（计算机应用技术专业论文）移动ipv6快速切换机制的研究与实现.pdf

北京邮电大学硕士论文擒骥 摘要 随着i n t e r n e t 技术和下一代移动通信技术的发展，各种无线接入技术鼹出不 夯，i p 网络逐渐成为基础网络，熬予觅线接入的i p 业务应用需求也不断增长。 与此同时，笔记本电脑、移动电话、p d a 及各种智能终端技术的迅猛发展，使 得人们总是希望自己的移动终端能够保持永远在线，即使是在移动状态也能够被 其他人访问。因此，i n t e r n e t 在不断发展宽带的基础上开始向移动i n t e r n e t 拨媵演 进，移动计算已经成为i n t e r n e t 拨展迫切需要的关键技术之一。 穆动i p v 6 是最近几年新兴的技术，它是随着很多新技术的不断发展丽发展 黥，包括i p v 6 技术、移动l p 技术、穆动通信技术及各种移动终端技术的绶聪。 键建，移动t p v 6 是一个爨来完全标熬化的按议，嗣裁移动i p v 6 系统多为实黢鼹 毽系绞，可爱熬亵翌系统死乎没奄。 系统瞧瑟是影响移魂i p v 6 系绞释鬻稳重要因素。姨菜耱意义上采谈，移渤 i p v 6 协议只是解决了移动往支掩阏题，箍系统性能豹提高还需要解决一鍪披术 上的关键问题，切换问题就是其中的关键问题之一。 本文在系统分析移动i p v 6 切换瓣时的基础上，研究和探讨移动i p v 6 的快遮 切换机制，以w l a n 作为无线移动寂骏环境，结合l i n u x 操作系统的特点和移 动i p v 6 的技术要求，利用w l a n 阏络i e e e8 0 2 1 1 b 协议的技术特性，撬出程 l i n u x 系统平台实现移动i p v 6 快速切换特性的解决方案，并给出具体关键技术的 实现细节和钡4 试结果。 l 关犍词l i p v 6 ；穆动i p v 6 ；翅按：锈揍鬣籍尊；快速锈换；转交这垃；缀定爻瑟；袋巍 隧遥；w l a n l 2 t r i g g e r s ：l i n u x n e t f i l t e r 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 w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e tt e c h n o l o g ya n dn e x tg e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ，m o r ea n dm o r ek i n d so fw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g i e sw i l ib e i nu s e w h i l ei pn e t w o r k sg r a d u a l l yb e c o m et h ei n f r a s t r u c t u r e s j ps e r v i c e s b a s e dw i r e l e s sa c c e s sw i l lb em o r ea n dm o r ew i d e s p r e a d a tt h es a m et i m e ， m a n yk i n d so ft e r m i n a l st e c h n o l o g i e so c c u r si n c r e a s i n g l ys u c ha sl a p t o p s ， m o b i l ep h o n e sa n dp d a s p e o p l ew i s ht h e i rt e r m i n a l sc a nk e e pa l w a y so n l i n e e v e nt h o u g ht h e ya r em o b i l e t h e r e f o r e i n t e m e tb a s e db a n d w i d t hb e f o r ej s e v o l v i n gi n t om o b i l eln t e r n e ta n dm o b i l ec o m p u t i n gb e c o m e so n eo ft h ev i t a j t e c h n o l o g i e st op r o m o t e t h ei n t e r n e td e v e l o p m e n t m o b i l ej p v 6i sa na r i s e nt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s a n di t sd e v e l o p m e n tg o e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a n yn e wt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gi p v 6 m o b i l eip ， m o b i l ec o m m u n i c a t i o n sa n dm o b i l et e r m i n a l s h o w e v e r , m o b i l ef p v 6i sn o l s t i s t a n d a r d i z e d a n dn o wm o s to ft h e i ri m p t e m e n t a t i o n sa r et h ee x p e r i m e n t a l p r o t o t y p es y s t e m s ，n o n e o fw h i c hi sa v a i l a b l ei ne n t e r p r i s e s p e r f o r m a n c ei st h ev i t a if a c t o rt od e p l o yt h em o b i l el p v 6s y s t e m s m o b i l ei p v 6 p r o t o c o lo n l ye l i m i n a t e st h ep r o b l e mo ft h em o b i l i t ys u p p o r tt os o m ed e g r e e ， b u tt h e r ea r es o m ek e yt e c h n i c a lp r o b l e m st od e a lw i t hf o ri m p r o v i n gt h e s y s t e mp e r f o r m a n c e h a n d o v e r i so n eo ft h e s ep r o b l e m s t h i st h e s i sf i r s ta n a l y s e st h eh a n d o v e rl a t e n c yo fm o b i l el p v 6s y s t e m a t i c a l l y t h e nd i s c u s s e sa n dr e s e a r c h e st h ef a s th a n d o v e rm e c h a n i s m s t h i sp a p e r b a s e dw l a nm o b i l ew i r e l e s se n v i r o n m e n t ，p r o p o s e st h es o l u t i o n ss u p p o r t i n g f o rf a s th a n d o v e rf e a t u r e sb yu s i n gw l a n8 0 2 1 1 bi i n kl a y e ra n dl i n u xk e r n e l c h a r a c t er j s t l c s t h e nd e s c r i b e st h ed e t a i l so f i m p l e m e n t a t i o na n da n a l y s e s t e s t i n gr e s u l t s f k e yw o r d s i p v 6 ；m o b i l ei p v 6 ；h a n d o v e r ；h a n d o v e rl a t e n c y ；f a s th a n d o v e r ；c a r e - o f a d d r e s s ：b i n d i n gu p d a t e ：b i - d i r e c t i o n a lt u n n e l ；w l a n ；l 2t r i g g e r s ；l i n u x ： n e f f i l t e r i i ，v 北京邮电大学硕士论文前言 1 1 课题背景 第1 章前言 随游i n t e r n e t 技术的商迭发展，i p 网络逐渐成为基础网络，人擞的生活越来 越依赖于i n t e r n e t 。与此同时，笔记本电脑、移动电话、p d a 及备种智能终端技 术的迅猛发展，使得人们总楚希望自己的移动终端能够保持永远在线，即使是在 移动状态瞧能够被箕强人绣阉。因此，i n t e r n e t 袭不断发震竟繁熬麓旗土囱移动 i n t e r n e t 发震演逶，移葫诗簿毫经藏为i n t e r n e t 发涎遥餐器要懿关键坡零之一。 移动i p v 6 是最近几年新兴的技术，它是隧着很多新技术的不断发展而发展 的，包括i p v 6 技术、移动i p 技术、移动通信技术及各种移动终端技术的发展。 当前，i n t e m e t 技术和移动通信技术已成为信息领域中发展最快的潮大关键技术， 移动通信和i p 技术的结合楚通信技术发展的必然结果，移动i n t e r n e t 已成为未来 互联网络的发展方向。 i p v 6 蹩1 9 9 8 年盛i e t f 在r f c l 8 8 3 定义敬下代互联嚣懿菝心协议。孝霾i p v 4 褶比，i p v 6 具有很多优点，但它的发展遇到了很多困难，除了技术因素外，没 有很好的应用和市场也怒限制其发展的主臻原因。第三代合作伙伴关系计划 ( 3 g p p ) 己将i p v 6 作为撼于i p 的多媒体服努协议。这也是迄今为止，唯一在 实际系统中使用i p v 6 的成闱。因此，i p v 6 的发展需要移动i p v 6 的发展来推动， 只有农冀实的应用中才能炎分发挥i p v 6 的技术优势。 移葫i p v 6 菠零正是在这群懿鸷曩下产生； 瑟发震超寒愆，它磊经艘戈寒来移 动计算环境中的关键技术。遁过使用移动i p v 6 ，移动设备可默程移动计算环境 中自由移动，不用手工配黼任何网络信息就能够继续通信，并且髓保持正在进行 的网络连接不被中断。但怒，仅仅是实现穆动性是不够的，移动计箨环境还必须 能够搬供良好的性能支持，包括切换、a a a 、q o s 和安全性支持等。 1 2 课题来源及意义 切换问题是移动计算环境中最基本的问鼷。当移动节点从家乡链路或当前链 路漫游移动到外地链路时，对于实时要求较高的成用就存在切换问题。研究切换 问题的意义在于提出一种减少切换时延和丢包率的方法，从而为寅时应用提供良 好的服务保证。最理想的切换是指同时具备快速切换和平滑切换能力的无缝切 换。快遴切换就是要求系统舆育最小筑切换聪越，平潺切换刚要求系统具备最低 弱丢惫率。 本谍题的来源是国家计划委员会8 6 3i 员爵“下一代互联网实骏环境”的子项 目，其目的是在c e r n e t 构建一个无线互联网实验环境，并支持i p v 6 协议和移 动i p v 6 ，并提供良好的系统性能，包括最小化的切换延时和一定的q o s 保证。 北京邮电大学硕士论文h u 吾 研究移动i p v 6 快速切换机制对于研究i p v 6 协议本身有着重要作用，同时也 为进一步研究与第三代移动通信的结合提供了理论基础和实践经验，对于推动 i p v 6 和移动i n t e r n e t 技术在我国的应用和发展具有重要的意义。 1 3 研究目的 我们的研究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代互联网技术综合实验环境中自由移 动( 具体实现可以模拟为将它的网线连接到另外一个子网) ，不用手工配置任何 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。 本课题主要研究和探讨移动i p v 6 的快速切换机制，以w l a n 作为无线移动 实验环境，结合l i n u x 操作系统的特点和移动i p v 6 的技术要求，利用w l a n 网 络i e e e8 0 2 1 i b 协议的技术特性，提出在l i n u x 系统平台实现移动i p v 6 快速切 换特性的解决方案，并给出具体关键技术的实现细节和测试结果。 1 4 国内外研究动态 目前因特网协议是i p v 4 版本，i p v 6 作为新版本的i p 协议，继承了i p v 4 协 议的许多特性，其巨大的地址空间将能满足因特网的快速发展，并且也正在集成 移动性、安全性和服务质量等内容。i p v 6 的主要技术特征表现在：全新的i p v 6 地址管理方案；对安全性的特别支持；对移动性提供了内在的支持；对服务质量 的扩展支持；定义了流的优先缴，分别支持不同的业务需求等。与i p v 4 比较，i p v 6 彻底解决了地址空间耗尽和路由表爆炸等问题，而且使支持安全、主机移动以及 多媒体成为i p 协议的有机组成部分。该协议可使路由器处理报文更加简便，扩 展性电更好。目前，i p v 6 的实验网6 b o n e 已在全球扩展，i p 协议从i p v 4 过渡到 i p v 6 的轮廓已经越加清晰。 i p v 41 办议本身并不提供任何移动性支持。针对这一情况，i e t f 组织于1 9 9 6 年丌- 始制订支持移动因特网设备的协议。该移动i p 协议有两种版本：基于i p v 4 的移动i p v 4 和基于i p v 6 的移动i p v 6 。 移动i p 于1 9 9 6 年6 月由i e s o ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) i r a 过，并 于19 9 6 年1 1 月公布为p r o p o s e ds t a n d a r d 。对于移动i p v 4 ，i e t f 的移动i p 工作 组( i p r o u t i n g f o r w i r e l e s s m o b i l e n o s t s ) n 订了一系列标准，详细情况可参考相关 r f c ( h t t p ：w w w i e t f , o r g h t m l c h a r t e r s m o b i l e i p - c h a r t e r h t m l ) 。但是，移动i p v 6 的 标准是i e t f 的讨论热点，最新的d r a f t 为第2 0 版( d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 2 0 t x 0 。 移动i p v 6 的设计借鉴了移动i p v 4 开发的经验，并且结合了i p v 6 协议的新 特性。在移动i p v 6 中，定义了3 个操作实体：移动节点( m n ) 、通信节点( c n ) 、 家乡代理( h a ) ；定义了4 个新的i p v 6 目的选项：绑定更新、绑定认可、绑定请 求和家乡地址选项；为“动态家乡代理地址发现”定义了两个i c m p ( i n t e r n e t c o n t r o lm e s s a g e p r o t o c 0 1 ) 消息：家乡代理地址发现请求i c m p 消息和家乡代理地 址发现应答i c m p 消息：为“邻居发现”定义了两个新的i p v 6 选项：广播时间 间隔选项和家乡代理信息选项。 北京邮电大学硕士论文前言 移动i p v 6 技术的磷究方向集中在宏观移动性和微观移动性两个方面。微观 移动主臻若于“无缱”切换，这包括快速切换和平滑切换，一些关于服务质量、 a a a ( 烬定、认证和计费) 、组援和流量工程等阀题也是广泛研究的热点。 鞫镶，国内外商缀多缎织或者机构在对醑究移动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镜。但是，到目前为止，遥没有任何组织 对移凑i p v 6 系绞瓣莰遴翻挟特性挺袋是够熬吏簿。下嚣藏照不裁麴操孬系统来 分别避行介绍： 1 4 。1l i n u x 系统下的实验系统 1 4 1 。im l 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 ：该系绞最攀怒囊芬兰赫尔睾蓥技术大学翡h u t s o f t w a r ep r o j e c t 磺舀歼黢，现在国赫尔辛麓大学酶通德与多赚体实验室瀚 g o c o r e 项目组负资后续的丌发工作。m i p l 项目更新速度快，并鼠支持最新的 l i n u x 内核版本。泼项目基于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 黧蘸懿实瑗遵疆i e t f 垂毫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 一1 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 ，当前系统舨本建0 ，9 ，5 1 ，可阻驮 h t t p ：w w w i t i i p l ，m e d i a p o t i ，c o r n 得到。 液零指标： 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 t x t 平台；l i n u x ( 2 4 2 0k e r n e l ) 簸鞭舨本：m i p v 6 0 ；9 5 v 2 鱼2 0 ( 2 0 0 3 i 8 ) 下载；打包的源文件，包括安装说明，辅助工具 参考网蛙：嫩t p ：w w w m i p l m e d i a p o t i c o m 1 4 。1 2l a n c a s t e rm o b i l ei p v 6p 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 ：该系统屈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 ) 的计算毒强系的i p v 6 小组开缎缒，主要硬究如何利用i p v 6 的技术特性 来建交典有赢凄邋斑往豹移动通蔼阚终，缓箱户能在广泛鹣、舅桷的无线通德黼 络中爨出移动。律为r a s c a l 项目的熏要组成部分，l a n c a s t e r 移动i p v 6 系统霹 | l f 豹叛本是1 9 9 8 拳发东的0 , 4 版，款 牛黩霹娃扶主夏键攘 h t t p ：w w w c s i p v 6 ，l a n c s a c ，u k i p v 6 m o b i l e l p 褥猁，其实现灌德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 日以张该项目就一 直来煎新。 羧求指标 栋准：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 乎螽：l i n u x ( 2 、i ，9 0k e r n e l ) 墩新版本：v e r s i o n0 , 4 ( 1 9 9 8 3 6 ) 下载：编译好的内核模块、辅助正具 参考刚址；h t t p ：l w w w c s i p v 6 1 a n c s 。a c 。u l d i p v 6 , q v l o b i l e l p 北京邮电大学硕士论文刖蟊 1 4 2b s d 系统下的实验系统 1 4 - 2 1m 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 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 预目属于美凰r i c e 大学的 计算枫辩学学院。项曩圭簧集中研究支持无线秘移动主枫的网络，内容包括镪议 设诗、实现、瞧驻谔售等篱。移瑟i p 是该矮弱鹤一令子顼嚣，跫缝发行了移蚤 i p v 4 秘移动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p r e e b s d 内核22 ，x ， 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 关于穆幼i p v 6 的早期蕈案版本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，之后就设有更新的实现。详细情况 可参考h t t p ：w w w m o r t 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 。 技术疆爨： 标维：d r a f t - i e t f - m o b i t e i p - i p v 6 3t x t 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 ) 下裁：编译好的内桉模块、辅助工具 参考阚址；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 ej p v 6 h t m l 1 4 。2 + 2 | 强酝嚣p r o j e c t g a m e p r o j e c t ：这是【熬嗣本w i d e ( w i d e l yi n t e g r a t e dd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n 0 组织从攀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 能正猩开发之中，包括n e c 和e r i 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 协议找，它实现了i e t f 关于移动 i p v 6 懿革案版本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 ) 戆全部功能。其实瑷基于 f r e e b s d 海孩4 xf 当蕤楚f r e e b s d 4 ，3 帮n e t b s d l 5 ) 及羧主叛本，矮髂可参考 h t t p ：w w w 6 b o n e n e e c o d p 。 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 m p - i p v 6 1 3 t x t ) 的念郁最新功能。 其实现基于f r e e b s d 内核4 2 x 及以上版本，完整的软件包可从链接 f t p ：t i p + k a m e n e t p f i b k a m e c o n t r i b l m i p 6 e r i c s s o n 德到。 1 4 3u n i x 系统下的实验系统 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 n a r l s 操作系统的，傻不支持移动i p v 6 ，假是s u n 公司 已缓袭示要在嚣续叛本中支持移动i p v 6 。谨缨壤猿霹套闼链接 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 n 豪都电大警矮论文蘩言 1 4 4w i n d o w s 系统下的实验系统 m i c r o s o f tm i p v 6p r o i e c t ：微软公司一赢积极参与i p v 6 协议栈的研发工作， 继2 0 0 t 年发布i p v 6 的徐议棱软件包后，微软公司在最掰我w i n d o w sx p 操传象 绞巾e 经两嚣支持i p v 6 。在移囊i p v 6 豹疆究主，徽较鞠荚嚣兰专簸特大学合作， 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 辩移动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 萆絮版本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b 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 。 s ，酣 j 宗藤毫太攀矮圭论文移麓i p v 4 v 6 菠零 第2 章移动i p v 4 v 6 技术 2 。1 移动i p v 4 技术【1 i s l 【1 8 】 2 1 1 移动i p v 4 产生的背景 理解移动i p v 4 ，茵先要理解计算机邋信的分层模型，以及番层在整个协议 找中瓣 乍嗣。霹终鼷，毽羲是牙放系绞互逡o s i ( o p e ns y s t e m si n t e r c o n n e c t ) 摸 登敬第三层，受责将数撼包麸潺节点路囱澍磊熬遗，中阉穿避蠢链籍、交换设备 和路由器等构成的各种网络拓 l 、。主辊和路出器则通过手工瓣鬣、重定向和动态 路由仂、议获得到达网络各目的节点的路径。 i p 为i n t e r n e t 提供了路由能力。i p 给所有节点( 主机和路内器) 分配逻辑地 址，称为i p 地址，每螽主机的各个端口都分别有一个i p 地址，端口是指节点与 一祭链路稳连对经过的硬件或软 牛。i p 戆壹虚惫括网络兹缀秘烹枧部分，同一袈 镰潞上熬获育主毒蔻逶鬻毒耀嚣夔圈终裁缀露不嚣靛主撬零分，送镬镬疆可敬袋 据强的节点l p 地缝静潮络前缀部分采避行路出选择，从丽使鼹出器只需保存一 条简单的网络前缀路幽，而不必为每台主机保存一条单独的路幽，这是i n t e r n e t 可扩展性的一个主要特点。 出于采用了网络前缀路由，如果节点从一条链路切换到男一条键路而没有改 变它的i p 地址，那么它就不可s 在颓链路，t 接收到数据包。扶瑗论上说，这可 骇通过涎，霹l 跨定主秘鼹癜( 与网络蔻缀爨囊稳澍应) 来簿凌。瞧就是谖，每当圭 视移动时，就囱许多螽鼹由器传送特定主税貉由，然丽，这攀争方法在可扩震幢、 可靠性和安全性方面都存在问题。另一种方法是在数据链路滕解决这个问题，遮 要求对每一种链路定义一种解决方法，而鼠数据链路层提供的移动能力在地理范 围上受到限制。 还有一种可能的躺决方法是当节点从一条链路切换到努一条链路时改变节 点载i p 趣蛙。然露，遨会镬t c p 嚣毫屡协议中錾，霆戈宅餐簧求遥整对壤弱l p 滤疑在整个连接过程中绦持不变。勇岁 ，鲡豢漫游节点每次移渤嚣季都改变它稍豹 i p 地址，那么要想及时地得到它们的i p 地址可能很困难，即便漫游节点每次都 及时更新d n s ( d o m a i nn a m es y s t e m ) ( 尽管存在安全问题) ，宦的对端通信节 点也无法知道它返回的i p 地址是否已经过期了。 移动i p v 4 使得节点在从一条链路切换到男一条链路上时凭霈改变它的i p 地 簸，瞧不必中断歪在送嚣的送信。移蘸i p v 4 惩凌了蘸瑟提戮避约各秘方案疑存 在豹可靠牲、安全程、可扩震毪及与媒分翻关等麓殛。另终，移动节点在移凄时 无需改变i p 地址还解决了其他一些闯题，如应用程序所用的黻嚣数据库、基于 喇络的注册协议相关问鼷等，而且使得移动节点既可以是客户也可以是服务器。 我们认为这一点在将来会变得越来越重要。 北京邮电大学硕士论文移动i p v 4 v 6 技术 移动i p v 4 于1 9 9 6 年6 月由i e s g ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) 通过， 并于1 9 9 6 年l 1 月公布为p r o p o s e ds t a n d a r d 。对于移动i p v 4 ，i e t f 移动i p 工作 组( i p r 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 ) 制订了如下标准： 夺r f c3 2 2 0 定义了移动i p 协议，废弃了r f c 2 0 0 2 ； 夺r f c2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 定义了移动i p 中用到的三种隧道技术； 夺r f c2 0 0 5 叙述了移动i p 的应用； 但是，到目前为止移动i p v 6l i ”的标准仍在制定的过程中，其中的建议正作 为i n t e r n e t d r a f t 在i e t f 激烈地讨论，并经历了多次版本的更新，目前最新的d r a f t 为第2 0 版本( d r a f t i e t f - m o b i l e i p i p v 6 2 0 t x t ) 。 移动i p 本身是i n t e r n e t 标准协议的一部分，它增强了i p 的现有功能。目前， 定义移动i p v 4 的文件有r f c2 0 0 2 r f c2 0 0 6 。由于移动i p 是一个网络层的解 决方案，所以为提高移动节点上应用程序的性能雨对数据链路层、t c p 和应用层 协议进行改进是非常重要的，但这并不是移动i p 的研究范围。 2 1 2 移动i p v 4 的四种实体 移动i p v 4 协议定义了四个新的功能实体： 移动节点一这是一台主机或路由器，它在切换链路时不改变它的i p 地址，也 不中断正在进行的通信。 家乡代理这是一台路由器，它有一个端口连接在移动节点的家乡链路上， 这个端口截获所有发往移动节点家乡地址的数据包，并通过隧道将它们送到移动 节点最新报告的转交地址上。 外地代理一这是一台有一个端口在移动节点的外地链路上的路由器，它帮助 移动节点完成移动检测，并向移动节点提供路由服务。例如在移动节点使用外地 代理转交地址时，对通过隧道到达的数据包进行拆封。 对端通信节点一这是与移动节点进行通信的对端通信节点，可以是一台主机 或路由器。 家乡代理和外地代理一般是运行在传统路由器或主机( p c 或工作站) 上的 软件系统，移动节点则可能是具有可便携陛的计算机，如笔记本电脑等。通常一 个节点可以是一些移动节点的外地代理，同时又是另一些移动节点的家乡代理。 在有些情况下，移动节点、家乡代理和外地代理三个实体可以同时在一个节点上 实现。 2 1 3 移动节点的两种地址 家乡地址一这是移动节点的对端通信节点们所知道的移动节点的i p 地址。当 移动节点在因特网上移动时，它的家乡地址是不变的。移动节点家乡地址的网络 前缀与在它的家乡链路上的节点的网络前缀是一样的。移动节点的家乡地址、家 北京邮电大学硕士论文移动i p v 4 v 6 技术 乡键路和家乡代理是密切相关的。 转交地址一移动节点将这个地址暂时作为从移动节点的家乡代理发出的隧 道的出口。当移动节点在因特网上移动时，转交地址是会改变的。转交地址有两 类：外地代理转交地址是有一个端口在移动节点当前链路上的那台外地代理的地 址，而配置转交地址是暂时分配给移动节点某一个端臼的地址。移动节点的转交 地址、外地链路和外地代理是密切相关的。 2 1 4 移动节点的三种功能 移动节点定义了三种功能，三种功能大致按以下顺序发生： 2 1 4 1 移动检测 移动检测需要执行代理搜索过程。移动节点通过移动检测完成以下工作： 夺决定移动节点当前连接的是家乡镊路还是外地链路： 夺决定移动节点是否从一条链路移动到了另一条链路上； 夺当连接在外地链路上时，移动节点取得一个转交地址； 代理搜索是移动节点确定它的当前位置、检查它是否移动了以及得到一个外 地代理转交地址的方法。如果在移动节点的外地链路上没有外地代理，那么移动 节点可以通过手工配置、p p p 协议的i p 控制协议i p c p ( i pc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 或 通过d h c p 得到一个配置转交地址。代理搜索通过家乡代理和外地代理周期地 发送代理广播消息来实现，代理广播消息是i c m p 路由器广播消息的扩展，移动 节点也可以发送代理请求来要求在它当前链路上的代理立即发送一条广播。 注册是移动节点向其家乡代理通知它当前转交地址的一种认证机制，也是移 动节点在回到家乡链路上后注销转交地址的机制。移动节点也可以通过注册过程 得到其家乡代理地址。 注册通过一系列u d p 承载的消息来完成。注册请求消息是由移动节点发往 它的家乡代理的，途中可能会经过外地代理。家乡代理通过向移动节点回答一条 注册应答消息来通知移动节点对它的请求的处理一接受或拒绝。注册应答也可能 经过外地代理。 2 1 4 3 隧道 隧道技术是移动i p v 4 定义的第三种主要功能，是对数据包进行路由的特殊 规程，尤其是对源或目的地是当前连接在外地链路上的移动节点的数据包。连接 在家乡链路上的移动节点则和其他固定主机或路由器一样进行数据包的路由。 隧道协议被用来向那些连接在外地链路上的移动节点传送数据包。要发往移 动节点家乡地址的数据包先被路由到它的家乡链路上，这是采用网络前缀路由的 必然结果。在家乡链路上，家乡代理截获数据包然后通过隧道将数据包送到移 动节点的转交地址。在那里，数据包被从隧道中取出，然后送往移动节点。 北京邮电大学硕士论文移动i p v 4 v 6 技术 在相反的方向，移动节点产生的数据包用它的家乡地址直接路由到它们的目 的地。如果有外地代理，它将作为移动节点的缺省路由器。移动i p 假设单播i p 数据包( 也就是那些具有单个目的地址的数据包) 在路由时与它的源地址无关。 从对端通信节点发往移动节点的数据包通常采用未经优化的路径，数据包先 被送往移动节点的家乡链路，然后再经过隧道送往移动节点的当前位置上。要解 决这个问题，必须让移动节点将它当前的转交地址送给各个通信对端。这如同移 动i p 的注册过程一样，必须有相应的认证制，其中的难点是在各个节点之问用 - s o ：安全的方法分发密钥。如果没有这种密钥分发方法，那么认证是无法实现的， 从而路由优化就容易受到拒绝服务攻击。目前，移动i p 中的路由优化正在进行 研究中。 除了j j 面描述的特性，移动i p v 4 还定义了一些移动节点在外地链路上时发 送组播和广播数据包的过程。另外，移动i p v 4 还可为整个移动网络提供连接能 力，就像为移动主机提供连接一样。移动网络是指这样一种网络，其中的主机和 路由器相对来浇是固定的，但它们对因特网的其他部分来说却是移动的。 一些销售商还利用移动i p v 4 在网络中动态地产生i p 隧道，但对网络的最终 用户来说又感觉不到移动i p v 4 的存在。目前，研究人员还在做一些工作，努力 使移动节点连接在外地链路上时可以采用t c p i p 协议簇以外的协议进行通信， 即使中问经过的网络( 如i n t e r n e t ) 只支持i p 包的路由。 2 2 移动i p v 6 技术【2 4 1 5 1 1 6 1 7 1 【1 1 l 19 】 2 2 1i p v 6 协议简介 i p v 4 协议是目前通用的i n t e r n e t 协议，近年来i n t e r n e t 的快速发展及取得的 巨大成功，都说明i p v 4 具有良好的设计和性能。然而，原有的i p v 4 协议也开始 面临一些难以解决的问题，如地址空间耗尽、不易配置、移动性差等。尽管采用 了许多新的机制来缓解这些限制，但问题没有得到根本解决。与此同时，i p 应 用的扩展对i p 协议提出了新的要求，如i n t e m e t 网络中多媒体信息传播、移动用 户的网络接入等，都为i p 的研究开辟了新的空间。 i n t e r n e t 工程特别任务组( i e t f ) 从9 0 年代起就开始积极探讨下一代i p 网 络的研究和发展。经过几年的努力，终于在1 9 9 5 年1 2 月推出了下一代i p 网络 的r f c 文档i p v 6 协议。不但解决了旧版本i p v 4 协议的问题，而且还给i p 网络 带来了一些新的特性，使得i p 协议在地址管理、移动性、安全性及多媒体支持 方面都有巨大的灵活性。 2 2 1 1i p v 4 的局限性 i p v 4 协议取得了非常大的成功，但它的局限性及其面临的重大问题同益明 显，主要表现在以下几个方面： 地址空唰即将枯竭。随着i n t e r n e t 用户的不断增加，目前的3 2 位i p 地址空 间已不能满足分配的需求。i p v 4 的地址只有3 2 位，这意味着总地址数大约是4 0 亿，并且还有许多地址是不可用的。按照目前网络的发展趋势，到2 0 0 5 和2 0 1 5 北京邮电大学硕士论文移动i p v 4 v 6 技术 年之f n ji p v 4 的地址就会耗尽，必须用另一种地址方案来替代它。 路由表日趋庞大。由于i p v 4 采用与网络拓扑结构无关的形式来分配地址， 所以随着连入网络数目的增加，路由器数目也飞速增加，决定数据传输路由的路 由表也就不断加大。庞大的路由表不仅增加了路由器的工作量，还降低了互联网 服务的稳定性。 、 安全性。基本的i p v 4 协议不提供任何安全保证，安全性一直被认为是由网 络层以上的层负责。虽然在网络层也有i p s e c 安全解决方案，但它现在已经成为 i p 的下一个版本可以发挥作用的地方。 缺乏对服务质量q o s 的支持。i p v 4 尽它的最大努力来传送信息包，但是它 不会保证提供给上层的服务是可靠的，没有q o s ( 服务质量) 的概念。 自动配置。对于i p v 4 节点的配置一直比较复杂，而网络管理员与用户则更 喜欢“即插即用”，即将计算机插在网络上，然后就可以开始使用。i p 主机移动 性的增强也要求当主机在不同网络问移动和使用不同的网络接入点时能提供更 好的配嚣支持。 2 2 1 2i p v 6 的新特性 i p v 6 协议的出现正是为了突破现有i p v 4 的局限性，解决上面几个i p v 4 无法 克服的难题。因此，新一代的i p 网络协议i p v 6 理所当然具有如下特点：地址空 侧的扩展( 1 2 8 位的地址空间几乎是无限的) ：支持q o s ：本身安全性的提高( i p v 6 已经把i p s e c 作为其应有的安全协议) 。此外，i p v 6 还具有其它很多优点和特点， 如地址的自动配置、精简的报文格式、对扩展头和各选项的充分支持、增强的路 出功能，以及针对“实时业务”的流控能力。 扩展的编址空间。将i p 地址由3 2 位扩展为1 2 8 位，可以支持更多层次的地 址编码，可标示更多的节点，实现更简单的地址自动配置。还定义了一种新的地 址类型- 一任意点传送地址( a n y c a s t ) ，或叫任意点播送，用来给节点组中的任意 确定的一个成员发送报文。 简化的首部格式。i p v 4 首部中的一些域被抛弃或改为可选项，这样可以降 低通用情况下分组处理代价，并限制i p v 6 分组的带宽代价。所以虽然地址改为 1 2 8 位，但报头大小只增加一倍，从i p v 4 的2 0 个字节增为4 0 个字节。 对扩展项和可选项的改进支持。i p v 6 对可选项都进行了编码，从而可阱实 现更为有效地转发。可选项的长度限制放宽，为今后可选项扩展提供了更大的灵 活性。 提供更好的服务质量q o s 。在i p v 6 分组的头部中定义了两个重要参数：业 务类别字段和流标示字段。业务类别字段将i p 分组的优先级分为1 6 个等级，对 于那些需要特殊q o s 的业务，可在i p 数据包中设置相应的优先级，路由器根据 i p 包的优先级分别对这些数据进行处理。数据流标志位用于定义任意一个传输 的数据流，以便网络中所有的节点能对这一数据进行识别，并作特殊的处理。 良好的安全性支持。i p s e c 是i p v 6 的一个组成部分，使得i p v 6 可以更好地 支持授权、分组完整性和数据保密性等服务，比i p v 4 上的i p s