（计算机软件与理论专业论文）层次移动ipv6中的快速切换技术研究.pdf

南京邮电学院硕士研究生学位论文 摘要 摘要 移动i p v 6 可以使移动节点在不同的网络中自由的移动而不中断现有的通信。每次移 动节点从一个网络移动到另一个网络时都要进行l 3 切换，切换过程包括移动探测，新的 转交地址的配置和地址的绑定更新。切换会使通信产生延迟并造成数据包的丢失，切换过 程中的绑定更新报文也会占用较多的网络带宽资源。 层次移动i p v 6 协议和快速切换移动i p v 6 协议对标准移动i p v 6 协议进行了改进。层 次移动i p v 6 中引入了m a p ，当移动节点在m a p 域内移动时只需要向m a p 发送绑定更 新报文，这样便可以加快移动节点切换的速度并减少主干网中的信号负载。快速切换移动 i p v 6 的目的是实现移动节点在p a r 与n a r 之间快速的切换，减少数据包的丢失。 本文提出了一种新的移动i p v 6 改进方案，新方案将层次移动i p v 6 和快速切换移动 i p v 6 紧密地结合，通过将它们分别放在移动i p 协议的不同层次，使协议的实现更加简单。 新协议在接入路由器和移动节点中引入了m a p 列表，通过m a p 列表可以加强m a _ p 域的 管理，同时也可以使移动节点快速的判断是否移动到了新的m a p 域。新协议还进一步明 确了快速移动i p v 6 中的缓存机制，从而减少了切换过程中的数据包的丢失。本文还利用 n s 网络仿真工具对各种移动i p v 6 改进方案进行了模拟仿真，通过对各种协议的理论分析 以及对仿真结果的分析，进一步验证了新方案的优越性能。 关键词：移动i p v 6 ：层次化移动i p v 6 ；快速切换 南京邮电学院硕士研究生学位论文a b s ”a c t a b s t r a c t m o b i l ei p v 6a l l o w sm o b i l er l o d e ( m n ) m o v i n gb e t w e e nd i f f e r e n ts u b n e t sw l i l c m a i n t a i n i n gt h ec u r r e n tn e 耐o r kc o m m u n i c a t i o n e v e r yt i m et h em n m o v e s 行o mo n es u b n e tt o an e ws u b n e t ，t h el 3h a l l d o v e r 、i l lb en e e d e d t h eh a i l d o v e rp r o c e s si n c l u d e sm o v i n gd e t e c t i o n ， n e wc a r e o fa d d r e s sc o n f i g i l r a t i o na n db i n d i n gu p d a t e t h ec o m m u n i c a t i o nw i l lb ee 舵c t e db y t h eh a n d o v e rd e l a ya n dm ep a c k e tl o s s a n db i n d i n gu p d a t ep a c k e t s 、i l lm a k ch i 曲s i g n a l l o a d h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ( h m i p v 6 ) a i l df a s th a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ( f m i p v 6 ) m a k es o m e i m p r o v e m e n t st os t a l l d a r dm o b i l ei p v 6 。h m i p v 6i n t r o d u c e dan e w n o d ec a l k dm o b i l ea n c h o r p o i n t ( m a p ) t h em no n l yn e e d st os e n db i n d i n gu p d a t e st om a pw h e ni tm o v i n gw i m i nt h e s 锄em a pd o m a i n ，s ot h a tt h eh a l l d o v e ri ss p e e d e da 1 1 dt 1 1 es i g n a ll o a do u t s i d eo f t l l ed o m a i ni s l i m i t e d t h ea i m so ff m i p v 6a r et or e a l i z et h ef a s th a i l d o v e rb e t 、e e n 队ra 1 1 dn a r 孤dt 0 r c d u c em ep a c k e t si o s s t h i sp 印e rp r o v i d e san e wm o b i l ei p v 6s c h e m e t h en e ws c h e m e i n t e g r a t e dh m i p v 6a n df m i p v 6a n dp u tt h e mt od i 行e r e mp r o t o c o ll a y e rw h i c hm a d et h e i m p l e m e m a t i o nm o r es i m p l e i nt h en e wp r o t o c o i ，t h em a pt a b l ei si n t r o d u c e di na ra n dm n w i t ht h em a p t a b l e ，t h em a pd o m a i nm a f l a g e m e n tc a nb ee 1 1 l l a l l c e da i l dt h em nc a i lk 1 1 0 wi t s m o v e m e n tt ot h en e wm a pd o m a i nq u i c k l y t h en e wp r o t o c 0 1a l s od e f i n i t e 廿l ec a c h e m e c h a n i s mo f f m i p v 6a n dc a nm a k et h ef 如ta n ds e a m l e s sh a n d o v e l k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 ；h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ；f a s th a n d o v e r i v 南京邮电学院学位论文独创性声明 y7 6 5 3 3 3 本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包 含为获得南京邮电学院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均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：丝窿乏象日期：趁堕：! 生! 生研究生签名：丝丝乏象日期：趁堕：! 生! 生 o f 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：乏缝绛导师签名 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章绪论 1 1i n t e r n e t 简述 第一章绪论 1 1 1i n t e r n e t 的现状和存在的问题 近十年来，随着通信技术与计算机技术的飞速发展，i m e m e t 规模不断扩大，无论是 入网的主机数、上网的人数、网上的数据流量、还是数据的传输速率都在飞速的增加。随 着网络规模的扩大，网络所提供的服务种类也越来越多。网络的应用业务由数据通信、 e - m a i l 、w w w 业务向集音频、视频和数据为一体的多媒体方向发展。 现有的i m e m e t 是在i p v 4 协议基础上建立起来的，实践证明以i p v 4 为基础的i n t e m e t 取得了巨大的成功。但是随着i n t e m e t 规模的扩大和i n t e m e t 上应用的目渐丰富，该协议 本身的问题也逐渐暴露出来。由于i p v 4 地址分配的不合理，造成了地址资源极大的浪费。 按照网络现有的发展速度，预计i p v 4 地址将在近两年之内耗尽。随着i s p 数目的增长 主干路由器路由表急剧膨胀，导致寻路效率下降甚至网络异常的恶性故障。如不采取措施， i n t e m e t 可能在地址枯竭之前就会瘫痪。i p v 4 网络配置复杂。难以保证q o s 和安全性。另 外，i p v 4 协议从一开始时便是为固定网络设计的，缺乏对移动性的支持，使得网络难以 满足现在同益增加的移动通信的需求。 1 1 2 新一代i n t e r n e t 协议i p v 6 为了克服i p v 4 的缺陷，早在9 0 年代初人们就开始讨论新的i n t e m e t 协议。i e t f 的i p n g 工作组于1 9 9 5 年1 2 月确定了i p v 6 的第一个协议规范r f c l 8 8 3 ，1 9 9 8 年1 2 月又对i p v 6 协议作了较大的改动，用新的协议规范r f c 2 4 6 0 代替了r f c l 8 8 3 。i p v 6 吸取了i p v 4 网 络十多年来实际运营的经验和教训，融合了现代网络通信技术的最新成果，其主要特点包 括 1 】： a ) 巨大的地址空间：i p v 6 采用1 2 8 位的地址长度，具有2 1 2 8 的地址空间，可以为每一 个网络设备分配一个固定的i p v 6 地址。而且i p v 6 地址的分配采用分级管理的方法， 更利于地址的聚合，减小路由表的规模，提高路由器的选路效率。 b ) 简化的报头格式：i p v 6 去掉了i p v 4 报头中一些不必要的字段，采用4 0 字节的固定 南京邮电学院硕上研究生学位论文第一章绪论 报头，使数据包的处理更简单更迅速。另外通过添加扩展报头的方式，扩充i p v 6 协议的功能。 c ) 即插即用：采用邻居发现机制 2 】和地址自动配置 3 】【4 】，简化了网络节点的管理和 维护，使得网络设备无需手工配置，便可实现连网功能。 d ) 更好的移动性支持：解决了移动i p v 4 中的三角路由和入口过滤问题，取消了外地 代理的概念，定义了新的协议和消息格式，可以更好的支持移动性。 e ) 安全性高：i p v 6 实现了认证头( a h ) 5 和封装安全载荷( e s p ) 【6 】两种机制。前 者实现数据的完整性及对i p 包来源的认证，保证分组确实来自源地址所标记的节 点；后者提供数据加密功能，实现端到端的加密。 f ) 更好的q o s ：i p v 6 报头中的“标签”字段允许鉴别属于同一数据流的所有报文，因 此路径上所有路由器可以鉴别一个流的所有报文，实现非默认的服务质量和实时服 务等特殊的处理 1 2 移动i p 导弓 1 2 1 移动i p 的产生 随着i n t e m e t 信息资源的日益丰富和笔记本电脑，p d a ，移动电话等移动设备迅速普 及，人们越来越希望能够随时随地的保持与网络的连接，人们对移动通信的需求日益增加， 移动i p 技术正是为满足这一需求而产生的。 1 9 9 6 年1 0 月，i e t f 提出了移动i p v 4 协议的相关标准( 草案) ，主要包括r f c 2 0 0 2 、 r f c 2 0 0 3 、r f c 2 0 0 4 、r f c 2 0 0 5 和r f c 2 0 0 6 等文档。r f c 2 0 0 2 定义了移动i p v 4 协议【7 ， 其它r f c 分别定义了移动i p v 4 的相关技术。但是，由于i p v 4 自身的不足，如i p 地址匮 乏，安全性不好等原因，使得在基于i p v 4 的网络上开展移动i p 应用非常的困难。虽然移 动i p v 4 协议几经修改，但是仍然没有得到广泛的应用。 移动i p v 6 协议是随着i p v 6 协议一起发展起来的新的移动口协议。2 0 0 4 年6 月，i e t f 提出了移动i p v 6 第一个协议标准，r f c 3 7 7 5 8 】，该文档定义了移动i p v 6 协议的主要操作 实体和实体间的基本操作。i p v 6 以其丰富的地址空间，较高的安全性和服务质量以及较 好的移动性支持，使得i p v 6 在移动通信领域得到了广泛得应用。现有网络正处于i p v 4 到 i p v 6 的过渡时期，固定数据通信已经充分发展。过渡难度较高，而移动数据通信则是刚 堕蔓塑皇兰堕堡! 竺茎圭兰堡堡苎苎二皇笪笙 刚起步，而且发展迅速，成为l p v 6 的最佳得切入点【9 1 0 】。实际上，制订下一代移动通 信系统”i m t 一2 0 0 0 ”标准的3 g p p 已经决定在下一代移动技术的基本协议中采用i p v 6 。 1 2 2 移动i p 工作机制 移动i p 是一种网络协议，工作在t c p i p 协议模型的网络层。它使移动主机可以在不 同的网络间自由移动而同时又不中断现有的通信连接。按照现有的网络协议，当主机从一 个子网移动到另一个子网时需要对主机的网络地址进行重新配置。如果没有特殊的网络协 议的支持，主机将不得不中断正在进行的通信。移动i p 协议则可以使主机自由移动而无 需改变原来的地址，同时保持了对传输层和应用层保持了透明性。可以将移动i p v 4 的工 作机制简单的概括为以下几个步骤： 1 ) 家乡代理和外地代理不停地向网络发送代理通告消息，声明自己的存在。 2 ) 移动节点接收这些消息，并根据接收到的消息确定自己是在家乡网络还是在外地 网络。 3 ) 如果移动节点发现自己仍然在家乡网络，即收到的是家乡代理发来的消息，则不 必启动移动功能。如果移动节点是从外地网络重新返回家乡网络的，则需要向家 乡代理发送取消注册的消息，声明自己回到了家乡网络。 4 ) 当移动节点检测到它移动到外地网络时，则需要获得一个转交地址，这个地址有 两种类型：一种是外地代理的i p 地址；另一种是通过某种机制获得的新的临时i p 地址。 5 ) 然后移动节点向家乡代理注册，将所获得的转交地址通知家乡代理。 6 ) 注册完毕后，所有发往移动节点的数据包将被家乡代理经由“i p 隧道”发往外地 代理，外地代理再把数据包转发给移动节点。这样，即使移动节点已经由一个子 网移动到另外一个子网，发往移动节点的数据包仍然能够正确的到达。 7 ) 移动节点发往外地的数据包按一般的i p 寻路方式送出，不必通过家乡代理。 1 2 3 移动i p 、w l 心和阴c p 移动i p 是网络层的协议，它保持了对传输层和应用层的透明性，扩大了主机的移动 范围，可以实现移动主机跨网络的漫游。w i ，a n 也可以实现主机的移动，但是w l a n 实 - 3 塑塞些鱼兰堕堡：! 堕壅兰兰篁堡茎 翌= 至堕丝 现的仅仅是网络链路的无线接入仅可以使主机在同一个子网不同的链路之间自由地移 动，当主机离开原来的网络时仍需要重新配置网络地址。w l a n 可以和移动i p 技术结合， 实现较大范围的无线互联网。d h c p 服务器可以自动地为主机分配i p 地址，但是d h c p 分配的i p 地址只能在本网络内使用。当主机移动到另一个网络后还要重新配置i p 地址【4 。 所以d h c p 实现的是网络的单向访问，即主机只能单向地访问i n t e m e t 网络中的服务器和 节点，而i n t e m e t 中的服务器和节点不能随时访问到主机。移动i p 实现的是双向的访问， 移动主机具有唯一的i p 地址，i n t e m e t 中的其它主机随时可以访问到移动主机。 1 2 4 关于移动i p 研究的热点问题 目前，移动i p 的标准化工作还在制定之中，在移动i p 的实现过程中也遇到了很多问 题，其中涉及的热点问题主要包括以下几方面： a ) 路由优化：路由优化主要是移动i p v 4 中的问题，对应节点向移动节点发送的数据 包首先要到达家乡代理，而后由家乡代理通过隧道转发给移动节点，而移动节点可以直接 向对应节点发送数据包。三边路由问题会增加数据包传输的时延，占用较多的网络资源并 且加重家乡代理的负担，因此必须采用合理的路由优化技术。 b ) 平滑切换：当移动主机在不同的网络间移动时，经常需要进行网络层的切换。切 换过程包括移动探测、新转交地址的配置和地址的重新绑定注册。切换过程一般会花费较 长的时间，其间可能造成网络连接的暂时中断和数据包丢失，这将给现有的通信带来非常 严重的问题，所以移动i p 需要平滑的切换技术。 c ) 网络性能：当某个网络的移动节点数目较多时，移动节点、对应节点和家乡代理 之间的绑定更新消息和其它安全认证消息占用过多的网络带宽。由于移动i p 大多工作在 无线网络中，而无线网络的带宽一般是非常宝贵的资源，所以必须尽可能减少网络带宽的 开销。另外，数据包在无线网络的传输过程中也可能经常会产生错误和丢失，从而影响通 信的质量，所以在设计移动i p 协议时还应考虑到网络的性能问题。 d ) 安全性：安全性是决定移动i p 能否得到广泛应用的至关重要的因素之一。目前， 移动i p 中采用了多种认证机制和加密方法来防止恶意用户的攻击【1 1 】，在很大程度上克 服了移动i p 中的安全隐患。但是，目前还有很多安全问题没有得到很好的解决，例如， 密钥的管理和分配、安全软件和集成化以及防止拒绝服务攻击等，因此必须认识到网络安 全问题的解决是一项艰巨的系统工程。当前的目标是如何利用各种安全手段来提供最优的 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章绪论 安全性能 1 3 本文的研究重点和组织结构 本文的研究对象主要是移动i p v 6 协议，重点是移动i p v 6 的层次化管理和快速切换技 术。第二章介绍了i e t f 标准移动i p v 6 协议，包括移动i p v 6 的报文消息格式，各种消息 的交换和移动节点的移动。第三章主要分析了两种现有的移动i p v 6 改进方案：层次化移 动i p v 6 协议和和快速切换移动i p v 6 协议。第四章在综合了两种方案的基础上给出了一个 新的改进方案。第五章对新的方案进行了理论分析和模拟仿真。最后，第六章对本文进行 了总结并对后续研究进行了展望。 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章移动i p v 6 介绍 2 1 移动i p v 6 简介 第二章移动i p v 6 介绍 移动i p v 6 协议于移动i p v 4 协议一样，均可以实现移动节点跨网络的漫游。但是移动 i p v 6 协议已经被集成到i p v 6 协议中，成为i p v 6 协议的一部分。 2 1 1 移动i p v 6 与移动i p v 4 的区别 移动i p v 6 的设计吸取了移动i p v 4 发展的经验并利用的i p v 6 所提供的新的功能。因 此，移动i p v 6 具有很多与移动i p v 4 相似的地方，但它又跟i p v 6 紧密结合，比移动i p v 4 有了很多的改进。移动i p v 6 和移动i p v 4 的主要区别可以概括为以下几个方面【8 】： a ) 移动i p v 6 取消了移动i p v 4 中的外地代理，移动i p v 6 主机在外地的操作不需要外 地路由器的特殊支持。 b ) 支持路由优化是移动i p v 6 协议的一个基本部分而不是一个可选的扩展功能。而且 移动i p v 6 路由优化可以与实现入口过滤的路由器更好的协作。 c ) 移动i p v 6 中的路由优化采用环回路由过程的方式确保操作的安全性，不需要提前 配置安全联盟，便于在全球范围内任意移动节点和对应节点之间实现路由优化。 d ) i p v 6 的邻居不可达探测保证了移动节点和默认路由器之间的相互可达性。 e ) 当移动节点在外地时，发往移动节点的数据包大部分是通过i p v 6 源路由的方式而 不是仅仅采用移动i p v 4 中的i p 隧道封装的方式，从而减轻了网络的负荷。 f ) 移动i p v 6 采用邻居发现机制代替a r p ，减少了对链路层功能的依赖，提高了协议 的可靠性。 g ) i p v 6 封装和源路由取消了移动i p v 4 中隧道软状态的管理。 h ) 移动i p v 6 采用动态家乡代理发现机制并利用了i p v 6 的a n y c a s t 技术，使家乡网 络仅返回一个应答给移动节点。移动i p v 4 中采用的广播技术则会返回多个应答消 息。 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章移动i p v 6 介绍 2 1 2 移动i p v 6 功能实体和关键术语 移动节点( m o b i l en o d e ) ：一种能够只使用自己的家乡地址从一条链路切换到另一条 链路而不中断正在进行的通信的节点。 家乡代理( h o m ea g e n t ) ：有一个端口与移动节点家乡链路相连的路由器，它负责移 动节点转交地址的绑定注册。当移动节点在外地时，家乡代理截获发往移 动节点的数据包，封装后再通过隧道转发到移动节点注册的转交地址。 对应节点( c o e s p o n d e n t n o d e ) ：和移动节点通信的节点，可以是移动的或固定的节 点。 家乡地址( h o m e a d d r e s s ) ：指定给移动节点的单播可路由全球i p 地址，用作移动节 点的永久地址。该地址是属于移动节点家乡链路的地址。标准的路由机制 会将目的地为移动节点家乡地址的数据包发往移动节点的家乡链路。当家 乡链路有多个网络前缀时，移动节点可以具有多个家乡地址。 转交地址( c a r e - o f a d d r e s s ) ：当移动节点在外地链路时，分配给移动节点的单播可路 由全球i p 地址，它的网络前缀与外地网络的前缀相同。如果外地链路具 有多个网路前缀时，移动节点可以有多个转交地址，其中在家乡代理注册 的那个转交地址作为移动节点的“基本”转交地址。 l 2 切换( l a y e r2h a l l d o v e r ) ：移动节点的从一个链路层切换到另一个链路层的过程， 例如，移动节点改变无线接入点( a p ) 的过程就是l 2 切换。 l 3 切换( l a y e r3h a i l d o v e r ) ：通常发生在l 2 切换之后，移动节点检测到子网前缀的 改变需要改变基本转交地址时。例如，改变无线接入点后，移动节点改变接 入路由器的过程就是l 3 切换。 2 1 3 移动i p v 6 基本原理 不管是在家乡网络还是在外地网络，移动节点总是保持着家乡地址的可达性。当移动 节点在家乡链路时，目的地为移动节点家乡地址的数据包被按照传统的h n e m e t 路由机制 发送到移动节点的家乡网络。当移动节点移动到外地时，移动节点通过i p v 6 的无状态地 址配置或有状态地址自动配置机制获得一个或多个转交地址。为了保持家乡地址的可达 性，移动节点需要把它在外地的基本转交地址在家乡代理进行注册，将家乡地址和转交地 7 堕皇型鱼竺堕堡= ! ；：型! 塑竺兰垡堡壅 兰三兰堕垫! ! 堑坌塑 址绑定在一起。注册时移动节点首先向家乡代理发送个“绑定更新”请求消息，家乡代 理接受请求后再返回一个“绑定应答”消息给移动节点。 移动节点和对应节点的通信有两种模式。第一种是通过双向隧道，这种模式不需要对 应节点对移动i p v 6 的支持。对应节点发送给移动节点的数据包首先被路由到移动节点的 家乡代理，然后再通过隧道发往移动节点。移动节点发送给对应节点的数据包首先通过反 向隧道发送到家乡代理，然后再按照正常的路由方式从家乡网络发往对应节点。在这种方 式中，移动代理通过“代理邻居发现”在家乡链路截获发往移动节点家乡地址的数据包， 然后再用i p v 6 封装的方式将数据包通过隧道发往移动节点的基本转交地址。 第二种模式采用路由优化，需要对应节点对移动1 p v 6 的支持。移动节点首先要将现 在的位置信息通知对应节点，类似移动节点在家乡代理的注册，移动节点需要将其转交地 址在对应节点处进行注册，建立家乡地址和转交地址的绑定。对应节点向移动节点发送数 据包时，需要在数据包中插入新的i p v 6 路由报头，源地址设为自己的全球i p 地址，目的 地址为移动节点注册的转交地址，将移动节点的家乡地址放在新的路由报头中，移动节点 向对应节点发送数据包时，需要在数据包中插入新的目的地址选项，源地址设为自己在对 应节点处注册的转交地址，目的地址为对应节点的全球i p 地址，将自己的家乡地址放在 家乡地址目的地址选项中。采用路由优化可以缩短数据包的传输路径的长度，还可以减轻 移动节点家乡代理和家乡链路的负载。 移动i p v 6 还支持多个家乡代理以及一定程度的家乡网络的重新配置。例如，移动节 点可能不知道它的家乡代理的i p 地址，家乡子网的前缀有时也可能会改变。移动节点可 以通过“动态家乡代理地址发现”机制来确定家乡代理的i p 地址，还可以通过“移动前 缀发现”机制来确定家乡子网的前缀。 2 2 标准移动i p v 6 协议简介 2 2 1 新的i p v 6 协议、目的选项和消息类型 1 移动报头 移动报头( m o b i l 时h e a d e r ) 是i p v 6 的一个新的扩展报头，用于移动节点、对应节 点和家乡代理中绑定信息的创建和管理。移动报头的类型为1 3 5 ，具有以下格式： 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章移动i p v 6 介绍 p a y l o a dp r o t o h e a d e rl e nm h t y p er e s e r v e d c h e c k s u m m e s s a g ed a t a 其中，移动报头类型字段( m h t y p e ) 指示了移动报头中所带的消息类型，目前移动 报头共定义了8 种消息类型： 绑定刷新请求消息( b r r ，b i n d i n g r e f r e s h r e q u e s t m e s s a g e ) ，类型值= o ，仅可 以由对应节点发送给移动节点，用于要求移动节点刷新其地址绑定。当移动节点 的地址绑定生命期快要结束时，如移动节点和对应节点仍在通信，对应节点可以 发送该消息给移动节点要求刷毅其地址绑定。移动节点收到该消息后，可以决定 是否重新发送地址绑定更新消息。绑定刷新请求消息的格式如下： r e s e r v e d m 。b t i t ，。p t i 。n s 家乡测试初始化消息( h o t i ，h o m et e s ti n i tm e s s a g e ) ，类型值= 1 ，该消息用于 环回路由过程，由移动节点经家乡链路发送给对应节点。消息的格式如下： r e s e r 、，e d h o m ei r i i tc o o k 诘 m o b i l i t yo p t i o n s 转交测试初始化消息( c o t i ，c a r e - o f t e s ti r i i tm e s s a g e ) ，类型值= 2 ，该消息用 于环回路由过程，由移动节点直接发送给对应节点。消息的格式如下： 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第二章移动i p v 6 介绍 r e s e r v e d c a r c o fi n i tc o o k i e m o b i l i t yo p t i o n s 家乡测试消息( h o t ，h o m et e s t m e s s a g e ) ，类型值= 3 ，该消息用于环回路由过 程，由对应节点发送给移动节点的家乡地址，作为对家乡测试初始化消息的回应。 消息的格式如下： h o m on o n c ei n d e x h o m ei n i tc o o k i e h 。m 。k 。y g 。nt 0 k 。n m 。b m t y 。p t i 。n s 转交测试消息( c o t ，c a r e o ft e s tm e s s a g e ) ，类型值= 4 ，该消息用于环回路由 过程，由对应节点发送给移动节点的转交地址，作为对转交测试初始化消息的回 应。消息的格式如下： c a r e - o f n o n c ei n d e x c a r e o fi n i tc o o l ( i e c a r e o fk e y g e nt d k e n m o b i l 酊o p t i o l l s 绑定更新消息( b u ，b i n d i n gu p d a _ t em e s s a g e ) ，类型值= 5 ，用于移动节点转交 地址的绑定注册，由移动节点发送给家乡代理或对应节点，以请求它们将移动节 点的家乡地址与转交地址进行绑定。消息的格式如下： 南京邮电学院顾士研究生学位论文第二章移动i p v 6 介绍 s e q u e n c e 拌 一dl列r e s e r v e d l i f e t i m e l m o b i l i t yo p t i o n s 绑定应答消息( b a ，b i n d i n g a c l 【i l o w l e d g e m e n tm e s s a g e ) ，类型值= 6 ，用于对绑 定更新消息的确认，由家乡代理或对应节点发送给移动节点。消息的格式如下： s t a t u s k fr e s e e d s e q u e n c e # l i f e t i m e m 0 b i l i t yo p t i o n s 绑定出错消息( b e ，b i n d i n ge 玎o rm e s s a g e ) ，类型值= 7 ，用于对应节点通知移 动节点有关绑定错误的信息，如未知的家乡地址选项或未知的移动报头格式等 等。消息的格式如下： s t a n 】sr e s e r v e d h o m ea d d r e s s m o b i l 时o p t i o n s 2 移动选项 移动报头可以包含零个或多个移动选项( m o b i l i t yo p t i o n s ) ，移动选项位于移动报头 的消息数据( m e s s a g ed a t a ) 部分，用于扩展移动报头中不同消息类型的功能。移动选项 具有以下的通用格式： 南京l 邮电学院硕士讲究生学位论文 第一章移动l p v 6 介绍 o p t i o n t y p e 0 p t i o nl e n g t l l o p t i o nd a t a 主要的移动选项有 填充选项，包含填充1 ( 类型o ) 和填充n ( 类型1 ) 选项，用于移动报头数据的 对齐。 绑定更新建议选项( b i n d i n g r e f r e s h a d v i c eo p t i o n ) ，类型为2 ，仅用于家乡代理 对移动节点的绑定应答消息中，要求移动节点更新其地址绑定。 改变转交地址选项( a 1 t e 玎1 a t ee a r e o f a d d r e s so p t i o n ) ，类型为3 ，仅用于绑定更新 消息中，其中包含了移动节点新的转交地址。当移动节点改变了转交地址后可以 通过该选项告知家乡代理或对应节点。 n o n c ei a d i c e so p t i o n 。类型为4 ，用于移动节点发往对应节点的绑定更新消息中 而且必须与绑定认证数据选项一起使用，该选项的目的是为了增强绑定更新的安 全性。 绑定认证数据选项( b i n d i n g a u t l l o r i z a t i o nd a t ao p t i o n ) ，类型为5 ，用于移动节点 和对应节点之间的绑定更毅和缂定应答消息中，其中包含了绑定所需的认证数据 ( 9 6b i t s ) ，该选项的目的也是为了增强绑定更新的安全性。 3 类型2 路由报头 移动i p v 6 定义了一个新的扩展报头类型，类型2 路由报头，它允许对应节点发送的 数据包直接路由到移动节点的转交地址，实现移动节点和对应节点之间通信的路由优化。 移动节点的转交地址被放进数据包的目的地址域，而将移动节点的家乡地址则被放进类型 2 路由报头中。类型2 路由报头与正常的i p v 6 源路由报头( 类型o 路由报头) 不同，它 仅包含一个路由地址，即移动节点的家乡地址，而且它仅可以被移动节点处理。防火墙可 以区分这两种不同的路由报头，从而采取不同的策略。类型2 路由报头的格式如下： 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章移动i p v 6 介绍 n e x th e a d e rh d re x tl e n = 2 r 0 u t i n gt y p e - 2 s e g m e n t sl e f c - 1 r e s e e d h o m ea d d r e s s 4 家乡地址选项 家乡地址选项是一种新的目的地址选项扩展报头，选项类型值为2 0 l ，当移动节点在 外地发送数据包时，用于告知接收者移动节点的家乡地址。家乡地址选项的格式如下： o p t i o nt y p e = 2 0 1 o p t i o nl e n g t l l = 1 6 h o m ea d d r e s s 5 新的i c m p 消息 移动i p v 6 还定义了4 种新的i c m p 报文类型，用于移动节点家乡代理地址的动态发 现和家乡网络前缀信息的获得。它们分别为： 家乡代理地址发现请求消息( h o m e a g e m a d d r e s s d i s c o v e r yr c q u e s t m e s s a g e ) 。 移动节点发送该消息到家乡代理的a j l y c a s t 地址，请求家乡代理返回它的全球单 播i p 地址。 家乡代理地址发现回应消息( 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 p l ym e s s a g e ) 。家 乡代理收到请求消息后，返回该消息给移动节点，其中包含了家乡链路上的家乡 代理的i p 地址列表。 移动前缀请求消息( m o b i l ep r e f i xs o l i c i t a t i o nm e s s a g e ) 。当家乡网络重新配置前 缀后，移动节点发送该请求给家乡代理来获得新的前缀信息，以便重新配置自己 的家乡地址。 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章移动i p v 6 介绍 移动前缀广告消息( m o b i l ep r e n x a d v e n i s e m e n tm e s s a g e ) 。家乡代理用此消息告 知移动节点家乡网络新的前缀信息。 2 2 2 对i p v 6 邻居发现协议的修改 为了支持移动i p v 6 ，i p v 6 的邻居发现协议也需要作些修改，主要包括以下几个方面 路由广告消息的修改。移动i p v 6 修改了路由广告消息格式，在路由广告报文中增 加了一个新的字段h ，当h 位为1 时，表示该路由器可以作为移动节点的家乡代 理。 前缀信息选项的修改。为了进行地址绑定，移动节点需要知道家乡代理的全球性 i p v 6 地址，而根据现有i p v 6 邻居发现协议，路由广告报文中只包含了路由器的 本地链路i p v 6 地址。移动i p v 6 扩展了路由发现协议，在前缀信息选项中增加了 个新字段r ，当r 位为l 时，表示选项中包含了发送该路由广告消息的路由器 的完整的全球性i p 地址。 新的广告间隔选项。移动i p v 6 在路由广告消息中定义了一个新的选项，广告间隔 选项( a d v e r t i s e m e n ti m e a lo p t i o n ) ，用于公告它周期性的广播路由广告的时间 间隔。移动节点收到包含该选项的路由广告后，便可以得知路由器发送路由公告 的间隔时间。该选项可以帮助移动节点进行移动探测。 新的家乡代理信息选项。该选项用于家乡代理所发送的路由广告中，其中包含了 家乡代理的优先级和生命期，这些信息可以帮助移动节点选择合适的家乡代理。 改变路由广告消息的发送。i p v 6 邻居发现协议规定路由器发送未请求路由广告 ( u n s o l i c i t e dr o u t e ra d v e n i s e m e n t s ) 的最小时间间隔是3 秒。为了使移动节点能 够及时的探测到移动，移动1 p v 6 放松了该限制，当路由器希望支持移动节点时， 可以将广播未请求路由广告消息的间隔缩短为：最小o 0 3 秒，最大o 0 7 秒。 2 2 3 环回路由过程 环回路由过程( r e t u mr o 讹l b i l i t yp r o c e d u r e ) 是移动i p v 6 新提出来的方法，主要用 于保护移动节点与对应节点之间的绑定更新消息。通过环回路由过程，可以使对应节点确 定移动节点转交地址和家乡地址的可达性，还可以使移动节点和对应节点协商绑定管理密 钥( k b m ，b i n d i n gm a n a g e m e mk e y ) ，该密钥用于对应节点认证移动节点的绑定更新报文。 1 4 - 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第= 章移动i p v 6 介绍 环回路由过程总共包括四个消息的交换 2 3 移动节点的移动 图2 1 环回路由过程 本节中讨论的移动主要是指移动节点从一个接入路由器的服务范围移动到另一个接 入路由器的服务范围，即移动节点在网络层的移动。移动节点移动时将可能发送l 2 切换 和l 3 切换，但是这里重点研究的是l 3 切换，即网络层的切换。移动节点的移动可以分 为3 个部分：移动探测，配置新的转交地址和转交地址绑定更新。 2 3 1 移动探测 移动探测的主要目标是探测到将要发生的l 3 切换。移动探测是移动节点l 3 切换过 程中第一部也是最重要的一步，直接影响移动节点的移动性能。如果能够及时地探测到移 动节点的移动，就可以及时地配置新的转交地址和进行转交地址的绑定更新，从而缩短移 动节点的切换时延，减少数据包的丢失。目前，有人提出了一些加快移动探测方法，如快 速路由广告机制和无线接入点缓存路由广告的机制 1 2 ，利用链路层的信息来加快移动探 测的机制 1 3 1 4 等等。在标准移动i p v 6 协议中，移动探测主要是通过i p v 6 邻居发现技 术( 包括路由器发现和邻居不可达) 来实现的。移动节点通过邻居不可达机制发现默认路 由器不再具有双向的可达性，于是便开始探测新的默认路由器。通常情况下，此时移动节 点已经移动到了新的链路上。然而这种探测仅仅发生在移动节点有数据包要发送而先前默 认路由器又不可达时或收到链路层的指示时。 童塞! ! ! ! ! 生兰堕堡兰堕塾兰兰壁堡兰蔓三皇堡垫堡：! 坌塑 因为进行l 3 切换时会造成数据流暂时的中断，绑定更新消息也会导致的链路信号负 担的增加，所以移动节点应尽量避免进行l 3 切换，直到不得已时才进行l 3 切换。例如， 当移动节点收到一个具有不同前缀信息的新的路由广告报文时，如果原来的默认路由器仍 然具有双向的可达性，移动节点应该继续使用原来的默认路由器而不应切换到新的路由 器。移动节点还可以利用收到的路由广告报文中的信息进行l 3 切换的探测。 在设计移动探测算法时一般需要考虑以下几点： 可能同时有多个路由器在同一个链路上，所以发现一个新的路由器并不一定要进 行l 3 切换。同一个链路上的多个路由器也可能会广播不同的前缀信息，所以收 到一个新的前缀时也不一定就要进行l 3 切换。 路由器的本地链路i p 地址不是全球唯一的，因此，当移动节点在进行完l 3 切换 后还有可能会收到以相同链路i p 地址为源地址的路由广告。所以，移动节点应 该根据路由广告报文中的“r ”位所指示的全球i p 地址来区分路由器。 如果收到的路由广告报文中包含了广告问隔选项，移动节点则可以利用该选项中 的信息来确定它收到该路由器的广告报文的频率。如果过了它所期望的时间还没 有收到路由器的广告，则可以断定至少一个路由广告丢失了。移动节点可以根据 丢失的路由广告报文的数量来确定是否进行新的路由器的发现( r o u t e r d i s c o v e r y ) 。 移动节点也可以通过邻居不可达探测来判定默认路由器是否具有双向可达性。 l 2 切换也可以用来进行移动探测，虽然l 2 切换不一定意味着要进行l 3 切换， 但是l 3 切换都是跟随着l 2 切换的。当发生l 2 切换时，为了减少网络的数据负 担，移动节点可以先向默认路由器发出一个单播的邻居请求报文( n e i 曲b o r s 0 1 i c i t a t i o n ) ，如果默认路由器没有返回一个邻居广告( n e i 曲b o r a d v e r t i s e m e m ) ， 移动节点便可以发起多播的路由器请求( r o u t e rs o l i c i t a t i o n ) 。 2 3 2 转交地址的配置 当移动节点移动到新的链路后，需要重新配置基本转交地址。另外，当现有基本转交 地址不再可用时，也应该重新配置基本转交地址。移动节点可以同时配置多个转交地址， 但是在同一时刻仅可以具有一个基本转交地址，即移动节点在家乡代理注册的转交地址， 塑