（通信与信息系统专业论文）基于移动ipv6的多种移交方案分析.pdf

摘要 在基于l p v 6 的无线网络当中，时延和丢包率是人们关注的问题，目前有很 多移交方案被提出，然而唯形成标准的就只有移动i p v 6 ( m i p v 6 ) 1 ，其它移 交方案仍然处于草案阶段。但是m i p v 6 仍然存在移交时延过高和丢包率过大的 问题。i e t f 草案中 2 】 3 又分别提出了基于m i p v 6 的快速移交方案( f m i p v 6 ) 和分层式移交( h m i p v 6 ) ，它们对原来的m i p v 6 移交性能都有所改善，但是我 们经过分析研究发现，它们出都具有一定的局限性，比如f m i p v 6 实现起来很困 难代价很高，并且很可能因为频繁的移交造成注册信息大量占用无线网络带宽资 源：而h m i p v 6 只是将家乡代理本地化，没有对m i p v 6 做更多改进，总体时延 和丢包率依然较高 本文的工作主要是提出一种基于1 p v 6 的性价比较高的移交管理方案，c ! 王就 是说，不仅易于实现而且移交性能良好。为了方便分析，我们引入了微移动和宏 移动的概念，在这个基础上，我们通过对几种典型的移交方案的深入分析，逐步 的引出我们所提出的移交方案f - h m i p v 6 、h m i p v 6 一e r 两种移交方案，前者是在 微移动的情况f 实现快速移交与分层移交的结合，后者是为了在宏移动情况下实 现分层移交管理。并在它们的基础上进一步提出了我们最终的移交解决方案 f h m i p v 6 一e r ，来解决高时延、高丢包率和注册更新消息过多等问题，并通过仿 真试验对我们提出的移交方案进行了验证，从仿真结果中可以看出，我们提议的 新方案既适用于m a p 域内移交也适用于m a p 域间移交，而且移交时延和丢包 率都比较低。 关键词：移交，移交时延，丢包率，m i p v 6 ，f m i p v 6 ，h m i p v 6 ，f h m i p v 6 - e r a b s t r a c t i nt h er e s e a r c hw o r ko fm o b i l en e t w o r kb a s e do ni p v 6 ，t h ep r o b l e m so f l a t e n c y a n dp a c k e tl o s tr a t ea r ep a i dm o r ea r e n t i o n p r e s e n t l y , m a n yh a n d o v e rs c h e m e sa r e p r e s e n t e d ，b u to n l yo n eo ft h e mh a v eb e e np r o p o s e da ss t a n d a r di sm o b i l ei p v 6 ( m i p v 6 ) ，o t h e r sa r es t i l ld r a f t s h o w e v e lt h e r es t i l le x i s tp r o b l e m so fh i g h e rh a n d o v e r l a t e n c ya n dp a c k e tl o s tr a t ei nm i p v 6 s of a r , f m i p v 6a n dh m i p v 6 ，b o t ho fw h i c ha r e b a s e do nm i p v 6h a v eb e e n p r e s e n t e da sd r a r sb yi e t f t h e s et w os c h e m e sp r o m o t e t h ep e r f o r m a n c eo fh a n d o v e r b u ta f t e ra n a l y s i sa n dr e s e a r c h ，t h e r ei ss t h ll i m i t a t i o n w i t ht h e m f o ri n s t a n c e ，i ti sh a r d e rt o i m p l e m e n tf m i p v 6a n dt h ec o s ti sh i 曲 w h a t sm o r e ，嬲t h er e s u l to f f r e q u e n th a n d o v e r r i n g ，t h em o b i l en e t w o r kb a n d w i d t h w i l lb ew a s t e db yr e g i s t e r e di n f o r m a t i o n ，a st oh m i p v 6 ，i t j u s tl o c a l i z e dt h eh o m e a g e n t ，n o ti m p r o v e dm i p v 6 ，s o w h o l e l a t e n c ya n dp a c k e t l o s tr a t ea r es t i l lv e r y h i g h t h i sp a p e rm a i n l yp r e s e n t e dah i 曲c o s tp e r f o r m a n c eh a n d o v e rm a n a g e m e n t s c h e m eb a s e do ni p v 6 t h a ti st os a y , n o t o n l yd o e s i te a s i l yb ei m p l e m e n t e d ，b u ta l s o i t sh a n d o v e rp e r f o r m a n c ei s p r e t t y w e l l i no r d e rt oi l l u m i n a t eo u ra n a l y s i s ，w e i n t r o d u c e dt h ec o n c e p t so fm i c r om o b i l i t ya n dm a c r om o b i l i t y o nt h eb a s i so ft h e s e t w oc o n c e p t s ，b ya n a l y z i n gs e v e r a lc l a s s i ch a n d o v e rs c h e m e si nd e t a i l ，w eg r a d u a l l y p r e s e n t e do u rh a n d o v e rs c h e m e s 一f - h m i p v 6a n d - m i p v 6 e r t h ef o r m e ri st h e c o m b i n a t i o no ff a s th a n d o v e ra n dh i e r a c h i c a lh a n d o v e ri nt h ec a s eo fm i c r om o b i l i t y , a n dt h el a t t e ri st h ei m p l e m e n t a t i o no fh i e r a c h i c a lh a n d o v e rm a n a g e m e n ti nt h ec a s e o fm a c r o m o b i l i t y a n d o nt h eb a s i so ft h e s et w o s c h e m e s ，o u r f m a l s c h e m e 一f - h m i p v 6 e rw a sp r e s e n t e dt os o l v et h ep r o b l e m so f h i g hl a t e n c y , h i 曲 p a c k e t l o s tr a t ea n do v e r a b u n d a n c eo fr e g i s t e r u p d a t e a tl a s t , t h ef e a s i b i l i t yo f f h m i p v 6 一e rw a sv a l i d a t e db ys i m u l a t i o n t h es i m u l a t i o nr e s u l ti n d i c a t e st h a to u r s c h e m ei sn o to n l ya p p l i c a b l et om a pi n t e r - d o m a i nh a n d o v e rb u ta l s oa p p l i c a b l et o c r o s s d o m a i nh a n d o v e r , w h a t sm o r e ，t h eh a n d o v e rl a t e n c ya n dp a c k e tl o s tr a t ea r e l o w e rt 1 1 a nb e f o r e k e y w o r d s ：h a n d o v e r ，h a n d o v e rl a t e n c y ，p a c k e tl o s sr a t e ，m i p v 6 ，f m i p v 6 ， h m i p v 6 ，f h m i p v 6 e r 1 1 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，电不包含为获得电子科技人学或其它教 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 何贡献已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 躲生弦吼：删年4 月枷 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、缩印或扫描等复印手段保存、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：墟导师签名： 动，竹四 日期：2 0 0 5 年4 月2 0 日 a p a r b a c n c o a d a d e r f a f b a c k f 佃v 6 h a h p v 6 h o a l 2 l c o a l m a l n 皿“ m a p m i p v 6 m n n a n a r n c o a n d p a r 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 t i 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 d u p l i c a t e a d d r e s sd e t e c t i o n e d g e r o u t e r f o r e i g na g e n t 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 th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6 h o m e a g e n t h i e r a r c h i c a lm o b i l e 口v 6 h o m ea d d r e s s l a y e r 2o rd a t al i n kl a y e r l o c a lc a r e o f a d d r e s s l o c a l i z e dm o b i l i t ya g e n t l o c a l i z e dm o b i l i t ym a n a g e m e n t m o b i l i t ya n c h o r p o i n t m o b i l e 口v 6 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 u 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 l - n e wc a r e o f a d d r e s s n e i g h b o u 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 f a d d r e s s p r o x y r o u t e ra d v e r t i s e m e n t v i i 接入点 接入路由器 绑定更新 相关通信节点 转交地址 重复地址检测 边界路由器 外地代理 快速绑定确认 基于i p v 6 的快速移交方案 家乡代理 基于i p v 6 的分层式移动管理 家乡地址 数据链路层 局部转交地址 局部移动代理 局部移动管理 移动锚点 移动i p v 6 移动管理 移动节点 邻居通告 新接入路由器 掰转交地址 邻居发现 前接入路由器 前转交地址 代理路由器通告 r a r b u r c o a r s r t s 0 1 p r w l a n r o u t e fa d v e r t i s e m e n t r e g i o n a lb i n d i n gu p d a e r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s r o u t e rs o l i c i t a t i o n r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 路由器通告 区域绑定更新 区域转交地址 路由器请求 路由器请求代理 无线局域网 符号与缩略语说明 h o s ti d e n t i t yp r o t o c o l h o s ti d e n t i t yt a g h o s ti d e n t i t y s e c u r r y p a r a m e t e ri n d e x s c u r i t ya s s o c i a t i o n h o s ti d e n t i t yp r o t o c o la s s o c i a t i o n t y p e - l e n g t h - v a l u e m 肿 m 娜 姒 卧 m 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 自九十年代至今，国际互联网( i n t e r n e t ) 的发展日新月异，i n t e r n e t 现在已 成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的计算机信息网络。尤其是 在 p v 6 被提出之后，各种相关的研究进行的极快。随着3 g 网络的发展，l p v 6 对移动性的支持也是备受关注。人们对它的期待显然已经不是局限在客户端在移 动中进行基本的通讯，而是提出了更多更高的要求，比如对实时通讯业务的良好 支持，这实际上也是对区域移动管理方案提出了更高的要求。 1 1 课题介绍 本文是“i 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。 随着移动商务与3 g 移动网络的飞速发展，人们对移动i p v 6 投入了极大的热 情。现阶段m i p v 6 研究的热点是找出一种切实可行的移动管理方案，能够让 m o b i l ei p v 6 网络可以很好的支持实时通讯或其它对时间有严格要求业务，比如 v o i c eo v e l - i p 。我所在的小组主要进行了移动i p v 6 的移动节点移交( h a n d o v e r ) 方案的研究。 1 2 研究背景和目的 i n t e r n e t 的出现为人们提供方便快捷的通讯方式。但是人们荠不满足于固有 通讯模式的，人们不仅希望随时与世界各地的人在互联网上通信，更希望能够“随 时随地”的在家里、在车上、路上，电能同其他人保持联系。虽然i e t f 提 出rm o b i l ei p 标准，然而，m i p v 4 越来越难以满足这些人们不断提出的要求， 同时i p v 4 本身也存在诸多局限性( 如：地址资源面临枯竭等) 。在这样的情况下， m i p v 6 被提出了。 近些年来，随着无线网络技术的不断成熟，大量资金的投入以及各种无线接 入设备的不断出现，都激励着许多人去开发一种更有效的机制，使得i p 终端在 变换移动子网时能够保持通讯的质量。但是由于无线网络的高移动性、低带宽、 高传输错误率的特性，以及移动口v 4 ( m i p v 4 ) 的内在原因，它的发展受到了地 址空间、安全性路由效率等因素的限制。 电子科技大学硕士学位论文 基于下一代网络协议的m i p v 6 表现出了其优越性，它可以很好的解决m i p v 4 中的三角路由问题，今后的几年中，它会比m r p v 4 得到更广泛的支持和接受。 然而我们知道当移动节点离开家乡网络的时候，必须要在新的子网中配置 个转交地址并与家乡地址进行绑定后才能继续进行通信，而从移动节点离开原来 的网络一直到它接收到绑定确认为止的这段时间中通信是中断的，我们称这段时 间为移交时延。这个时延一般有几秒的时间，对于时延敏感的应用，如v o i p 来 说，是无法忍受的。 很显然，如何减少无线网络的移交时延，降低丢包率，是现在的研究重点， 尤其是在网络带宽资源有限或昂贵的情况下，这就变的尤为重要。对此，很多文 章，草案中提出了许多基于m i p v 6 的移交方案，来对m i p v 6 的移交方案进行扩 充。 为了研究方便起见，移动节点在无线网络中移动的类型，被划分为宏移动和 微移动两种类型，我们研究的目的是寻求一种移交方案，使得我们花较小的代价， 就可以实现移动节点在无线网络中的无缝移交。 l _ 3 论文工作 在下一代网络中，m i p v 6 作为被认可的支持移动性的标准【1 在本文中对 它做了较详细的描述，通过对m i p v 6 的分析，我们发现了它在处理移交过程中 存在时延过氏、丢包率过高的问题。然后在对其它相关的基于m i p v 6 的移交方 案( f m i p v 6 1 2 和h m i p v 6 3 1 ) 的分析中，我们也发现了它们虽然都有各自的优 势，但同时也有自身的局限性。为了便于分析研究，我们引入了宏移动和微移动 的概念 1 5 【1 6 ，在此基础上我们提出了我们自己的移交方案f - h m i p v 6 一e r ，并 通过仿真对它的可行性进行了验证。 1 4 章节安排 本文章节安排如下： 第二章中，本文对m i p v 6 做了较详细的描述。通过对m i p v 6 局限性的分析， 引出了其它移交管理方案。对此，在随后的第三章中，介绍了快速移交方案 ( f m i p ) ，它主要是对m i p v 6 移交方案的一些扩展，通过对其局限性探讨。在第 四章中，引入了宏移动和微移动概念，并通过对h m p 进行分析，在第五章中， 提出了我们自己的移交方案。第六章介绍了仿真平台、仿真软件以及仿真场景的 2 电子科技大学硕士学位论文 搭建，第七章是对仿真结果进行分析和讨论，并对我们提出的移交方案的局限性 进行分析。最后一章是对论文的总结和对今后研究工作一些想法。 电子科技大学硕二 学位论文 第二章i p v 6 对移动性的支持 下一代网络协议( i p v 6 ) 于1 9 9 5 年被批准。它的建立是为了解决当前网络 协议i p v 4 其内在的局限性。最突出的一点就是全球i p 地址的分配不均，其中美 国占全球地址的7 0 以上，仅美国斯坦福大学所分配的i p 地址就比整个中国所 分配的护地址要多。公有口地址资源日渐紧张，虽然n a t 的提出将i p v 4 地址 有效的从3 2 位扩展到了4 8 位，使公有i p 地址资源的紧张得以暂时的缓解，但 是p 2 p 应用因为n a t 不能提供全球路由而无法使用，比如n e t m e e t i n g 。为了克 服这个问题就需要一个服务器对打算进行p 2 p 应用而失败的两个客户端之间进 行裁决。显然n a t 仍然不能解决全球公有地址分配不均的问题。 随着各个组织和机构在i p v 6 中的投资不断加大和i p v 6 本身具有的优势，如： 可扩展性、安全性、服务质量等。在移动性方面，i p v 6 在设计中针对于i p v 4 移 动性不足的问题，做了大量的工作，以期对移动i p 提供更好的支持。例如，使 用自动地址配置、转交地址以及转交地址通告等技术，克服了 p v 4 中典型的“三 角路由”问题，可以直接与相关通信节点进行通信，能够较好地使用在无线环境 下。 2 1m i p v 6 工作机制 由于在i p v 6 中有足够的地址空问，理论上i p v 6 允许有2 ”8 个地址。如此巨 大的地址空间使得地址的自动配置变得很简单，移动节点可以简单快速的得到一 个配置转交地址。在使用i p v 6 协议的互联网上可以直接接入移动主机，这是因 为1 p v 6 采脂的层次化的地址结构，这有些类似于电话号码的分布结构，可使路 由表的量减少而且层次分明，易于配置和监测，移动节点问可以实现直接通讯。 为实现在移动节点移动时仍能保持运输层的连接，移动节点必须始终保持一 个固定的口地址，也就是家乡地址( h o a ) 。家乡地址是用来识别端到端连接的 静态地址。不论移动节点移动到何处，其家乡地址都保持不变。另外，由于移动 节点的移动性，要想使通信顺利进行，移动节点必须要绑定一个与当前接入子网 相关的i p 地址，即转交地址( c o a ) ，发往某节点的数据包由这个地址来转交。 转交地址可以被认为使移动节点拓扑结构意义上的地址。与家乡地址网络部分匹 配的子网被称为移动节点的家乡网络，而其余子网成为移动简单的外地网络。家 乡网络上有一个路由器，记录了移动简单家乡地址与转交地址的绑定信息，这个 d 电子科技大学硕士学位论文 路由器就是家乡代理( h a ) 图2 一lm i p v 6 工作原理斟 移动i p v 6 的工作机制如图2 1 所示： 当移动节点接入到外地链路之后，移动节点可以通过移动榆测机制检测 到自己发生了移动，并根据在外地网络上接收的的路由器通告报文知道该链路的 子网前缀，通过无状态地址自动配置获得一个转交地址( c o a ) 。陔转交地址的 子网前缀和所接入外地链路的子网前缀相同。 移动节点使用c o a 向h a 发送绑定更新( b u ) 报文进行注册，h a 接受注 册后，在缓存中增加移动节点的信息，将移动节点的家乡地址和转交地址绑 定在一起，并在本地链路上发送路由器通告，声明自己是移动节点的i l a ， 所有发送到移动节点的数据包都会被 i a 截获。 相关通讯节点( c n ) 并不知道移动节点已经发生了移动，所以由c n 发往 移动节点的数据包仍然发送给心的家乡链路，h a 于是将该数据包截获。 h a 截获到数据包后，在缓存中进行查找，根据移动节点的家乡地址找到 对应的转交地址，并将数据包进行封装通过隧道发送到移动节点当前转交地址。 移动节点收到h a 发来的数据包后，进行解封装操作，由于该数据包是通 过 i a 发送过来的，c n 并不知道移动节点已经离开家乡链路，所以移动节点也必 须向相关通信节点进行注册。相关通信节点在自己的缓存中增加移动节点的当前 信息。 当相关通信节点继续向移动节点发送数据包时，会检查自己的缓存，发 现有移动节点的信息，并查到移动节点当前的c o a ，于是相关通信节点就把数据 电子科技大学硕士学位论文 包直接发送给移动节点当前的c o a ，不需要再经过h a 的转发，实现了路由优化 解决了i p v 4 中的“三角路由问题” 2 2m i p v 6 的移交 当移动节点在无线网络中离开当前予网，并连接到新的子i 删的某个接入路由 器( a r ) 的过程被称为移交【2 ，如图2 - 2 所示。 图2 2m 1 p v 6 移交不蒽圈 在移交过程中，移动节点( m n ) 既不能发送也不能接收报文，这是因为链 路层交换时延和i p 协议操作所造成的。这种来自标准移动口v 6 的移交过程大致 可以分为三个部分：移动探测、新转交地址配置和绑定更新。而每一部分的操作 都会产生一定的时延。 具体来说，移动探测的时延就是m n 在移动到一个新的网络后，等待接收 a r 所发送的路由器通告所需要的等待的时间。为了提供m n 适时的移动探测， 路由器发送的路由器通告( r a ) 的时间间隔不宣太短，因此m i p v 6 将r a 间隔 时问由i p v 6 在邻居发现协议中所规定的3 秒钟，缩短为o5 1 5 秒，这也就是 说m n 进行新的地址配置及注册，仍然可能需要等待5 0 0 m s ，新的r a 才能到来， 但是如果使用更小的r a 间隔，显然会增加r a 发送的数量，从而需要占用更多 的无线网络带宽，使得网络开销加大。因而这就需要考虑如何避免移动节点接收 6 ，霉 电子科技大学硕士学位论文 r a 在移交过程中消耗过多的时间，直到将此时间消耗去除掉。 新转交地址配置的时延是指，在新的网络中移动节点得到新的r p 地址所需 等待的时间。由于需要地址重复性检测( d a d ) ，因此这个时延也是一个相对可 观的量。这里我们需要考虑能否加快d a d 过程，或者使得主机在d a d 过程中 仍能保持正常通信。 此外，在m i p v 6 下，移动节点每次其转交地址的改变都会产生次针对h a 以及相关通信节点的绑定更新。如果m n 到h a ( 或c n ) 的距离比较远，那么 这个绑定更新就可能非常的耗费时间，从而在相当程度卜增长了移交时间。更糟 的是，m n 有可能频繁的发生移动，电就是说可能会频繁的改变转交地址，那么 移动节点与相关通信节点的通信，由于时延变大和丢包数增多，将显得断断续续， 通信质量受到严重影响，这是用户所不能容忍的。这比使得我们必须考虑能否将 移动节点的绑定更新过程本地化，缩短移动节点到家乡代理之问的距离，从而缩 短绑定更新时间。 目前，存在有几种关于m 1 p v 6 移交时延的定义以及划分，通过分析对比，我 们认为其中一种也是被广泛使用的一种定义比较合理 2 3 】。其中，移交时延被定 义为：从移动节点离开原接入媒介开始，到在新媒介中恢复与相关通信节点的通 讯为止，这样一段时问区间。如下图2 - 3 所示，移交时延包括3 个部分。其中 d 1 是指l 2 移交时延( l 2h a n d o v e rl a t e n c y ) ，也就是链路层特殊的移交时延，图 中表示的是8 0 21 l b 中对切换到新接入点( a p ) 的移交处理过程。d 2 表示的是 移动节点检测在新接入网中一个新的接入路由器( n a r ) 的存在和配置一个新的 转交地址( c o a ) 所占用的时间。这也被称为交会时延( r e n d e z v o u sl a t e n c y ) ，影 响交会时间的因素有：两个相邻a p 的覆盖域之间的距离或重叠情况，移动节点 的移动速度和主动路由器通告信标频率的影响。d 3 指的是注册时延( r e g i s t r a t i o n l a t e n c y ) ，是返回b u 给h a 十h 关通信节点和后来的恢复通信所占用的时间。 7 电子科技大学硕士学位论文 叫h an e wa r 数据包 数据包 ( ，脯旧的链接、卜：、 数据包 ( 接八新的链接卜 ( 移动检测卜一 一 、-，-、， 一 - 路南矧目告 筮， j 一 ( d a d ；琶成卜、 、一， 、1 绑常事新 生e 定确认 绑窜更新 韵掘墙寸 r1 图2 3m i p v 6 移交时延组成 对于l 2 移交在本文中不作过多讨论，因为它们依赖具体的物理传输技术而 且在网络层无法对它们进行任何改动，而交会时间是受路由器通告频率的影响， 注册时延是受通道时延和丢包数的影响。 2 3m i p v 6 的局限性 尽管i p v 6 从理论上有诸多优势，但由于移动i p 是一种新兴的技术，目前此 技术还存在许多不足，有些m l y v 4 中无法解决的问题m i p v 6 中仍然必须面对： 移动节点与i n t e r n e t 连接通常是无线链路，带宽与有线链路相比明显低 的多，因而误码率也要高很多。 节点发送数据包总是要查询其绑定缓存，确定是否有目标节点的绑定， 从而使时延加大。 移动节点在快速移动切换多个区域时，会频繁的给相关通信节点发送绑 电子科技大学硕士学位论文 定更新报文，消耗了带宽。 移动节点在移交( h a n d o v e r ) 过程中要向h a 和相关通信节点进行绑定 更新和注册，在此期间移动节点无法进行通信，这个时延对于实时业务 和对时延敏感的应用来说是无法忍受的。 当移动节点从一个接入路由器移动到另一个时，m i p v 6 允许这个移动节点保 持它到i n t e r n e t 的连通性，这个过程被称为移交。在移交期间，有一个时间段移 动节点不能收发数据包，这是由于链路交换时延和i p 协议操作。这个“移交时 延”是由标准的m i p v 6 规程所引起的，即移动检测、新转交地址配置和绑定更 新，这些操作的组合时延通常无法被实时应用业务所接受，如：v o i c eo v e ri p 。 减少移交时延对非实时应用，吞吐量敏感型应用也有好处。 目前移动i p v 6 研究工作的热点是针对如何减少移交时延和降低掉包率展 开，对于移交策略和移动性管理方案的扩展。i e t f 也提分别出了一些草案如f a s t h a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 和h i e r a r c h i c a lm o b i l e1 p v 6 等。这些将在后面的章节中 详细讨论。 9 电子科技大学硕士学位论文 第三章快速移交方案 在前面对m i p v 6 的描述中，我们知道它的移交包括移动检测、i p 地址分配 以及位置更新。这些操作的总体时延通常会使实时应用( 如v o l p ) 无法忍受。 而我们即将要介绍的快速移交方案( f m i p v 6 ) 是希望通过特殊的链路层触发机 制，对移动节点移动进行预测，使得移动节点在检测到新的子网或是被新的子网 接入路由器检测到的时候，可以立即进行数据包的传送，并达到最终的无缝移交 目的。f 面我们就对这种移交方案的特性迸行深入的分析。 3 1 快速移交方案 “i p 连通性”是决定移动节点( 蹦) 在新的子网链接中能否立即发送数据 包的重要因素，它是由移动检测时延和新转交地址( n c o a ) 配置时延决定。一旦 移动节点在新的子网链接中有i p 能力，它就可以发送绑定更新给它的家乡代理 ( l a ) 和相关通信节点( c n ) 。如果相关通信节点成功的处理了此绑定更新，移 动节点就能够用n c o a 接收报文。 图3 1f m i p v 6 移动示意图 当移动节点仍连接在当前子网时( 也就是图1 中的p a r ) ，m i p v 6 快速移交 方案( f m i p v 6 ) 通过提供新的a p 和楣关子网前缀信息，使移动节点能快速的发 - 1 0 电子利技大学硕士学位论文 现它移往一个新的子网。例如，一个移动节点使用链路层特殊的机制( 如w l a n 中的“s t a l l ”) 发现有效a p ，然后申请与之相一致的予网信息。这些操作，移 动节点可能放在执行完路由器发现之后，电可以放在与当前路由器相连的任意时 刻。解析与a p 相关的标识符的结果是一个 a p i d ，a r - i n f o 字节组，移动节点 用它可以很容易地进行移动检测：当连接到一个a p 时，移动节点通过a p _ i d 可 以知道对应的新的路由器信息，包括：子网前缀、i p 地址和l 2 地址( r t s o i p r 和p r r t a d v 报文通常被用于协助移动检测) 。 当移动节点仍存在于p a r 的链接时，通过路由器请求代理( r t s 0 1 p r ) 和代 理路由器通告( p r r t a d v ) 报文，也配置一个预测的新地址( n c o a ) 。因而，消 除了发现新子网前缀所产生的时延。并且，这个预测的新地址在连接到新子网 ( n a r 的子网) 后，一旦移动节点收到f b a c k 报文，它就可以立即被使用。如果 移动节点没有收到f b a c k ，移动节点就会通过f n a 宣布它的连接，它仍可以再使 用n c o a ；万一n c o a 已经被使用，n a r 就要对f n a 做出响应。这样，n c o a 配置时 延彼减少了。 为了减少绑定更新时延，f m i p v 6 指定了一条p c o a 和n c o a 之间的隧道。移 动节点发送一个f b u 报文给它的p a r 来建立这个隧道。在可行的时候，移动节点 应该从p a r 的链接发送f b u ，否则，移动节点应该在发现连接到n a r 之后发送它。 无论怎样，其结果是使p a r 开始将发往n c o a 的数据包通过隧道发送给p c o a 。这 个隧道会一直保持有效，直到移动节点完成与相关通讯者的绑定更新。反过来， 移动节点应该通过反相隧道发送数据包给p a r ，直到它完成b u 操作。而且，p a r 应该在隧道中转发内部数据包给相关通信节点。由于入口过虑，这样的反相隧道 确保了以p c o a 为源地址的数据包不被丢掉。读者可能注意到，即使移动节点在 新的连接中有i p 能力，如果没有相应的为n c o a 建立一个绑定缓存表项，它也不 能直接使用n c o a 和相关通信节点通信。支持p c o a 的转发功能是通过移动节点和 p a r 之间的反相隧道提供。 除非n a r 能检测到移动节点的存在，否则单独建立条隧道并不能保证移动 节点一连接到新的子网就能够接收数据包。邻居发现操作包括邻居的地址解析 ( 即，邻居请求和邻居通告) ，它会引起相当大的时延，有时会持续几秒。为减 少这个时延，移动节点通过f n a 报文宣布它的连接，使n a r 认为移动节点可达。 如果没有相关表项，f n a 会让n a r 建立一个。如果n a i l 已经有一个表项，f n a 就 会更新自己的表项同时也产生了地址冲突的潜在可能。通过为p c o a 和快速通告 建立隧道，f i i p v 6 不仅提供了到移动节点的快速数据包转发，同时电提供以下 1 1 电子科技大学硕士学位论文 重要功能： a r 可以通过交换报文来确定被提议的n c o a 是否可用。例如，当移动节点从 p a r 的链接发送f b u 时，f b a c k 可以在n a r 认为n c o a 可用后被转发，这点在地址 被a r 分配时特别有用。 n a r 也可以依赖它与p a r 的信任关系为移动节点提供转发，也就是说，它可 以为n c o a 建立一个转发表项。 最后，a r 可以连同移交一起，传输网络常驻信息，如：接入控制、q o s 、首 部压缩等，对丁二所有这些操作，f m i p 提供了“移交初始化”( h i ) 和“移交确 认”( h a c k ) ，f m i p 中这两种报文都必须被支持和使用。 3 2f m i p v 6 操作流程 移动节点向它的接入路由器发送r t s o l p r 报文请求具体的子网信息，作为回 应，接入路由器( 如图3 - 2 中的p a r ) 发送回一个p r r t a d v 报文，其中含有一个 或多个 a e i d ，a r - i n f o 字节组。需要指出出的是，移动节点可以在任意适当的 时间发送r t s o l p r ，例如，作为某种链路层触发的响应，或者只是在执行了路由 器发现之后发送，不过，希望是在发送r t s o l p r 之前，移动节点就已经通过具体 的链路层方法发现有效的接入点。 由p r r t a d v 中提供的信息，移动节点可以配置一个预测的n c o a 并发送一 个快速绑定更新( f b u ) ，f b u 的目的是授权p a r 去绑定p c o a 和n c o a ，使得 到达的报文能通过隧道被转发到移动节点的新位置。只要事机合适，这个f b u 应该从p a r 所在的链接被发送出去，例如，一个内部具体链路触发器能够使f b u 在前链接发出。如果不可行，f b u 也可以在新链接中发送。必须保证f b u 中断 n c o a 不能与新链接中的地址发生冲突，为此，当f b u 在n a r 的链路中被发送 时，它里面需要封装并使用f n a 。 在前链路中是否收到f b a c k 报文，很显然是要看f b u 有没有先被发送，根据 这一点，f m i p v 6 的草案将移交划分为两种模式；预测式快速移交( p r e d i c t i v e f a s t h a n d o v e r ) 和反应式快速移交( r e a c t i v ef a s th a n d o v e r ) 。两种模式下的快速移交 都需要依靠二层技术的支持，二层信号使知道目前它所在位置上的接入点 ( a c c e s sp o i n t ) 信息，并且m n 能根据二层信号的情况而被触发进行某些操作过 程。下面我们会首先介绍预测式快速移交的操作过程，而两种模式的区别将在稍 后介绍。 1 2 电子科技大学硕士学位论文 32l l 预测式快速移交 为了便于研究，我们通过对草案的分析认为，对预测式快速移交操来说，其 移交过程可以分为三个阶段对于这一过程，其中有三个阶段：移交初始阶段( h i ) 、 隧道建赢阶段( t e ) 和数据包转发阶段( p f ) 。 n a rp a r愀 路由嚣谙求f h 目f r t & ) 1 n ) 代押路南嬲再告( p r r t a d v ) ， 1 手节1 始 p ( h i ) - 濂绑宦1 尹新( f b u )1 一。 h a 阿- - 诵讨隧j 静辅湘弋嗽州 j通讨隘酋骨i 关f b a c k 鞫眦a rf r a c k ( 从p a r 脱离广一， 蔓窭匝j j 、 l 一 带有f 诜项的2油器请求 带有n 傩斌i 融1 路由器通告 慧潢醛i 酋 立 一 锹- - p , l ! 苹1 i t a 一 1r 图3 2 预测式快速移焚操作、梳程 如图3 2 所示，预测式快速移交模式的移交操作过程如下： 移交初始阶段： 在移动中，如果移动节点检测到当前链路的信号强度减弱到限定门限以 下，而相应的其它链路的信号增强，就会触发f m i p v 6 协议，向p a r 发出 路由器请求代理通告( r t s o l p r ) 。 作为回应，眦t 根据其中的链路层标识符，回复移动节点4 个代理路由 器通告报文( p r r t a d v ) ，这个通告中包含n a p 的链路层地址、它的t p 地 一1 3 电子科技大学硕士学位论文 址以及用来生成n c o a 的子网前缀。如果是移交是由网络触发的，那么它 就会发送一一个未经请求的p r r t a d v 给m n 。 隧道建立阶段： 移动节点在t 改至u p r r t a d v 后，它会向p a r 发送一个快速绑定更新( f b u ) 消息。 p a r 收到f b u 后，就会向n a r 发送一个移交初始化( h i ) 消息，目的是 建立p a r 和n a r 之间的双向隧道，并确定移动节点生成的n c o a 是否唯 和可用。 n a r 收到瑚后，它就会通过建立一个指向p c o a 的邻居缓存表项( 电就是 说需要地址解析) ，为移动节点的p c o a 设置一个主机路由，n a r 将配置 隧道端口，并对m n 申请的n c o a 进行重复地址检测，如果唯一，就通过 代理邻居通告对n c o a 进行- - d , 段时间的维护。 n a r 完成隧道配置以及重复地址检测工作后，将向p 媪发送一个移交确 认( h a c k ) 消息。如果n a r 检测到m n 所申请的地址不能使用，它将在 h a c k 中返回个可用的n c o a 给p a r 。 p a r 收到h a c k 之后，说明隧道建立成功，它会立即向移动节点和n a r 发送一个快速绑定确认( f b a c k ) 报文，告知m n 绑定己建立，它可以使 用的n c o a ，并告知n a r 它己与m n 确认了快速绑定操作。 这样，p a r 可以利用隧道向移动节点转发目的地址为p c o a 的报文，移动 节点也可向相关通信节点等外部节点发送报文。 数据包转发阶段： 当移动移动节点到达新的链接，它就会发送给n a r 一个路由器请求 ( r s ) 。这个路由器请求中包含有一个快速邻居通告( f n a ) ，它是一个 带有n c o a 的i p v 6 地址选项。其目的是通知n a r ，如果它先前已经设立了 一个代理邻居缓存表项，就停止对这个n c o a 唯一