（计算机科学与技术专业论文）支持移动子网的移动性管理技术研究与实现.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果尽我所知除了文中特期加以标注和致谢中所罗列的内容以外论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的网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了谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 本人签名：型茎苤皇一日期；一! ! ! 壁：i ：2 一 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 翱；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 型墼萱一一 导师签名： 日期： 兰! 堕兰：望 日期：兰业：盔! 北京邮电大学硕j j 研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 摘要 随着通信技术和多种无线网络的迅速发展，以及各种移动终端的 普及，新型移动业务和应用的出现，使人们不再满足于通过固定终端 或单个移动终端接入到互联网服务的模式，而希望能够将一组互相联 网的固定或移动节点集合，构成一个相对稳定的移动体( 称为移动子 网或移动网络) ，接入互联网获取信息和服务。 i e t fn e m o v 6 协议是在移动i p v 6 协议基础上提出的一种支持移 动子网的解决方案，该协议引入移动路由器( m r ) 作为移动子网的缺 省网关接入互联网，在m r 改变其在互联网上的接入点时，通过对转 交地址的注册，确保移动子网内部的所有节点仍旧保持业务的连续 性。然而，在i p v 4 和i p v 6 网络共存以及多接入的异构网络环境下， 现有的n e m o v 6 协议仅支持m r 在纯i p v 6 网络环境中移动，只能对 i p v 6 转交地址进行注册；不支持对i p v 4 转交地址的注册，因此当移 动子网在异构网络间进行移动时，难以保证业务的连续性。 本论文总结了移动子网的研究现状，介绍了移动i p v 4 协议和移 动i p v 6 协议的基本原理，重点分析了i e t fn e m o v 6 协议的工作机 制及其支持i p v 4 网络和多转交地址注册的扩展；通过引入扩展的移 动检测机制、使用绑定注册和多接口的监听功能、采用1 p v 6 i n u d p 隧道封装格式，设计了一种n e m o v 6 支持i p v 4 的扩展方案，并基于 l i n u x 系统开发实现了该扩展方案。在w l a n 接入网络环境下测试了 移动子网在i p v 4 和i p v 6 网络问的切换信令和f t p 数据传输过程、以 及切换性能，验证了该扩展方案的可行性和正确性。为了测试扩展方 案在异构网络环境下的运行情况，进一步为移动子网配置w l a n 、 g p r s 和t d s c d m a 三种网络接口，测试移动子网在多接入异构网 络环境下的切换性能，f t p 数据传输和允视频流传输，验证了扩 展方案在异构网络环境下的可行性。并为移动子网的后续研究提供了 参考。 关键词：移动子网i p v 6 i n u d p 隧道移动i p v 6 协议异构网络 第1 页 北京邮电犬学硕士研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 r e s e a r c ha n di m p u e m e n l = f 气耵o no f m o b i i ，i t y p l n a g e m e n tt e c h n o l o g i e sf o r n e t w o r km o b i i i t y a b s t r a c r w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g i e sa n d w i r e l e s sn e t w o r k s ，a l o n gw i t ht h ep o p u l a r i t yo fv a r i o u sm o b i l et e r m i n a l s a n dt h ee m e r g e n c eo fn e wm o b i l es e r v i c ea n d a p p l i c a t i o n s ，p e o p l ea r en o l o n g e rs a t i s f i e dw i t ht h ec u r r e n ta c c e s s i n gm e t h o d st oi n t e m e t ，w h i c h i n c l u d ef i x e dt e r m i n a l so r as i n g l em o b i l et e r m i n a l ，b u th o p et ob ea b l et 0 u s eag r o u po fi n t e r c o n n e c t e ds e to ff i x e do rm o b i l et e r m i n a l st of o r ma r e l a t i v e l ys t a b l em o v e m e n tu n i t ，k n o w na st h em o b i l es u b n e t w o r ko r m o b i l en e t w o r k m o b i l en e t w o r k sc a np r o v i d eu n i n t e r r u p t e di n t e r n e t s e r v i c e sa ta n yt i m ea n da n yp l a c e n en e t w o r km o b i l i t yb a s i cp r o t o c o l ( n e m o ) i san e w t e c h n o l o g y o fs t u d y i n gt h em o b i l en e t w o r k t h ep r o t o c o li n t r o d u c e st h em o b i l e r o u t e r ( m r ) a sad e f a u l tg a t e w a ya c c e s s i n gt ot h ei n t e r n e t b yt h ec a r e o f a d d r e s sr e g i s t r a t i o n i tc a nb ee n s u r e dt h a ta l lm o b i l en o d e sw i t h i nt h e s u b n e tc a nm a i n t a i nb u s i n e s sc o n t i n u i t yw h e nm rc h a n g e si t si n t e r n e t a c c e s sp o i n t h o w e v e r , i nt h ec o e x i s t e n c eo fi p v 4a n di p v 6n e t w o r k sa n d m u l t i a c c e s sh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t t h ee x i s t i n gn e m o v 6 p r o t o c o lo n l ys u p p o r ti p v 6c a r e - o fa d d r e s sr e g i s t r a t i o n ，w i t h o u tt h ei p v 4 c a r e - o fa d d r e s sr e 西s t r a t i o ns u p p o r t s ow h e nt h em o b i l es u b n e t w o r k m o v e si nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ，i ti sd i f f i c u l tt oe n s u r eb u s i n e s s c o n t i n u i t y t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n do fm o b i l e n e t w o r ka n dt h ew o r km e c h a n i s m so fm o b i l ei pt e c h n o l o g y , a c c o r d i n gt o t h i sb a c k g r o u n d ，b a s i cm e c h a n i s m so ft h en e m op r o t o c o li sf u r t h e r s t u d i e d ，a n d m 0p r o t o c o li se x t e n d e dt o s u p p o r ti p v 4 a n dt h e r e # s t r a t i o no fm u l t i p l ec a r e - o fa d d r e s s i p v 4c a r e o fa d d r e s sr e g i s t r a t i o n 第页 北京邮电大学硕上研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现) f u n c t i o n si s c o m p l e t e d ，t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fe x t e ：n d e dm o b i l e d e t e c t i o nm e c h a n i s m ，u s i n gt h eb i n d i n gr e g i s t r a t i o n ，m o n i t o r i n gf u n c t i o n o fm u l t i p l ei n t e r f a c e s a n di p v 6 i n u d pt u n n e le n c a p s u l a t i o nf o r m a t b a s e do nt h el i n u xs y s t e m b yb u i l d i n gas i n g l e a c c e s sn e t w o r kt e s t e n v i r o n m e n t ，w et e s tt h es i g n a l i n gp r o c e s sa n df 1 n pd a t at r a n s f e rw h i l e m rw i t has i n g l ei n t e r f a c et os w i t c hb e t w e e nt h e v 6a n di p 、，4n e t w o r k s v e r i f yt h ef e a s i b i l i t ya n dc o r r e c t n e s so ft h ee x t e n s i o ns o l u t i o ni nm a n e n v i r o n m e n t a n dt e s tt h eh a n d o f fp e r f o r m a n c e t 0t e s tt h er u n n i n gs t a t u s o ft h ee x p a n s i o ns o l u t i o ni nah e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t ，w e c o n f i g u r em rw i t hw l a n g p r sa n dt d s c d m at h r e ek i n d so f n e t w o r ki n t e r f a c e sf u a h e r ，t e s th a n d o f fd e l a y , f r pd a t at r a n s f e ra n dv l c v i d e o s t r e a m i n g i n am u l t i a c c e s sa n d h e t e r o g e n e o u s n e t w o r k e n v i r o n m e n t ，a n dv e r i f yt h a tt h ee x t e n s i o np r o g r a m si nh e t e r o g e n e o u s n e t w o r ke n v i r o n m e n ti sf e a s i b l e k e y w o r d s ：n e t w o r km o b i l i t yi p v 6 i n - u d pt u n n e lm o b i l ei p v 6 p r o t o c o l h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k 第i 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 目录 摘要。 第一章绪论1 1 1 研罗毫譬宇景。l 1 2 国内外研究现状2 1 3 本文的研究工作3 1 4 论文结构4 第二章移动子网的相关技术5 2 1 移动口协议。5 2 1 1 移动i p v 4 协议5 2 1 2 移动i p v 6 协议一6 2 2i e t f 的移动网络协议n e m o y 6 1 0 2 2 1n e m o v 6 协议概述1 0 2 2 2n e m o v 6 协议机制：1 0 2 3 基于n e m o v 6 的扩展协议1 2 2 3 1n e m 0 6 支持i p v 4 的扩展1 2 2 3 2n e m o v 6 对多转交地址注册的扩展2 3 2 4 习譬章，j 、结2 6 第三章n e m o v 6 支持i p v 4 扩展方案的设计与实现2 7 3 1n e m o v 6 支持l p v 4 扩展方案的设计2 7 3 1 1 设计目标2 7 3 1 2 整体架构2 7 3 1 3 重要模块分析。2 8 3 2n e m o v 6 支持i p v 4 扩展方案的实现。3 0 3 2 1 实现依据3 0 3 2 2n e m o v 6 白勺源码分析。3 0 3 2 3 移动检测的实现3 4 3 2 4 绑定注册的实现3 5 第页 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 支持移动予网的移动性管理技术研究与实现： 3 2 5 隧道管理的实现 3 2 6 多接口管理的实现。一一 3 7 3 3 本章小结4 0 第四章n e m o v 6 实验平台测试一 4 1 实验平台搭建4 1 4 1 1n e p l 模块安装j 4 2 4 1 2n e p l 模块配置4 3 4 2n e m o v 6 在i p v 6 网络的性能测试。4 5 4 2 1n e m o v 6 中m r 切换时延。4 5 4 2 2n e m o v 6 中v m n 切换时延4 6 4 3w i a n 接入网络环境下扩展方案的测试。4 8 4 3 1 测试场景4 8 4 3 2 切换时延4 9 4 3 3f t p 业务测试。5 0 4 4 多接入异构网络环境下扩展方案的测试。5 1 4 4 1w l a n 与g p r s 间切换5 1 4 4 2w l a n 与t d s c d m a 间切换5 4 4 5 测 式小结。5 6 4 6 本章小结。5 7 第五章结束语5 8 5 1 结束语。5 8 5 2 不足和下一步工作方向。5 8 5 3 研究生期间的工作。5 8 5 3 1 参与的项目及完成的工作5 8 5 3 2 取得的学术成果5 9 参考文献6 0 附录一缩略语6 2 j g 【谢6 3 第v 页 随着通信技术、计算机技术、集成电路技术的进步，以及人类对信息通信需 求的扩张，大量的p c 机、笔记本、p d a 、智能手机、传感器等各类终端，提出 了包括目前的移动电话到移动上网、移动商务、移动计算等一系列新需求。同时， 各具特色的无线接入网络技术层出不穷包括无线个域网、无线局域网、无线城域 网、无线广域网、卫星网络以及a dh o c 网络、无线传感器网络等无基础设施网 络。这些在应用背景、目标、发展方向、系统结构、覆盖范围、通信协议、链路 特性、应用场景和业务提供能力等方面各不相同的异构接入网络，以及未来可能 应新的需求产生的各种新型接入网络技术，共同为用户提供了泛在的接入网络环 境。为了实现跨泛在、异构网络的无缝漫游和切换，用户对移动性的要求越来越 。 高，不再满足于通过固定终端或单个移动终端接入至l j i n t e m e t 服务的模式，希望可 以通过多模移动终端、或通过多个终端构成移动网络，体验无处不在的上网服务。； i p 网络中的移动性主要包括单个主机终端的移动，或由多个终端组成的一个 子网进行整体移动。口网络提供的移动性，是为满足用户根据自身的需求使用不 同的网络资源，接入不同的接入点，在不同网络之间漫游。在这个过程中，始终 保持当前正在进行的通信不中断。 为此，i e t f ( t h ei n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 提出了移动球技术( 包括移动 i p v 4 和移动i p v 6 ) ，它是一种解决终端移动的移动性管理技术。移动口技术通过使 用转交地址向家乡代理注册当前位置，有效地解决了单独的节点在移动时业务连 续问题i 。 移动i p v 6 实现了完整的网络层移动性，且拥有巨大的地址空间。面对移动终 端数量的剧增，只有m i p v 6 才能为每个设备分配一个永久的全球i p 地址。m i p v 6 有能力满足大规模移动性的要求，解决移动p 环境下的全局移动性和各种接入技 术的融合。基于m i p v 6 的位置管理独立于各种无线接口，在全球互联的网络上具 有通用性。另外，m i p v 6 对应用层隐藏了地址改变，对传输层应用层透明，可以 为护环境下用户漫游寻址和数据正确递交提供保障1 2 1 。 移动子网是指包括有移动路t 揣( m r ，m o b i l er o u t e r ) 和其他节点或者子网在 内的某个网络，作为一个整体进行移动，动态地改变其接入互联网的接入点。移 动网内部的网络拓扑相对同定，内部节点通过一台或多台移动路由器连接至全球 第1 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文支持移动子嘲的移动性管理技术研究与实现 的互联网。网络移动对内部节点完全透明，内部节点无需感知网络的移动，不需 要支持移动功能。 移动子网的场景包括个人局域网：如同时有蜂窝连接和w l a n 连接的p d a 设备做为个域网的移动路由器，当个域网的携带者在不同网络间移动时，该p d a 设备为个域网中的其他i p 设备提供互联网接入。部署在交通工具上的局域网：如 火车上的乘客使用w l a n 网卡连接到火车上部署的w l a n 接入点，移动路由器连 接w l a n 接入点并提供到i n t e r n e t 的接入。类似的场景在飞机、轮船或其他移动的 交通工具上都可以部署1 3 。 移动子网通过公共接入点接入互联网，可以降低移动性管理协议带来的网络 开销，节省无线资源，提高网络的整体性能。在这些场景下，若对每个设备分别 进行移动性管理显然是非常复杂。因此，需要将所有这些移动的终端看做一个整 体，作为一个子网进行统一管理，针对移动子网的特点设计新型的网络移动性管 理方案。 1 2 国内外研究现状 目前国内外许多研究组织和机构都在进行移动子网的研究。 i e t f 于2 0 0 2 年1 0 月成立了网络移动性( n e m o ) i 作组后，基于移动i p v 6 协议( m i p v 6 ) 负责有关移动网络的研究，致力于规范一个基于移动i p 隧道原理的 基本的移动网络协议。2 0 0 5 年1 月公布了第一个移动子网协议规范r f c 3 9 6 3 ， 即移动网络基本支持协议n e m o v 6 1 4 1 。n e m o v 6 是基于m i p v 6 的方案，包含了 m i p v 6 在移动检测、地址配置及安全等方面的一系列成熟技术。n e m o v 6 协议 中包括一个或多个移动路由器( m 0 b i l e r 0 u t e r ，m r ) ，通过m r 和家乡代理之间的 。双向隧道 为移动网络节点( m o b i f e n e t w o r k n e d e ，m r s ) 提供数据传输。当网 络移动时，m r 在外部网络新的链路上获得转交地址( c o a ) ，发送绑定更新到其 h a 注册c o a ，最终完成c o a 与m r 的家乡地：l 址( h o m e a d d r e s s ，h o a ) 的绑定。 h a 将收到的目的地址为h o a ( 包括h o a 表示的网络前缀) 的数据包发送给m r 的c o a 。 i e t fn e m o 工作组的研究影响着网络移动性协议的发展，在该工作组下， 还进行着如下子项目的研究： o c e a n ( o n b o a r d c o m m u n i e a t i o n e n t e r t a i n m e n ta n di n f o r m a t i o n ) i 习项目由 多个国家参与，成立于2 0 0 3 年。其目标是：在研究公路交通系统对扩展互联网 业务需求的基础上，研究如何对网络和数据进行管理。其下的e m o t i o n 项目致力 于为研究如何通过m r 和宽带无线接入为移动中的乘客提供因特网服务。 欧洲的o v e r d r i v e ( o v e rd y n a m i cm u l t i r a d i o n e t w o r ki nv e h i c u l a r 第2 页 北京邮电大学硕_ f 二研究生毕业论文 支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 e n v i r o n m e n t ) 1 6 1 y 页目正在从事网络移动性的研究活动。该项目设计了基于聃6 的 车上网络，使乘客能经过车辆上的移动路由器接入i n t c r n e t ，它可以使用w i a n 、 移动数字电视接入i n t e m e t 。 w l d e ( w i d e l y i n t e g r a t e d d i s t d b u t e d e n v i r o n m e n t ) 7 1 的n a u t i l u s 6 项目成立于 2 0 0 3 年1 1 月，该项目的主要工作是开发移动互联网，主要目标是实现i e t f n e m o 的基本协议。 i n t e r n e t c a r ( i n t e m e tc o n n e c t e da u t o m o b i l er e s e a r c h e s ) i s i 项目在1 9 9 6 年成 立，属于w i d e 的一部分，主要目标是在以车辆为节点的群体网络提供一种到互 联网的持久性透明连接。 综上所述，目前有关网络移动型的研究以i e t f 的n e m o v 6 协议最具有影响 力，体现了当前有关网络移动性的研究水平。然而，由于用户对移动性的需求越 来越多，并且当期的网络趋向于异构融合的网络环境，现有的n e m o v 6 协议只 支持移动路由器m r 在纯i p v 6 网络环境中移动，m r 在异构网络环境下无法工 作。因此需要对n e m o v 6 做进一步的研究与扩展。 1 3 本文的研究工作 本论文的主要工作是在研究n e m o v 6 协议的基础上，通过引入扩展的移动 检测机制、使用绑定注册和多接口的监听功能、采用i p v 6 i n u d p 隧道封装格式， 设计了一种n e m o v 6 支持i p v 4 的扩展方案，并基于l i n u x 系统开发实现了该扩 展方案。 本论文阐述了当前异构网络环境下i p 网络的移动性管理技术，重点研究 n e m o 协议的基本机制，n e m o 对支持i p v 4 的扩展和n e m o 对多转交地址注 册的扩展；设计并实现n e m o 支持i p v 4 的扩展功能；并将开发的系统部署在实 际的机器上，配置搭建可以验证协议的试验平台，开发试验平台所需的相关软件 程序，例如试验平台的控制系统，并考虑各种实际的场景，在该试验平台上对扩 展功能进行了实际的测试，进行可行性和性能分析，得出结论。 具体内容依托国家8 6 3 课题。支持泛在、异构的移动性管理 ( n o 2 0 0 6 a a 0 1 2 2 2 9 ) ，旨在满足用户的移动性需求，向用户提供跨泛在、异构接入网 络的无缝业务。建立支持泛在、异构的移动性管理技术系统理论，包括移动性管 理协议参考模型和网络参考模型；重点突破支持泛在、异构的移动性管理关键技 术。如何在实际的试验平台上对理论方案进行验证，评估，也是此课题需要解决 的问题之一。 第3 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现) 1 4 论文结构 后续论文各部分内容安排如下： 第二章介绍了移动子网的相关技术：包括移动i p v 4 协议和移动i p v 6 协议的 基本原理，移动网络协议n e m o v 6 的工作原理，基于n e m o v 6 的相关扩展协议 包括n e m o v 6 协议支持p v 4 的扩展( i p v 4 转交地址的注册，消息扩展等) 和 n e m o v 6 协议对多转交地址注册的扩展。 第三章介绍了n e m o v 6 支持i p v 4 功能的设计目标，整体架构并对重要模块 进行分析，在此基础进一步实现了n e m o v 6 支持i p v 4 的功能模块。 第四章首先介绍n e m o v 6 协议的实验平台的搭建，包括n e p l 模块的安装 和配置。配置好试验平台后，在各种实际的场景下，对n e m o v 6 性能进行测试： 最后对n e m o v 6 的扩展方案在w i a n 肥p r s 、w ia 卜i 厂i d s c d m a 之间的切换 时延进行测试和分析，验证了扩展方案的正确性和可行性。 第五章对本论文进行总结，提出了下一步改进和完善的建议，最后列出了本 人在硕士研究生期间的工作情况和成果。 第4 页 北京邮电大学硕上研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 第二章移动子网的相关技术 2 1 移动i p 协议 i e t f 提出的移动i p 协议包括移动i p v 4 和移动i f v 6 两个版本。 2 1 1 移动i p v 4 协议 移动i p v 4 协议管理i p v 4 网络的移动性，下面简要介绍其基本机制： 2 1 1 1 功能实体 移动i p v 4 协议中定义了移动节点、家乡代理和外地代理3 个功能实体：移 动节点( m o b i l en o d e ) ，一台主机或者路由器，移动节点可以改变其物理位置而不 改变其i p 地址；家乡代理( h o m ea g e n t ) ，位于移动节点家乡网络上的一台路由 器，作用是在移动节点离开家乡( 网络) 时为数据报创建隧道以把数据报转发给 移动节点，并负责维护移动节点当前位置信息；外地代理( f o r e i g na g e n t ) ，位于 移动节点所访问的网络上的一台路由器。 2 1 1 2 代理发现机制 代理发现机制是移动节点用来判断当前自己位置的方法，也是移动节点用来 检测自己是否已经从一个网络移动到另一个网络的方法。移动i p v 4 实现代理发 现的主要方法是扩展了i c m p 路由器的发现机制，使得移动代理周期性地发送代 理公告消息，或者是移动主机主动发出代理请求消息。代理发现机制使移动主机 可以进行移动检测，判断其连接在家乡网络还是外地网络，或者是否从一个外地 代理网络移动到另外一个外地网络 2 1 1 3 注册 移动节点到达新网络后，通过注册过程把自己新的可达性信息通知家乡代 理。移动节点同代理通过交换注册消息，在家乡代理上创建或者修改“移动绑定 ( 即当前地址与家乡地址之间的绑定) ，使家乡代理在规定的生存期内保持移动 节点家乡地址和转交地址的关联。通过注册过程，可以使家乡代理知道移动节点 当前的转交地址，还可以使家乡代理更新即将过期的移动节点注册条目，或者注 销返回家乡的移动节点的注册条目。 第5 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 2 1 1 4 路由 在家乡网络时，移动主机的操作与一般固定主机的操作相同；移动主机移动 到外地网络并且完成注册过程后，可以在外地网络上继续通信，此时，通信对端 节点发送的数据分组被路由到移动节点的家乡网络，家乡代理将这些分组截获并 进行封装，然后使用隧道发送给外地网络上的移动节点。如果移动节点使用的是 外地代理转交地址，则分组的解封装由外地代理进行；如果移动节点使用联a 配置转交地址，则移动节点对封装的数据进行解封装。 2 1 2 移动i p v 6 协议 2 1 2 1 移动i p v 6 基本原理 移动l p v 6 ( m i p v 6 ) 协议作为下一代网络的一个基本协议，它的提出是为了 对i p v 6 协议中节点的移动性进行管理。在移动i p v 6 协议中定义了如下几个主要 实体。 移动节点( m ：这是一台可能改变其网络接入点的主机或终端，它在切换 链路时不改变它的m 地址也不中断正在进行的通信。 对端节点( c ：与移动节点通信的节点，可以是固定或移动的节点。 家乡代理：家乡网络上的一个路由器，记录了移动节点的家乡地址与转交地 址的绑定信息，当m n 不在家乡链路上时，h a 把目的地为m n 的璎包通过隧 道发送给m n ，并接收m n 通过反向隧道发送过来的数据包，再转发给c n 。 家乡地址：为了在移动节点移动的时候仍然保持传输层的连接，移动节点必 须始终保持一个固定的口地址，这个地址就是家乡地址。家乡地址是用来识别 端到端连接的静态地址，不管移动节点移动到何处，其家乡地址保持不变。 转交地址：指移动节点访问外地链路时通过自动地址配置获得的p 地址【6 l 。 这个口地址的子网前缀是外地子网前缀。移动节点同时可得到多个转交地址， 其中注册到家乡代理的转交地址称为主转交地址。 家乡链路：指对应于移动节点家乡子网前缀的链路。 外地链路：指除了其家乡链路之外的任何链路。 移动i p v 6 的工作过程是移动节点在家乡网络时，会根据家乡网络前缀获得 一个家乡地址，利用基本的路由协议，直接使用家乡地址与对端节点进行通信。 当移动节点移动到外地网络时，使用移动检测机制判断已经移动到外地网络，采 用i p v 6 定义的地址自动配置方法获得新的转交地址。移动节点一旦获得转交地 址。立即向家乡代理发送一个一绑定更新一消息，通知家乡代理自己位置的改变 以及新得到的转交地址。家乡代理为该移动节点的。家乡地址和转交地址一建 立一个一绑定一缓存条目，然后向移动节点发送 绑定认确认一消息。 第6 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 在保证安全性的前提下，移动节点将此转交地址通知给它的通信对端。移动 节点的通信对端如果不知道其转交地址，就将按照移动节点的家乡地址将信息包 发送到移动节点的家乡网络上。然后其家乡代理将截取到这些信息包，再利用隧 道机制将这些信息包转发给移动节点。若通信对端知道移动节点的转交地址，它 就会利用i p v 6 的路由报头直接将信息包传送给移动节点 当移动节点接收到信息包并发现它是由其家乡代理转发的，就会将自己的转 交地址通知给此信息包的源节点，则该源节点此后就可根据此转交地址将信息包 直接发送给移动节点而不再需要通过家乡代理转发，从而避免了一三角路由 问 题的出现。 移动i p v 6 定义的主要机制有如下所述： 2 1 2 2 移动检测 移动检测机制主要是利用i p v 6 的邻居发现机制( 包括路由发现和邻居不可 达检测) 1 7 1 。当下面情况之一发生时，m n 认为自己切换了链路： ( 1 ) 连续几次( 预设值) 在预定的路由器通告间隔时间内没有收到缺省路由器 的路由器通告。 ( 2 ) 通过邻居不可达检测( n e i g h b o ru n r e a c h a b i t y d e t e c t i o n ) 确认缺省路由器已 不可达。 萝 ( 3 ) 某些链路层协议能够向上层提供链路层切换的信息，这可能是发生了网 络层切换的预示，m n 可据此立即对缺省路由器进行不可达检测。确认发生切换 后，m n 立即通过无状态或有状态地址自动配置机制获得在外地链路( f o r e i g n l i n k ) 上的一个转交地址( c a r e - o fa d d r e s s ) 。m n 每次切换到新的外地链路时，都 将得到一个新的转交地址。 一 为了对移动节点提供更好的支持，移动i p v 6 放宽路由器通告发送间隔的限 制，使得路由器主动通告发送更频繁。同时，移动节点发送路由器通告请求的间 隔也缩短了。 2 1 2 3 绑定管理 当移动节点移动到外地网络上时，通过无状态或者有状态地址自动配置机制 获取一个新的转交地址。移动节点的家乡地址与它的转交地址的捆绑称为“绑定一 ( b i n d i n g ) 。当移动节点离开家乡网络时，它向它的家乡代理注册当前的转交地址。 移动节点向家乡代理发送一个包含绑定更新目的地选项的口包，家乡代理收到 后，把移动节点的绑定信息保存在本地绑定缓存中。然后家乡代理回送一个包含 绑定确认目的地选项的口包给移动节点。如图2 - 1 ： 第7 页 更新移动节点的地址绑定信息。如图2 2 所示。 向 和 图2 2 通信节点的移动绑定 一在通信节点绑定缓存中的移动节点绑定表项生存时间即将到期时，通信节点 向移动节点发送绑定请求，收到绑定请求的移动节点返回一个绑定更新消息。这 通常发生在通信节点与移动节点通信过程中，为了继续通信过程，通信节点必须 定期刷新其绑定缓存中的绑定表项。 2 1 2 4 数据包的转发 移动节点可以直接将数据包发送给通信节点。移动节点发送给通信节点的数 据包的源地址是移动节点的转交地址，目的地址是通信节点地址。另外，这个数 据包还携带一个目的地选项头标，该选项叫“家乡地址选项 ，存放的是移动节 点的家乡地址。通信节点收到这个数据包后，在协议栈的口层( 附加的移动聃6 子层) 将数据包的源地址由移动节点的转交地址替换为移动节点的家乡地址，再 交给协议栈的上层进行下一步处理。这样网络层的移动性对上层来说是透明的。 通信节点在发送数据包前，先查看它的绑定缓存，查找移动节点的家乡地址所对 第8 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 应的表项。如果在缓存中查到了相应的绑定信息，那么通信节点可以利用绑定信 息中的转交地址直接把数据包发送到移动节点，如图2 3 所示。 理 图2 3m n - c n 路由优化通信 数据包的目的地址是移动节点的转交地址，另外，数据包还携带一个路由头 标，存放的是移动节点的家乡地址。移动节点收到这个数据包后，在协议栈的口 层将数据包的目的地址由移动节点的转交地址替换为移动节点的家乡地址，再传 给协议栈的上层进行下一步处理。这样网络层的移动性对上层来说也是透明的。 如果通信节点在本地绑定缓存中没有查到相应的绑定信息，发送给移动节点 的数据包的目的地址是移动节点的家乡地址，该数据包会被先路由到移动节点所 归属的家乡网络。家乡代理将发给移动节点的家乡地址的数据包截获，然后通过 隧道方式将数据包转发给移动节点。当移动节点收到家乡代理转发过来的隧道包 后，它知道数据包的原始发送者没有本节点的绑定信息，移动节点向通信节点发 送一个绑定更新消息，通知通信节点它当前的转交地址。通信节点收到绑定更新 消息后就可以直接把数据包发送给移动节点了。具体过程如图2 - 4 所示。 图2 - 4 隧道转发数据 第9 页 客争代曩 北京邮电大学硕上研究生毕业论文支持移动子网的移动性管理技术研究与实现 2 2i f = t f 的移动网络协议n e m o v 6 2 2 1n e m o r 6 协议概述 近年来，信息网络技术快速发展，宽带无线传输技术日渐普及，特别是多种 无线接入技术和异质网络并存的现实，促使网络融合、业务融合和终端融合，人 们对信息和业务的需求从内容到获取方式上都呈现出更加多样化的趋势。此外， 移动终端的迅速普及，新型移动业务和应用的大量出现，使人们已经不再满足于 仅仅通过固定终端或单个移动终端连接到网络，而是希望能够将一组互相联网的 固定或移动节点集合，作为一个相对稳定的整体进行移动，并接入互联网获取信 息和业务。一般情况下，所有节点通过路由器连接构成一个子网，子网的整体移 动伴随着路由器网络接入点的不断改变。通常，将这种能够移动接入互联网的子 网称为移动网络，或称作移动子网。 2 0 0 2 年1 0 月，i e t f 成立了n e m o ( n e t w o r km o b i l i t y ) 工作组，在移动i p v 6 协议的基础上开始对移动网络的研究，其工作主要是基于移动口的隧道技术来 制定相应的网络移动性协议。利用移动i p 协议实现网络移动性，既可以增加与 节点移动性的互操作性，又可以保持同目前网络协议良好的兼容性。2 0 0 5 年1 月，该工作组正式发布了第一个有关移动网络的标准：r f c3 9 6 3 - - - - 移动网络 基本支持协议，标志着对网络移动性的研究和标准化工作取得了实质性的进展。 该协议是基于移动l p v 6 协议的扩展，其定义的移动网络是指由一个或多个子网 组成，能够接入互联网并作为一个整体移动，具有动态改变网络接入点、保证移 动过程中路由可达性能力的网络。移动路由器( m r ，m o b i l er o u t e r ) 作为该移 动网络的缺省网关接入互联网，并负责维护移动网络内部的移动性管理。 2 2 2n e m o v 6 协议机制 网络移动性( n e m o ) 基本支持协议可以让移动网络连接到互联网的不同地 方。此