（通信与信息系统专业论文）基于移动ipv6的智能切换管理模型的研究与实现.pdf

硕士学位论文 摘要 随着计算机网络的迅速发展，移动i p 技术成为业界研究的重点。移动i p 机 制可以在全球互联网范围内提供移动数据解决方案，使移动节点可以使用一个永 久的i p 地址连接到任何链路上。目前研究的热点问题主要集中在移动i p 切换过 程中如何保证通信的连续性、如何缩短切换的时延、如何保证切换的平滑和q o s 保证等等。 本文首先分析了移动i p 的原理，讨论了目前流行的几种对标准移动i p v 6 进 行扩展的切换方案，如快速切换技术f i i p v 6 、层次型移动i p v 6 管理模型h m i p v 6 及采用h m i p v 6 的快速切换技术等，并对各种方案进行分析。和快速切换技术 f m i p v 6 及层次型移动i p v 6 技术h m i p v 6 相比，我们认为使用h m i p v 6 的快速切换 能够在保持通信的连续性及丢包延时方面有较大改善，但是在切换发生频率过高 由此引起的通信延时和网络负荷加大这个问题上，还有可以改进的空间，因此提 出了一种新的切换方案智能切换管理模型i h m _ f h m i p v 6 。这个模型是通过 使用非固定的m a p 域管理，针对单一移动节点的逻辑管理域，解决移动节点在域 间切换和域内切换时的通信延时问题以达到降低切换行为的发生频率、保持切换 发生时通信的连续性、使m a p 负载均衡等目的。最后采用n s 2 仿真工具对 i h m f h m i p v 6 进行仿真实验和性能分析，通过对仿真实验数据的分析，可以得 到在切换改进方面i h m f h m i p v 6 具有显著效果，并据此提出了将来所需做的工 作。 关键词：移动l p v 6 ；快速切换；层次型移动i p v 6 ；智能切换管理 基于移动i p v 6 智能切换管理模型的研究与实现 t h er e s e a r c ho nm i pt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h eh o ts p o t m o b i l ei pm e c h a n i s m c a np r o v i d eam o b i l ed a t as o l u t i o ni nt h eg l o b a li n t e m e t w i t ht h i sm e c h a n i s m ，t h e m o b i l en o d ec a nc o n n e c tt ow h e r e v e rw i t hap e r m a n e n ti pa d d r e s s n o w , t h er e s e a r c h m a i n l yf o c u s e so nh o w t og u a r a n t e ec o m m u n i c a t i o nc o n t i n u i t yd u r i n gm i ph a n d o v e r p r o c e s s ，h o wt or e d u c et h eh a n d o y e rd e l a ya n dh o wt oa s s u r et h es m o o t hh a n d o v e r a n d q o s i nt h i sp a p e lf i r s t l yw ed e s c r i b et h ec o n c e p t sa n dp r o c e s s e so fm o b i l ei p v 6 。w e d i s c u s ss e v e r a lp o p u l a rh a n d o v e rt e c h n o l o g i e se x t e n d i n gt h es t a n d a r dm o b i l ei p v 6 ， s u c ha sf a s th a n d o v e r , h m i p v 6a n df a s th a n d o v e ru s i n g h m i p v 6 s e c o n d l y ， c o m p a r i n gw i t hm i p v 6 a n dh m i p v 6 ，f h m i p v 6i sg o o da tc o m m u n i c a t i o nc o n t i n u i t y a n dd e l a yb u tp o o ra tt h eh a n d o v e rf r e q u e n c y 。s oi h m f h m i p v 6i si n t r o d u c e da s n o v e lh a n d o v e ra r c h i t e c t u r e i h m f - h m i p v 6u s e st h en o n f i x a t i v em a n a g i n gd o m a i n o ft h em a pt or e d u c ec o m m u n i c a t i o nd e l a yw h e nt h em nm o v e si nt h ed o m a i no r b e t w e e nt h ed o m a i n s i tc a na l s or e d u c et h eh a n d o v e rf r e q u e n c y , h o l dt h ec o n t i n u i t y o ft h ec o r r e s p o n d e n c ea n dm a k et h el o a do fm a pb a l a n c ew h e nh a n d o v e r so c c h l f i n a l l yw eu s en s 2t oe m u l a t et h i sa r c h i t e c t u r e ，a n a l y s i st h er e s u l t s ，a n dp r o v e i t sa v a i l a b i l i t yo nr e d u c i n gc o m m u n i c a t i o nd e l a ya n dh a n d o v e rf r e q u e n c y o nt h e b a s i so fw h i c h ，t h ef u t u r ew o r ki sp r e s e n t e d k e yw o r d s ：m i p v 6 ；f m i p v 6 ；h m i p v 6 ；i h m - - f - - h m i p v 6 硕七学位论文 插图索引 图2 1m i p v 6 的基本操作过程4 图2 2 预先快速切换8 图2 3 被动快速切换9 图2 4 网络发起的切换9 图2 5f - 哪i p v 6 数据流1 3 图2 6f _ 删i p v 6 切换流程1 4 图3 1 姗逻辑区域1 7 图3 2m a p 的算法选择流程2 1 图3 3i 删一f t l m i p v 6 切换操作过程2 2 图4 1n s 的结构图2 5 图4 2m o b i w a n 所添加的a g e n t 及其继承关系2 9 图4 3f m i p v 6 仿真模型3 0 图4 4h m i p v 6 仿真模型3 0 i i i 基于移动i p v 6 智能切换管理模犁的研究与实现 附表索引 表3 - 1 新的数据结构一m a p 表1 7 表4 1 移动节点平均移交时延( d l l l a p = o 0 0 2 ) 3 2 表4 2 移动节点移交丢包率( d m a p ：0 0 0 2 ) 3 2 表4 3 移动节点平均移交时延( d m a p = o 0 2 ) 3 2 表4 4 移动节点移交丢包率( d m a p = 0 0 2 ) 3 3 i v 硕士学位论文 a p a r b a c n c o a f b a c k f m 6 h a h m 、，6 h o a l 2 l c o a m 【a p m v 6 姗 m n n a n a r n c o a n d 眦 p c o a p r r t a d v 缩略字表 a c c ：e s sp o i n t a c c e s sr o u t e r b i n d i n gu p d a t e c o r r e s p o n d e n tn o d e c a r e o fa d d r e s s f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t f a s th a n d o v e r sf o rm o b i l e 、，6 h o m ea g e n t h i e r a r c h i c a l v 6 m o b i l e h o m ea d d r e s s l a y e r2o rd a t a l i n kl a y e r l o c a lc a r e o fa d d r e s s m o b i l i t ya n c h o rp o i n t m o b i l ei p v 6 移动 m o b i l i t ym a n a g e m e n t m o b i l en o d e n e i g h b o ra d v e r t i s e m e n t n e x ta c c e s sr o u t e r n e wc a r e - o fa d d r e s s n e i g h b o rd i s c o v e r y 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 e o fa d d r e s s p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t v 接入点 接入路由器 绑定更新 相关通信节点 转交地址 快速绑定确认 采用快速切换技术的移动1 1 6 家乡代理 分层次移动i p v 6 家乡地址 数据链路层 局部转交地址 移动锚点 i 、，6 移动管理 移动节点 邻居通告 新接入路由器 新转交地址 邻居发现 前接入路由器 前转交地址 代理路由器通告 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本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 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 剔醛名圈 日期： 日期： 年月日 年月日 硕七学位论文 1 1 课题的意义 第1 章绪论 当今世界，i n t e r n e t 规模正以惊人的速度不断扩大，移动办公成为一种潮 流，越来越多的移动用户都希望能够以一种更加灵活的方式随时随地的访问企业 网络资源和i n t e r n e t 资源，这在现阶段最突出的表现就是对移动办公的需求。 就像手机漫游一样，无论移动节点身处何地，都可以随时访问企业网和i n t e r n e t ， 其他节点也可以随时随地的与它进行通信。 随之而来的问题是，i p v 4 的许多缺陷逐渐暴露出来，其中最突出的是i p 地 址空间将被耗尽和主干路由表不断增长的问题。按照目前互联网的发展速度， i p v 4 地址将在不久的将来分配完毕。为了彻底解决目前i p v 4 遇到的问题并对 未来的应用提供更好的支持，i n t e r n e t 工程组( i e t f ) 的i p n g 工作组( i p n g w o r k i n gg r o u p ) 提出了修改i p 协议的建议。新的建议是i p 的第6 个版本，因 此也称为2 p v 6 “1 。i p v 6 具有长达1 2 8 位的地址空间，可以彻底解决i p v 4 地址 资源不足的问题。除此之外，i p v 6 还采用分级地址模式、高效i p 包头、服务 质量、主机地址自动配置、认证和加密等多项技术。 i p v 6 作为下一代因特网协议，已进入实用化阶段，最终将取代现有的i p v 4 网络为了使用户在i p v 6 子网之间进行切换时能够保持i p 通信，i e t f 制定了 移动i p v 6 协议( m i p v 6 ) 。对于实时业务来说，如何为用户提供满意的服务质量 是一个重要问题。由于用户移动而造成的切换延迟是影响服务质量的一个重要的 因素，因此，降低切换延迟是移动i p 实用化的关键，也是我们今天研究切换的 落脚点。 1 2 国内外研究现状 目前由i e t f 对移动i p v 6 的实现方案和关键技术提出建议，形成i n t e r n e t 草案。各机构或组织在此基础上进行研究和实现，发现问题，提出改进方案。i e t f 汇总最新的研究成果，修改并更新草案。一旦移动i p v 6 技术成熟，将最终形成 正式的r f c 文档。 国际上也有很多组织或者机构在对移动i p v 6 进行研究，并且已经有了一些 基丁二移动i p v 6 智能切换管理模犁的研究与实现 在不同操作系统上开发出来的实验系统。 美国微软公司与l a n c a s t e r 大学合作开发的w i n d o w s2 0 0 0 下移动 i p v 6 ( m i p v 6 ) 实验系统，这个系统实现了移动节点( 矾) 、通信节点( c n ) 以及家 乡代理( 姒) 功能，与i p s e c 。机制结合提供一定的安全保护措施，以及移动i p v 6 的其他一些特性。但是这一系统不支持无缝切换，无o o s 保障机制，也没有实现 分层的移动性管理。它不能提供动态家乡代理发现机制并且还存在着许多b u g 。 l i n u x 系统提供了有限的移动i p v 6 支持，版本为m i p v 6 一1 i v 2 4 2 6 t a r g z ( m o b i l ei p v 6 ( r f c3 7 7 5 ) ，w o r k sf o rk e r n e l2 4 2 6 ) ，该版本实现了r f c 3 7 7 5 ， 但是未提供i p s e c 和m p a m p s 支持。 澳大利亚m o n a s h 大学电信和信息工程中心进行移动i p v 6 的相关研究，主 要在以下两个方面。一是增强l i n u x 下面的m i p v 6 实现，主要优化m i p l 的性能， 包括四个子项目：l i n u x 系统下层次移动i p v 6 的实现，快速路由通告，层问通讯， m i p v 6 快速切换。二是对层次移动i p v 6 的性能分析。 类似的系统还有：r i c e 大学计算机系在f r e eb s d 下支持移动i p v 6 的m o n a r c h 项目，k a m ep r o j e c t 实验系统，m o b i l ei p v 6f o rl i n u x ( m i p l ) 实验系统以及 u s a g l ( u n i v e r s a lp l a y g r o u n d ) 等等。这些系统的共同特点是基本实现了i e t f 的移动i p v 6 草案或r f c ，但是对一些关键技术( 如无缝切换、o o s ，安全性机制， 分层移动性管理等) 还不能提供有效的支持。主要原因是这些关键技术目前仍在 研究中，还不够成熟。 目前兰开斯特( l a n c a s t e r ) 大学与c i s c o 公司、微软以及o r a n g e 正在合作进 行一个试验床项目，主要研究内容是i p v 6 网络的测试，移动i p v 6 在c i s c o 路 由器，微软操作系统等产品中的支持，并计划在深入研究的基础上逐步在移动 i p v o 系统中加入上述关键技术的实现。 国内对移动i p 的研究起步较晚。中国科技大学个人通信与扩频通信实验室 开展了宽带无线i p 的研究，在l i n u x 和w i n d o w s 9 8 分别实现了移动i p 。这 个项目主要实现了无线局域网接入移动i p 网络，使用的是移动i p v 4 技术。在此 基础上，西安电子科技大学成立了西安西电捷通无线网络通信公司，开发了一系 列基于移动i p v 4 的产品方案与相关设备，推动了移动i p v 4 的产业化。 此外，中国科技大学洪佩琳教授对移动i p v 6 的几项技术进行了分析与研究， 但未见可用成果报导。 目前的移动i p v 6 已有的研究成果集中于在i p v 6 网络中支持移动性，并且在 不同操作系统上都有实验系统实现。然而有关切换性能优化、服务质量体系、安 全机制等关键技术的研究还处在起步阶段，需要加大研究力度，尽快取得研究成 果，这样才能构建真正快速高效、安全可靠的移动i p v 6 网络。 2 硕十学位论文 1 3 课题来源及主要内容 本课题是博士基金项目，课题名称为“新型人机交与嵌入式系统研究”。 本文主要讨论我们所提出的i p v 6 的移动管理机制m m f h m i p v 6 。该 机制通过使用非固定的m a p 智能管理，针对单一移动节点的逻辑管理域解决解 决移动节点在域问切换和域内切换时的通信延时问题，降低切换行为的发生频 率、保持切换发生时通信的连续性、使m a p 负载均衡。并利用已有的n s 2 协议 仿真环境m 0 b i w a n ，对i m f h m l p v 6 进行仿真。因此，本文后面的章节将 做如下安排： 第1 章绪论，介绍了本文的研究背景与研究意义。分析了目前国内外的研 究现状。阐述了本文的主要研究内容。 第2 章移动i p v 6 切换技术分析与比较，将对移动i p v 6 现有的四种切换方 案进行综述，分析现有切换方案的优点和不足之处。 第3 章m m f h m i p v 6 移动管理机制的设计，根据对现有切换方案的分析， 针对切换频率发生过高这个问题，提出我们所设计的基于移动i p v 6 的管理机制 i h m f h m i p v 6 。介绍其具体设计思想以及各个实体在此方案中的作用和改 变。 第4 章i h m f h m i p v 6 的仿真情况，依据第三章提出的设计方案，在n s 的m o b i w a n 无线扩展模块下实现对四种切换方案的仿真，通过对仿真试验数据 的分析，得出这种移动管理机制在切换延时和报文丢失的方面有较大改进。 最后，总结了文章工作和创新之处以及在此过程出现到的问题和未来要做 的工作。 3 基于移动i p v 5 智能切换管理模掣的研究吁实现 第2 章移动i p v 6 切换技术分析与比较 本章我们将对现有的几种主要的移动i p v 6 切换方案进行讨论和研究。 2 1 标准移动ip v 6 标准移动i p v 6 ( m i p v 6 ， m o b i l ei p v 6 ) 是i e t f 制定的运行于i p v 6 网络中 的协议。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。 m i p v 6 允许i p v 6 主机在离开家乡网络后仍能很好地维持其原有的通信及与 i n t e r n e t 的连接。无论移动节点在家乡链路还是离开家乡链路，都可以通过家 乡地址被访问。当移动节点在家乡网络时，其工作方式如同位置固定的主机， m i p v 6 不需要进行任何特别的操作。常规的i n t e r n e t 路由算法会把目的地址为 移动节点家乡地址的分组转发到其家乡链路，移动i p v 6 在不改变这种路由机制 的前提下使离开家乡的移动节点有能力和其它节点通信o “。m i p v 6 的实现机制 对i p 层以上的t c p 、u d p 和应用层等都是透明的，对移动用户来说，丝毫不会感 觉到其移动对通信的影响。 2 1 1 协议描述 移动i p v 6 的操作可以总结如下，如图2 1 所示。 图2 1m 口v 6 的基本操作过程 4 1 2 3 4 5 6 7 硕七学位论文 ( 1 ) 移动节点采用i p v 6 的邻居发现机制包括路由器发现和邻居不可达检测) 来实现移动检测，检测移动节点是否移动到了另一个链路。 ( 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。 ( 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 i n d i n gu p d a t e ) 选项的报文，注册主转交地址 ( 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 i n d i n ga c k n o w l e d g e ) 选项的报文。 ( 5 1 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之外，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 ) 通信对端就可以和移动节点直接通信，而避免使用“三角路由”。 2 1 2 协议的不足之处 在m i p v 6 移动管理协议下，移动节点每次转交地址的改变都会产生一次针 对家乡代理以及相关通信节点的绑定更新，从而造成绑定更新时延。如果移动节 点到家乡代理( 或相关通信节点) 的距离十分的远，这个绑定更新就可能非常的 耗费时间，从而在相当程度上增长了移交时间。更糟的是，移动节点有可能频繁 的发生移动，也就是说可能会频繁的改变转交地址，那么移动节点与移动节点的 通信将显得断断续续，这是用户所不能容忍的。这使得我们需要考虑能否将移动 节点的绑定更新过程本地化，以缩短绑定更新时间“1 。 在m i p v 6 中，除了主机在移交时会产生移交时延，从而影响主机通信外， m i p v 6 还会带来大量控制信令在i n t e r n e t 网络上的传输。而这些信令对于用户 来说，并没有传递实际有效的信息。就是说，这些信令对于用户的通信来说是多 余的，因此我们将这些信令称为信令负载。】。m i p v 6 引起控制信令的原因主要有 两个，一是移动节点需要定期的发送绑定更新消息给家乡代理及相关通信节点， 以在家乡及相关通信节点处维护已建立的绑定；二是每次移动节点与家乡代理及 相关通信节点之间的绑定更新过程都会产生诸如绑定更新、绑定确认这样的控制 信令。而当i n t e r n e t 上接入了大量移动节点时，信令负载的数量将会变得相当 庞大，从而将会消耗大量i n t e r n e t 的网络资源，对i n t e r n e t 的网络性能造成 严重的影响。 由此我们可以看到，移动节点移交时产生的通信时延和控制信令传输带来的 信令负载是m i p v 6 存在的两个最主要的缺陷。 5 基下移动i p v 6 智能切换管理模犁的研究与实现 2 2f m i p v 6 针对标准移动i p v 6 存在的问题，i e t f 工作组提出的移动i p v 6 快速切换技 术瑚( 刚i p v 6 ：p a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6 ) 是对m i p v 6 协议的改进，可以 加快i p v 6 移动节点的切换过程，减少己有通信连接的中断时间，保证通信流的 实时传输。它通过提前注册，以及在新的外地网络切换未完成时通过前一个网络 保持通信的方法，实现快速切换。 2 2 1 协议描述 快速切换中，删在移至一个新的子网前，能够形成一个临时转交地址n c o a ， 并且在连接上一个新的a r 后能够马上使用这个n c o a 。在此之前，需要进行的准 备工作包括新转交地址配置、重复地址检测和邻居发现等。快速切换关键是要在 删与o a r 断开连接之前能确定一个预期的临时转交地址n c o a ，然后，当心移至 n a r 后，删能用n c o a 继续原先的通信：如果n c o a 注册失败，快速切换也允许移 动节点不获得新的转交地址而切换到新的网络。此外，快速切换在o a r 与n a r 之 间还建立了数据包转发机制。移动i p v 6 快速切换技术定义了一些新的消息”1 ， 如下所述： ( 1 ) 代理路由器请求( r t s o i p r ：r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y ) 消息：由 心发向o a r 当移动节点预测到自己要进行切换时，发送该消息到旧接入路由器， 该消息通知旧接入路由器本移动节点将要进行切换，并且请求切换所需要的信 息。 ( 2 ) 代理路由器广播( p r r t a d v ：p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n t ) 消息：由o a r 发向。该消息作为对r t s o i p r 消息的响应，或者是当进行切换所需信息就绪 时，将其发送到移动节点。这条消息指示移动节点将要移动，它提供了新接入路 由器使用的前缀和地址信息。如果是移动节点决定的切换，它提供是否移动到新 接入路由器的信息。如果是网络决定的切换，它提供移动节点将要移动的指示和 将要使用的新接入路由器的信息。在网络决定的切换中，如果p r r t a d v 消息没有 被成功确认可能会导致数据分组的丢失。 ( 3 ) 切换发起( h i ：h a n d o v e ri n i t i a t e ) 消息：由o a r 发向n a r 。该消息指示 旧接入路由器正在向新接入路由器进行快速切换。 ( 4 ) 切换确认( h a c k ：h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t ) 消息：由n a r 发向o a r 。 该消息作为对h i 消息的确认，指示在新接入路由器中哪个新转交地址n c o a 将被 使用。同时，该消息还被用来指示隧道的建立。 ( 5 ) 快速绑定更新( f b u ：f a s tb i n d i n gu p d a t e ) 消息：由心发向o a r 。表明 移动节点己移动，有n c o a ，且要求发向州的o c o a 处的数据包能够转发到m n 的 6 硕十学位论文 n c o a 处。 ( 6 ) 快速绑定确认( f b a c k ：f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ) 消息：由o a r 发 向m n 作为对f b u 消息的回应。 ( 7 ) 快速邻居广播( f n a ：f a s tn e i g h b o ra d v e r t i s e m e n t ) 消息：由发向 1 1 a r ，向n a r 通告心的到达。 2 2 2 协议的实现 根据发起切换的主体的不同，可分两种切换情况来描述：移动节点发起切换 和网络发起切换。 2 2 2 1 移动节点发起的切换 当m n 预测到自己要进行切换时，发送r t s o i p r 消息到o a r ，该消息通知旧 接入路由器本移动节点将要进行切换，并且请求切换所需要的信息o a r 会发送 p r r t a d v 消息作为响应，p r r t a d v 消息中包含一个或者多个接入点的地址信息。 m n 可以在任何方便的时候下发送r t s o i p r 消息，例如发此消息作为对某些链路 层事件( 如“触发器”1 的响应或者只是在执行路由器发现操作之后就发送该消息 但是通常期望只有当m n 通过某些链路层机制并且发现了可用的接入点之后才 发送r t s o l p r 消息f 9 j 。 m n 根据p r r t a d v 消息提供的信息形成一个预期的新转交地址n c o a ，并发 送f b u 消息。发送f b u 消息的目的是授权。a r ，在o a r 和n a r 之间建立绑定， 以便于数据包能通过隧道被转发到新的位置。f b u 消息必须能在o a r 的链路上 发送，当不能在旧链路上发送时，f b u 消息要通过新链路发送，这时f b u 消息 必须被封装在f n a 消息中发送【l o l 。根据是否能在m n 的原链路上接收到f b a c k 消息，可以将切换的操作分为两种模式：预先快速切换( p r e d i c t i v ef a s th a n d o v e 0 模 式【1 l 】和被动快速切换( r e a c t i v ef a s th 柚d o v e r ) 模式【1 2 1 。 ( 1 ) 预先快速切换模式 删在原链路上收到f b a c k 消息，这就表示当删切换到n a r 时包转发隧道己 经在运行。刖应该在连接上n a r 时立即发送f n a 消息，以便于后续到达n a r 的 数据包以及其缓存的数据包能够完整地转发到心在向椭发送f b a c k 消息之前， o a r 会通过与n a r 之间交互消息( h i 消息和h a c k 消息) 来检查n c o a 是否被n a r 接 受。当n c o a 使用i m 有状态地址配置时，n a r 收到h i 消息后将分配一个可用的 n c o a ，并通过眦c k 消息把分配的n c o a 返回给o a r ，o a r 还必须把这个配置的n c o a 通过f b a e k 消息转交给。如果在f b a c k 消息中含有配置的n c o a ，则删必须在 连接到n a r 后使用该转交地址。如果使用i m 的无状态地址自动配置时，h i 消息 中包含o a r 为移动节点生成的新转交地址。n a r 收到h i 消息后会检查其所包含 7 墓丁移动i p v 6 智能切换管理模犁的研究j 实现 的转交地址是否呵用如果n c o a 有效，n a r 接受此n c o a ，将其加入邻居访问缓存 列表中，并向o a r 发送h a c k 应答消息：如果n c o a 无效( 如己被其它m n 使用) ，n a r 否决此c o a ，并向o a r 发送n c o a 无效的h a c k 应答消息。当到达新的网络， 并且已经与之建立起第二层的连接时，它发出一条f n a 消息通告它的到达n a r 可以在第二层连接就绪时，就向移动节点转发数据包，或者是当它收到一个f - n a 消息后，才向移动节点转发数据包。o a r 负责转发以移动节点旧转交地址为目的 地的数据分组。如果n a r 发送给o a r 的h a c k 消息指示移动节点的新转交地址n c o a 是可用的，o a r 将数据分组转发到n c o a 如果h a c k 消息中指示n c o a 不可用，o a r 将建立到n a r 的隧道，通过隧道转发数据分组到n a r 。预先快速切换模式的消息 传递流程图如图2 2 所示： 图2 2 预先快速切换 ( 2 ) 被动快速切换模式 m n 在原链路上没有收到f b a c k 消息。出现这种情况时，有一种可能性是因 为m n 还没有发送f b u 消息，另一种原因就是m n 在发送了f b u 消息之后还没 有收到f b a c k 消息就离开了原来的链路。如果没有收到f b a c k 消息，m n 就不 能确定o a r 是否成功处理了f b u 消息。因此，当它连接到n a r 时会再次发送 f - b u 消息。为了确保n a r 能够立即转发数据包并允许n a r 检查n c o a 是否可 以接受，m n 应该把f - b u 消息封装在f n a 消息中当处理f n a 消息时，如果 l i a r 发现n c o a 己经被使用了，这时它必须丢弃内部f - b u 消息并发送带有邻居 广播确认( n a a c f on 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 ：) 选项的路由器广播消 8 硕七学何论文 息，在该消息中会包含一个临时分配给m n 使用的i p 地址。这样就避免了出现 地址冲突的情况。 需要注意的是，被动快速切换模式指的是m n 向o a r 发送了f b u 消息但却 没有收到f b a c k 消息回复【1 3 1 。该模式的消息传递流程图如图2 3 所示： 图2 3 被动快速切抉 2 2 2 2 网络发起的切换 在一些无线技术中，切换的过程由网络来控制。在这种情况中，当移动节点 和a r 还保持第二层连接时，o a r 预测到移动节点将会移动到一个新的网络，并 且启动与移动节点和n a r 之间的第三层切换信令交互【1 4 1 。当网络确定切换即将 发生时，o a r 主动发送一个p r r t a d v 消息，消息中包含n a r 的链路地址、口地 址以及子网前缀等信息。m n 必须处理这个p r r t a d v 消息，配置在新的子网上使 用的新的转交地址，并在切换到新的链路之前发送f b u 消息到o a r 。网络发起 的切换的拓扑图如图2 4 所示，o a r 会继续向m n 转发数据包直到收到f b u 消息。 其后的处理过程就与移动节点发起的切换的处理过程是一样的。 o a r 会继续向删转发数据包直到收到f b u 消息。其后的处理过程就与移动 节点发起的切换的处理过程是一样的。 9 基丁- 移动i p v 6 智能切换管珲模掣的研究与实现 图2 4 网络发起的切换 2 2 3 协议的不足之处 按照标准移动i p v 6 的要求，移动节点在外地网络中每移动一个新的位置就 要发送一个绑定更新消息到家乡代理或通信对端节点，而这个位置的变化可能相 对来说很小，这个绑定更新的消息其实可以忽略，但按照f m i p v 6 要求却必须发 送出去，这样很多冗余的绑定更新消息占据了有限的带宽，浪费了宝贵的网络资 源，还会引发网络冲突，减少有效数据的传输【”1 。 由此我们可以看到，移动节点向通信对端和家乡代理发送绑定更新消息以及 回复绑定确认消息造成移交时产生的通信时延和造成的网络带宽的浪费是 f m i p v 6 存在的最主要的问题。 2 3h m i p v 6 根据标准移动i p v 6 的机制以及f m i p v 6 存在的问题，i e t f 工作组又提出了 嘲i p v 6 “”( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6m o b i l i t ym a n a g e m e n t ) 管理机制，引入 了一个新的实体，称为移动锚接点( m a p ：m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) ，从微观移动 性方面来解决面临的问题，其核心是层次移动性管理，减少冗余信息，并将家乡 代理的移动性管理的能力下放一部分到区域代理中。 m a p 的引入仅仅是对移动i p v 6 协议的扩展，因此移动节点可根据情况选择是 否使用m a p ，并且在任何不需要使用m a p 的时候，移动节点均可以停止对其的使 用这一点对于移动节点和移动网络而言都带来了极大的灵活。m a p 的加入使得 h m i p v 6 解决方案独立于底层接入技术，允许在不同的接入网之间和内部实现数 据的快速转发，大大提高了网络的吞吐量，降低了丢包率，增强了无线接口的实 时业务能力。 硕七学位论文 2 3 1hm l p v 6 概述 h m i v 6 中引入了一些新的术语“”： 接入路由器( a r ：a c c e s sr o u t e r ) ：m n 的缺省路由器，a r 为m n 聚集所有流 出的数据流。 移动锚接点( m a p ：m o b i l ea n c h o rp o i n t ) ：可位于m n 所在的分层移动网络中 的任意一层包括访问路由器，并不是每一个外地网络都要求有m a p ，且一个外 地网络中也可以有一个或多个m a p 。 区域转交地址( r c o a ：r e g i o n a lc a r eo fa d d r e s s ，1 ：m n 在外地网络时，接收 m a p 广播消息后，自动配置获得的一个转交地址： h m i p v 6m n ( h m i p v 6 a w a r em o b i l en o d e ) ：h m i p v 6m n 能够接收并处理来 自缺省路由器的m a p 消息，能够发送本地b u 消息( 设置了m 标识的b u ) ；在线 链路转交地址( l c o a ：o n 1 i n kc o a l ：区别于r c o a ，是m n 在线链路地址，是基于 缺省路由器广播的子网前缀，在m n 接口上配置而成； 本地绑定更新( l o c a l b i n d i n g u p d a t e ) ：为了在r c o a 和l c o a 之间建立一个绑 定，m n 需发送本地绑定更新到m a p 中。 h m i p v 6 还对本地绑定更新消息进行了扩充，在选项中增加了一个新标记：m 标记，指示该消息是m a p 注册消息。当移动节点向m a p 进行注册时，必须设 置m 标记，将这一注册消息与家乡注册消息，以及发送到通信对端的绑定更新 消息进行区分。 这个方案是利用了l p v 6 的地址容量大和邻居发现机制的特点，将整个网络 结构分为本地域和全球域，使得本地域内的数据信息移交对于家乡代理而言是透 明的。 2 3 2 协议实现 m n 移动至一个m a p 域内时，关键要向该域的m a p 注册，即要搜索移动 锚接点最适合于大型网络或者在m a p 和a r 之间存在第三方网络这种情况。此 外，与先前描述的动态m a p 发现机制不同，该方式不要求每个在m a p 域中的 路由器都理解m a p 选项【1 9 11 2 0 l 。 1 移动节点的操作 当移动节点移动到新的m a p 域时( 即m a p 改变了) ，操作流程如下： ( 1 ) m n 从路由器广播报文中捎带的m a p 选项中发现新的m a p 域； ( 2 ) m n 向新m a p 注册其l c o a ； ( 3 ) 向h a 和c n 注册其新的r c o a ； 移动节点需要获得两个转交地址：r c o a 和l c o a ，这些地址可以使用无状态 的方式得到。移动节点收到路由器通告并从其m a p 选项中获得m a p 的网络前 1 1 基下移动i p v 6 智能切换管理模刑的研究o 实现 缀，使用尤状态的方式形成r c o a ，然后，移动节点向m a p 发送一个绑定更新 消息。绑定更新消息在家乡地址域中指定它的r c o a ，不使用备用转交地址选项， l c o a 作为绑定更新消息的源地址。绑定更新消息将移动节点的r c o a 与l c o a 进行绑定。接着，m a p 将对移动节点的r c o a 进行重复地址检钡i j ( d a d ：d u p l i c a t e a d d r e s sd e t e c t i o n ) 。如果成功，m a p 将返回绑定确认消息到移动节点，指示注 册成功：否则，m a p 必须返回带有相应故障代码的绑定确认消息。 移动节点收到从m a p 发来的绑定确认消息后，如同移动i p v 6 中的操作一样， 移动节点需要将r c o a 和家乡地址绑定。移动节点通过发送绑定更新消息到家乡 代理将r c o a 和家乡地址绑定，将新的r c o a 注册到它的家乡代理，绑定更新消 息的家乡地址域设为移动节点的家乡地址，转交地址域设为r c o a 7 。移动节点 也可以向它的通信对端c n 发送类似的绑定更新消息。移动节点可以使用它的 r c o a 作为绑定更新消息的源地址，这种情况下，不需要备用转交地址子选项。 向c n 发送绑定更新消息时，移动节点也可以使用它的r c o a 作为源地址。 为了加快m a p 之间的切换速度，移动节点可以向它的前一个m a p 发送绑 定更新消息，指定它的新l c o a ，这样到达旧m a p 的包可以被转发到新的m a p 。 当移动节点进行本地移动时( m a p 没有改变1 ，它只需要向m a p 注册新的 l c o a 这种情况下，r c o a 没有改变，因此，也就不需要同家乡代理和通信对端 重新绑定。当m n 从路由器广播报文中得到同一m a p 域的m a p 选项信息时， 缺省路由器的改变形成新的l c o a ；当m n 向m a p 注j l | l c o a 时，绑定r c