（计算机应用技术专业论文）一种改进的快速层次移动ipv6方案研究.pdf

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，也不包含为获得一 重庞邮电大堂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 表示谢意。 学位论文作者签名：纠球气 签字日期： 学位论文版权使用授权书 ， 年易月乡日 本学位论文作者完全了解重迭由电太堂有关保留、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。本人授权重庞邮电太堂 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 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 导师签名：译砰 签字日期：沪6 1 年月 日 冲f 多 、彳 月 卸厂 年 名 签q 吖 者 作 ： 文 期 沦 日 位 字 学 签 重庆邮电大学硕十论文摘要 摘要 移动i p v 6 机制可以在全球互联网范围内提供移动数据解决方案，使 移动节点可以使用一个永久的i p 地址连接到任何链路上。但是，由于存 在切换时延和服务质量等问题，移动i p v 6 缺乏对实时业务的支持。因此 寻求有效改善用户的切换性能方法是优化移动i p v 6 的重要工作。目前研 究的热点问题主要集中在切换过程中如何保证通信的连续性、如何缩短 切换的时延、如何减少丢包等。 本文首先简要介绍了移动i p v 6 协议，然后分别介绍了目前流行的几 种对标准移动i p v 6 进行扩展的切换方法如层次移动i p v 6 技术( h m i p v 6 ) 、 快速移动i p v 6 技术( f m i p v 6 ) 、以及快速层次移动i p v 6 技术( f h m i p v 6 ) ， 并通过一个简化模型对各种方案的切换性能进行分析与比较。 为了进一步提高移动i p v 6 的切换性能，本文在f h m i p v 6 方案的基 础上提出了一个改进的方案。该方案通过减少信令交互次数和利用m a p 缓存可以进一步加快隧道建立和降低丢包。该方案并没有定义任何新的 分组报文，而是在原有分组报文上作的扩展。同时改进方案对原方案也 有很好的兼容性。 最后，本文对已有方案和改进方案进行了仿真和较为详细的分析。 仿真结果表明该方案增加了一定切换时延，但其丢包性能有了很明显的 提高。 关键词：移动i p v 6 ，快速层次移动i p v 6 ，信令交互，m a p 缓存 a bs t r a c t m o b i l ei p v 6m e c h a n i s ma tt h eg l o b a li n t e r n e tp r o v i d em o b i l e d a t a s o l u t i o n st h a te n a b l em o b i l en o d e sc a n u s eap e r m a n e n ti pa d d r e s sl i n k e dt o 0 na n v1 i n k h o w e v e r ，b e c a u s eo ft h eh a n d o f fd e l a ya n dq u a l l t yo f s e r v l c e i s s u e s m o b i l ei pl a c kr e a l t i m eo p e r a t i o n a ls u p p o r t t h e r e f 6 r es e e kt o e f f e c t i v e l yi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f t h eu s e r sh a n d o v e rl sa nl m p o r t a n t 0 p t i m i z a t i o nf o rm o b i l ei p 。 t h ec u r r e n ts t u d yf o c u s e dm a i n l yo nh o tl s s u e s i nt h em o b i l ei ph a n d o v e rp r o c e s si s h o wt oe n s u r et h ec o n t l n u l t yo 士 c o m m u n i c a t i o n ， h o wt os h o r t e nt h eh a n d o v e rd e l a y ， h o wt or e d u c et h e p a c k e tl o s s f i r s t l v ，m o b i l el p v 6i si n t r o d u c e di nd e t a i l 。t h e ns e v e r a lo f t h ec u r r e n t p o p u l a rs t a n d a r d sf o rm o b i l ei p v 6t oe x p a n d t h el e v e lo fh a n d o v e rm e t h o d s s u c ha sm o b i l ei p v 6t e c h n o l o g y ( h m i p v 6 ) ，f a s tm o b i l ei p v 6t e c h n o l o g y ( f m i p v 6 ) ，a n df a s th i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6t e c h n o l o g y ( f h m i p v 6 ) a r e p r e s e n t e d ，a n dt h r o u g has i m p l 讯e dm o d e lw ea n a l y z ea n dc o m p a r e v a n o u s p r o g r a m sh a n d o v e rp e r f b r m a n c e l no r d e rt of u r t h e ri m p r o v et h em o b i l ei p v 6h a n d o v e rp e r f o r m a n c e ，a n i m p r o v e dp r o g r a mb a s e d o nt h ef h m i p v 6p r o g r a m l s p r o p o s e d b y r e d u c i n gt h en u m b e ro fs i g n a l i n gi n t e r a c t i o n sa n d u s eo fm a pc a c h e ，t h e p r o g r a mc a nm a k et h et u n n e l e s t a b l i s h e dm o r eq u i c k l ya n dl o w e rp a c k e t 1 0 s s t h ep r o g r a md o e sn o td e f i n ea n yn e wp a c k e tm e s s a g e ，b u te x p a n d t h e o r i g i n a lm e s s a g e a tt h es a m et i m e t h ei m p r o v e dp r o g r a ma l s oh a sv e r y g o o dc o m p a t i b i l i t y f i n a l l y ，w ec o m p a r et h eo r i g i n a lp r o g r a mw i t ht h ei m p r o v e dp r o g r a m i nam o r ed e t a i l e ds i m u l a t i o na n da n a l y s i s i n t h i sp a p e r t h es i m u l a t l o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o g r a mi n c r e a s ea b i th a n d o f fd e l a y ，b u ti np a c k e tl o s s h a v ec l e a rp r o g r e s s k e y w o r d s ： m o b i l ei p v 6 ， f a s th i e r a r c h i c a lm 0 b i l ei p v 6 ， s i g n a l i n gi n t e r a c t i o n s ，m a p c a c h e n 重庆邮电大学硕十论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 选题背景1 1 2 研究现状2 1 3 论文工作3 1 4 论文的组织安排4 第二章移动i p v 6 5 2 1 移动i p v 6 协议概述5 2 1 1 移动i p v 6 常用术语5 2 1 2 移动i p v 6 的概念性数据结构6 2 1 2 移动i p v 6 的路由方式7 2 1 3 移动i p v 6 协议的总体流程9 2 2 移动i p v 6 的优点和存在的问题1o 2 2 1 移动i p v 6 的优点1o 2 2 2 移动i p v 6 中存在的问题1 1 2 3 本章小结1 1 第三章移动i p v 6 扩展技术及性能分析1 2 3 1 层次移动i p v 6 1 2 3 1 1 层次移动i p v 6 基本原理l3 3 1 2 层次移动i p v 6 的工作过程1 4 3 1 3m a p 分析l5 3 1 4 层次移动i p v 6 中存在的问题1 6 3 2 快速移动i p v 6 1 6 3 2 1 快速移动i p v 6 基本原理1 8 3 2 2 快速移动i p v 6 协议的工作过程19 3 2 3 快速移动i p v 6 中存在的问题2 l 3 3 快速层次移动i p v 6 2 1 i i i 重庆邮电大学硕士论文 目录 3 3 1 快速层次移动i p v 6 的基本原理2 2 3 3 2 快速层次移动i p v 6 的工作过程2 3 3 3 3 快速层次移动i p v 6 中存在的问题2 4 3 4 几种方案的切换时延分析与比较2 4 3 5 本章小结2 7 第四章一种改进的快速层次移动i p v 6 方案2 8 4 1 改进的快速层次移动i p v 6 方案2 9 4 1 1 改进的方案2 9 4 1 2 改进方案的工作过程2 9 4 1 3 改进方案的信令设计3 0 4 1 4 方案的兼容性3 1 4 1 5 性能分析3 1 4 2 本章小结3 2 第五章仿真与性能分析3 3 5 1 网络仿真软件n s 简介3 3 5 2 仿真实现与性能分析3 4 5 2 1 原有各方案的仿真与性能分析3 5 5 2 2 改进方案的仿真与性能分析3 8 5 3 本章小结4 l 第六章结论及未来工作4 2 6 1 结论4 2 6 2 未来工作4 2 致谢4 3 攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果4 4 参考文献一4 5 i v 重庆邮电大学硕十论文第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 随着i n t e r n e t 技术全面走向社会，计算机网络在短短的十多年时间 里，迅速成为现代信息社会的一个重要信息载体，对当代社会产生着越 来越大的推动作用。作为i n t e r n e t 的主体通信协议的t c p i p 协议，随着 i n t e r n e t 的普及应用，己经成为事实上的计算机网络的工业标准。i p 技术 将最终战胜其他各种网络技术而成为网络竞争的最后赢家，i p 技术将是 数据通信必然的选择。 另一方面，在最近几年，随着无线数字传输技术的发展，一种新型 的局域网一一无线局域网( w l a n ) 悄然出现，极大地改变着i n t e r n e t 的传 统服务形式。i n t e r n e t 终端用户所要求的己经不仅仅是能够通过电话拨号 或网卡插槽方便地接入，而是更加灵活的无线接入形式，并且要求是在 任何时候、任何地点都可以享受i n t e r n e t 的服务。从这一点来说，i n t e r n e t 走向了移动，即i p 走向了移动。与此同时，随着通信技术发展的日新月 异，通信网络之间相互融合的趋势日见明显。而计算机网络，以其独有 的优异性能和强大的信息运载能力，以及高度的实用性和优异的使用性 价比，将会在未来的信息网络架构中起着不可替代的主导作用。现在的 i n t e r n e t 将是未来“信息高速公路”的主干和依托。 总而言之，随着技术不断发展和社会信息需求的持续增长两个因素 的强劲推动，传统的固定i p 节点之间的相互通信的数据传输方式已经很 难满足人们的需求；同时，便携式终端的广泛应用使得在i p 网络中实现 对移动性的支持变得越来越重要。而移动和i p 的结合即移动i p 是这种 趋势在当前阶段的强烈反映。 移动i p l l 。4 】不是移动通信技术和i n t e r n e t 技术的简单叠加，而是移动 通信和i p 协议的深层融合。它将真正实现语音和数据的业务融合，移动 i p 的目标是将无线话音和无线数据综合到一个技术平台上传输，这一平 台就是i p 协议。未来的移动网络将实现全包交换，包括话音和数据都由 i p 包来承载，话音和数据的隔阂将消失。 当前，移动i p 主要指的是移动i p v 4 【5 】和移动i p v 6 【6 1 ，移动i p v 6 的 设计汲取了移动i p v 4 的设计经验，并且利用了i p v 6 的许多新的特征， 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 所以提供了比移动i p v 4 更多的、更好的特点。i p v 6 为i p 协议注入了新 的内容，使其对安全、主机移动以及多媒体等的支持成为i p 协议的有机 组成部分。移动i p v 6 的目标是无论用户如何接入网络，都能使用相对固 定的i p 地址。该技术允许用户使用同一个i p 地址接入到不同网络，从 而确保漫游的用户可以在不中断会话或者连接的情况下继续通信，移动 i p v 6 技术是下一代无线网络技术，而实现域内，域间无缝切换和漫游是 其重要内容。 1 2 研究现状 i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 的移动i p 工作组( i pr o u t i n g f o rw i r e l e s s m o b i l eh o s t s ) 在2 0 0 4 年发布了移动i p v 6 的标准，之后几年 相继发布了其它扩展协议的建议标准。 标准移动i p v 6 机制可以在全球互联网范围内提供移动数据解决方 案，使移动节点可以使用一个永久的i p 地址连结到任何链路上。与复杂 的无线蜂窝网相比，移动i p v 6 的移动管理和切换非常简单，并能支持异 质网络间的漫游。但是，由于存在切换时延和服务质量等问题，移动i p v 6 缺乏对实时业务的支持。切换延迟是指移动节点从一个网络切换到另一 个网络恢复网络层正常通信所需要的时间。标准移动i p v 6 协议的切换延 迟较长，容易造成连接中断和数据包丢失 1 。因此寻求有效改善用户的 切换性能方法是优化移动i p v 6 的重要工作。目前研究的热点问题主要集 中在切换过程中如何保证通信的连续性、如何缩短切换的时延、如何减 少丢包等【8 9 1 。 为解决移动i p v 6 切换时延的问题，i e t f 提出了快速移动i p v 6 ( f m i p v 6 ，f a s tm o b i l ei p v 6 ) l 与层次移动i p v 6 ( h m i p v 6 ，h i e r a r c h i c a l m o b i l ei p v 6 1 l 。f m i p v 6 允许移动节点还在原来的接入路由器时就可以 获得新的接入点和相关子网前缀的信息，从而可以预先产生新的转交地 址。同时要求移动节点在新旧接入路由器之间建立一条隧道。这样不仅 减少了移动i p v 6 中移动节点切换后才通过一系列操作配置转交地址的时 延，而且m n 在切换期间仍然可以接收到通信对端c n 发来的分组，降 低分组的丢失率。 h m i p v 6 则是通过引入一个新的功能实体一移动锚点( m a p ，m o b i l i t y a n c h o rp o i n t l 。利用“区域划分 的思想，在逻辑上将整个网络划分成 2 重庆邮电大学硕十论文第一章绪论 不同的“域，每个域由这特定的m a p 来管理，这个特殊的实体将充当 移动节点的一个临时家乡代理将转发移动节点与通信对端( c n ， c o r r e s p o n d i n gn o d e ) 之间的分组。h m i p v 6 使用两个转交地址：链路转交 地址( l c o a ，o n l i n kc a r eo fa d d r e s s ) 与区域转交地址( r c o a ，r e g i o n a l c a r eo fa d d r e s s ) ，区分出移动节点在m a p 域内的微移动与m a p 域间的 宏移动。当移动节点在一个m a p 域内微移动时，只有链路转交地址发生 改变，而区域转交地址并不发生变化。这时移动节点只需要将变化的链 路转交地址向m a p 进行注册更新，而不必向家乡代理以及通信对端发送 绑定更新( b u ，b i n d i n gu p d a t e ) 进行注册。这样避免了移动节点每次移动 后都需要向家乡代理以及通信对端发送b u 报文，因此减少了切换时延， 从而为移动i p v 6 的推广带来了远大的前景。但h m i p v 6 的提出也同样产 生了一些其他的问题，如域间切换性能不够理想，多级层次移动i p v 6 情 况下的m a p 选择和负载研究等。 众所周知，移动i p v 6 中最关键的问题之一就是要减少切换时的延迟 和数据包的丢失，最终让移动i p v 6 也能适合实时性要求较高的场合。正 是有这种需求，于是就产生了f m i p v 6 与h m i p v 6 的结合方案即快速层 次移动i p v 6 ( f h m i p v 6 ，f a s th i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ) l “j ，f h m i p v 6 在 一定程度上较好的结合了前两种方案的优点，进一步减少了切换延迟。 在f h m i p v 6 中，主要的操作由m a p 完成，而不像f m i p v 6 那样由p a r 和n a r 来完成。同时，f h m i p v 6 使用了f m i p v 6 的切换报文，没有定 义新的报文。这对于移动i p 能够支持实时性比较高的业务有着重要的意 义，从而有利于当前飞速发展的多媒体业务的进一步开展。 1 3 论文工作 本论文通过一个简化模型分析和比较了现有移动i p v 6 的几种扩展技 术的切换性能。同时通过相关文献了解到f h m i p v 6 存在的不足之处， 提出了一种改进方案，该方案通过减少信令交互和利用m a p 缓存提前保 存分组以达到加快隧道建立和减少丢包的目的。该方案是在原有方案上 做出的一些改进，并没有引入全新的分组报文，也没有对拓扑结构有特 殊要求，同时该方案与原方案也有很好的兼容性。最后，论文对现有的 移动i p v 6 的扩展技术和改进方案分别进行了仿真与性能分析。 重庆邮电犬学硕士论文 第一章绪论 1 4 论文的组织安排 本文的篇章结构安排如下： 第一章，绪论。首先阐述了本课题的背景，然后介绍了研究现状以 及论文工作和本论文的组织安排结构。 第二章，移动i p v 6 。本章详细介绍了移动i p v 6 协议，包括移动i p v 6 协议常用术语、工作原理、总体流程以及其优点和存在的问题等。 第三章，移动i p v 6 扩展技术及性能分析。详细介绍了三种移动i p v 6 的扩展技术，同时指出了目前存在的问题。并通过一个简化模型对各方 案的切换时延做了理论上的分析与比较。 第四章，一种改进的快速层次移动i p v 6 方案。首先就第三章的快速 h m i p v 6 方案存在的问题提出了一种改进的方案，并在理论上对改进方 案进行了简要的分析。 第五章，仿真与性能分析。首先简要介绍了仿真工具，然后是实验 部分。试验1 对现有各方案中节点的切换时延和丢包做了分析也比较， 试验2 在同一拓扑环境下就本文的改进方案和原有快速层次移动i p v 6 方 案做了对比。 第六章，结论及未来工作。对论文中所做的工作做了全面的总结， 并对下一步的工作做了展望。 4 重庆邮电大学硕十论文第二章移动i p v 6 第二章移动lp v 6 2 1 移动i p v 6 协议概述 在移动i p 提出之前，当移动用户通过不同地区的i s p 接入网络时， 其i p 地址也要进行变更。当一个移动用户离开自己的本地网络，接入另 外一个外地网络的时候，他必须将其i p 地址修改为外地网络的子网的i p 地址，才能访问各种网络资源，而且由于各种网络设置，此用户一般不 能访问原有本地网络中的资源，其他用户也无法通过该用户原来的i p 地 址与该用户进行通信。这种传统的针对固定节点通信的技术，不适用于 移动节点。 针对这一问题，移动i p v 6 允许移动节点从一个链路移动到另一个链 路而不需要改变其i p 地址。无论连接到i n t e r n e t 的什么地方，移动节点 都能够接收到目的地址是家乡地址的分组，而且在新的链路上可以继续 与其他节点保持通信，其移动对于传输层以及更高层协议和应用保持透 明。 2 1 1 移动i p v 6 常用术语 ( 1 ) 移动节点( m n ，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。 ( 2 ) 家乡代理( h a ，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。 ( 3 ) 接入路由器( a r ，a c c e s sr o u t e r ) ：是指位于移动主机所访问的网 络上的路由器，为注册的移动主机提供路由服务。它接收移动主机的家 乡代理通过隧道发来的分组，进行拆封后发给移动主机；对于移动主机 发出的分组，接入路由器提供类似默认路由器的服务。在移动i p v 6 中已 经没有外地代理的概念了。 ( 4 ) 家乡网络( h n ，h o m en e t w o r k ) ：是指与移动节点的家乡地址具有 相同前缀的网络，可以是一个不存在的虚拟网络。发往移动接点家乡地 重庆邮电大学硕十论文 第二章移动i p v 6 址i p 分组会被标准的i p 路由机制转发到其家乡网络上。 ( 5 ) 外地网络( f n ，f o r e i g nn e t w o r k ) ：是指除移动节点家乡网络外的 任何网络，也就是网络前缀与移动节点家乡地址不同的网络。 ( 6 ) 通信对端( c n ，c o r r e s p o n d e n tn 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。 ( 7 ) 家乡地址( h a ，h o m ea 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。 ( 8 ) 转交地址( c o a ，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。 ( 9 ) l 2 切换( l a y e r 2h a n d o v e r ) ：移动节点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的过程就是l 2 切换。 ( 1o ) l 3 切换( l a y e r 3h a n 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 2 移动i p v 6 的概念性数据结构 移动i p v 6 协议定义了下面三种概念性数据结构； ( 1 ) 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 绑定缓存用于保存关于其他节点的绑定信息，包括与移动主机“家 乡注册 或者“通信对端注册 相关的表项。每个家乡代理和通信对端 都要维护绑定缓存。i p v 6 节点发送每个分组时，首先根据目的地址搜索 绑定缓存，如果在绑定缓存中发现匹配的表项，则把转交地址放在分组 的目的地址字段中，同时把目的地址字段中的内容放在增加的家乡地址 选项中，否则，根据i p v 6 的定义发送分组。 ( 2 ) 绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s t ) 每个移动主机都应该维护绑定更新列表，记录与它所发送的每个尚 未过期的绑定更新相关的信息，包括移动主机发向通信对端及其家乡代 6 重庆邮电大学硕十论文第二章移动i p v 6 理的所有绑定更新。 ( 3 ) 家乡代理列表( h o m ea g e n tl i s t ) 家乡代理需要为它所服务的每个链路都单独维护一个家乡代理列 表，记录通过设置家乡代理( h ) 位的路由器通告所探测到的每个家乡代理 的信息，用于动态家乡代理地址发现机制中向移动主机发送“动态家乡 代理地址发现应答 消息。该列表类似于邻居发现机制中每个主机维护 的“默认路由器 列表。 2 1 2 移动i p v 6 的路由方式 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i n t e r n 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 地址和转交地址绑定在一起。注册时移动节点首先向家乡代理发送一个 “绑定更新 请求报文，家乡代理接受请求后再返回一个“绑定应答” 报文给移动节点。 家乡代理 信对端 图2 1m i p v 6 双向隧道通信方式 移动节点和通信对端的通信有两种模式。第一种是通过双向隧道( 如 图2 1 所示) ，这种模式不需要通信对端对移动i p v 6 的支持。通信对端发 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。移动节点发送给通信对端的数据包首先通过反向隧 7 重庆邮电大学硕七论文 第二章移动i p v 6 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通信对 端。在这种方式中，家乡代理通过“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( 如图2 2 所示) ，需要通信对端对移动i p v 6 的支持。移动节点首先要将现在的位置信息通知通信对端，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通信对端处进行注 册，建立家乡地址和转交地址的绑定。通信对端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。移动节点向通信对端发送数据包时，需要在数据包 中插入新的目的地址选项，源地址设为自己在通信对端处注册的转交地 址，目的地址为通信对端的全球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。 家乡代理 图2 2m i p v 6 的优化路由通信方式 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。 重庆邮电人学硕十论文第二章移动i p v 6 2 1 3 移动i p v 6 协议的总体流程 常规的i n t e r n e t 路由算法会把目的地址为移动节点家乡地址的分组 转发到节点的家乡链路，因而m i p v 6 协议需要在不改变这种路由机制的 前提下保证离开家乡网络的移动节点能够与其他节点通信。m i p v 6 协议 的大致流程如下( 如图2 3 所示) ： 罂 图2 3m i p v 6 协议流程 ( 1 ) 移动节点接收到外地网络的路由器公告，判断出自己已经移 动到了新的网络，并配置新的转交地址。 ( 2 ) 移动节点向家乡代理发送绑定更新报文以通告它的最新位置。 ( 3 ) 家乡代理建立或更新该移动节点的绑定缓存项，并向移动节点返 回绑定确认报文，完成“家乡注册 过程。 ( 4 ) 由于不知道移动节点的最新位置，通信对端依然将分组发往移动 节点的家乡地址。分组被家乡代理截获后，通过家乡代理与移动节点间 的隧道发往移动节点的新位置。 ( 5 ) 移动节点收到隧道发送的分组后，判断出通信对端还不知道自己 的新位置，因而向通信对端发送绑定更新报文。 ( 6 ) 通信对端建立或更新该移动节点的绑定缓存项，并返回绑定确认 报文，完成“通信对端注册过程。 ( 7 ) 通信对端直接发送分组到移动节点的新位置。 9 重庆邮电大学硕十论文第二章移动i p v 6 2 2 移动i p v 6 的优点和存在的问题 2 2 1 移动i p v 6 的优点 由于i p v 6 是i p v 4 基础上的全面升级，而且在最初设计i p v 6 时考虑 过很多对移动的支持，因此相对移动i p v 4 来说，移动i p v 6 协议具有如 下优点【 j ： ( 1 ) 足够的地址空间 移动i p 协议要求移动节点移动到任何一个新的外地网络后，该网络 都能够为它分配一个全球唯一的i p 地址。因此为了能够向移动节点提供 转交地址，那些可以为移动节点提供服务的外地链路都必须预留至少一 个i p 地址。由于i p v 4 网络的地址缺乏，某些链路可能无法为移动节点 预留出足够的全球i p v 4 地址。而i p v 6 由于有足够的地址空间，并且可 以进行地址的自动配置，因此移动节点可以简单地获得全局唯一的配置 转交地址，并且不再需要外地代理进行转发。 ( 2 ) 路由优化 在移动i p v 4 中，由于i p v 4 报头中的可选项不是所有节点都支持， 因此不适宜使用源路由，存在三角路由问题。 在移动i p v 6 中，对于源路由，i p v 6 将可选项分成必须由每台路由器 检查的部分和只需由最终目的节点检查的部分。因此，路径上绝大多数 路由器根本不需要理会i p v 6 选路报头，这使得绝大多数路由器可以很快 地做出转发决策。 ( 3 ) 入口过滤 移动节点发送数据包时，通过把这个转交地址作为源地址，将家乡 地址包含在家乡地址选项中，可以解决入口过滤问题。 ( 4 ) 广播数据包 在移动i p v 4 中，移动节点要把广播数据包通过隧道发送给家乡代理； 而在移动i p v 6 中，家乡地址选项的使用允许用家乡地址进行广播。 ( 5 ) 安全机制 移动i p v 6 应用了i p s e c ，能够对注册等信息进行认证和保护。 ( 6 ) 黑洞 移动i p v 6 的移动检测机制为移动节点提供了双向确认，在移动i p v 4 中只有路由器到移动节点的数据包有确认，使得黑洞现象存在。 l o 重庆邮电大学硕十论文 第二章移动i p v 6 ( 7 ) i p v 6 路由报头而不是封装 移动i p v 6 中大多数发往移动节点的数据包都是采用路由报头，而不 是进行i p 封装，减小了负载，而移动i p v 4 则必须进行封装。 ( 8 ) 邻居发现，不是a r p 移动i p v 6 中家乡代理截获家乡链路上的发往移动节点的数据包，是 通过邻居发现而不是a r p ，增强了协议的健壮性，并且简化了移动i p 的 实现。 2 2 2 移动i p v 6 中存在的问题 虽然移动i p v 6 与移动i p v 4 相比具有很多优势，并且结合了i p v 6 的 很多新特性，但是，目前移动i p v 6 还有许多问题没有得到很好的解决， 安全性和快速平滑的切换是其中两个关键的技术问题【1 4 。5 1 。 安全性问题中首先要保护移动节点向家乡代理和对应节点的注册， 使只有真正具有那个家乡地址的移动节点才能对那个家乡地址进行绑 定。另外，还要采用有效的安全机制来保护移动节点与家乡代理以及移 动节点与对应节点之间的通信。 移动节点在进行网络间的切换可能会造成网络连接的暂时中断和数 据包的丢失。对于普通的通信连接这可能不是什么大问题，但是对于语 音或视频等实时性较高的通信来说则是难以忍受的【l6 1 所以，如何缩短切 换时延，减少数据包的丢失是非常关键的问题。 2 3 本章小结 本章首先介绍了移动i p v 6 的常用术语和概念性数据结构，然后详细 描述了移动i p v 6 的路由方式和总体流程。最后，指出了移动i p v 6 的优 点和存在的问题。 重庆邮电人学硕+ 论文第三章移动口v 6 扩展技术及性能分析 第三章移动lp v 6 扩展技术及性能分析 移动节点从一个子网移动到另一个子网就产生了切换( h a n d o v e r ) 。 移动节点在新的子网上获得新的转交地址，新的转交地址不同于前一个 网络上的转交地址，因此，移动节点需要向家乡代理重新注册，以及向 通信对端重新绑定。移动i p v 6 是关于第三层，即网络层上的协议，由于 消息传输和协议处理都需要时间，加上无线链路的高误码率、无线信号 强度动态变化等多方面的原因，切换可能导致移动节点在一定时间内不 能发送和接收数据分组，引起通信对端与移动节点之间的通信暂时中断。 因此如何使得m n 在切换的过程中保持流畅的、连续的通信非常重要。 只有保证切换中的时延和丢包在一个可以接受的水平，才可以部署移动 多媒体实时业务。而移动i p v 6 协议中没有说明如何优化m n 在切换过程 中的性能，如何使切换能够快速、平滑、无缝，是移动i p v 6 协议所面临 的新挑战。 针对i e t f 标准移动i p v 6 协议的不足和缺陷，现在已经出现了很多 改进方案【m 1 2 】【l7 。2 0 】。目前在移动i p v 6 改进协议中研究最广泛的主要是 h m i p v 6 协议和f m i p v 6 协议，以及它们的混合方案。本章下面将要介绍 的便是i e t f 的m o b i l ei p 工作组所提出的h m i p v 6 协议和f m i p v 6 以及 它们的混合方案即f h m i p v 6 。 3 1 层次移动i p v 6 与m i p v 6 一样，h m i p v 6 与底层的介入技术无关，是一种网络层移 动管理技术。h m i p v 6 技术的优点是可以减少向家乡代理和通信对端发 送的绑定更新报文的数量，能够缩短切换时延。 移动节点每次改变转交地址时，都需要向它的家乡代理以及正在与 它通信的每一个对应节点发送绑定更新报文，较多的绑定更新报文将会 占有大量的网络带宽资源。另外，绑定更新报文传输也要花费一些时间。 h m i p v 6 协议正是为了解决这些问题而被提出的。它是对标准移动i p v 6 协议的一个改进方案，其设计目标是减少移动节点向家乡代理和对应节 点发送的绑定更新报文的数量，缩短绑定更新报文的传输时间，加快切 1 2 重庆邮电人学硕士论文 第三章移动口v 6 扩展技术及性能分析 换的速度。 h m i p v 6 中的主要关键术语有： ( 1 ) m a p ( m a p ，m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) ：m a p 是h m i p v 6 新引入的网 络实体，它是位于移动节点所访问的外地网络中的一个路由器。m a p 的 作用类似移动节点在外地的家乡代理。一个访问网络中可以有一个或多 个m a p 。 ( 2 ) 区域转交地址( r c o a ，r e g i o n a lc a r e - o fa d d r e s s ) ：r c o a 是移动节 点根据收到的m a p 选项( m a po p t i o n ) 中的信息配置的转交地址，也是移 动节点向家乡代理和对应节点注册所用的转交地址，它属于m a p 所在的 子网。 ( 3 ) 链路转交地址( l c o a ，o n 1 i n kc a r e o fa d d r e s s ) ：l c o a 是移动节 点根据默认路由器的前缀广播信息所配置的转交地址，也是移动节点实 际所用的转交地址，它属于移动节点当前实际所在的子网。 ( 4 ) 本地绑定更新( l b u ，l o c a lb i n d i n gu p d a t e ) ：移动节点通过向m a p 发送一个本地绑定更新报文，在m a p 处建立区域转交地址和链路转交地 址的绑定。 3 1 1 层次移动i p v 6 基本原理 h m i p v 6 引入了m a p 这一新的网络实体，当移动节点在m a p 的服 务范围内移动时，只需要向m a p 发送本地绑定更新报文，而不需要再向 家乡代理和对应节点发送绑定更新报文，从而大大减少了绑定更新报文 的数量，节约了网络带宽资源。对于家乡代理和对应节点，m a p 隐藏了 移动节点实际所在的位置。另外，移动节点向距离较近的m a p 发送本地 绑定更新报文而不需要向较远的家乡代理和对应节点发送绑定更新报 文，可以缩短绑定更新报文的传输时间，从而加快了移动节点的l 3 切换， 减小由于切换对当前通信造成的影响。 选项类型 选项长度 a hrdm 前缀长度 序列号 r e s 生存时间 子选项 图3 1 绑定更新报文的扩充 h m i p v 6 对现有的移动i p v 6 协议标准进行了扩展，在绑定更新报文 重庆邮电大学硕士论文第三章移动i p v 6 扩展技术及性能分析 中增加了一个新的标志位m ，如果m 位为1 ，则表示该绑定更新报文是 移动节点向m a p 发出的本地绑定更新报文。新的绑定更新报文的格式如 图3 1 所示。 为了使移动节点能够识别m a p ，h m i