（计算机软件与理论专业论文）hmipv6切换协议的研究与改进.pdf

摘要 摘要 i e t f 提出了层次化移动i p v 6 技术( h m i p v 6 ) ，它通过引入移动锚点( m a p ) ， 将网络进行了层次化的划分，使的移动分为宏移动和微移动。当移动节点在 m a p 域内发生微移动时，移动节点不用再向远方的家乡代理和通信对端发送地 址绑定信息，从而减少了网络中注册信息的发送，进而减少了移动过程中的传 输切换延时，提高了移动i p v 6 的通信质量。 本文主要是在分析层次化移动i p v 6 的基础上，指出该协议中存在的几点不 足之处，如：m a p 选择的问题，m a p 负担过重，路由优化等问题。针对这几 点不足之处，本论文提出了两种方案来解决：( 1 ) 对h m i p v 6 的m a p 发现协议 进行扩展，让移动节点结合自身的移动特性和m a p 的因素，并依据一定的m a p 选择算法，来选择适合移动节点的m a p ，最终达到尽量让移动节点发生微移动， 从而减少传输延迟。( 2 ) 引入了边界网关来分担m a p 转发数据包的功能。通过 m a p 向边界网关发送有关移动结节点的位置信息，边界网关能直接将数据包发 送到移动节点，从而解决了m a p 的负担过重问题并实现了路由优化，最终 减少了网络传输延迟。本文的最后就这两种方案在l i n u x 下做了实现。 关键词：层次化移动i p v 6 ；称动锚点；协议；边界网关；路由优化 a b s t r a c t a b s t r a c t i e t fh a sb r o u g h 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 ( h m i p v 6 ) ，w h i c h d i v i d e st h ew h o l en e i w o r ki n t o m a n yl a y e r sb yi m p o r t i n gm o b i l ea n c h o r p o i n t ( m a p ) 。t h i sd i v i s i o nm a k em o b i l ei n t ot w ot y p e s 一一m a c r om o b i l i t ya n dm i c r o m o b i l i t y 。w h e nt h em o b i l en o d eh a p p e n sm i c r om o b i l i t yi nam a p ，i th a sn o l o n g e r t os e n dt h ea d d r e s sb i n d i n gm e s s a g e st oh o m ea g e n ta n dc o r r e s p o n dn o d e ， w h i c hr e d u c e st h er e g i s t r a t i o n m e s s a g e ss e n d i n ga n dt h ed e l a yo fs w i t c h - i n g t h e r e b y ，i m p r o v i n gt h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t yo fm i p v 6 a tt h eb a s i so fa n a l y s i n gh m i p v 6 ，t h et e x tm a i n l yp o i n t so u ts e v e r a ld e f e c t s i nt h eh m i p v 6 s u c ha s ：s e l e c t i o np r o b l e mo f m a p ，o v e r w e i g h tb u r d e no f m a p ， t h er o u t eo p t i m i z a t i o np r o b l e m p o i n tt ot h e s ed e f e c t s ，t h et e x th a v eb r o u g h tt w o k i n d so f r e s o l u t i o ns c h e m e s ：( 1 ) e x t e n dt h em a pf o u d a t i o np r o t o c o lo f h m i p v 6 。 t h r o u g hu n i o nm o b i l i t yn o d es e l l sm o v i n gc h a r a c t e r i s t i cp r o p e r t y ，m a pf a c t o r a n ds e p c i a lm a pc h o o s ea l g o r i t h m ，c o m e st oc h o o s em a pw h i c hi sf i tf o rm o b i l e n o d e ， u l t i m a t e l ym a k i n gm o b i l en o d eu t m o s td om i c r om o b i l i t ya n dr e d u c et h e t r a n s m i s s i o nd e l a y ( 2 ) i n t r o d u c et h eb o r d e rg a t e w a ys h a r i n gi nt h em a pt r a n s m i s s i o nm e s s a g e s ，t h r o u g hs e n d i n gt h ea d d r e s sb i n d i n gm e s s a g eo fm o b i l en o d e t ob o r d e rg a t e w a y ，t h eb o r d e rg a t e w a yc a nd i r e c t l ys e n dt h em e s s a g e st om o b i l e n o d e ，w h i c hr e s o l v e st h eo v e r w e i g h tb u r d e np r o b l e mo fm a p ，r e a l i z et h er o u t e o p t i m i z a t i o n ，a n df i n a l l yt h et e x tp r o v i d e st w os c h e m e sr e a l i z a t i o nu n d e rl i n u x k e yw o r d s ：h m i p v 6 ；m a p ；p r o t o c o l ；b g w ；r o u t eo p t i m i z a t i o n i i 常_ 【 j 缩写符号表 m i p v 6 h a h o a c o a m n c n b u b a a r h m i p v 6 m a p r c o a l c o a b g w 常用缩写符号表 m o b i l ei p v 6 h o m ea g e n t h o m eo f a d d r e s s c a r e o fa d d r e s s m o b i l en o d e c o r r e s p o n dn o d e b i n d i n gu p d a t e b i n d i n ga c k a c c e s sr o u t e r h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 m o b i l i t ya n c h o rp o i n t r e g i o n a lc o a l i n k c o a b o r d e rg a t e w a y v 移动口v 6 家乡代理 家乡地址 临时地址 称动节点 通信节点 绑定更新 绑定应答 接入点 层次化移动i p 娟： 移动抛锚点 区域转交地址 链路转交地址 边界网关节点 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 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 为获得直昌盔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 的说明并表示调 意。 学位论文作者签名( 手写) 汛、? 、刁毒秋等字日期：护d 蛑1 月7 日 - 、 n 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、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。本人授权直昌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、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络r m 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者虢杀、云曰i 文导师虢房力 签字日期：彦噼j 月7 日签字日期：矽岛睁7月9 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 移动i p v 6 的研究背景及研究意议 随着移动i p v 6 和无线技术的发展，移动用户迫切希望能够随时随地接入 i n t e r a c t 。当移动用户跨越不同的子网发生越区切换时，尽管移动i p v 6 能够实现 i p 层切换，但是切换延时过大，丢包严重，这对实时应用，诸如v o i c eo v e ri p 等，造成的影响是致命的，使用者能够很明显地感觉到实时连接的中断。因此， 减小移动i p 的切换延时，降低丢包率，使实时应用的性能不受节点移动的影 响，成为移动i p 亟待解决的一个问题。 为解决移动1 1 6 切换时延的问题，i e t f 提出了快速移动i p v 6 1 】与层次移 动i p v 6 1 2 1 。快速移动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。 层次移动i p v 6 则是通过引入一个新的功能实体一移动锚点。利用“区域划 分”的思想，在逻辑上将整个网络划分成不同的“域”，每个域由这特定的移 动锚点来管理，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 动节点与通信对端之间的分组。层次移动i p v 6 使用两个转交地址：链路转交地 址l c o a 与区域转交地址r c o a ，区分出移动节点在移动锚点域内的微移动与 移动锚点域间的宏移动。当移动节点在一个移动锚点域内微移动时，只有链路 转交地址l c o a 发生改变，而区域转交地址r c o a 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l c o a 向移动锚点进行注册更新，而不必向家 乡代理以及通信对端发送绑定更新b u 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 消息，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。 第1 章引言 1 2 国内外目前的研究现状 2 0 0 4 年，i e t f 公布了r f c 3 7 7 5 d ，作为移动i p v 6 的建议标准，也结束了 移动i p v 6 的草案状态。由于i p v 6 采有1 2 8 位的寻址方式，所以给i p v 6 带来了 巨大的地址空间，使得地址的自动配置变得非常简单，移动结点通过使用邻居 发现可以简单快速地获取到转交地址。另外，路由优化作为移动i p v 6 的基本功 能实现，而不再像i p v 4 中是作为可选的部分。通信对端发出的数据包使用i p v 6 路由头直接发送到移动节点。 移动节点从一个子网移动到另一个子网就产生了切换。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 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。如何保持通信的连续性，支持各种实时应用。缩短切换引起的 通信中断时间，减少切换对服务质量的影响，是移动i p 研究中重点关注的问题。 移动i p 标准定义了移动检测、转交地址获取和重新绑定等基本过程，在此基础 之上，人们为了不同的目的提出了各种切换技术，保证已有连接的通信服务质 量。移动i p 协议属于网络层的协议，为了具有通用性，设计为与链路层协议保 持相对独立，但这对切换带来负面的影响。移动节点只有在与直接连接的外地 代理或接入路由器的链路层切换完成后，通过网络层协议获得转交地址，才能 启动注册或绑定更新过程。为了减少切换对服务质量的影响，目| ；仃主要提出了 以下几种切换方法。 ( 1 ) 平滑切换1 4 j ，平滑切换的目的是在切换过程中，不仅要使切换速度快，还要 切换尽量平滑，这就需要考虑状态信息的转移问题。它使用移动i p v 6 中的“绑 定更新”消息携带转移的状态信息。其切换可以分为两种情况，即网络控制移 动协助( n c m a ) 和移动控制网络协助不协助( m c n a ) 。在n c m a 情况下，网络 能够知道移动节点将要切换到哪个路由器，旧接入路由器提前与新接入路由器 通信，并在其上建立请求状态。在m c n a 情况下，移动节点的i p 层能够收到 切换即将发生的通知，收到通知后可以立刻发送移动i p v 6 的相关消息。在两种 情况下，移动节点需要为状态传输发送必要的消息。 2 第1 章引言 ( 2 ) 快速移动m i p v 6 ”，是对移动m i p v 6 协议的扩展。允许m n 在原来的接入 路由器时就可以获锝关于下一步将要移动到的新的接入点和相关子网前缀的信 息，从而可以预测节点切换后新的转交地址。这样就减少了移动i p v 6 协议中 m n 换后才通过一系列操作获得转交地址的时延。同时快速移动1 p v 6 要求m n 在获得新的转交地址后在新旧接入路由器之间建立一条隧道。这样即使在移动 节点离开旧的接入路由器，发生切换期间仍然可以接收到通信对端发送分组。 原来的接入路由器将会截获这一分组，并通过隧道转发到新的接入路由器处。 新的接入路由器在未收到移动节点的通告时先缓存这一分组，等待移动节点的 确移动到此接入路由器时，将分组发给移动节点新的转交地址处，移动节点就 能够接收到对端的分组。所以这种方一式也可以减少切换过程中通信中断的时 间。 ( 3 ) 层次移动1 p v 6 ( h m i p v 6 ) 1 6 l 【_ ”，通过采用层次型路由结构，减少移动节点与 家乡代理和通信对端的信令交互数量，减少称为移动锚点m a p 。一个区域包翁 多个子网，子网的个数根据情况可以变化。每个子网都有接入路由器，每个区 域都有一个m a p 。移动节点通过接收包含m a p 信息的路由通告配置特定区域 的转交地址( r c o a ) ，然后使用这一地址向家乡代理以及通信对端进行注册。另 外，移动在一个m a p 域内，同时还会获得一个链路转交：l t 止( l c o a ) 。当移动 节点在这一个m a p 域内移动时，区域转交地址并不发生变化，这时就不需要 向家乡代理以及通信对端重新进行绑定，这样就减少了移动节点在m a p 域隆 的子网间移动时因切换而引起的通信中断时间。 本论文着重针对h m i p v 6 协议中切换时所带来的延时问题，通过对 h m i p v 6 选择m a p 协议的扩展，并结合一个新的m a p 算法，让移动节点能够 选择到合适的m a p ，从而最大可能减少移动节点发生宏移动，减少移动节点向 家乡代理和通信对端发送绑定更新信息，进而达到减少因切换所带来的延迟。 此外，本论文还打算让边界网关来分担m a p 的负担，最终解决m a p 负担过重 的问题，实现最终的路由优化。最后，打算对上述两种方案进行仿真实现。 1 3 选题意义 众所周知，移动i p v 6 中最关键的问题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 3 第1 章引言 是h m i p v 6 就产生了，尽管h m i p v 6 在一定程度上减少了切换延迟，但还是存 在许多问题，所以本文论文打算深入分析h m i p v 6 的不足之处，并提出改进方 案，从而达到减少移动结点的切换延迟，最终现实移动i p v 6 的无缝切换。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 4 论文工作 本论文打算主要深入分析h m i p v 6 协议存在的不足之处，提出让移动节点 依据自身的移动特性和m a p 的因素主动地选择真正适合自己的m a p ，通过合 适的m a p 的选择，大大减少了移动节点发生宏移动的几率，从而也就避免移 动结点向远方的家乡代理和通信对端发送地址绑定更新信息。此外，对于已选 择的m a p ，本论文还打算让边界网关来分担m a p 的负荷，这样做，即可以解 决路由优化的问题，又可以解决m a p 负担过重的问题。最后，论文对上述两 种方案给出了l i n u x 下的实现。 1 5 论文的具体组织结构如下 第1 章介绍了本文的研究背景，在此基础上之上，综述了移动i p v 6 在国 内外的研究现状和选题意义，最后指出了本论文的主要工作以及论文的组织结 构。 第2 章介绍了移动i p 技术和各种切换技术。 第3 章详细描述了h m i p v 6 协议的原理。 第4 章阐述h m i p v 6 的优点，并着重指出h m i p v 6 中存在的问题，最后 提出解决的案。 第5 章对解决方案在l i n u x 下的实现。 第6 章实验测试。 第7 章总结与展望，针对本课题的研究方向，指出下一步工作的探讨。 4 第2 章移动1 p v 6 技术简介 第2 章移动i p v 6 技术简介 随着移动i p 技术的发展，对移动i p 技术的了解是必须的，在这一节，打 算主要介绍目前几种移动i p 技术和移动i p v 6 的各种切换技术。 2 1 现有的移动i p 技术 2 1 1 移动i p v 4 移动i p v 4 8 1 解决了移动主机在i p v 4 网络中不同的子网中移动的问题，并保 持当前通信不被中断。为了达到这种效果，移动i p v 4 引入了移动结点( m n ) 靠 ”， 家乡代理( h a ) ，外地代理( f a ) 三个功能实体。具体的操作过程如下图2 1 。 m n 幽2 ，im l p v 4 绦作 ( 1 ) f a 通过代理路由通告告知m n 的基本信息，如转交地址。 5 第2 章移动i p v 6 技术简介 ( 2 ) m n 发现自已移动到外地网络时，将获得该网络的一个转交地址。这个转交 地址来自f a 的路由通告或d h c p 分配。 ( 3 ) m n 向h a 发送地址注册信息，告知它现在的位置，并在h a 中注册其转交 地址。 ( 4 ) h a 截获发送到m n 的家乡地址( h o a ) 的数据包，并通过遂道技术转发给m n 的转交地址。 ( 5 ) 遂道的输出端点解封装后，把数据包发送给m n 。 ( 6 ) m n 发送的数据包按照正常的i p 路由机制发送数据包，不经过家乡代理。 移动i p v 4 虽然解决了移动节点的移动问题，但是移动i p v 4 依然存在着许 多问题，如路由优化问题，地址绑定更新注册的安全等问题。 2 1 2 移动i p v 6 移动i p v 6 19 】是在i p v 6 的基础上提出的一个支持移动方案的扩展协议。并 提供对移动主机在i p v 6 子网内移动时的支持。与移动i p v 4 相比移动i p v 6 中没 有外地代理的概念。下面是移动i p v 6 的具体过程： ( 1 ) 当m n 移动到外地网络时，m n 通过无状态或有状态地址自动配置机制获 取它在外地链路上的转交地址。虽然m n 可能同时拥有多个转交地址，但只能 用一个转交地址向h a 注册，这个向h a 注册的转交地址叫着首要转交地址 ( p r i m a r yc a r e - o f a d d r e s s ) 。 ( 2 ) m n 获取转交地址之后，应周期性向h a 发送地址绑定更新消息( b u ) 。 ( 3 ) h a 在收到m n 发送的地址绑定更新信息后，更新对应的绑定缓存中的表项， 并向m n 发送一个绑定确认消息。h a 将使用代理邻居发现机制截获发送给移 动节点家乡地址的数据报文，并通过遂道技术把数据送给m n 的转交地址。 ( 4 ) 如果m n 在配置新的转交地址过程中和c n 有通信，则m n 也需要向c n 发送地址绑定信息，这样，以后c n 要发送数据包给m n 时，可以真接发给 m n 的转交地址，而不用再经过h a 转交给m n 。 ( 5 ) c n 在收到地址绑定更新信息之后，同样也要更新对应的绑定缓存中的表项， 并向m n 发送一个绑定确认消息ic n 在发送数据包前，先查看它绑定缓存， 查找数据包的目的地址所对应的表项。如果在缓存中查到了目的址对方应的绑 定信息，那么c n 可以利用绑定信息中的转交地址直接把数据包发送到m n 。 6 第2 章移动1 p v 6 技术简介 此外，c n 还需要把移动节点的家乡地址放入数据包的类型2 的路由头部内。 这样当这个数据包到达m n 时，数据报文的目的地址会被置换为移动节点的家 乡地址，再传送给上层协议进行下一步的处理。如果c n 没有查到m n 的绑定 信息，则按正常的方式发送数据包到m n 的家乡地址，m n 的家乡代理会通过 遂道技术发送给m n 。 ( 6 ) m n 可以直接将数据报文发送给c n ，而不管是在家乡网络还是外地网络中， 但在外地网络中，为了避免入口过滤对使用家乡地址作为源端发送报文，移动 i p v 6 使用m n 的转交地址作为源端，而把家乡地址放入家乡地址选项。c n 收 到报文后，将使用目的地选项头部中移动节点的家乡地址替代报文的源地址， 再传递上层协议作处理。 其操作示意图如下： 2 , 2 移动i p v 6 的各种切换技术 m n 糊2 2m 1 p v 6 操作 i 麓a t as e n d 我们知道移动节点的移动大致分为两类。一类是宏移动 ( m a c r o m o b i l i t y ) 1 1 0 】。即移动主机从一个访问网络移动到另外一个访问网络。另 一类嬲8 ) j ( m i c r o m o b i l i t y ) t ，与宏移动不同，这类移动的区域小，但发生 7 第2 章移动i p v 6 技术简介 频率高，只是发生在某个区域内。移动i p v 6 主要是解决了移动节点的宏移动的 问题，但移动i p v 6 处理移动节点的微移动时，就会引起很大的开销。按照移动 i p v 6 协议，移动节点一旦在一个域内的两个不同的网络之间移动时将发生切 换，移动节点将会在新的子网获得新的c o a 。然后移动节点将向家乡代理和通 信对端发送绑定更新注册。这样导致了移动主机在一段时间内不能发送和接受 数据包。由于移动节点发生微移动的频率很高，所以如果按照移动i p v 6 的处理 方式，则可能会导致移动主机不停的切换，不停的发送绑定更新通告自己的位 置，难以进行正常的通信，还占用了大量网络带宽。 于是针对移动主机的微移动所带来的切换延迟的问题，i e t f 在移动i p v 6 协议下提出一些微移动方案。本文主要介绍其中主要的两种方案。 2 2 1 快速切换f m i p v 6 ( f a s th a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 ) 移动i p v 6 快速切换技术【1 】【】2 】是对移动i p v 6 协议的改进，可以加快i p v 6 移 动主机的切换过程，减少已有通信连接的中断时问，保证通信流的实时传输。 它通过提日口注册，以及在新的外地网络未完成切换时，通过利用前一个网络来 保持通信的方法，实现快速切换。移动结点跨越子网发生切换时，其切换延时 主要由链路切换延时、i p 层切换延时组成。而i p 层切换延迟则主要由移动检 测的延时、配置新转交地址的延时、发送地址绑定更新信息的延迟组成。 而移动节点是否进行网络层切换由移动检测操作决定，当节点检测到自己 进入了一个新子网时才会进行网络层切换。因此，移动检测算法的效率和切换 延时的大小密切相关。移动i p v 6 使用的移动检测算法是前缀匹配 ( p r e f i x m a t c h i n g ) 算法。此算法通过把节点i p 地址的网络前缀和接收到的路由 器宣告报文中的子网前缀相比较来判断节点是否移动。如果二者不一致，说明 节点移动至新子网，需要进行切换。反之则不需要切换。r f c 3 7 7 5 中规定，路 由器间隔3 0 m s 至7 0 m s 发出一个路由器宣告报文。由此可知，当节点移动到新 子网后，平均等待5 0 m s 才能检测出位置发生了移动。 快速切换协议正是从减小移动检测延时出发对移动i p v 6 进行优化。该协议 希望移动节点能够通过以前的接入路由器p a r ( p r e v i o u sa c c e s sr o u t e r ) ，即现在 正连接到的路由器，获取到即将切换至的新的接入路由器n a r ( n e wa c c e s s r o u t e r ) 的子网前缀等信息，提前知道自己即将发生位置移动，并配置好新c o a 。 8 第2 章移动i p v 6 技术简介 当节点移动到新子网后，就可以直接启用新c o a ，不必再等待路由器宣告报文 来判断自己是否发生移动。 快速切换协议的实质是当移动节点还和p a r 保持链路层连接时就发起网 络层切换。切换可以由移动节点发起，也可以由p a r 发起，并需要链路层触发 器( l a y e r 2t r i g g e r ) 的协助。当移动节点进入到多个无线接入点同时覆盖的区域 时，会接收到多个接入点发出的无线信号。在移动节点主动发起切换的情况下， 随着无线信号品质的改变，链路层触发器促使移动节点向p a r 发出“代理宣告 路由器请求( r o u t e rs o l i c i t a t i o n f o r p r o x y a d v e r t i s e m e n t ) ”报文，请求获得其他接 入路由器的信息。p a r 收到后回复“代理路由器宣告( p r o x yr o u t e r a d v e r t i s e m e r i t ) ”报文给移动节点，报文中携带着n a r 的子网前缀、r p 地址等信息。移 动节点可以结合这些信息自动生成n c o a ( n e w - c o a ) 并向p a r 发送“快速绑定 更新( f a s tb i n d i n gu p d a t e ) ”报文。p a r 收到该报文后向n a r 发送“切换启动 ( h a n d o v e ri n i t i a t e ) ”报文，其中附带着移动节点的新c o aon a r 对该c o a 做 重复地址检测，以确保没有其他节点使用该地址。如果不存在地址冲突，n a 袋 回复“切换确认h a n d o v e ra c k n o w l e d g e ”) 报文给p a r ，p a r 将移动节点的 p c o a ( p r e v i o u sc o a ) 和n c o a 绑定在一起，若之后到达的数据分组的目的地为 p c o a ，则通过隧道将这些分组转发到n c o a 。如果存在地址冲突，n a r 会为 移动节点重新分配一个n c o a 。当移动节点切换到n a r 后可以立即使用n c o a ， 而不必等待漫长的移动检测和c o a 配置过程。另外，p a r 具有的数据报转发 功能使移动节点在切换到新子网后能够马上收到断线期间没有收到的数据报， 降低了丢包率。图2 3 显示了快速切换协议的报文交换过程。 9 第2 章移动i p v 6 技术简介 m k p a r n a r 矸理路由请求- 一 代珲路由嚣寮告 快速绑逮戛新 切换启动 切换应答 恢逑绑定疲答 恹逑终定垭答 r 连接 转发数据5 组 夜连接 挽建留嚣成落 健邋敲摄分纵 幽2 3 快速讲换协改交换搬文 2 2 2 分层移动i p v 6 切换协议h m i p v 6 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 1 层次切换协议【2 l 【1 3 1 主要是通过把整个网络划分许多个区域，每个区域中都 有一个或多个移动锚点m a p ( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) ，由m a p 负责转发发给 移动节点的数据包，而每次在区域内跨网移动的移动结点只需发送绑定信息给 m a p ，从而大大减少了发送绑定报文的延时。有关层次切换协议将在下一章详 细描述。 1 0 第3 章h m i p v 6 技术的介绍 第3 章h m i p v 6 技术的介绍 3 1 分级移动i p v 6 协议概述 3 1 1 分级移动i p v 6 协议的提出 从本文上一章可知，移动i p v 6 能够较好地应付移动节点的宏移动所带来 的切换延迟，但当面对移动节点做微移动时，由于移动节点需要在家乡代理和 通信节点之间传递大量的绑定更新报文，而它们可能相距较远。因此会产生严 重的丢包和延时等问题。而在现在实生活中，移动节点往往都是在小区域内移 动，也即大部分时间是在做微移动。于是很自然人们就想到把互连网划分成大 小区域的想法。为这样有以下两个明显的优点：第一，它提高了切换性能。匿 为小区域切换被限制在了一个很小的网络范围内，所以，它可以加快切换的速 度、减少切换时的丢包率。第二，它明显的减少了网络中的切换管理信令，避 免了网络中的信息拥塞，这是因为，在一个域内的移动，它的切换信令不会传 送到整个网络中去。而且在现实生活中，大部分移动都是在一个小区域内的移 动( 一个建筑物内或一个校园里1 ，因此，分级移动i p v 6 的应用具有很好的现实 意义。于时文献【2 1 提出了分级移i p v 6 切换协议。该文档引进了如下几个术语：” ( 1 ) 移动锚点( m o b i l ea n c h o rp o i n t ，m a p ) ：用来分割宏移动与微移动的网络元 素，它可以在任何一个路由器上来实现，它的作用就相当于一个处于距移动节 点较近的家乡代理，可以对微移动进行管理。 ( 2 ) 接入路由器( a c c e s sr o u t e r ，a r ) ：移动节点的默认路由器，也就是移动节 点在外地链路上的路由器。 ( 3 ) 区域转交地址( r e g i o n a lc a r e o fa d d r e s s ，r c o a ) ：是移动节点在外地的一个 m a p 域内的子网下的一个地址，通过获得m a p 选项后自动配置得到。 ( 4 ) 链路转交地址( o n l i n kc a r e o fa d d r e s s ，l c o a ) ：移动节点在外地链路上由 接入路由器配置得到的地址，与移动i p v 6 中的转交地址作用相同。 第3 章h m i p v 6 技术的介绍 ( 5 ) 区域绑定更新( l o c a lb i n d i n gu p d a t e ，l b u ) ：移动节点发往m a p 的绑定更 新，用来建立r c o a 与l c o a 之间的绑定关系，这个数据包中以移动节点的 l c o a 为源地址，在家乡地址目的地选项中放置移动节点的r c o a 。 3 1 2 分级移动i p v 6 的基本原理 正如本文第二章所提到那样，移动i p v 6 虽然实现了节点的移动性问题，但 是当节点频繁地在不同的网域之间移动时，需要频频向家乡代理注册。如果节 点距家乡代理较远，绑定更新报文往返一次的延时就更长。分层移动i p v 6 的目 的在于以层次式管理的方式减少绑定更新的延时。 h m i p v 6 将整个i m e m e t 分成若干个管理域( r e g i o n ) ，为每一个管理域配置 一个被称作“移动锚定点m a p ( m o b i l i t ya n c h o rp o i n t ) ”的路由器。它的作用类 似于家乡代理，它截获发向该域中那些已经向它注册过的i p 地址的数据分 组。一个管理域中可以有多个m a p 。位于管理域中的移动节点同时拥有两个 地：r e g i o n a lc o a 和o n - l i n kc o a ，该管理域外的节点只知道r c o a 。r c o a 由 移动节点的接口标识符( i n t e r f a c ei d e n t i f i e r ) 和路由器宣告报文中m a p 选项 ( m a po p t i o n ) 内的子网前缀( s u b n e tp r e f i x ) 形成，而l c o a 的形成方式和移动 i p v 6 中的c o a 形成方式相同。 分级移动i p v 6 将移动分为宏移动和微移动，所谓宏移动就是移动节点越过 了一个m a p 域，需要改变r c o a 的移动，微移动是在一个m a p 域里进行的移 动，不用改变r c o a ，只要改变l c o a 。移动节点从一个a r 移动到另一个a r 之后，它会收到一个a r 的路由广播，这个广播里含有的m a p 选项包含了多 组m a p 的信息，主要有m a p 的全球单播地址、优先级以及它们离移动节点的 距离，移动节点可以从这些信息中决定是否发生宏移动。如果发生宏移动，则 要改变移动节点的r c o a ，并且向m a p 、家乡代理和通信节点发送绑定更新， 如果是微移动，则只需改变移动节点的l c o a ，然后仅向m a p 发送绑定更新。 在移动发生时，要发生一系列的切换和消息传递。下面我们分别从宏移动和微 移动两方面介绍移动节点的切换过程。 ( ) h m i p v 6 的宏移动切换过程【1 o 】 ( 1 ) 移动节点通过接收到a r 的广播，发现自己发生了宏移动。并且从m a p 选 项中配得了r c o a ，从a r 的广播前缀中配得了l c o a 。 1 2 第3 章h m i p v 6 技术的介绍 ( 2 ) 移动节点通过a r 向m a p 发送地址绑定更新b u ( l c o a ，r c o a ) 。 ( 3 ) m a p 得到绑定更新后，进行重复地址检测，以检测移动节点的这个r c o a 和l c o a 是否有重复。 ( 4 ) m a p 知道移动节点的r c o a 地址不重复后，向移动节点发送绑定确认。 ( 5 ) 移动节点通过a r 和m a p 向家乡代理和通信节点发送绑定更新请求 b u ( r c o a ，h o a ) ，要求家乡代理和通信节点更新它们缓存中有关移动节点 r c o a 的地址的信息。 ( 6 ) 家乡代理和通信节点收到b u 后改变自己缓存中的信息，然后通过m a p 向 移动节点发送确认。 整个宏移动切换操作如下示意图： m na r m a ph a c k 绑定更新b u ( l c o a ，r c o 瓤) 绑定确认a c k b u ) 她址重复捡测 i 缀定更新b u r c o a 、h o a ) 绑定嚣复a c k b u _ 翻3 1 宏移动豹切换j 奠程 ( 二) h m i p v 6 微移动切换过程【l l 】 ( 1 ) 移动节点通过接收到的a r 的广播，发现自己发生了微移动，并从a r 的广 播前缀中配了l c o a 。 ( 2 ) 移动节点通过a r 向m a p 发送绑定更新b u ( l c o a ，r c o a ) 。 ( 3 ) m a p 得到绑定更新后，进行重复地址检测【2 7 】，以检测移动节点的l c o a 地 址是否有重复。 ( 4 ) m a p 知道移动节点的地址不重复后，通过a r 向移动节点发送绑定确认。整 个微移动切换操作如下示意图： 1 3 第3 章h m i p v 6 技术的介绍 绸3 2 徽移动豹切换过程 地址整复梭洌 由此可见，在微移动中，m n 只需要将新的l c o a 向m a p 再次注册，使 用新的l c o a 与原来的r c o a 做绑定就可以了。在这种情况下，r c o a 无需改 变，也不用向家乡代理重新注册。如果移动节点和同一个m a p 管理域中的对 应节点通信，在向对应节点发送绑定更新报文时可以用l c o a 作为源地址而不 必使用r c o a ，这样不需要通过m a p 就可以直接通信了。 h m i p v 6 隐藏了移动节点的l c o a ，即当移动节点在同一个m a p 下的管理 域移动时，不论移动多少次，家乡代理和对应节点只需要知道移动节点的r c o a 即可，不需要移动节点重新注册。这就大大减少了数据包传送的数量和距离， 这也正是h m i p v 6 的精华所在。 3 2h m i p v 6 协议对数据报的扩展 h m i p v 6 是在m i p v 6 的基础上进行了一些报文扩展，以实现h m i p v 6 的功能 3 2 1 对绑定更新的扩展 在移动i p v 6 绑定更新报文上增加一个m 位。当移动节点向m a p 注册时需 要将m 位置1 ，用以区别移动i p v 6 中的移动节点向家乡代理和通信节点注册， 如图3 3 所示： 1 4 第3 章h m l p v 6 技术的介绍 图3 3h m i p v 6 绑定更新消息格式 其中新增字段为： d ：1 位长，用于移动节点请求进行重复地址检澳1 ( d u p l i c a t ea d d r e s sd e t e c t i o n ， d a d ) 2 7 1 。 m ：l 位长，用于指示此绑定更新是对m a p 进行注册。 当移动节点向m a p 进行注册时，m 和a 字段必须被置位，以同向家乡代 理和通信节点的绑定更新区分。 3 2 2 对邻居发现选项的扩展 对邻居发现选项进行扩展，增加了一个m a p 选项，这是分级移动i p v 6 中 新增加的一个选项，要求该选项的偏移量是8 的倍数，其格式如图3 4 所示。 图3 4 h m i p v 6 中m a p 选项格式 其中各个字段的含义如下： 类型：一个8 位无符号整数，现在规定为2 3 。 长度：8 位无符号整数。以8 元组为单位的选项长度( 包括类型和长度域) ，不允 许长度值为0 。节点必须丢弃长度为0 的邻居发现分组。 距离：4 位无符号整数。表示m a p 到通告接收者的距离，如果应用动态m a p 发现，默认值为l 。如果m a p 和移动节点在同一链路上，距离必须设为1 。要 求在同一域内的距离必须保持一致。 优先级：m a p 的优先级，4 位无符号整型。1 5 表示最高优先级 r ：如果为l ，指示移动节点必须根据m a p 选项的前缀形成r c o a 。 1 5 第3 章h m i p v 6 技术的介绍 i ：如果为1 ，指示移动主机可能用它的r c o a 作为发送分组的源地址。当r 被 置位时，该位不能被置位。 p ：如果为l ，指示移动节点必须用r c o a 作为发送分组的源地址。 v ：如果为1 ，指示如果r c o a 被用作发送分组的源地址，那么需要建立移动 节点到m a p 的反向隧道，外出的数据包经m a p 转发。 有效生存期：是分配给m a p 子网前缀的生存期( 按秒计算) 。这个值给出了 由这个m a p 生成的r c o a 有效的时间。 3 3h m i p v 6 协议的m a p 发协议 m a p 发现主要是指移动节点如何获取m a p 地址和子网前缀，以及域内的 a r 如何发现m a p 。这对整个协议都是至关重要的，没有它，移动节点不可能 知道m a p 地址，也不可能执行注册过程，整个微移动协议也就不可能实现 1 4 1 。 在h m i p v 6 中，m n 是通过带有m a p 选项的路由器通告来进行m a p 发现的， 它要求所有的路由器通过特定的接口传播路由器通告消息中的m a p 选项。 m a p 选项内容包括：从移动节点到m a p 的跳数，m a p 的优先级，m a p 的i p 地址，m a p 的子网前缀等与m a p 有关的信息。网络中的每一个m a p 的默认 的优先级是1 0 ，当路由器收到带有m a p 选项的路由通告时，它就拷贝该选项， 并在跳数字段上加上l ，然后再发送出去。如果该路由器也是m a p ，则它还要 在同一通告中加入自己的m a p 选项。如果一个路由器收到同一个m a p 的多个 m a p 选项，则选择跳数少的m a p 选项。这样很多m a p 的信息就可以动态地 发送到移动节点那里，当移动节点收到包含许多m a p 选项的路由器广播后， 它可能会发现几个不同的m a p ，这时，它会根据m a p 选择协议选择一个最好 的m a p 作为自己的m a p ，并向它注腮r c o a 。如果没有可用的m a p ，则按照 移动i p v 6 的操作进行。如果m a p 选项中r 位被置位，移动节点必须在进行 m a p 注册时将这个r c o a 作为家乡地