，通信对端保持转交地址不变，从而减少 在域内切换时切换信息的发送，并保持m n 的q o s 路径在m a p 域之外保持不变。 但是这种层次化移动i p v 6 使用隧道将发向移动节点的数据包交给移动节 点，不支持区域内的路由优化，也使得移动锚点产生拥塞。所有我们提出了一种 支持路由优化的层次化i p v 6 解决方案。引入了边界网关和m a p 一起共同完成以 前m a p 的功能。并且使得边界网关了解移动节点的位置信息，直接将数据包送 到移动节点，实现路由优化并解决了m a p 的拥塞问题。本文还提出了基于优化 路由的i - i m i p v 6 方案下的q o s 框架。最后对这种方案在l i n u x 下做了实现。 关键字：层次化移动i p v 6 ，移动锚点，边界网关，路由优化，q o s ，区域转 交地址，链路转交地址 a b s t r a c t t h e a v a i l a b i l i t yo f n e t w o r ks e r v i c ea n y w h e r e ，a n y t i m es t i m u l a t et h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o fm o b i l e1 p t h e r ea r el o t so fn e wt e c h n o l o g ys u c ha sw i r e l e s s s e l f - o r g a n i z i n gn e t w o r k ，m o b i l ei p v 4 ，m o b i l ei p v 6 i p v 6p r o t o c o lw i l lb ep u ti n t o a p p l i c a t i o nf i r s t l yb e c a u s eo fi t sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha s e x p a n d e da d d r e s s i n g c a p a b i l i t i e s ，s t a t e l e s sa d d r e s sa u t oc o n f i g u r a t i o n ，r o u t eo p t i m i z a t i o na n ds e c u r i t y t h em nd on o tw o r ke f f i c i e n t l yi n m i c r o m o b i l i t y c o n d i t i o ns ot h ei e t f i n t r o d u c e st h ec o n c e p to fah i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6n e t w o r k b u tt r a d i t i o n a lm o b i l e i p v 6a r ev e r yc o m p l e x ，w h i l eg o i n gt ot h ef o r e i g nn e t w o r ka n df u r t h e rm o r en e e d r e b u i l di t sq o sp a t hh m i p v 6u t i l i z ean e wn o d ec a l l e dt h em o b i l i t ya n c h o rp o i n t ( m a p ) m o b i l ei p v 6 c a nb e n e f i tf r o mr e d u c e dm o b i l i t y s i g n a l l i n g w i t he x t e r n a l n e t w o r k sb ye m p l o y i n gal o c a lm o b i l i t ya n c h o rp o i n tw h i l em o v i n gi nt h em a p d o m a i n ，v i ns h o w s n o tt oc h a n g ei t sc o ai nh aa n dc n ss od on o tn e e dt or e b u i l di t s q o sp a t ho u t s i d et h em a p d o m a i n h o w e v e r ，i nh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，p a c k e t st u n n e lf r o mt h em a p t ot h em n t h i sm e a n st h a t e v e r yp a c k e tt ot h em n t r a v e l sv i at h em a p h o w e v e r , i na l a r g e s c a l ep u b l i cn e t w o r k ，t h i s i n e f f i c i e n t r o u t i n g m e c h a n i s mc a u s e s q o s d e t e r i o r a t i o n sa n dh e a v yn o d ec o n g e s t i o n sh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 a p p r o a c h e s s a c r i f i c e o u t eo p t i m i z a t i o n s ow ei n t r o d u c et h ei m p r o v e dh m i p v 6 a p p r o a c hw h i c h s u p p o r tr o u t eo p t i m i z a t i o n ，w h i c hi s o n eo ft h ef e a t u r e so fm o b i l ei p v 6a n dr e d u c e m a pn o d ec o n g e s t i o nb g wa r ei n t r o d u c e dt h ec o m b i n a t i o no f b g wa n dt h em a p w o r k sa sam a po ft h eh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 t h eb g ww i l lg e tt h ei n f o r m a t i o n a b o u tt h em n p o s i t i o na n dd i r e c t l ys e n dt h ep a c k e t st om ns os o l v et h ep r o b l e m a b o u tr o u t eo p t i m i z a t i o na n dn o d e c o n g e s t i o na n d a l s ow ei n t r o d u c eaq o s a p p r o a c h i nt h i si m p r o v e dh m i p v 6 a tl a s tw e i m p l e m e n tt h i sa p p r o a c hi nl i n u xa n dm a d e s o m e e x p e r i m e n t s i np r a c t i c a lc i r c u m s t a n c et o j u s t i f yi t k e yw o r d s ：h i e r a r c h i c a lm i p v 6 ，m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ，b o r d e rg a t e w a y ， r o u t eo p t i m i z a t i o n ，q o s ，r e g i o n a lc a r e - o f a d d r e s s ，o n l i n kc a r e o fa d d r e s s i i 独创性声明 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。 签名：批日期：f 年4 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技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，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应遵守此规定) 签名：盔当导师签名：琶丛亟立 日期：硼j 年4 月如e t m i p v 6 h a ha d d r c o a m n c n b u b a b r h m i p v 6 m a p a r r c o a l c o a b g w m o b i l ei p v 6 h o m e a g e m h o m ea d d r e s s c a r e o f a d d r e s s m o b i l en o d e c o r r e s p o n d n o d e b i n d i n gu p d a e b i n d i n ga c k b i n d i n gr e q u e s t h i e r a r c h i c a l 脚v 6 m o b i l i t ya n c h o r p o i n t a c c e s sr o t i t e r r e g i o n a lc o a o n l i n kc o a b o r d e r g a t e w a y 编略字表 移动i p v 6 家乡代理 家乡地址 转交地址 移动节点 通信节点 绑定更新 绑定应答 绑定请求 层次化移动i p v 6 移动锚点 接入路由器 区域转交地址 链路转交地址 边界网关节点 电子科技大学硕士学位论文 课题介绍 第一章引言 本文是“1 p v 6 关键技术研究”课题的一部分。在研究的过程中，课题划分 为i p v 6 实验网组建、i p v 6 过渡技术、i p v 6 安全性、i p v 6 路由算法、移动i p v 6 和i p v 6q o s 等方面研究。 本课题主要是由以下几部分工作组成： 对层次化移动i p v 6 技术进行了分析。由于目前没有l i n u x 下的层次化移 动p v 6 实现，需要在l i n u x 下移动i p v 6 基础上实现层次化移动i p v 6 。 对于层次化移动i p v 6 的不足进行了分析，并在实现中进行了改进。 1 2 研究背景 进入9 0 年代以来，以m 网络为基础的i n t e r n e t 呈爆炸式增长，己成为全球性 的信息基础设施。随着网络应用的迅速扩展，现在的i n t e r n e t 在很多方面已经不 能满足人们的需求。随着无线传输技术的发展，为移动计算的发展和应用创造了 条件。人们希望随时随地的访问网络的愿望促进了移动i p 技术的研究和发展。 普遍认为移动技术在未来的网络中将扮演重要的角色，而i p v 6 协议将首先在移 动网络得到应用。移动用户对实时业务如语音、视频业务的需求为在移动i p v 6 环境下解决服务质量问题提出了新的需求。概括起来，这些需求的核心是服务质 量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 技术所要解决的问题。在未来的通信网络中，对 q o s 的支持是最重要和最根本的要求之一。 目前的i p q o s 服务中，比较成熟的是综合服务模型( i n t e r s e r v ) 和区分服务 模型( d i f f s e r v ) ，但两种保证服务质量的方法都不完善，有各自的优缺点。为了 综合综合服务和区分服务，r f c 2 9 9 8 剐提出了一个在区分服务网络上支持综合服 务的服务质量框架i n t e s e r v - d i f f s e r v 。 要求q o s 的保证既要从体系结构上保证，也要从技术j ! 二减少时延。i e t f 移 动口工作组在近年来的研究中，把移动分为两类：一类是宏移动( m a c r o m o b i l i t y ) 即移动主机从一个访问网络移动到另外一个访问网络，也称为域间移动 电子科技大学硕士学位论文 ( i n t e r d o m a i n ) ；另外一类是微移动( m i c r o m o b i l i t y ) t ”j ，与宏移动不同，这类移 动的区域小、发生的频率高，但只限定在某个区域内，电称为域内移动 ( i n t r a d o m a i n ) 。根据移动方面的研究表明，有6 9 的移动是微移动吼因此如何 在微移动下提供快速、无缝的访问是近几年移动工作组研究的热点。 普遍认为，两类移动应通过各自的协议来处理。宏移动的解决主要是由移动 i p v 6 协议来完成，如果微移动方式采用相同的处理的话，将引起很大的处理开 销。一旦移动主机在一个域中的两个不同的网络之间移动时将发生切换，移动主 机在新的子网上获得的新的c o a ，将要重新向家乡代珲和c n s 发送绑定更新注 册。这样导致了移动主机在一段时间内不能发送和接受数据包，c n s 和移动主机 之间的通信可能会暂时中断。由于微移动在较小的范围内出现的频率较高，可能 会导致移动主机不停的切换，不停的发送绑定更新通告自己的位置，难以进行正 常的通信，还占用了大量网络带宽。 i e t f 在移动i p v 6 协议下提出的微移动方案，比较有代表性的工作是层次化 移动i p v 6 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，h m i p v 6 ) ”，移动 p v 6 的快速切换( f a s t h a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ，f m i p v 6 ) 1 ”。 移动6 的快速切换是建立在二层的触发机制上的，主要涉及的操作是在 两个接入路由器建立一个路由路径来使得移动节点能够通过它来接收和发送报 文。 h m i p v 6 提出了域的概念，在域中引入了m a p 。m a p 提供了一个类似本地 家乡代理的服务，m n 使用m a p 子网前缀形成的地址r c o a ，并且保证该地址 在m n 在该域中漫游时保持不变。面m a p 通过使用代理邻居发现机制，接受发 向m nr c o a 的数据包，以隧道方式发送给m n ，保证了m n 的通信连续。 13 论文工作 本文介绍了当前降低移动切换时延的各种方案。着重分析了h m i p v 6 解决方 案。分析了当前h m i p v 6 方案的不足，并提出了改进方案和在该改进方案下的 q o s 方案。最后基于移动1 p v 6 ，在l i n u x 下实现了改进的h m i p v 6 ，并进行了实 验验证和分析。 论文安排： 电子科技大学硕上学位论文 第一章引言 第二章移动球技术简介 第三章t f m i p v 6 技术 第四章h m i p v 6 的局部路由优化 第五章路由优化的h m l p v 6 的实现 第六章实验测试 第七章总结与展望 电子科技大学硕士学位论文 第二章移动i p 技术简介 本文主要讨论移动i p v 6 环境下的移动切换技术h m i p v 6 ，但是对于移动i p 技术的了解也是研究需要的。本章介绍了目前的几种移动i p 技术和移动1 p v 6 的 各种切换技术，重点介绍了移动i p v 6 及其相关切换技术。 2 1 现有的移动i p 技术 2 1 1 无线自组织网络 无线自组织网络是一种由一组带有无线收发设备的移动节点组成的一个多 跳、临时自治系统。这种网络和现有的移动口网络相比，不需要固定的基础设 备，有没有固定的路由器，所有的节点都是移动的，并且可以以任何方式动态的 和其他节点保持联系。 目前对自组织网络的研究大多是在m a n e t 的对等a dh o e 模型的基础上进 行的。在这种网络结构中，所有的节点的地位都是相同的，并且所有的节点既是 主机，又要为其它节点提供路由服务。采用何种路由协议是区分自组织网络的关 键，而目前的网络使用的各种路由技术都不能很好的满足要求。目前的m a n e t 动态路由协议可以分成先应式路由协议和反应式路由协议两大类。 先应式路由算法的核心是不断地评估当前到达网络中其他节点的路由，这样 当需要向某个目的节点路由分组时节点已经知道了相关的路由信息。典型的 m a n e t 先应式路由算法有d s d v ( d e s t i n a t i o ns e q u e n c e dd 括t a n c ev e c t o r ) ， w r p ( w i r e l e s sr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 等。反应式路由算法则不同，只有当需要向某个 目的节点路由分组时，节点才会去发起一个路由发现过程来寻找相关的路由信 息。典型的m a n e t 反应式路由算法有a o d v 似d - h o co n - d e m a n d d 曲t a n c ev e c t o r r o u t i n g ) ，d s r ( d y n a m i c s o u r c e r o u t i n g ) 等。 先应式路由算法的优势在于当节点发送分组时获取路由信息的延迟时间很 短。但是由于任何节点的相对位置的变化引起的网络拓扑结构的变化都必须通知 其它所有的节点，所以维护路由的开销很大，当网络的规模较大时，路由协议的 开销将变得不可容忍。而且先应式算法也需要时间使所有节点保存的拓扑信息收 4 电子科技大学硕士学位论文 毁剑一个稳定而正确的状态，这在网络规模较大时是很难实现的。 反应式路由算法由于不需要全网的同步，所以叻- 议的开销小r 先应式算法。 但是开销的降低是以路由的延迟加大为代价的，这是蚓为，理论上任何未知的分 组都需要发起个路由发现过程来获得相关的路由信息。对于面向连接的网络层 协议，反应式路由算法的支持要好一些，这是因为后续的报文的路由信息不必冉 重新发起路由查询过程来获得，但是对于t c p i p 协议来说，由于它不是面向连 接的协议，所以每一个分组都要判断是否需要发起路由发现过程，当网络规模变 大时，分组的目的地址的不确定性也增大，需要路由发现的分组就会增多，同时 每次路由发现过程的开销增大，所以总体协议的开销会显著上升。 由以上的分析可知，无线自组织网络具有完全自主的运行方式和灵活的网络 结构，可以实现在任何时间，任何地点进行网络互联通信，在军事，救灾等领域 有着广泛的应用前景。但无论先应式路由和反应式路由对较大规模的自组织网络 的支持都不是很好，随着网络规模的扩大，路由协议开销增大，算法收敛困难， 路由延迟增大等问题都会出现，网络性能严重下降。种种因素限制了m a n e t 对 等模型的自组织网络的实用化，当前的自组织网络的研究电主要处于协议研究阶 段。 2 12 移动i p v 4 1 6 j 移动i p v 4 解决了移动主机在i p v 4 网络中不同的i p 子网中移动的问题，并 保持当前的通信不中断。与无线白组织网相比，移动i p v 4 需要固定的路由器来 辅助移动节点的移动，但是其复杂性大大降低。通常用于有固定接入设备的场所 中提供移动服务。 i p v 4 协议认为移动主机的i p 地址是其i n t e m e t 上的唯一标识，如果主机改 变了i n t e r n e t 上的连接点，为了让主机可以继续通信，在不改变i p v 4 协议的基础 上可以使用以下方法： 每次改变连接点后改变主机的i p 地址。 每次改变连接点后不改变主机的i p 地址，但是在路由器中加入主机路 由。 如果改变i p 地址，那么所有的当前通信全部中断，不能保持主机的通信连 电子科技大学硕士学位论文 续；如果加入主机路由，在移动主机很多的情况下，路由表将会很庞大，使网络 效率降低。匝t f 工作组提出了移动i p v 4 协议，支持主机的移动。 移动i p v 4 引入了移动节点，家乡代理，外地代理三个功能实体。移动1 p v 4 的基本操作过程如下图： 家乡代理 移动王祧 图2 1 移动i p v 4 基本操作过程 1 ) 夕 地代理通过代理通告告知移动节点的基本信息，包括转交地址。 2 1 移动节点发现自己移动到外地网络时，获得该网络的一个转交地址。这 个转交地址来自路由通告或由d h c p 分配。 3 1 移动节点向家乡代理注册，通告他的位置信息，注册其转交地址。 4 1 家乡代理截获发送到移动节点家乡地址的数据包。 5 ) 家乡代理通过隧道把截获的数据包发送给移动节点的转交地址。 6 1 隧道的输出端点解封装后，把数据包发送给移动节点。 7 1 由移动节点发送的数据包按照正常的i p 路由机制被路由到目的节点， 不经过家乡代理。 ，6 ， 电子科技大学硕士学何论文 移动i p v 4 虽然解决了移动节点的移动问题，但是移动i p v 4 依然有许多不足， 如路由优化( 三角路由) 问题，输入过虑问题，安全问题等。 213 移动i p v 6 4 j 移动i p v 6 是在i p v 6 1 ”1 的基础上提出的一个支持移动方案的扩展协议。提供 对移动主机在i p v 6 子网内移动时的支持。与移动i p v 4 相比移动i p v 6 中没有外 地代理的概念。 当移动节点在家乡网络中，所有通信方式和固定网络中的通信方式一样。移 动i p v 6 下考虑的是移动节点移动到外地网络时如何通信，通过引入转交地址来 达到保持通信透明。下面我们来具体看看这个过程： 在外地网络上，移动节点通过1 c m p v 6 l ”1 邻居发现机制中的无状态或者有状 态地址自动配置机制获取它的转交地址。移动节点虽然只用个转交地址向家乡 代理登录，但它可能会同时拥有一个以上的转交地址，用于登录的转交地址称为 首要转交地址( p r i m a r yc a r e o f a d d r e s s ) 。移动节点的家乡代理将拦截的数据包 都发往移动节点的首要转交地址，但移动节点能够以任意一个转交地址去接收数 据包。同时拥有多个转交地址对于移动节点是很有用的，我们知道连接在因特网 上的每一个无线链路都与基站相连，每一个基站都有一个有效的发射范围，但移 动节点从一个无线链路移动到另一个无线链路时，它会经过两个基站的发射交迭 区，在这个交迭区内，移动节点能利用两个无线链路进行通信( 这需要链路层设 备的支持) ，移动节点可以在新的链路上获取一个转交地址，在移动节点向家乡 代理和通信对端发送绑定更新时，它还可以用它的旧的转交地址接收数据包。我 们通常就把首要转交地址称为转交地址。 当移动节点配置了一个新的转交地址，并决定用它作为首选转交地址时，移 动节点就向它的家乡代理发送绑定更新消息。如果移动节点在绑定更新消息中要 求目的端回送一个绑定确认消息，那么它就周期性的重发绑定更新消息直到接收 到绑定确认消息。 家乡代理在收到绑定更新信息后，更新对应的绑定缓存中的表项。如果在这 以后有发送到移动主机家乡地址的数据报文，家乡代理都将通过隧道把数据传送 给移动节点的转交地址。 7 电子科技大学硕士学位论文 如果移动节点在配置新的转交地址过程中和通信对端有通信，移动节点也需 要向通信对端发送绑定更新信息，以保证数据报文能够传送到新的转交地址。对 于有效的绑定更新，家乡代理或通信对端可以根据接收的绑定更新中的选项来返 回绑定确认或者不返回消息：对于无效的绑定更新消息，将返回绑定错误消息。 如果通信对端绑定缓存中对应于移动节点的绑定表项接近超时，就向移动节点发 送绑定刷新请求信息，收到请求的移动节点随即返回个绑定更新消息。绑定更 新过程如图2 2 所示。 绑定确认 图2 - 2 绑定更新的发送 当移动节点不在家乡网络中时，家乡代理将使用代理邻居发现机制截获发送 给移动节点的数据报文。家乡代理作为移动节点的代理为移动节点应答邻居请求 消息，当家乡代理收到邻居请求消息时，将检测包中的目标地址是否是家乡代理 绑定缓存中已注册的地址，如果是，则用邻居公告消息应答邻居请求消息，给出 家乡代理自己的链路地址作为指定目标地址的链路层地址。当家乡代理截获移动 节点的数据包后，将采用隧道方式将数据包转发给移动节点。 移动节点可以直接将数据报文发送给通信对端，而不管是在家乡网络还是外 地网络中。在夕卜地网络中，为了避免入口过滤对使用家乡地址作为源端发送报文， 移动i p v 6 使用移动节点的转交地址作为源端，而把家乡地址放入家乡地址选项。 通信对端收到报文后，将使用目的地选项头部中移动节点的家乡地址替换掉报文 的源地址，再传递给上层协议作处理。 通信对端在发送数据包前，先查看它的绑定缓存，查找数据包的目的地址所 对应的表项。如果在缓存中查到了目的地址对应的绑定信息，那么通信对端可以 利用绑定信息中的转交地址直接把数据包发送到移动节点。通信对端还需要把移 电子科技大学硕士学位论文 动节点的家乡地址放入数据包的类型2 的路由头部内。这样当这个数据包到达移 动节点时，数据报文的目的地址会被置为移动节点的家乡地址，再传送给上层协 议进行下一步的处理。如果通信对端没有查到移动节点的绑定信息，则按正常的 方式发送数据包。如果移动节点已经移动到外地网络了，则发给移动节点的数据 包到达家乡网络后被移动节点的家乡代理拦截，并用隧道方式转发给移动节点的 转交地址。 当移动节点收到家乡代理转发的隧道包后，它知道数据包的源端没有本节点 的绑定信息。为了采用最佳的数据转发路径，移动节点向通信节点发送一个绑定 更新消息，通信节点收到绑定更新消息后就可以直接把数据包发送各移动节点 了。 由通信对端发起的整个通信过程如图2 - 3 所示，数字表示报文的传递顺序。 图2 3 通信对端无绑定缓存下的报文传递 从上述的过程中可以看到，通过使用转交地址而提供给移动节点在移动过程 中无间断的网络访问。识别移动i p v 6 的节点通信中，家乡地址选项头部和类型 2 路由头部的使用，可以使得由于移动而引起的转交地址的变化对上层应用透明； 如果通信对端不识别移动i p v 6 ，所有的通信都将在家乡代理的隧道协助下完成 通信，这对于上层应用而言也是透明的。 m t f 移动i p 工作组在近年来的研究中，把移动分为两类：一类是宏移动 ( m a c r o m o b i l i t y ) ，即移动主机从一个访问网络移动到另外一个访问网络，也称为 域间移动( i n t e r d o m a i n ) ；另外一类是微移动( m i c r o m o b i l i t y ) ，与宏移动不同，这 类移动的区域小、发生的频率高，但只限定在某个区域内，也称为域内移动 ( i n t r a d o m a i n ) 。移动i p v 6 协议解决了移动节点的宏移动问题，但是对于发生频 9 电f 科技大学硕十学位论文 率很高的微移动确解决的效率不高。从而赢接导致了，移动节点在微移动时切换 时延大，q o s 性能较差的问题，这是本文关注的焦点问题，将在第三、第四、第 五章讨论。 而移动i p v 6 在频繁切换时导致的目前的q o s 框架无法满足移动的要求也是 本文关注的问题，将在第三章和第四章讨论。 22 移动i p v 6 的各种切换技术 根据在移动方面的研究表明，有6 9 的移动是微移动。因此如何在这种微移 动下提供快速、无缝的访问是近几年移动工作组研究的热点。普遍认为，两类移 动应通过各自的协议来处理。宏移动的解决主要是由移动i p v 6 协议来完成，如 果微移动方面采用相同的处理的话，将引起很大的处理开销。旦移动主机在一 个域中的两个不同的网络之间移动时将发生切换，移动主机在新的子网上获得的 新的c o a 将要重新向家乡代理和c n s 发送绑定更新注册。这样导致了移动主机 在一段时间内不能发送和接受数据包，c n s 和移动主机之间的通信可能回暂时中 断。由于微移动在较水的范围内出现的频率较高，可能会导致移动主机不停的切 换，不停的发送绑定更新通告自己的位置，难以进行正常的通信，还占用了大量 网络带宽。 i e t f 在移动i p v 6 协议下提出的微移动方案，比较有代表性的工作是层次化 移动i p v 6 m i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ，h m i p v 6 ) ，移动i p v 6 的快速切换( f a s t h a n d o v e r f o rm o b i l ei p v 6 f m i p v 6 ) 。 f m v 6 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， 但是这给切换延迟带来了负面影响，即移动主机只能在与新的a r 的第二层切换 完成之后，才能开始第三层切换的注册过程。 移动i p v 6 的快速切换是建立在第二层触发机制上的，主要涉及的操作是在 两个接入路由器之间建立路由路径来使得移动节点能够通过它来接收和发送报 文。协议主要涉及三个阶段的操作：切换开始( h a n d o v e ? i n i t i a t i o n ，m ) 、隧道建 立以及报文转发。 1 0 电子科技大学硕士学位论文 移动节点老访问路由器新防问路由嚣 r t s o l p r 【 7 r p r r t a d v h i f r ttl r h a r 莨 f b a c k f r a r ￥ 转发数据 断开 r 重新连接r s r 膏a 佶 稿瓣框 图2 4f m i p v 6 快速切换时序 当移动节点接收到二层触发后，就向老的接入路由器( p r e v i o u sa c c e s s r o u t e r , p a r ) 发送代理路由器请求消息( r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y , r t s o l p r ) 来协 助切换，消息中会携带移动节点当前连接点的链路层标识。老的接入路由器会发 送一个代理路由器公告( p f o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t ，p r r t a d v ) 消息，该消息会提 供新的接入路由器( y e w a c c e s s r o u t e n a r ) 的链路地址以及网络前缀等。在网络 发起的快速切换中，允许p a r 发送p r r t a d v 消息而无需m n 发送r t s o l p r 消息， 并提供必要的参数以让m n 发送i p 报文。r t s o l p r 消息在于为m n 请求必要的参 数以在接入n a r 后立即发送数据报文。p r r t a d v 的消息的目的在于提供这些m n 需要的参数以及允许m n 形成新的转交地址的网络前缀信息。在接收到p r r t a d v 消息后，m n 就会给p a r 发送快速绑定更新消息( f a s tb i n d i n gu p d a t e ，f b u ) 。m - n 也会在连接到n a r 后发送一个f b u 。这个f b u 消息对老的转交地址( p c o a ) 和 n a r 的i p 地址进行了关联。作为应答，p a r 会发送切换开始( ) 消息给n a r 。 m 消息的有两个目的，首先它开始在这两个路由器之间建立双向隧道以允许m n 仍然使用老的转交地址进行通信。其次，这个消息也用于验证新的转交地址是否 电子科技大学硕士学位论文 能够在n a p 的链路上使用。n a r 接收到消息后，会为m n 的老转交地址建立 个主机路由，并且应答一个切换确认( h a n d o v e ra c k n o w l e d g e ) 消息。当新的转交 地址可以使用时，n a p 会开始为这个地址使用一段时间的代理。当p a r 接收到 h a c k 消息后，p a r 就发送快速绑定确认( f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e 、f b a c k ) 消 息给m n 。f b a c k 消息就确定了n c o a 可以使用了，从此以后，m n 就必须在 新链路上使用n c o a 了。接入到n a r 的链路后，m n 会发送路由器请求( r o u t e r s o l i c i t a t i o n ) 消息，在这个消息中包含了快速邻居公告伍a s t n e i g h b o r a d v e r t i s e m e n t f n a ) 选项。f n a 包括m n 的老的转交地址、链路地址。f n a 用于在f b a c k 没 有接收到前确认新的转交地址，以及在任何情况下向n a p 声明m n 的存在。作 为应答，n a r 会发送携带邻居公告应答( n e i g h b o ra d v e r t i s e m e n ta c k n o w l e d g e ， n a a c k ) 选项的路由器公告，已表示是否能够使用新的转交地址。 i 呱压i p v 6 层次化移动i p v 6 引入移动停靠点m a p 和移动节点的两个地址：区域转交地 址r c o a 和链路转交地址l c o a 。 支持h m l p v 6 的m n ，在同一个m a p 域内拥有r c o a 和l c o a 两个地址， 接收到带有m a p 选项的路由器公告时，移动节点根据当前接入路由器的网络前 缀形成自己新的链路地址l c o a ，并且根据选项中的m a p 选项中的网络前缀形 成该移动节点的区域转交地址r c o a ，并通过局部的绑定更新信息将发送给 m a p 。 在移动节点成功注册后，便向家乡代理、所有和自己正在通信的通信对端使 用r c o a 作为主转交地址发送绑定更新信息，在这个绑定更新消息中，可以在备 用转交地址栏或是源地址栏中使用r c o a 。 家乡代理或通信对端的通信都把r c o a 当作是移动节点的c o a ，与r c o a 直接通信。 m a p 在此后将接收到以该移动节点的r c o a 为目的地址的数据报文( 从家 乡代理通信对端) ，它将通过隧道把这些报文发送给移动节点。移动节点将通过 通常的解封装方式来获得给它的数据的报文。 如果移动节点发生了局部移动( 即所辖的m a p 没有改变) ，它只需要注册 它的l c o a ，而无需再次注册r c o a ，也无需向家乡代理通信对端发送新的绑定 1 2 电子科技大学硕士学位论文 更新。 如果移动节点发生j ，全局移动( 即所辖的m a p 已经改变) ，则将重复上述 过程进行局部全局注册。 采用层次化移动i p v 6 可以大大的减少因为局部移动而需要发送的大量信 令，节省带宽、降低延迟。 和 r c o ，甲 m n a r l ( r c o a ，l c o a1 ) a r 21 、 幂i i m n 的 r c o a 通信 l c o a 2 ( r c o a ，l c o a 2 ) 图2 - 5h m i p v 6 隙理演不 从上面的介绍可以看到，层次化移动i p v 6 的引入节省了由于微移动而引起 的额外的信令处理开销，缩短了延时：快速移动i p v 6 通过二层的协助切换过程 的迅速完成，并能够在切换过程中保证数据报文的正常传输。 然而层次化移动i p v 6 也并非完美，层次化移动i p v 6 在m a p 域内的路由不 优化和m a p 的处理负担过重，都会对数据包的时延和网络的稳定性带来不利影 响，为此我们提出了一些改进措施，将在第四、第五章中讨论。 电子科技大学硕士学位论文 3 1h m i p v 6 的提出 第三章h m i p v 6 技术 3 1 1 基于降低切换时延的要求 i e t f 移动口工作组在近年来的研究中，把移动分为两类：宏移动一一即移 动主机从一个访问网络移动到另外一个访问网络和微移动一一这类移动的区域 小、发生的频率高，但只限定在某个区域内。有研究表明，有6 9 的移动是微移 动。因此如何在这种微移动下提供快速、无缝的访问是提高移动节点性能的一个 关键因素。 我们认为有必要将两类移动分开处理，在微移动时通过在移动发生频繁的区 域内设置m a p 辅助移动节点快速完成切换。引入m a p 和移动节点区域转交地 址r c o a 和链路转交地址l c o a 后移动节点在域内移动将不发送绑定更新消息给 家乡代理和通信对端，仅仅发送绑定更新消息给m a p ，大大减少了发送消息的 数量，从而提高切换速度。 3 1 2 基于q o s 框架的要求 q o s 的需求 i p 技术的发展，不同的时期有着不同的重点。在发展之初，更注重的是能 够在任何传输技术之上支持d 技术。随着网络技术的发展，开始出现了在口技 术支持任何应用的趋势。口技术的巨大成功得益于协议本身的简单性。i p 设计 的基本原则就是“端到端”，把“智能”放在终端节点上一即源主机和目的主机， 而网络核心尽量简单。这样做的好处是网络的部署简单，但弊端也很明显，由于 整个网络是非智能的，单纯的依靠智能的终端节点并不能够提供保证质量的通 信。 随着因特网的逐渐商业化，因特网出现了很多新的应用程序，它们对网络的 服务质量有着非常不同的要求。例如，交互式的实时应用程序( 如基于因特网的 电话和多媒体会议等) 要求较低的传输往返延迟，而且在较小吞吐量的情况下就 能够较好地工作。不同的用户( 如商业用户、家庭娱乐用户等) 对应用程序有不 1 4 电子科技大学硕士学位沦文 同的要求，所以单一的服务类型在考虑价格和性能的情况下很难满足不同用户的 需求。因此，需要多种级别的服务类型来满足这些新的要求。 为了能够使用户在不同的服务类别中进行选择，必须有一些收费策略。通过 这些策略用户们可以为基本的服务付少许费用，而为扩展的服务要付较高的费 用。区分服务的一个主要目标就是在用户可使用的资源与所付费用相关的前提下 为用户提供所需的服务。这种方法将为那些愿意为使用资源而付费用的用户提供 他们所需的资源，电为那些需要较少资源或在非高峰时间段内工作的用户提供便 宜的网络接入，这样就使得网络能够被有效地使用。 q o s 模型 目前在i p 网络中提供q o s 保证的技术主要有区分服务和综合服务两种，区 分服务主要应用于聚集流，通过对数据流分类、赋予不同的优先级来分配网络资 源。综合服务模型( i n t e g r a t e ds e r v i c e ，i n t s e r v ) 【9 】主要应用于单个数据流，根据业 务的需求为每个数据流分配资源。 资源预留协议r s v p ( r e s o u r c e r e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 【l0 j 是i m s e r v 实现q o s 的关键，r s v p 采用了一种显示的资源预留方式，对单条数据流实行端到端的资源 预留，从而满足实时服务的要求。r s v p 协议包含的最重要的两条信令是p a t h 和r e s v 消息。p a t h 由发送端发给接收端，其中包含了相应的资源请求信息。 接收者收到p a t h 消息后将延p a t h 消息的反向路径发送r e s v 消息，并在途中 每个路由器上实现资源预留。当r e s v 消息成功返回给发送者后，通信就可以开 始了。中间进行了资源预留的路由器则根据包选择器对包进行归类调度。在i p v 6 网络中，一条流可以用 进行标识，减轻了路由器深 入到传输层分析包头的负担。 传统移动i p v 6 对q o s 的不利影响 由于移动环境的特殊性，在移动环境中采用l m s e r v r s v p 模型实现q o s 存 在很多困难，因为移动节点在一次会话中会多次变换网络的接入点，不停地进行 切换，每次切换都会使用不同的c o a 作为m n 的地址，这样对于m - n 而言源地 址在不停的变化，对于c n 而言目的地址在不停的变化。对于一条使用 标识的流而言，这条流在不停的变化。为了保证服务质量， r s v p 需要在新路径上重新进行资源预留。这样旦移动节点切换，就必须重新 电子科技大学硕士学位论文 发送有关r s v p 消息，重新预留，这对j 实时性要求较高的应用是很困难的。如 果在移动节点频繁的进行切换，移动节点将在频繁的预留资源中消耗时问。 h m i p v 6 对于o o s 的支持 由于在h m i p v 6 中当移动节点在同一个m a p 域中移动时，对于通信对端而 言，移动节点始终使用r c o a 和自己通信。那么对于一条使用 标识的流而言，这条流不会发生变化。而这条流恰好是从c n 经过 沿途路由器到m a p 的路径。我