（通信与信息系统专业论文）移动ipv6切换技术研究(3).pdf

摘要 随着因特网和无线通信技术的发展，出现了为移动节点提供网络 服务的需求，为此i e t f 制定了移动i p v 6 ，在全球互联网范围内提供 移动数据解决方案。但现有移动i p v 6 仍存在切换延迟大、分组丢失 率高等问题，难以满足对延迟敏感的实时应用的要求。 为改善切换性能，减少切换过程的延迟和分组丢失，论文首先提 出一种i f h m i p v 6 ( i n f o r m a t i o ne x c h a n g e - b a s e df a s th a n d o v e rf o r h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ) 切换机制。在信息交换的支持下，移动节点 可根据预先获知的领域内各接入路由器之间的邻居关系及相应的二 层、三层信息，减少无线接入网络发现和候选接入路由器发现所需的 时间。通过在层次型移动i p v 6 上调整快速移动i p v 6 的信令流程，简 化了切换准备阶段的操作，从而减少总体切换延迟和分组丢失。此外 还通过设置隧道定时器的方法，保留了在原路由器中建立的隧道，有 效降低移动节点由于乒乓运动引入的大量信令开销。 为让移动节点选择切换到较优的目标网络，提出基于评价矩阵的 切换决策应用于i f h m i p v 6 中。首先以经过预先处理的信号强度为判 决基准，筛选出满足信号要求的候选网络，然后综合权衡网络费用、 网络带宽和安全性各项因素，构造评价矩阵，选择具有最高评价值的 网络作为切换目标，该决策的执行简单灵活，降低了切换连接中断率。 为验证i f h m i p v 6 切换机制的可行性和有效性，在n s 2 环境下进 行了仿真实验，并将它与其它切换机制进行了对比，仿真结果表明该 机制的切换延迟和分组丢失相对较少，提高了移动节点的切换性能。 关键词移动i p v 6 ，快速切换，信息交换，切换决策 a b s l r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n t e r a c t a n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , m o b i l et e r m i n a le q u i p m e n t sw e r ei n t r o d u c e di n t oi n t e r n e t ， t h e r e b yi e t fp u b l i s h e dt h em o b i l ei p v 6p r o t o c o lt os o l v et h em o b i l e m a n a g e m e n tp r o b l e m s h o w e v e r , t h i ss t a n d a r dm i p v 6p r o t o c o lh a ss o m e l i m i t a t i o n ss u c ha sl o n gh a n d o v e rd e l a ya n dh i 曲p a c k e t sl o s sr a t i ow h i c h c a n tm e e td e m a n d so f d e l a ys e n s i t i v er e a l t i m ea p p l i c a t i o n s f o r i m p r o v i n gh a n d o f fp e r f o r m a n c e ，i f h m i p v 6 ( i n f o r m a t i o n e x c h a n g e - b a s e df a s th a n d o v e rf o rh i e r a r c h i e a lm o b i l ei p v 6 ) i sp r o p o s e d w t hi n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，m o b i l en o d ef o r e k n o w st h en e i g h b o r i n g r e l a t i o n s h i po f a c c e s sr o u t e r sa n dt h e i rr e l a t e di n f o r m a t i o n w h i c hh e l p st o r e d u c et h et i m eo fr a d i oa e e e s sn e t w o r kd i s c o v e r ya n dc a n d i d a t ea c c e s s r o u t e rd i s c o v e r y b ya d j u s t i n gs i g n a l i n gf l o wo ff m i p v 6o v e r 瑚p v r , t h eo p e r a t i o ni na n t i c i p a t i o np h a s ei ss i m p l i f i e d ，s ot h a to v e r a l lh a n d o f f l a t e n c ya n dp a c k e t1 0 s sa r er e d u c e d f u r t h e r m o r e ，i f h m i p v 6s e t st h e t u n n e lt i m e rf o rr e s e r v i n gt h et u n n e le s t a b l i s h e di nt h ep r e v i o u sn e t w o r k , s ot h a tl a r g es i g n a l i n gc o s ti n t r o d u c e db ym o b i l en o d e s p i n g - p o n g m o v e m e n tc a nb ea v o i d c d a ne v a l u a t i o nm a t r i x - b a s e dh a n d o f f d e c i s i o nw h i c hc a nb ea p p l i e di n i f h m i p v 6i sp r o p o s e dt oc h o o s et h eo p t i m a ln e t w o r kf o rh a n d o f f f i r s t l y , t h e p r o c e s s e d r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t hi su s e dt oo b t a i na v a i l a b l en e t w o r k s f o l l o w i n g ，s e v e r a im e t r i c ss u c ha sn e t w o r kc o s t b a n d w i d t ha n ds e c u r i t y a r ec o n s i d e r e da n dc o m b i n e dw i t hr e s p e c t i v ew e i g h t st oc o n s t r u c ta n e v a l u a t i o nm a t r i xf o rc h o o s i n gt h eb e s tn e t w o r kt oh a n d o f t t h i sm e t h o d i sc o n v e n i e n tt oe x e c u t ea n dt h eh a n d o f fc o n n e c t i o nd r o p p i n gp r o b a b i l i t y c a nb er e d u c e d i no r d e rt ov e r i 母t h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo f l f h m i p v 6 ，s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t sa r ee x e c u t e da n dc o m p a r e dw i t ho t h e rh a n d o f fs c h e m e s u n d e rn s - 2 s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ti f h m i p v 6h o l d st h em e r i to f l o wl a t e n c ya n d l o wp a c k e tl o s sa n dt h eo v e r a l lh a n d o v e rp e r f o r m a n c ei s i m p r o v e d k e yw o r d sm i p v 6 ，f a s th a n d o f f , i n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，h a n d o f f d e c i s i o n a p a r b a o k b r r b u c a r d c n c o a d a d f b a c k f b u f m i p v 6 f n a h a h a c k h i h m 口v 6 i e l c o a h u m n n a r p a r p 姚d v r c o a r t s o l p r i t b a c k t f b u 符号说明 a c c e s sp o i n t a c c e s sr o u t e r b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t b i n d i n gr e f r e s hr e q u e s t b i n d i n gu p d a t e c a n d i d a t ea c c e s sr o u t e rd i s c o v e r y c o r r e s p o n d e n tn o d e c a r e - o f a d d r e s s d u p l i c a t ea d d r e s sd e r e c t i o n f a s tb i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t f a s tb i n d i n gu p d a t e f a s th a n d o v c rf o rm o b i l ei p v 6 f a s tn e i g h b o r a d v e r t i s e m e n t h o m ea d d r e s s h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t h a n d o v e ri n i t i a t e h i e r a r c h i c a lh a n d o v e rf o rm o b i l ei p v 6 i n f o r m a t i o ne x c h a n g e o n l i n kc a r e o f a d d r e s s m o b i l ea n c h o rp o i n t m o b i l en o d e n e w a c c e s sr o u t e r p r e v i o u sa c c e s sr o u t e r p r o x yr o u t e r a d v e r t i s e m e n t r e g i o n a lc a r e o f a d d r e s s r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y t e m p o r a r yf b a e k t e m p o r a r yf b u 接入点 接入路由器 绑定确认 绑定更新请求 绑定更新 候选接入路由器发现 通信节点 转交地址 重复地址检测 快速绑定应答 快速绑定更新 快速移动i p v 6 快速邻居通告 家地址 切换应答 切换发起 层次型移动i p v 6 信息交换 在线转交地址 移动锚节点 移动节点 新接入路由器 前接入路由器 代理路由器通告 本地转交地址 路由器请求代理通告 临时快速绑定应答 临时快速绑定更新 原创性声明 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 作及取得的成果。尽我所知，除论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 中南大学或其他单位的学位或证明而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献已在论文的致谢语中作了明确的说明。 作者签名： 叁 旦!日期：上生年生月主生日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 僦名：坪导师主名：华隰翠9 西 硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题来源及研究背景 1 1 1 课题来源 第一章绪论 本课题来源于中国北车集团公司项目“高速客运专线宽带移动智能通信网开 发平台的研究”。 该项目的主要设想为：综合应用先进的网络技术，将列车通信网、车载无线 局域网和地面网通过移动宽带无线接入技术相联，多种网络是开放的、可扩展的、 无缝的融合，完全支持移动性；高速列车用户在移动环境中可以享受多种可靠优 质的多媒体通信服务；网络和服务运营商可以开发新的商业行为、提供有收益的 服务。项目研究的主要任务包括：设计高速客运专线移动宽带智能通信网的体系 结构，构建其实现方案：实现异构网络构架的融合，开发创新性的移动相关技术； 构建基于网络融合的高速移动网络的q o s 保证机制。 通过分析项目的总体研究目标，本文研究工作主要集中在对移动i p v 6 切换 技术的研究，有效的切换机制将保证移动节点跨网切换时的业务连续性。 1 1 2 研究背景 在快速发展的信息领域，互联网和移动通信在现今社会已成为人们不可缺少 的必需品。 现有的互联网基于p v 4 协议，这一协议的成功促成了互联网的迅速发展。 但是，随着用户数量的不断增长及应用要求的不断提高，m v 4 的不足逐渐显现 出来，其中最突出的问题就是不断增加的用户数和有限的i p v 4 地址空间之间的 矛盾，另外，用户在服务质量、移动性和安全性等方面的要求也促使人们开发新 一代p 协议，因此i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 在2 0 世纪9 0 年代中期 提出了下一代互联网协议i p v 6 【1 】【2 】，不但有足够多的地址分配给这些移动设 备，对移动性也有着更好的支持。 互联网的另一个发展趋势是无线接入和移动通信，随着无线网络技术的发 展，手机、掌上电脑、笔记本电脑等移动设备的不断增加，越来越多的移动用户 提出连接互联网的需求，希望可以随时随地、不更改计算机配置就能方便的访问 互联网，获得高质量的服务。因此i e t f 的移动i p 工作组( i p ，r 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 ) 在1 9 9 6 年制定了移动i p v 4 和移动i p v 6 t 3 ( m l p v 6 ，m o b i l e i p v 6 ) 协议，在原m 协议的基础上使移动节点能够以固定的i p 地址不受任何限制 硕士学位论文 第一章绪论 的跨网络随意移动和漫游，并享有一切权限和服务。移动i p v 6 是到目前为止最 优秀的支持移动接入的网络协议。许多专家认为，i p v 6 的投入部署运行，第一 个获得巨大应用的将是移动接入应用。2 0 0 7 年无线局域网的使用人数将增至3 亿，随着无线网络的普及与应用，以及网络带宽和品质的提高，上层应用技术会 越来越进步，诸如v o l p 这类实对应用程序将在无线环境下得到更广泛的应用， 这样就对快速平滑的切换设计提出了更高的要求。 切换需要解决的问题是怎样使正在进行的网络服务、通信或计算在移动节点 的移动过程中不被中断，使服务能够在网络之间进行平滑过渡【4 】。由于无线网络 的带宽非常有限，为满足当前网络的带宽需求，基站的服务半径变得越来越小， 增加了用户在基站之闻进行切换的频率【5 i 。因此。进行合理、有效的切换成为降 低网络负担的一个重要途径，设计一种合理的切换算法满足低延迟、服务质量抖 动小、可靠性高等要求已成为移动i p v 6 研究的一个热点。 目前对切换的研究工作主要在以下几方面展开： 对切换延迟的研究：如果引入过长的延迟，将导致当前服务中断，或对服务 质量造成一定的影响。现有很多研究通过设计网络系统架构、设计切换协议或设 计切换过程各个阶段的消息交换方式和信息内容来减少切换延迟，还有的通过解 决切换过程中的一些特殊问题来改善切换协议的性能【6 】。 对用户行为的研究：切换算法利用移动节点的位置和移动模式协助系统进行 切捌”瞄j 。由于移动节点可能表现出特殊的移动方式，因此可研究用户行为和移 动模式以预测用户的移动方向，在用户进入目标接入点服务范围之前预先执行无 缝切换过程。与此同时利用移动模式信息选择管理域的位置，用域管理多个服务 切换频率较高的接入点，使系统可以快速切换正在进行的服务。 对切换决策的研究：信号强度( r s s ，r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t h ) 和信号功率 限s p ，r e c e i v e ds i g n a lp o w e r ) 是判断网络环境好坏的标准，距离越远，信号强度 越差，利用信号强度的变化触发切换过程，选择适当的切换策略非常重要，由于 移动节点接收到的信号强度是随机的，如果只使用信号强度作为切换的判决标 准，将会出现乒乓效应阴，而且将来的移动网络将由多种不同类型的、具有独特 特性的网络重叠组成，不同类型网络的可用带宽和吞吐量不同，因此需要制定更 好的切换策略【1 0 1 1 l l 】。 移动环境中研究切换是一个崭新的科研领域，目前对切换算法和协议的研究 还处于起步阶段，而切换协议也逐渐由后向切换向前向切换发展，从硬切换向软 切换发展，从有损切换向无损切换发展【1 2 1 ，鉴于基于移动i p v 6 的网络即将走向 实际应用，移动i p v 6 的切换技术仍然有很大的提高空间，因此，提出快速平滑 的切换机制和有效的切换决策方案，保证移动节点跨网切换时业务的连续性是一 2 硕士学位论文第一章绪论 项很有意义的研究工作。 1 2 研究目的 未来移动通信网络将会越来越复杂，无线异构网络的漫游和实时多媒体的应 用，使人们对快速平滑切换机制的需求更为急迫，而在切换机制上，只使用基本 移动i p v 6 机制显然是不够的，因为它延迟较高，会引起网络中的分组丢失和网 络性能瓶颈，在对移动i p v 6 各种切换改进机制中，快速移动i p v 6 ( f 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 6 ) 0 3 1 和层次型移动i p v 6 ( h m i p v 6 h i e r a r c h i c a lh a n d o v e r f o rm o b i l e1 p v 6 ) 1 1 4 最具代表性。h m i p v 6 关注于网络结构的设计，减少移动i p v 6 注册延迟；而f m i p v 6 关注于快速执行切换，减少移动检测延迟和注册延迟。如 果能将h m i p v 6 和f m i p v 6 整合，可让移动i p v 6 的切换性能得到更好的改善。 因此需要通过对各种切换机制进行深入研究，挖掘实际网络中，特别是在移 动节点进行越区切换时导致通信暂时中断的延迟的主要来源，并针对这些主要的 延迟点进行有针对性地理论研究和实际的改进与实现。 本文即是在不影响i p v 6 节点移动特性的前提下，以高质量、高效率的无缝 切换和切换决策为目标，整合h m i p v 6 与f m i p v 6 的机制，提出一种改善的移动 口v 6 切换机制，缩短切换引起的通信中断时间，降低移动节点在切换过程中的 分组丢失，使移动用户获得较高的服务质量。 1 3 国内外研究现状 很多研究者针对移动i p v 6 切换产生的分组丢失或延迟问题，提出了对应的 解决方案，比较典型的有以下几种解决方案： 1 微移动解决方案 h m i p v 6 通过将网络分解为一个个由移动锚节点管理的领域，减少了全局信 令开销，移动节点在一个领域内不同子网问移动时不需要更新它的通信节点和家 乡代理，而是向移动锚节点进行更新。因此h m i p v 6 只减少了在域内移动的信令 开销和切换延迟，对于宏观移动、m a p 间的切换则没有改善。 c e l l u l a ri p 主要用来解决本地移动性【”】，它使用移动i p 支持i n t e m e t 核心网 的漫游。在c e l l u l a r i p 接入网中，常规路由被基于c e l l u l a r i p 专有的软状态查找 表路由替代。c e l l u l a ri p 主要有如下优点：相对简单的节点，区分激活和空闲主 机，在本地移动时没有信令传到家乡主机，采用会话密钥支持快速安全模型，但 c e l l u l a ri p 需要支持特殊信令的网络实体、网关路由器和节点。 h a w a i i ( h a n d o f f a w a r ew i r e l e s sa c c e s si n t e m e ti n f r a s t r u c t u r e ) 在接入网中定 义了一个包括路由器和基站的域1 1 6 】，域中所有实体支持路由优化的专用信令， 3 硕士学位论文第一章绪论 每个基站有外地代理功能，采用域根路由器互连i n t e m e t 核心网和h a w a i i 域，h a w a i i 在域中仍然采用传统i p 路由，只是简单加入移动节点的特定主 机路由表项。h a w a i i 采用不同的路径建立机制满足零包丢失率、减少切换延 时和保持包到达次序的不同优先级【l “。 2 。二层触发盼切换方案 由于移动i p 最初设计时并没有假定它下面的链路层如何工作，虽然这样使 移动i p 有广泛的适用性，但是它严格分离l 2 ( 链路层) 和l 3 ( 网络层) 对切换 延迟有着负面影响。f m i p v 6 引入l 2 触发器的概念，从二层得到相关的信息且 通知三层1 嘲，这样允许m n 在改变子网前预先配置新转交地址，m n 在和n a r 建立连接后可立即使用这个转交地址进行通信。如果早期的地址注册失败。m n 也可以回到由m i p v 6 提供的传统切换。但是，因为需要在二层切换完成之前初 始化三层切换，f i v i i p v 6 会十分依赖二层触发消息获得的及时性，这在实际环境 中不容易实现。 3 多播机制解决方案 多播机制是一种平滑的切换技术，移动节点保持和多个转交地址的绑定切 换过程中数据包通过所有转交地址传送给移动节点，以减少数据包的丢失【1 9 1 。 2 0 】 中在f m i p v 6 基础上增加多播机制，将发送给移动节点的数据双播或多播往m n 可能移动到的所有位置及当前位置，这样就减少了移动节点在切换状态下的分组 丢失和移动节点乒乓运动过程中的服务中断时间。类似的扩展机制如移动i p v 6 快速切换环境下的快速多播协议m f m i p v 6 1 2 q 和层次型管理结构下的无缝多播 切换机制m h m i p v 6 1 2 2 ，值得一提的是文献【2 3 】提出的在转发流隧道和缓存支持 下的多播快速移动i p v 6 机制m f m i p v 6 f t b ，此协议应用了f m i p v 6 协议的优 点并建议使用多播流隧道和缓存机制，并为单播和多播移动支持提供了一种融合 的框架，仿真结果表明此方案改进了现存各种多播切换策略。当然这种改进是以 一些资源消耗为代价的，在边界路由器上需要隧道和缓存支持移动节点的切换。 4 无缝切换解决方案 为获得更好的切换性能，既降低切换延迟也减少分组丢失，很多研究者提出 无缝切换的概念。【2 4 】提出一种无缝切换机制s m i p ，通过引入c e 功能实体并在 c e 上应用一种切换算法，使c e 在m n 切换过程中智能的选择恰当的外地代理。 【2 5 】提出无缝的局部移动机制s l i m ，从两方面提高了局部移动的性能。一方面 s u m 除了以信号强度为参数外，通过引入候选接入路由器上可获得的带宽为新 的参数，改进了切换决策和切换触发机制。另一方面，s l i m 在层次型结构下， 通过在m a p 上支持分组缓存提高了切换执行，具有很低的分组丢失率。此外， 它也在切换之前提供地址预先配置信息给m n ，减少了切换过程中的控制信令交 4 硕士学位论文第一章绪论 互以及地址解析的时间。 5 优化各部分延时的解决方案 很多机制针对m l p v 6 各个部分延迟进行了优化，2 6 中关注于减少移动检测 部分以及重复地址检测部分的延迟，提出一种有效的移动检测过程，快速发送路 由请求后，会将存储的r a 信息进行单播路由通告，同时修改了的接入路由器的 邻居缓存可以很快地决定新转交地址的唯一性。 2 7 】则分析了切换延迟并发现重 复地址检测过程导致很大的延迟，他们给每个m n 分配了唯一的链路转交地址并 在一层i p v 6 和二层i p v 6 地址之问进行转换。通过这种方法，提出一种s t e a t h - t i m e h m i p v 6 机制，可以减少重复地址检测时间对切换延迟的影响。f 2 8 1 通过对移动 i p v 6 机制中向通信节点进行注册的过程进行扩展，修改了移动节点和通信节点 之间交换的一些信息实现了对通信节点的快速绑定更新，在提供同样水平的安全 保证的同时减少了切换延迟。 6 基于流的解决方案 基于流的快速移动i p v 6 2 9 l ( f f h m i p v 6 ，f l o wf a s ta n dh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ) 的设计独立于二层信息，不依赖对即将到来的切换的预测。f f h m i p v 6 机制利用 i p v 6 流的状态信息以及m v 6 i n - i p v 6 隧道，在切换过程中重定向流到新地址，因 此允许注册的同时接收流信息，这样减少了注册延迟。 1 4 研究内容 本课题主要研究和解决的闯题是：在对移动i p v 6 切换过程进行详细分析的 基础上，挖掘基于移动i p v 6 的切换机制产生延迟的原因，在目前已有的解决方 案的基础上提出一种新的改进方案，减少移动m v 6 切换过程中产生的延迟和分 组丢失，通过设计灵活的切换决策，使移动用户切换到较优的网络，获得最大的 满意度。论文主要研究内容包括以下几个方面： 1 研究基于移动i p v 6 的各种切换技术； 2 分析比较各种切换机制存在的问题，挖掘导致切换延迟的原因，研究可 进一步提高切换性能的方向； 3 提出基于信息交换的层次型快速移动m v 6 ，整合f m i p v 6 和h m i p v 6 机 制的优点，在信息交换的基础上通过减少无线网络发现、候选接入路由器发现所 需的时间，简化切换准备阶段的操作减少总体切换延迟，采用设置隧道定时器的 方法缓解m n 乒乓运动过程引入的信令开销； 4 研究应用于i f h m i p v 6 中的切换决策，除了采用信号强度为判决标准外， 增加可用带宽、安全性和网络费用作为度量参数，对各个网络进行评价，让m n 根据自身需求、应用需求和当前网络状况切换到合理的目标网络中。 5 硕士学位论文 第一章绪论 5 对提出的i f h m i p v 6 切换机制的有效性和可行性进行数学分析和仿真验 证。 1 5 论文组织结构 第二章基于移动碑v 6 的切换技术：描述移动i p v 6 切换机制，以及各种改 进型切换机制的原理，包括快速移动i p v 6 与层次型移动i p v 6 。 第三章移动i p v 6 切换延迟分析：分析本文所要解决的移动i p v 6 中的切换 延迟问题，包括对各种典型的切换机制的延迟分析，挖掘影响切换延迟的各种因 素，分析减少切换延迟的方向。 第四章基于信息交换的i f h m i p v 6 切换机制：提出一种基于信息交换的层 次型快速切换解决方案，包括信息交换机制、h m i p v 6 和f m i p v 6 的优化整合、 快速的无线接入网络发现、候选接入路由器发现，以及为缓解乒乓效应引入大量 信令开销而采取的解决方案。最后给出i f h m i p v 6 切换机制的数学分析。 第五章基于评价矩阵的切换决策：在对已有的切换决策进行分析的基础上， 提出基于评价矩阵的切换决策应用于i f h m i p v 6 中，并对其有效性进行了论述。 第六章仿真实验与结果分析：说明对切换机制进行仿真的环境及参数配置， 并对仿真结果做分析讨论。 第七章结论与展望：对本文所作研究进行总结，同时提出对后继工作的展 望。 6 硕士学位论文 第二章基于移动i p v 6 的切换技术 第二章基于移动i p v 6 的切换技术 本章将详细研究移动m i p v 6 及两种典型的改进型切换技术f m i p v 6 、h m i p v 6 的主要操作过程，为后面的讨论研究提供背景知识。 2 1 移动i p v 6 切换机制 2 1 1 切换操作过程 1 移动检钡4 过程 移动节点可以组合使用任何可用机制来检测是否移动到新链路。m i p v 6 中定 义的移动检测机制主要是利用i p v 6 的邻居发现机制【3 0 】，包括路由发现和邻居不 可达检测，但并不排斥使用其它机制，如使用底层协议提供的信息等。移动节点 通过检查当前默认路由器是否可达来判断自己是否发生了移动。如果当前默认路 由器已经不可达，并且发现了一个新的默认路由器，移动节点就可以假定自己已 经移动到了新的链路上。 移动节点可以使用路由发现机制定义的路由器通告消息，发现新的路由器和 新的链路在线子网前缀。移动节点向路由器发送路由器通告请求，或被动地等待 下一个通告周期来获得路由器通告消息。根据收到的路由器通告消息的内容，移 动节点在默认路由器列表中为每个路由器维护一个表项，在前缀列表中为每个链 路在线子网前缀维护一个表项。这两种表项一般都关联着计时器，用于判断表项 何时过期。 移动节点使用邻居不可达检测机制来检查默认路由器的不可到达。如果移动 节点一直在通过默认路由器发送分组，例如上层协议指示某个连接状态为正在进 行，或者从默认路由器收到了响应自己邻居请求消息的通告，那么移动节点就认 为路由器是可达的。相反地，移动节点可以通过路由器通告中的通告间隔选项发 现通告的丢失，每个移动节点单独决定在丢失多少条路由器通告后，判断该路由 器为不可达。 2 转交地址的形成 移动节点在检测到移动发生后，应该使用新的默认路由器所提供的子网前缀 形成新转交地址。移动节点通过i p v 6 的无状态或有状态地址自动配置机制生成 转交地址。关于地址自动配置的细节，m i p v 6 并没有更多的要求。在某些情况下， 外地网络的系统管理员己经为移动节点静态指定了一个仅供在本地链路使用的 口v 6 地址，此时移动节点可以使用它作为自己的转交地址，而不需要使用地址 7 硕士学位论文第二章基于移动 p v 6 的切换技术 自动配置机制。 m i p v 6 允许移动节点同时拥有多个转交地址，其中一个为主转交地址，在任 何时候，移动节点都只能有一个主转交地址，并且只把这个地址注册到家乡代理。 此外，移动节点可以根据当前链路上的某些或全部子网前缀形成其它转交地址。 例如，无线网络接口可能允许节点通过多条链路可达，因而也就允许移动节点拥 有多个转交地址。 移动节点形成新的转交地址之后，需要对此地址进行重复地址检测( d a d ， d u p l i c a t e da d d r e s sd e t e c t i o n ) 来检测本地链路上是否有正在使用的重复地址，这 通常造成移动节点要经历一定的延迟才能使用新的转交地址，从而导致移动节点 与通信节点之间的通信在一段时间内中断。 3 ，注册与绑定管理 m i p v 6 中存在两种注册过程：家乡注册和通信节点注册，移动节点将其转交 地址分别通告给家乡代理和通信节点。注册过程采用消息交互的方法，使用到的 消息有： ( 1 ) 绑定更新( b u ，b i n d i n gu p a a t e ) 由移动节点发出，用来通知家乡代理或者 通信节点它当前的转交地址。 ( 2 ) 绑定确认( b a c k , b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ) 由家乡代理或者通信节点发 出，表明已经对b u 进行了处理。 ( 3 ) 绑定更新请求( b r r , b i n d i n gr e 缸s hr e q u e s t ) ，由通信节点向移动节点发 出。要求移动节点发送绑定更新。 家乡注册的目的是使家乡代理获得移动节点最新的转交地址。在移动节点配 置了新转交地址后，它向家乡代理发送b u 以执行家乡注册。移动节点在b u 中 指出该消息是需要应答的，并且周期性地重发b u 直到收到b a 为止。家乡代理 收到b u 后，将原来的绑定缓存项更新为新转交地址与家乡地址的绑定。之后， 家乡代理向移动节点返回b a ，告知新的绑定是否被接受。 通信节点注册的目的是实现移动节点与通信节点之间分组转发的优化路由。 移动节点向通信节点发送b u ，使通信节点为它的转交地址和家乡地址建立相应 的绑定缓存项。之后，通信节点就可利用该缓存项直接向移动节点的转交地址发 送数据分组。尽管移动节点可以要求该b u 被应答，但应答并不是必须的。当某 个绑定缓存项的生存时间将要到期时，通信节点可以向移动节点发送b b r 消息， 要求移动节点重新向它发送b u 以更新通信节点中的绑定缓存项。 4 分组通信 移动节点获得转交地址并向家乡代理注册后，便可以和通信节点进行数据通 信。移动节点和通信节点之间存在两种可能的通信方式；双向隧道方式和优化路 8 硕士学位论文 第二章基于移动i p v 6 的切换技术 由方式。 在双向隧道方式下，不需要移动节点执行通信节点注册。通信节点发出的数 据分组首先被路由到家乡代理，然后由家乡代理通过隧道转发给移动节点：移动 节点发出的分组首先通过反向隧道发送到家乡代理，然后由家乡代理路由给通信 节点。 优化路由方式则要求移动节点在通信节点上注册其家乡地址与转交地址的 绑定。通信节点在发送分组前查询它的绑定缓存，如果存在与分组目的地址匹配 的缓存项，便将分组目的地址替换为缓存项中的转交地址，而将移动节点的家乡 地址放在第二类路由头中。移动节点向通信节点发送分组时，在目的地扩展报头 中使用家乡地址选项，设置分组的源地址为当前转交地址，而家乡地址选项中的 地址则被设置为家乡地址。这样，通信节点与移动节点之间便形成了直接路由。 移动节点向通信节点注册，使得数据分组可以由通信节点直接路由到移动节 点的转交地址，而家乡代理很少参与分组转发。这对于系统的稳定性和扩展性是 非常重要的。优化路由不仅缩短了分组的转发路径，而且减轻了家乡代理和家乡 网络的负担，以及分组通信对家乡网络的依赖程度。这样，家乡代理或家乡网络 的失效几乎不会影响到移动节点的通信。 为了使移动节点和通信节点之间尽可能地采用优化路由方式通信，可以通过 以下步骤转换分组的路由方式，如图2 1 所示： 通信节点 图2 1m i p v 6 路由方式的转换 ( 1 ) 当通信节点未在绑定缓存中找到分组的目的地址时，它使用移动节点 的家地址作为分组的目的地址。此时，分组的转发使用隧道方式。 ( 2 ) 移动节点收到通过隧道转发而来的分组后，得知通信节点没有与它建立 绑定，于是和通信节点交互绑定更新与绑定应答以完成通信节点的注册。 ( 3 ) 通信节点收到绑定更新后，建立相应的绑定缓存项。接下来的分组通信 采用优化路由方式。 9 硕士学位论文第二章基于移动l p v 6 的切换技术 2 1 2 新的消息和选项 m i p v 6 在基本i p v 6 的基础上，添加了一些新的消息和选项吼 ( i ) 移动报头，用于承载移动节点向家乡代理和通信节点注册的过程中使用 的m i p v 6 消息，包括家乡铡试，绑定更新、绑定应答、绑定更新请求和 绑定错误消息等，为了增加灵活性，m i p v 6 还在这些消息中定义了移动 选项，允许某些消息的必要选项不出现在其他消息中， ( 2 ) 家乡地址选项，用于存放移动节点的家乡地址，使移动节点能够直接向 通信节点发送分组。 ( 3 ) 第二类路由头，一种新的i p v 6 扩展报头，通信节点使用它将分组直接发 送给移动节点。 ( 4 ) 新的i c m p 消息，用于支持家乡代理的动态发现。 2 2 快速移动i p v 6 切换机制 f m i p v 6 的提出是为了解决如下问题：如何允许m n 检测到新链路后发送分 组以及新接入路由器( n a rn e wa c c e s sr o u t e r ) 检测到m n 后又如何发送分组到 它。园为移动节点接入新子网前被通告了新子网的前缀，提前进行了移动检测和 重复地址检测，这样移动节点进入新子网后可以以新转交地址为源地址在上行链 路上发送分组。在下行方向，当n a r 要发送分组到m n 时，需要执行邻居发现 协议来检测m n 的存在及其链路层地址，这个操作导致了一部分延迟，为了减少 这部分延迟，f m i p v 6 让m n 通过发送快速邻居通告( f n a ，f a s tn e i g h b o u r a d v e r t i s e m e n t ) 消息宣告它的存在。并且移动节点在进行对家乡代理和相关通信 节点的绑定更新时，可以利用p a r 和n a r 之间的隧道进行分组的接收和发送， 保持正常通信。 f m i p v 6 根据是否在原接入路由上接收到快速绑定更新应答消息可划分为两 种模式：预测式快速切换和反应式快速切换。在f m i p v 6 的两种模式下，移动节 点的切换都需要依靠底层技术的支持。即移动节点需要随时收集它当前所能接收 到信号的无线接入点的有关信息。 2 2 ，i 预测式快速切换操作过程 预测式快速切换是f m i p v 6 草案描述的理想切换模式，在该模式下，移动节 点在先前链路上可以实现理想的无缝切换。图2 2 说明了主机进行预测式快速切 换模式时的切换操作过程： 1 - 移动节点获得当前接入网络底层信号信息，并依据底层信号的变化情况， l o 硕士学位论文 第二章基于移动i p v 6 的切换技术 例如无线信号强度，预先判断一个即将到来的切换。 m np a rn a r r c r o i p r p r r t a d v f b u 一 i - i i hack f b a c k f b a c k 一 1 1 e c t i - - d a t a t r a m r _ n e e t f n a 一data r a n s f e = & 1 2 - 2 预测式快速切换操作过程 2 移动节点判断到即将发生的切换，会向前接入路由器( p a r , p r e v i o u s a c c e s sr o u t e r ) 发出路由器请求代理( r t s o l p r , r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o r p r o x ya d v e r t i s e m e n t ) 消息，该消息中包含预测的即将接入的接入点标识。 3 p a r 收到r t s o l p r 后会根据接入点的标识来判断移动节点即将接入的接 入点所属的( n a r ，n e wa c c e s sr o u t e r ) ，并给移动节点回复一个代理路由 器通告( p r r t a d v , p r o x yr o u t e ra d v e r t i s e m e n 0 ，该代理路由器通告中包含 n a r 的链路层地址、i p 地址和子网前缀等信息。 4 移动节点收到p r r t a d v 后，会根据其中包含的n a r 信息配置在新的子 网上使用的新转交地址。 5 移动节点在配置新的转交地址后，向p a r 发送快速绑定更新( f b u ，f a s t b i n d i n gu p d a t e ) 消息。f b u 用于授权p a r 和n a r 之间建立双向隧道， 而且p a r 开始对分组进行缓存。当移动节点接入到n a r 后，但还未完 成对家乡代理和相关通信节点的绑定前，这个双向隧道可以一方面使得 p a r 能通过隧道把目的地址为移动节点原转交地址的分组转发给移动 节点；另一方面移动节点能以原转交地址为源地址发送分组，而不被 n a r 过滤掉。 6 p a r 收到f b u ，对新转交地址和原转交进行绑定后，p a r 向n a r 发 送一个切换发起似i ，h a n d o v e ri n i t i a t e ) 消息，包含移动节点的原转交地 址、链路层地址、新转交地址以及请求n a r 建立隧道的信息。 7 n a r 收到m 消息后，根据其提供的信息，会对新转交地址进行重复地 址检测。如果新转交地址通过了检测，n a r 直接为移动节点建立代理 硕士学位论文第二章基于移动t p v 6 的切投技术 邻居缓存表项，可以防止新转交地