（计算机应用技术专业论文）移动ipv6快速切换机制研究及仿真.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 移动lp v 6 快速切换机制研究及仿真 摘要 随着i n t e r n e t 技术和移动通信技术的迅速发展及相互渗透，各种功能 强大的便携式终端不断涌现，越来越多的的用户希望能在任何地方以更 灵活的方法接入i n t e m e t ，分享i n t e r n e t 提供的丰富多彩的服务。为了解 决用户的移动性问题，因特网工程任务组( i n t e m e t e n g i n e e r i n g t a s k f o r c e ) 成立了移动i p ( m o b i l ei p ) 工作组，致力于一种新的方案，使节点能够在互 联网中的不同的子网中自由移动，而无需改变原有i p 地址。目前，移动 i p 有两种版本：基于i p v 4 的移动i p v 4 ( r f c 3 2 2 0 ) 和基于i p v 6 的移动 i p v 6 ( r f c 3 7 7 5 ) 。 移动i p v 6 是下一代i n t e m e t 技术与移动通信的融合。互联网服务迫 切需要移动性支持，而移动通信也需要增强数据和多媒体业务，两者的 融合对于移动互联网的实现和应用将带来许多新的挑战与机遇。但是， 移动i p 主要是为节点的宏移动性设计的，即节点移动到某一个地方后会 停留较长的时间，而在微移动性方面考虑得不够，当移动节点在不同子 网中切换时，由于i p 层的切换容易产生时延和数据包的丢失，引起通信 质量的下降或通信中断，这时对实时应用，如i p 语音，造成很大的影响， 使用者能够很明显地感觉到实时连接的中断。因此，减少移动i p 的切换 延时，降低丢包率，减轻节点移动对实时应用的影响，成为移动i p 需要 解决的一个重要问题。 移动i p v 6 的切换技术是此领域的研究热点之一。i e t f 提出的快速切 换，平滑切换能较好的解决移动用户在网络中无缝漫游的问题。快速切 换主要保证切换时间短，平滑切换的主要目的是使丢掉或者延迟的数据 分组达到最小。在移动i p v 6 中，每当移动节点的接入位置发生改变，为 了保证通信不中断及进行路由优化，移动节点都需要向家乡代理和通信 对端发送绑定更新消息，如果移动节点的接入位置经常需要更换，网络 上将存在许多绑定更新的消息，占据宝贵带宽，可能会造成网络冲突。 研究证明，大多数移动节点都是在一定范围内移动的，因此，i e t f 提出 太原理工大学硕士研究生学位论文 了层次化移动i p v 6 管理模型。该模型可以减少绑定更新消息的数量，又 使得移动节点的位置对外界是透明的。 本文首先介绍了i p v 6 ，标准移动i p v 6 的基本原理和切换过程。然后 对现有的切换技术，如快速切换，平滑切换，层次化移动i p v 6 管理模型， 进行详细的讨论及分析，并结合快速切换与层次化移动i p v 6 管理模型的 优点，提出层次型移动i p v 6 快速切换方案f h m i p v 6 。最后介绍了n s 2 网络仿真工具和对f h m i p v 6 进行仿真实验的过程，通过仿真数据的分 析，指出f - h m i p v 6 理论上的可行性及有待改进的地方。 关键词：移动i p v 6 ，快速切换，层次型移动i p v 6 管理模型，n s 2 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ha n ds i m u l a t i o no nf a s t h a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 a b s t r a c t r e c e n t l nw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h et e c h n i c so fi n t e m e ta n d m o b i l i t y , l a p t o pc o m p u t e r sh a v ei n c r e a s e dp e o p l e sm o b i l i t yn e e d s p e o p l e w a n tt oa c c e s si n t e m e tw h i l em o v i n g ，t ok e 印t h ec o m m u n i c a t i o nc o n t i n u o u s ， a n dt og e td i f f e r e n ts e r v i c e s i no r d e rt os u p p o r tt h em o b i l i t yo fm o b i l en o d e s ， m o b i l ei pw o r k g r o u pw a ss e tu pi ni n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，w h o p u b l i s h e dp r o p o n e n ts t a n d a r do fm o b i l ei pw h i c hh a st w ov e r s i o n sn o w ： m o b i l ei p v 4b a s e do ni p v 4 ( r f c 3 2 2 0 ) ，a n dm o b i l ei p v 6b a s e do ni p v 6 ( r f c 3 7 7 5 ) m i p v 6i sac o m b i n a t i o nb e t w e e nn e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e ta n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o n m o b i l i t ys u p p o r ti si nu r g e n tn e e df o ri n t e r n e ts e r v i c e ，a n d m o b i l ec o m m u n i c a t i o na l s or e q u i r e sd a t aa n dm u l t i m e d i as e r v i c ee m e r g e n t l y t h ec o m b i n a t i o nb r i n g sm a n yn e wc h a l l e n g e sa n do p p o r t u n i t i e so nt h e r e a l - t i m e a p p l i c a t i o n i nm o b i l e i n t e m e t h o w e v e r , m o b i l e i pa i m s m a c r o - m o b i l i t ym o r et h a nm i c r o - m o b i l i t y i ts u p p o s e st h a tam o b i l en o d ew i l l s t a ya tt h ev i s i t e dp l a c ef o rat i m eb e f o r el e a v i n g d u r i n gt h em o b i l en o d e h a n d o v e r st oa n o t h e rn e t w o r k , t h ec o r r e s p o n d e n c ew i l lb ei r r t e m a p t e da n dt h e q o sw i l ld e s c e n db e c a u s eo fl o n gd e l a ya n dh i g hp a c k e t sl o s s t h i si sf a t a lt o r e a l - t i m e a p p l i c a t i o n s ，s u c h a sv o i c eo v e ri p u s e r sc a nd i s c o v e rt h e d i s c o n n e c t i o no fc o m m u n i c a t i o ne x p r e s s l y t h e r e f o r e ，r e d u c i n gt h eh a n d o v e r d e l a ya n dp a c k e t - l o s sr a t ei nm o b i l ei pb e c o m e t h em o s ti m p o r t a n tt a s k t h eh a n d o v e rt e c h n i q u eo fm o b i l ei p v 6i so n eo ft h eh o t t e s tr e s e a r c h f i e l d si nm o b i l ei n t e m e t i e t fs o l v e st h ep r o b l e mt h a tp r o v i d e sm o b i l eu s e r s s e a m l e s sr o a m i n g t h et e c h n o l o g yo ff a s th a n d o v e rc a ns a v et i m ei n i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 h a n d o v e rp r o c e s s ，t h et e c h n o l o g yo fs m o o t hh a n d o v e rc a l lr e d u c et h e h a n d o v e rd e l a yt i m ea n dp a c k e t s l o s sm o u n t i nm i p v 6 ，w h e nm o b i l en o d e m o v e s ，i tm u s ts e n db i n d i n gu p d a t ep a c k e t st oh o m ea g e n ta n dc o r r e s p o n d i n g n o d e si no r d e rt ok e e di n t r i n s i cc o m m u n i c a t i o nn o ti n t e r r u p t e d i fm o b i l e n o d eo f t e nc h a n g e si t sl o c a t i o n ，a n dt h e r ea r em a n yc o r r e s p o n d i n gn o d e s ， t h e r ew i l lb em a n yb i n d i n g u p d a t ep a c k e t si ni n t e m e t i ti sp r o v e dt h a tm o b i l e n o d eo f t e nm o v e sw i t h i nad o m a i n s oi e t fp u t sf o r w a r dh i e r a r c h i c a lm o b i l e i p v 6m o b i l i t ym a n a g e m e n t ( h m i p v 6 ) i tc a nr e d u c et h ea m o u n to fb i n d i n g u p d a t ep a c k e t s ，a n di tc a nh i d et h el o c a t i o no ft h em o b i l en o d e a tf i r s t ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h ep r o t o c o l so fi p v 6a n dm o b i l ei p v 6a n d t h eh a n d o v e rt e c h n o l o g i e so fm i p v 6 s e c o n d l y , t h ep a p e rd i s c u s s e sa n d a n a l y s e s t h e t e c h n o l o g y o ff a s t h a n d o v e r ，s m o o t h h a n d o v e ra n d h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 c o m p a r e dt of m i p v 6a n dh m p v 6 ，t h ep a p e r p r o p o s e d an e wh a n d o v e rf a s th a n d o v e rm e c h a n i s mf o r m i p v 6 ， f a s t - h a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6w i t hh i e r a r c h i c a lm a n a g e m e n t ( f - h m i p v 6 ) f i n a l l y , n s 2s i m u l a t i o np l a t f o r ma n ds i m u l a t i o ne n v i r o n m e n ta r ei l l u s t r a t e d t h r o u g hs i m u l a t i o nd a t a ，w ec a nt h i n kt h a tf - h m i p v 6m e c h a n i s mi sf e a s i b l e a n dw es h o u l dd om o r ej nt h e6 l t l l r e k e yw o r d s ：m o b i l ei p v 6 ，f a s th a n d o v e r ，h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 a r c h i t e c t u r e ，n s 2 i 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己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： 搠；疗 e i 其i ：丞乒羔上一 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) 。 签名： 导师签名： 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1引言 第一章绪论 在当今飞快发展的信息领域中，i n t e m e t 和移动通信是两个引人瞩目的通信技术 和产业。以i n t e r a c t 为代表的信息网络给人们的生活带来了巨大的变化，i n t e m e t 已经 成为很多人日常生活不可缺少的部分。但由于主要是以固定接入方式使用i n t e m e t ， 而人们的生活节奏在加快，可能经常处于运动，所以越来越多的移动设备和用户希望 能够随时随地无缝接入i m e m e t ，获得如固定接入一样的网络服务质量。这种潜在的 巨大商业需求给i n t e m e t 带来了新的机遇，也提出了新的挑战。在这种背景下， i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ) 下属的移动i p 工作组( 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 ) 提出了移动i p 协议。 下一代互联网协议i p v 6 协议中对移动功能的支持是一个非常重要的内容，而在 i m t 2 0 0 0 中也明确规定，第三代移动通信系统必须支持移动i p 分组业务。2 0 0 0 年1 月i p v 6 论坛加入3 g p p ，确定了i p v 6 作为移动h l t e m e t 的基本协议。所以无论是3 g 的发展还是下一代互联网尽可能快的部署，移动i p 业务都具有举足轻重的意义。 移动i p v 6 ( m i p v 6 m o b i l ei p v 6 ) 的q o s ，切换机制，安全问题，多播问题是当前 的研究热点。 1 2 研究背景 1 2 1 移动f p 产生的原因 在i n t e r a c t 上，每个主机都分配有惟一的i p 地址或者是动态的i p 地址。由于 i m e m e t 是基于网络前缀的路由，i p 数据分组首先路由到i p 地址网络前缀对应的网络， 然后转发到目的主机，因此，i p 地址不仅标识一台主机，而且还表示了这台主机的 物理网络位置。当主机在不同的网络移动时，它的口地址已经不能表示其物理网络 位置了，发送给主机的数据分组不能正确转发给它。为了能实现主机能移动的接入 i m e m e t ，曾经提出下面几种方案。 第一种方案：在移动节点到达新的网络后，改变其口地址。缺点是这种方法不能提 供移动的透明性，不能保持通信的连续性。 第二种方案：根据特定主机地址进行路由选择。缺点是将浪费大量的路由资源，系统 的可扩展性差，不能适合大规模的网络。 l 太原理工大学硕士研究生学位论文 第三种方案：改变移动主机的链路层协议。缺点是与现存的互联网很难兼容。 移动l p 工作组于2 0 0 4 年6 月制定的r f c 3 7 7 5 标准对i p v 6 的移动性支持进行了 详细的说明，这对移动i p 的发展起了关键性的作用。 1 2 2 移动i p 解决的问题 移动i p 在当前i n t e r a c t 基于网络前缀路由前提下，使得移动主机在不同网络间移 动过程中仍能保持通信。移动i p 是一个基于网络层提供移动支持的解决方案。主要 解决： ( 1 ) 移动主机可以通过一个固定的i p 地址连接到任何网络链路上。 ( 2 ) 移动主机在切换到新网络的链路上时，仍能保持正在进行的通信。 这与改变m 地址，特定主机路由和链路层协议方案比较，可知基于网络层的移 动i p 与下层的物理介质无关，不需要改变移动主机的固定i p 地址，也与现有的i n t e r n e t 协议能很好的兼容。 1 2 3 移动i p 应用的范围 移动口是支持主机移动的i p 数据分组转发的网络层标准，它与物理传输层介质 无关，与下层数据传输层无关，对t c p 层及其上层协议的改进不属于移动i p 的研究 范围。 1 2 4 移动l p 的设计目标 具体来说，移动i p 协议应该满足如下的要求： ( 1 ) 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 c t 上其它节点 的连续通信。 ( 2 ) 移动节点无论连接到任何链路上，应该能够用原来的i p 地址进行通信。 ( 3 ) 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。 一 ( 4 ) 移动节点不应该比i n t e m e t 上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到i n t e m e t 上，无线链路具有低带宽、 高误码率的特点，比较长的消息容易出错。以及移动节点通常以电池供电，减少通信 中的能量消耗非常重要。所以设计移动i p 时要考虑移动节点接入时发送管理消息数 目应该尽量少，消息的长度也应该尽量短。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 移动l p v 6 的技术研究框架 移动i p v 6 的技术研究框架结构【i 】组成图如图1 1 。研究方向从总从总体上可以分 为宏观移动性和微观移动性两个方面。基本协议包括移动i p v 6 协议，其它协议包括 移动i p 中的隧道技术，封装技术，移动i p 的管理信息库m i b 等。微观移动主要研 究关于快速切换，平滑切换，无缝切换，区域注册，缓存管理和报头压缩等方面。同 时，与宏观移动性和微观移动性都相关的研究包括关于服务质量q o s ，安全机制 a a a ，组播和流量工程等。 图1 - 1 移动i p v 6 的技术研究框架 f i g 1 - 1m o b i l ei p v 6t e c h n o l o g yf r a m e w o r k 1 4 本文研究的内容及目的 本论文主要研究的是移动口v 6 的微移动中的快速切换，通过对现有的i p v 6 的快 速切换机制和i e t f 提出的移动i p v 6 层次化管理模型进行结合，提出层次型移动i p v 6 快速切换- - f h m i p v 6 切换。f h m i p v 6 切换主要想达到以下几个目的： ( 1 ) 减少移动节点在频繁切换过程中对家乡代理的通告报文数。 ( 2 ) 保持移动节点在切换过程中的通信连续性，缩短切换时延，减少切换过程中 的数据包丢失数目。 ( 3 ) 使层次化管理结构模型中的m a p ( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t 移动锚点) 能达到负 载均衡。 基于上述目的，本文将在n s 2 网络模拟器环境下对提出的f h m i p v 6 切换方案 进行模拟仿真。具体分析在此切换方案下，数据分组的t c p 性能，吞吐量，延迟及 抖动情况，从而验证方案的可行性。 3 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 5 论文的结构安排 第一章： 第二章： 第三章： 第四章： 第五章： 绪论介绍移动i p 的研究背景以及移动i p v 6 的技术框架。 移动i p v 6 技术介绍下一代互联网协议i p v 6 对移动支持，移动i p v 6 的 基本术语，消息，数据结构，工作过程以及与移动i p v 4 的不同。 层次型移动i p v 6 快速切换方案设计介绍移动i p v 6 快速切换，平滑切 换，层次性管理模型三种扩展切换方案并结合快速切换和层次型管理 模型，提出了层次型移动 p v 6 快速切换方案f - h m i p v 6 。 层次型移动i p v 6 快速切换仿真介绍n s 2 仿真平台的建立，模拟快速 切换方案f h m i p v 6 的具体实现过程，分析实验数据，得出仿真结果。 结束语。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章移动ip v 6 技术 由于i p v 6 比i p v 4 相比有许多的优势，i p v 6 必将成为下一代互联网协议。移动 i p v 6 i 扪1 3 ，是i e t f 制定的移动i p 的另一版本，是运行于i p v 6 网络中的协议。 2 1i p v 6 对移动的支持 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1 4 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 p v 6 协 议对移动性的支持主要体现在以下内容1 5 】。 ( 1 ) 安全方面：将i p s e e l 6 l 集成到了i p v 6 的标准中。在标准中有两个关于安全扩展 报头：a h ( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r 认证头) 和e s p ( e n c a p s u l a t i o ns e c u r i t yp a y l o a d 封 装安全净荷) 。认证功能可以保证i p 数据分组来自正确的发送方，保证数据分组的内 容没有被篡改，对于非法的分组能够识别并丢弃；e s p 的功能保证只有合法的受信任 者才能正确获取i p 分组的内容。i p v 6 协议要求所有实现i p v 6 的协议栈必须支持这两 个扩展报头。 ( 2 ) 自动配置功能【7 】：i p v 6 的节点自动配置功能使得节点在改变网络接入点之后能 够保持两络的连接。 ( 3 ) 扩展报头机制：i p v 6 的移动选项可以放在扩展报头中。 相对于链路层移动管理机制，移动i p v 6 在网络层实现了移动性管理，i p v 6 协议 对移动的支持超过了i p v 4 协议，为了进一步提供对应用层或更高层的移动透明性支 持，i p v 6 从下面几个方面进行了改进： ( 1 ) 协议提供了移动管理能力。 ( 2 攫供端到端的可选消息，减少对路径中间节点路由器性能的影响。 ( 3 ) 安全性作为i p v 6 协议中的基本要求，本身提供必要的安全协议i p s e c 提供安 全认证和数据传输的安全保证。 ( 4 ) 终由优化作为必然的通信方式得到支持，增强了点对点的通信能力。 2 2 移动i p v 6 的基本术语 ( 1 ) 移动节点( m n m o b i l en o d e ) ：指移动i p 中能够从一个链路的边接点移动到 另外一个连接点仍能通过其家乡地址被访问的节点。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 2 ) 通信对端( c nc o r r e s p o n d e n tn o d e ) ：指所有与移动节点通信的节点，可以是 静止的，也可是移动的。 ( 3 ) 家乡代理( h a h o m ea g e n 0 ：指移动节点家乡链路上的一个路由器，允许移 动节点向其注册当前的转交地址，并且当移动节点离开家乡时，截取其家乡链路上目 的地址是移动节点家乡地址的分组，通过隧道转发到移到节点注册的转交地址。 移动节点，家乡代理和通信对端是移动i p v 6 中最重要的三类功能实体。这种分 类只是存在于i p v 6 节点上的功能实体并非对i p v 6 节点的分类定义。比如，移动节 点同时可能是其它节点的通信对端，家乡代理，也可能是移动节点的通信对端。 ( 4 ) 家乡地址( h o ah o m e a d d r e s s ) ：指分配给移动节点的i p 的地址。它属于移动 节点家乡链路，标准的i p 路由机制会把发给移动节点家乡地址的分组发给其家乡链 路。 ( 5 ) 转交地址( c o ac a r e - o f a d d r e s s ) ：指移动节点在外地链路访问时获得的i p 地 址。这个i p 地址的子网前缀是外地子网前缀。移动节点可以获得多个转交地址，其 中注册到家乡代理的转交地址是主转交地址( p r i m a r yc a r e o f a d d r e s s ) 。 ( 6 ) 家乡链路( h o m el i n k ) ：对应于移动节点家乡子网前缀的链路。标准i p 路由机 制会把目的地址是移动节点家乡地址的分组转发到移动节点的家乡链路。 ( 7 ) 外地链路( f o r e i g nl i n k ) ：对于一个移动节点而言，指除了其家乡链路之外的任 何链路。 除了上面的基本术语外，还有一些术语，如“绑定”相关，“返回路径可达过程 ( r r p r e t u r nr o u t a b i l i t yp r o c e d u r e ) ”相关的术语，将在后面用时表述。 2 3 移动i p v 6 的扩展头标 移动i p v 6 的扩展头标可分成三种： ( 1 ) 移动头标( m o b i l i t yh e a d e o 关于移动头标方面的讨论目前还在进行中，因此我们在此并不涉及具体的头标格 式。移动节点，通信对端节点以及家乡代理在创建、管理所有和绑定相关的消息时， 都需要使用这个头标。在后面介绍的家乡测试初始化( h o m et e s t r d 0 ，家乡测试( h o m e t e s 0 ，转交测试初始化( c a r e - o ft e s ti n i 0 ，转交测试( c a r e o ft e s t ) ，绑定更新( b i n d i n g u p d a t e ) ，绑定应答( b i n d i n g a c k n o w l e d g e ) ，绑定刷新请求( b i n d i n gr e f r e s hr e q u e s t ) 。 绑定错误( b i n d i n ge r r o r ) 等消息都是使用这一头标的。 ( 2 ) 家乡地址选项( h o m ea d d r e s so p t i o n ) 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 家乡地址选项包含在i p v 6 的目的地址选项中，用在离开家乡的移动节点所发送 的分组，通告接收者移动的家乡地址。发送分组时，发送分组时，移动节点一般使用 它的个转交地址作为报头的源地址，但在分组中包含家乡地址选项。通信对端在处 理时使用家乡地址选项的信息把转交地址和家乡地址互换，保证了在通信对端上，转 交地址的使用对于上层的协议和应用的透明性。 家乡地址选项采用t l v ( 类型长度一值) 格式，如图2 一l 所示： 图2 - 1 家乡地址选项头标 f i g 2 1h o m ea d d r e s so p t i o n a lh e a d e r 家乡地址选项只影响接收者节点对本分组的处理，而不更改针对移动节点的状 态，既不能导致接收者绑定缓存中的内容被替换，也不能导致接收者改变后发出的分 组的路由。 ( 3 ) 第二类路由头 移动i p v 6 定义的第二类路由头是一个新的路由头类型，也是一个新的i p v 6 的扩 展报头。通信对端使用第二类路由头直接发送分组到移动节点，把移动节点的转交地 址放在i p v 6 报头的目的地址字段，而把移动节点的家乡地址入在第二类路由头中。 当分组到达转交地址时，移动节点从第二类路由头提取出家乡地址，作为这个分组的 最终目的地址。 第二类路由头格式如图2 2 ： 下一头标头标长度：2类型：2剩余段数：1 保留 一 家乡地址 一 图2 - 2 第二类路由头格式 f i g 2 - 2s e c o n dr o u t i n gf o r m a t 这个新的路由头不同于常规的i p v 6 源路由报头，使得防火墙能够不够对移动 i p v 6 分组和源路由分组分别应用不同的规则。第二类路由头只能携带一个i p v 6 地址， 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 所有处理它的节点必须确认该地址是节点自身的家乡地址，并防止该分组被转发出 去。 2 4 移动i p v 6 的消息 为了完成通信并且保证安全，移动i p v 6 需要交换附加的信息，这些信息定义为 i p v 6 的移动选项( m o b i l i t yo p t i o n s ) 。下面是移动i p v 6 定义的移动选项： ( 1 ) 绑定刷新请求消息( b r rb i n d i n gr e f r e s hr e q u e s t ) b r r 消息用于请求移动节点的绑定。当移动节点接收到一个包含b r r 消息的分 组后，如果发现对于b r r 的源已经存在绑定更新表项，并且认为与通信对端的通信 需要路由优化时，可以启动返回路径可达过程。但注意的是，移动节点不应对先前未 知的通信对端发出的b r r 进行响应，以避免拒绝访问攻击。 ( 2 ) 家乡测试初始消息( h o t ih o m et e s t n i t ) 移动节点通过发送h o t i 消息启动返回路径可达过程，从通信对端请求家乡密钥 生成令牌。 ( 3 ) 转交测试初始消。g ( c o t i c a r e o f t e s ti n i o 移动节点通过发送h o t i 消息启动返回路径可达过程，从通信对端请求转交密钥 生成令牌。 ( 4 ) 家乡测试消息( h o t h o m eo f t e s 0 h o t 消息是对h o t i 消息的响应，从通信对端发往移动节点。发送该消息时，目 的地址必须设置为移动节点的家乡地址，源地址是通信对端的地址，如果移动节点离 开了家乡，那么，这个分组将会被家乡代理通过隧道转发到移动节点。家乡测试消息 应该始终发往移动节点的家乡地址，即使在通信对端上已经有了关于该移动节点的绑 定缓存。 ( 5 ) 转交测试消息( c o tc a r e o f t e s t ) c o t 消息是对c 0 1 1 消息的响应，从通信对端发送到移动节点。不同于h o t 消息， c o t 消息直接发送到移动节点，它的目的地址使用移动节点的转交地址。 ( 6 ) 绑定更新消息( b ub i n d i n gu p d a t e ) 移动节点使用b u 消息通知其他节点它自己新获得的转交地址。含有绑定更新消 息的分组，源地址是移动节点的转交地址，目的地址是通信对端的地址。 ( 7 ) 绑定确认消息( b ab i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ) b a 消息用于对收到的绑定更新消息进行确认。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 8 ) 绑定错误消息( b eb i n d i n ge r r o r ) 通信对端使用b e 消息把一些和移动性相关的错误信息传送达给移动节点。例如， 当移动节点向尚未建立绑定的通信对端发送携带家乡选项的分组时，通信对端需要给 移动节点回复绑定错误消息。 移动i p v 6 还引入了四种新的i c m p v 6 消息类型：家乡代理地址发现请求( h o m o a g e n ta d d r e s sd i s c o v e r yr e q u e s t ) 和家乡代理地址发现应答( h o m oa g e n ta d d r e s s r e p l y ) ，这两种消息用于动态家乡代理地址发现机制中；移动前缀请求( m o b i l ep r e f i x s o l i c i t a t i o n ) 和移动前缀公告( m o b i l ep r e f i xa d v e r t i s e m e n 0 ，这两种消息用于在移动节 点的网络重编号及其地址配置。 ( 1 ) 家乡地址发现请求( h o m e a g e n t a d d r e s sd i s c o v e r yr e q u e s t ) 移动节点使用“i c m p 家乡代理地址发现请求”消息来启动“动态家乡代理地址 发现机制”，移动节点向移动i p v 6 家乡代理的任播地址( a n y c a s ta d d r e s s ) 发送这个消 息。在家乡链路上，具有家乡代理功能的其中一个路由器向移动节点应答一个“i c m p 家乡代理地址发现应答”消息。 ( 2 ) 家乡地址发现应答( h o m e a g e n t a d d r e s sr e p l y ) 家乡代理用“i c m p 家乡代理地址发现应答”消息来应答移动节点的“i c m p 家 乡代理地址发现请求”消息。移动节点发送“i c m p 家乡代理地址发现请求”消息到 移动i p v 6 家乡代理的a n y e a s t 地址，在家乡链路上具有家乡代理功能的其中一个路由 器向移动节点应答一个“i c m p 家乡代理地址发现应答”消息，并在此消息中给出移 动节点家乡链路上作为家乡代理的路由器的列表。 ( 3 ) 移动前缀请求( m o b i l ep r e f i xs o l i c i t a t i o n ) 移动前缀请求是由移动节点在外地网络时发送给家乡代理的。目的在于从家乡代 理请求一个移动前缀，以允许移动节点收集它的家乡网络的前缀信息。该信息可以根 据由家乡代理提供的前缀信息来来配置或更新它的家乡地址。 ( 4 ) 移动前缀公告( m o b i l ep r e f i xa d v e r t i s e m e n t ) 当移动节点离开家乡网络时，家乡代理会发送移动前缀公告以提供家乡链路的前 缀信息。这可以是针对移动前缀请求的一个应答，也可以是非请求式的公告。 2 5 移动l p v 6 的数据结构 在移动节点，家乡代理以及识别移动i p v 6 的通信对端节点上需要一定的数据结 构来保存关于当前移动节点，家乡代理的当前信息。这些信息包括以下三种： 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 1 ) 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 对其他节点的绑定信息的缓存。该信息由家乡代理、通信对端保存，记录了家乡 地址和转交地址之间的关联信息。 ( 2 ) 绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s 0 该列表是由移动节点管理的。该列袁中为每一个已经或者正在连接的其他节点都 有一项。通信对端和家乡代理也包含在这个列表中。如果绑定超时，列表中的项就会 删除。 ( 3 ) 家乡代理列表( h o m e a g e n t l i s t ) 该信息存放的是家乡代理需要知道的哪些其他的家乡代理是属于同一链路。这个 信息用于在动态家乡代理地址发现中来通知移动节点。 2 6 移动i p v 6 与移动i p v 4 的比较 移动i p v 6 中的许多概念和移动i p v 4 1 8 j 相同或类似，如移动节点，家乡代理，家 乡地址和转交地址，但是移动1 p v 6 中没有外地代理的概念，也只定义了一种转交地 址一移动节点通过地址自动配置机制得到的“配置转交地址”。 移动i p v 6 的设计借鉴了开发移动i p v 4 的经验，并且利用了i p v 6 协议提供的新 特性，比移动i p v 4 有很多明显的改进。下面说明一下它们之间的主要区别： ( 1 ) 外地代理：移动i p v 6 中，在外在网络上，不像移动i p v 4 那样需要特别的把某 些路由器配置成外地代理。移动节点使用i p v 6 的特性，如邻居发现和地址自动配置 等，无需外地网络上的路由器提供特别的功能支持。 ( 2 ) 路由优化：路由器优化是移动i p v 6 协议的基本功能部分，而不像移动i p v 4 那 样是可选项。移动i p v 6 允许通信对端发出的分组直接路由到移动节点，不必通过家 乡代理进行转发，解决了在基本移动i p v 4 协议中出现的三角路由问题。即使没有预 先设置安全关联，移动i p v 6 的路由优化机制也是安全的，并且能够对全球范围内任 何移动节点和通信对端之间的通信进行路由优化。 ( 3 ) 输入过滤：在移动i p v 6 中，路由优化功能与路由器的输入过滤能够共存。分 组中携带转交地址和家乡地址，使得分组能够正常通过具有输入过滤功能的路由器。 ( 4 ) 组播分组的发送：在移动i p v 6 中，移动节点作为组播分组的发送者，不再必 须由家乡代理进行转发。 ( 5 ) 移动检测：移动i p v 6 中的移动检测机制，提供了对移动节点与默认路由器之 间双向通信能力的确认，既可确保移动节点能够接收到路由器发出的分组，也可确保 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 路由器能够接收到移动接点的分组。 ( 6 ) 截取分组：在移动i p v 6 中，家乡代理截取发往离开家乡移动节点的分组时， 使用的是邻居发现机制而不是如移动i p v 4 中的a r p 协议。邻居发现机制不像a r p 协议那样需要关心链路层的特定情况，不仅简化了移动i p 的实现，而且具有更好的 鲁棒性。 ( 7 ) 隧道封装：在移动i p v 6 中，除家乡代理截取的分组外，多数分组都是使用i p v 6 路由头直接发送到移动节点，不需要使用隧道封装，而移动i p v 4 需要对所有的分组 进行封装。使用路由器相对封装能够减少移动i p 分组的传输开销。 ( 8 ) 隧道软状态：移动i p v 6 使用1 p v 6 封装和路由头，没有必要管理“隧道软状态” ( t u r m e ls o f ts t a t e ) ，而由于i p v 4 的i c m p 协议的限制，移动i p v 4 必须管理隧道软状态 才能把从隧道返回到的i c m p 错误消息转发到原始发送者，而移动i p v 6 使用i c m p v 6 ， 不再需要使用隧道软状态。 ( 9 ) 家乡代理地址发现：移动i p v 6 中，动态家乡代理地址发现机制使用i p v 6 泛播 地址，仅返回单个应答给移动节点，而移动i p v 4 使用广播分组机制，家乡链路上的 每个家乡代理都给移动节点返回一个应答，由于实际上只有一个应答分组返回到移动 节点，移动i p v 6 机制更加高效和可靠，并且不存在应答爆炸问题。 2 7 移动l p v 6 的工作过程 在i p v 6 网络情况下，移动节点在外地网络上和通信对端通信的过程大致如图2 3 所示。 圈2 - 3 移动i p v 6 的基本操作过程 f i g 2 3b a s i co p e r a t i o no f m o b i l ei p v 6 占 太原理工大学硕士研究生学位论文 移动节点通过移动检测机制，检测是否移动到外地网络。如果移动节点处在家乡 网络中，则使用传统的机制收发数据分组。如果移动节点已移动到外地网络中，则要 使用移动i p v 6 机制进行通信。 ( 1 ) 移动节点发现自已移动n 3 b 地网络后，首先要获得外地网络中的转交地址。 移动节点的转交地址可以有多个，但主转交地址( p r i m a r yc a r e o fa d d r e s s ) 只能有一 个。家乡代理只将截取的数据发向主转交地址，但移动节点接收以任意一个转交地址 为目的地址的数据分组，采用这种机制有利于移动节点在无线网络间平稳切换。 ( 2 ) 获取到主转交地址后，移动节点主向家乡代理发送一个含有绑定更新选项的 报文，注册主转交地址。 ( 3 ) 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信选项的报 文。 ( 4 ) 家乡代理使用代理邻居发现机制截获发向移动节点的家乡地址的报文，将截 获的报文通过隧道转发到移动节点的主转交地址。 ( 5 ) 移动节点除了向家乡代理发送绑定