（模式识别与智能系统专业论文）基于网络模拟技术的移动ipv6网络性能研究.pdf

哈尔滨理t 大学t 学硕f j 学位论文 基于网络模拟技术的移动i p v 6 网络性能研究 摘要 移动i p v 6 作为一项日订沿的网络技术，具有广阔的应用前景和巨大的商 业价值。但在推广到实际应用之前，移动i p v 6 还需要多方面的改进，其中 性能优化就是当前众多学者研究的热点。但是仅仅从协议本身来研究其性能 是远远不够的，而实验是最直观和最有说服力的方法。 本文运用网络离散事件模拟软件n s 2 搭建了较为复杂的基于无线网络 的移动i p v 6 实验环境，分别从单个节点和整个网络的视角来观察瞬时带 宽、切换延时、分组丢失数、端到端延时、信道吞吐量和信令负载等网络性 能参数的变化规律，并对移动i p v 6 的相关部分提出了改进。 主要在以下几个方面做了深入而细致的研究与探讨： 1 针对国内外目前对移动i p v 6 在网络性能方面研究的不足，结合网络 模拟软件的可利用性，指出了研究移动i p v 6 网络性能的应用前景和商业价 值，并阐述了移动i p v 6 的基本原理及其快速切换技术。 2 在课题研究需要的基础上，以w i n d o w sx p + c y g w i n 为操作系统平 台，选择n s 2 软件作为网络模拟软件，并利用移动i p v 6 协议模拟模块 m o b i w a n 组成了模拟实验平台。同时搭建了网络拓扑模拟实验环境，具体 包括移动节点的移动方式的确定、数据流如何选择和实验假设的提出等。 3 给出移动i p v 6 的几个有代表性的网络性能参数，在所搭建的模拟实 验环境平台下，分别针对网络性能配置相应的主要实验参数进行实验，得出 实验结果并分析了其变化规律，据此提出了一种对移动i p v 6 网络性能影响 极小的路由优化策略。 通过实验分析，观察到节点切换后的“双倍带宽”现象并分析了其成 因，并得到以下几个结论：分组丢失不仅与切换延时有关，还与切换类型有 关；路由优化可能会增加切换延时和分组丢失数；上层数据流会影响移动节 点的切换行为；移动i p v 6 的信令负载一般不会占用过多的网络带宽。 关键词移动互联网协议版本6 ；网络模拟器版本2 ：网络性能；路由优化 哈尔滨理丁大学t 学硕i j 学位论文 r e s e a r c ho nm o b i l ei p v 6n e t w o r kp e r f o r m a n c e b a s e do nn e t w o r ks i m u l a t i o nt e c h n o l o g y a b s t r a c t a san e t w o r kt e c h n o l o g yo nt h ec u t t i n ge d g e ，m o b i l ei p v 6h a sa ne x t e n s i v e a p p l i c a t i o np r o s p e c ta n de n o r m o u sc o m m e r c i a lv a l u e h o w e v e r ，b e f o r ep u s h e d i n t op r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，i th a ss e v e r a la s p e c t st ob ei m p r o v e da m o n gw h i c h t h ep e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o ni st h ec u r r e n tr e s e a r c h i n gh o t s p o t i ti sf a rf r o m e n o u 曲t os t u d yt h ep e r f o r m a n c ef r o mt h e p r o t o c o l i t s e l fa n dt h em o s t i n t u i t i o n i s t i ca n dc o n v i n c i n gw a yi se x p e r i m e n t i n t h i sr e s e a r c h ，w eu s e dn s 2 ，ad i s c r e t ee v e n ts i m u l a t o rf o rn e t w o r k r e s e a r c h ，t os e tu paf a i r l yc o m p l i c a t e dw l a n - b a s e dm o b i l ei p v 6e x p e r i m e n t e n v i r o n m e n t w eo b s e r v e dn e t w o r k p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r ss u c ha s i n s t a n t a n e o u sb a n d w i d t h ，h a n d o f rl a t e n c y ，p a c k e tl o s s ，e n d t o e n d d e l a y ， c h a n n e lt h r o u g h p u ta n ds i g n a l i n gl o a df r o mt h ev i e w p o i n t so fas i n g l en o d ea n d t h ew h o l en e t w o r kr e s p e c t i v e l y t l l er u l e sa n dr e l a t e dr e a s o n so ft h e i rv a r i e t y w e r ea l s oa n a l y z e da n dap o l i c yo fr o u t eo p t i m i z a t i o nw a sa d v a n c e d t h i sa r t i c l em a k e sf u r t h e rr e s e a r c ha n dd i s c u s s e sm a i n l yi nt h ef o l l o w i n g a s p e c t s ： 1 i nv i e wo ft h e1 a c ko ft h er e s e a r c ho nm o b i l ei p v 6n e t w o r kp e r f o r m a n e e a th o m ea n da b r o a da tp r e s e n t ，c o m b i n e dw i t ht h e a v a i l a b i l i t yo fn e t w o r k e m u l a t i o ns o f t w a r e ，a n di tp r o p o s e da p p l i c a t i o np r o s p e c t sa n dc o m m e r c i a lv a l u e t os t u d ym o b i l ei p v 6n e t w o r kp e r f o r m a n c ea n de x p o u n d e dt h eb a s i cp r i n c i p l e so f m o b i l ei p v 6a n di t sf a s th a n d o f ft e c h n o l o g y 2 a tt h eb a s i co fr e s e a r c hr e q u i r e d ，i tu s ew i n d o w sx p + c y g w i na st h e o p e r a t i n gs y s t e mp l a t f o r m ，s e l e c tn s 2s o f t w a r ea sn e t w o r ke m u l a t i o ns o f t w a r e a n du s em o b i l ei p v 6 sp r o t o c o ie x p a n s i o nm o d u l e m o b i w a nf o r m e da e m u l a t i o n p l a t f o r m a tt h es a m et i m ei tb u i l tan e t w o r kt o p o l o g ye m u l a t i o ne n v i r o n m e n t s t r u c t u r e s ，d e f i n i t e l yi n c l u d i n gt h ed e t e r m i n a t i o nt ot h ew a yo fm o b i l en o d e 、s m o v e m e n t ，h o wt oc h o o s ed a t af l o wa n de x p e r i m e n t a la s s u m p t i o n s m a d ea n d s ou i l 3 i t g i v es o m eo f t h e r e p r e s e n t a t i v e n e s s o fm o b i l ei p v 6n e t w o r k p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ，i n t h eb u i l te n v i r o n m e n te m u l a t i o np l a t f o r m ， s e p a r a t e l y i t c o r f i g u r e dt h e m a i nc o r r e s p o n d i n ge x p e r i m e n tp a r a m e t e r s f o r n e t w o r kp e r f o r m a n c et o c a r r y o u t e x p e r i m e n t f i n a l l y i to b t a i n e dt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i z e dt h ec h a n g er u l e s a c c o r d i n g l y ，i tp r o p o s ea r o u t i n go p t i m i z a t i o ns t r a t e g yw h i c hm i n i m a li m p a c to nm o b i l e i p v 6n e t w o r k p e r f o r m a n c e t h r o u g h t h e e x p e r i m e n t s a n d a n a l y s e s ，w e d i s c o v e r e dt h ed o u b l e b a n d w i d t hp h e n o m e n o na n dp a c k e tl o s sa n dm a d et h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： p a ，c k e tl o s sh a sr e l a t i o nw i t hn o to n l yt h eh a n d o f fl a t e n c y ，b u ta l s ot h eh a n d o f f t y p e r o u t eo p t i m i z a t i o nm a yl e a d t oah i g h e rh a n d o f fl a t e n c ya n dp a c k e t l o s s t h eu p 1 a y e rt r a f f i cm a yh a v ei m p a c to nt h eh a n d o f fb e h a v i o ro ft h e m o b i l en o d e t h es i g n a l i n gl o a do fm o b i l ei p v 6w i l ln o ti m p r o p r i a t et o om u c h n e t w o r kb a n d w i d t hg e n e r a l l y k e y w o r d sm o b i l ei p v 6 ，n s - 2 ，n e t w o r kp e r f o r m a n c e ，r o u t e i n go p t i m i z a t i o n 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于网络模拟技术的移动 i p v 6 网络性能研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学 位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分 外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本 人承担。 作者签字：方觋杩 日期：埘年多月矿日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 基于网络模拟技术的移动i p v 6 网络性能研究系本人在哈尔滨理工大 学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果 归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本 人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人 授权哈尔滨理工大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以 公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密z ( 请在以上相应方框内打d 作者签名： 导师签名： 彳弼棚 j j 饧冲久 日期：歹j 1 7 7 年孑月矽日 日期：砂7 年乡月阳 哈尔滨理工人学t 学硕i ：学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的意义及目的 目前，i n t e m e t 采用的i p v 4 技术无法提供很好的移动性支持，存在烦琐的 移动通信处理和i p 地址有限等缺点。随着访问i n t e m e t 的移动通信设备数量不 断增加，必然会造成i p 地址短缺。为了克服这些缺点，在这种背景下，随着 i p v 6 被选为下一代i p 网络协议，将移动i p v 4 的研究成果应用到移动i p v 6 的 协议设计中以及i p v 6 协议的性能改进与完善成为了一个重要研究方面。 但是移动i p v 6 目前还处在理论研究阶段，其技术成熟度与实际的商业应 用需求之间还存在一定的差距。移动i p v 6 还需要解决的问题主要包括：节点 之间需要交换较多的控制信息可能导致的网络拥塞、移动给网络安全带来的新 的挑战、与现有软件的兼容性等。最关键的是，移动节点在切换链路时存在一 个不可达的时段，这对不同业务流( 如t c p 、u d p 、c b r 、f t p 、v o l p 等) 的性 能影响是不同的，这也是当前国际上有关移动i p v 6 研究的热点之一。因此， 研究不同类型的数据流在移动1 p v 6 中的网络性能参数，找到其影响因素并制 定不同份额优化策略，对于理解和分析移动i p v 6 规范并加以完善具有重要的 学术和理论意义。 无线接入将成为今后互联网的主要接入方式，开展移动接入服务也将成为 i n t e m e t 业务的一个新增长点。对于i n t e m e t 服务提供商( i n t e m e ts e r v e r p r o v i d e r ，i s p ) 来说，其网络优化性能的工作将增加移动i p 方面的内容。谁能 根据不同用户的需求提供最优的服务质量，让用户能享用到高速、稳定、安全 的无线网络，谁就能在新一轮的互联网商业竞争中占得先机。所以，对移动 i p v 6 的研究也具有很大的商业价值意义。 但是在移动1 p v 6 推广到实际应用之前，还需要多方面的改进。提供移动 性的支持，不可避免的要降低网络性能指标。而仅仅从协议本身来研究其性能 是远远不够的，实验是最直观和最有说服力的方法。由于移动i p v 6 实际运用 场景往往是相当复杂的，寻找有普遍代表性的实验环境难度很大。而模拟实验 系统是专门为某个领域研究而开发的实验支撑平台，具有很强的针对性。一个 好的模拟系统拥有很好的开放性并提供简单易用的扩展性支持，使用户能够快 速修改现有模块或增加新的模块。模拟实验系统还能够自动保存实验数据，提 哈尔滨理t 大学t 学硕i ：学位论文 供强大的数据分析工具，并将实验结果以多种表现形式反馈给用户。最关键的 是，对于无线网络一类实验，模拟系统能够建立相当复杂的实验场景，而用户 只须拥有一台普通的个人计算机就能够运行实验了。 因此，本文在基于n s 2 的网络模拟实验环境中，创建接近现实的模拟复 杂场景( 几十个节点，无线接入) ，来定量地研究移动i p v 6 环境中的主要性能参 数( 瞬时带宽、切换延时、分组丢失数、端到端延迟、信道吞吐量和信令负载 等) 的变化，并分析影响这些参数的主要因素，提出相应的优化方法，以减小 移动性支持对网络性能的影响。 1 2 国内外移动i p v 6 相关领域的研究现状 1 2 1 国外研究发展现状 1 9 9 6 年，i n t e m e t 工程任务小组( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i e t f ) 下 属的移动口工作组公布了移动i p v 6 草案“，i e t f 移动工作组开始研发移动 i p 版本6 ( 即移动i p v 6 ) ，移动i p v 6 用1 2 8 位地址代替移动i p v 4 的3 2 位地址， 能为几乎数量无限的联网系统分配独立的i p 地址，并能保证移动用户在网络 间移动时保持与i n t e m e t 连接。2 0 0 4 年初，移动i p v 6 的正式标准r f c3 7 7 5 已 经出台，成为i p v 6 协议不可分割的一部分。 鉴于移动i p v 6 的重要性和对下一代网络的巨大影响，越来越多的国际标 准化组织和研究学者加入到移动i p v 6 的各方面制定和理论研究工作中来。最 初，很多研究者致力于移动i p v 6 切换行为的研究，建立切换行为理论模型或 者利用数学理论分析移动i p v 6 切换过程。通过建立模型和理论分析比较各种 切换方法的性能，通过理论分析为后面的研究奠定了基础，例如文献 3 】通过建 立数学模型研究m i p v 6 、f m i p v 6 和h m i p v 6 之问组合，比较各种i p 移动管理 机制的切换延迟；随着移动i p v 6 的不断发展，也有部分组织机构对移动i p v 6 优化性能方面进行了探讨，例如文献 4 提出了一个利用移动代理分析移动 i p v 6 路由优化机制性能的方法，通过对一系列与真实环境参数相似的假设，如 随机移动模型，利用提出的分析方法获得信号量负载；随着研究的深入研究者 也开始关心移动i p v 6 的一些具体网络协议如t c p 协议等性能的影响p 1 1 。 近两年来，随着移动i p v 6 协议的实现及发布和下一代互联网技术的实际 应用，出现了大量基于实验床上的实际测量研究p 1 “，通过搭建实际的测试床 可以使得测量结果更真实的反映实际应用的情况。由于移动i p v 6 技术提出多 2 哈尔滨理下大学工学硕i j 学位论文 年，但目前还很少实际运用，很少有专门的测量工具对其性能进行测量等，现 在的研究者大多是使用已有的一些网络测量工具进行简单的网络性能测量和分 析。 1 2 2 国内研究发展现状 国内在移动i p 方面的研究比较突出的是中科院计算所，他们在以支持移 动i p v 6 的家乡代理设备( h a ) 、c i s c o 和h i t a c h i 支持i p v 6 的路由器产品建成基 础网络平台上，加上支持m i p v 6 鉴别、授权和记账( a a a ) 的服务系统，在北京 科教信息网上构建了实用化的无线移动i p v 6 接入示范网络”1 。中科院进一步 计划实现与中科院计算所i p v 6 示范网的连接，进而考虑和重庆i p v 6 骨干网以 及国际i p v 6 试验网络6 b o n e 等的连接，以此开发示范和突出显示i p v 6 优势的 典型应用，形成成熟的城域范围内的无线移动i p v 6 网络及相关演进的运营模 式，并据此提出相关技术标准。 另外，北京邮电大学自主开发了基于l i n u x 的移动i p v 6 演示实验原型系 统“，实现了绑定更新、隧道转发等移动i p v 6 基本功能。在移动i p v 6 安全、 层次型移动i p v 6 等方面也有多项研究成果。 通过以上对国内外相关领域的研究现状的分析可知，对移动i p v 6 的研究 热点主要集中在以下几个方面： 1 切换性能评估及优化：测试不同类型业务流在标准移动i p v 6 的环境中 移动节点切换链路时的性能指标( 如转发延时、延时抖动、数据吞吐量、带 宽、信道利用率等) 的变化，分析其原因并提出特定的快速切换方法。 2 移动检测优化：通过修改标准邻居发现叫( n e i g h b o rd i s c o v e r y ) 机制中 的建议参数、利用链路层切换提供的信息等方法来缩短移动检测的时问。 3 移动节点的地址“：移动i p v 6 充分利用i p v 6 协议对移动性内在支持， 针对本地地址和转交地址进行分析。 4 在无线局域网中的实现：其方案是在无线网上采用移动i p v 6 技术，以 实现用户在不同i p v 6 子网之间的无缝透明切换。 虽然移动i p v 6 已经成为下一代互联网的移动接入标准，并被广泛研究与 应用，但仍然存在一些不足，主要表现在以下两点： 首先，移动i p v 6 还需要解决的问题有很多，主要包括：节点之问需要交 换较多的控制信息可能导致的网络拥塞、移动给网络安全带来的新的挑战等。 最关键的是，移动节点在切换链路时存在一个不可达的时段，这对不同业务流 哈尔滨理t 人学t 学硕t ：学位论文 的性能影响是不同的。 其次，对于i n t e m e t 服务提供商来说，开展无线移动接入服务将成为 i n t e m e t 业务的一个新增长点。根据不同用户的需求提供最优的服务质量，让 用户能享用到高速、稳定、安全的无线网络，在新一轮的互联网商业竞争中将 获得巨大的商机。 但是仅仅从协议本身来研究其性能是远远不够的，实验是最直观和最有说 服力的方法。所以，本文在网络模拟软件n s 2 中创建复杂的无线移动i p v 6 环 境，分别从单个节点和整个网络的视角来观察和分析瞬时带宽、切换延时、分 组丢失数、端到端延时、信道吞吐量、信令负载等网络性能参数，并对移动 i p v 6 的相关部分提出改进方法。 1 3 本文的主要研究工作 本文重点讨论和研究的内容包括以下几个方面： 1 分析了国内外移动i p v 6 相关领域的发展现状，指出了目前对其网络性 能方面研究的不足，结合网络模拟软件的可利用性，提出了研究移动i p v 6 网 络性能的理论意义和商业价值。 2 首先阐述了移动i p v 6 的关键术语、协议实体、对i p v 6 的协议扩展、 结构和移动解决方案等移动i p v 6 的基本原理，接着介绍了其路由优化机制和 基本操作控制过程，最后对移动i p v 6 的快速切换技术的相关内容进行了深入 探讨，为下面的研究工作打下了基础。 3 根据目前网络模拟软件的特性和可利用性，提出了本文应选用n s 2 模 拟软件，并在课题研究需要的基础上，以w i n d o w sx p + c y g w i n 为操作系统平 台，并利用移动i p v 6 协议扩展模块m o b i w a n 组成了模拟实验平台；接着重点 阐述了模拟实验环境的搭建，具体包括移动节点的移动方式的确定、数据流如 何选择和实验假设的提出等。 4 给出移动i p v 6 的几个有代表性的网络性能参数，在所搭建的模拟实验 环境平台下，分别针对网络性能配置相应的主要实验参数进行实验，最后得出 了实验结果并分析了其变化规律。 5 提出了一种对移动i p v 6 网络性能影响极小的路由优化策略。 4 哈尔滨理f t 人学t 学硕 j 学位论文 第2 章移动i p v 6 的基本原理及其快速切换技术 2 1 移动i p v 6 技术 移动i p v 6 ( m o b i l ei p v 6 ，m i p v 6 ) ，是i e t f 制定的移动i p 的另一版本，是 运行于i p v 6 网络中的协议。移动i p v 6 是在i p v 6 协议的基础上增加了对主机移 动性的支持，它是未来移动互联网关键技术的基石。 2 1 1 移动i p v 6 协议实体和主要术语 移动i p v 6 是下一代网络业务的核心，为了方便快捷地阅读和查找相关的 知识点，特将本文出现的大量术语和特定缩写做了一些说明。 1 移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) ：能够从一条链路移动到另外一条链路， 并且能够继续用原来的i p 地址与其它节点通信的节点。移动节点是支持移动 功能，而不是一定发生了移动的节点。 2 通信节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c n ) ：j 下在与一个移动节点通信的节 点，通信节点可以是固定节点，也可以是一个移动节点。 3 家乡代理( h o m ea g e n t ，h a ) ：是移动节点家乡链路上的一台路由器， 移动节点在家乡代理上注册了其家乡地址和新的地址之间的对应关系，家乡代 理能够截获发往移动节点的包，并通过隧道方式把数据包转发到移动节点注册 的转交地址。 其中，移动节点、通信节点、家乡代理是移动i p v 6 中最主要的三个协议 实体，移动过程主要围绕它们三者展开，但它们只是概念上的逻辑实体，并不 是指某个具体的、物理上的i p v 6 网络节点，同一个i p v 6 网络节点在某次通信 过程中可能扮演m n 的角色，在另一次通信过程中可能扮演的是c n 的角色。 4 子网前缀( s u b n e tp r e f i x ，s p ) ：同一网段上的所有地址中前面的相同部 分。子网前缀是前缀路由技术的基础，i p v 6 中子网前缀的概念与i p v 4 中子网 掩码的概念类似。 5 家乡地址( h o m ea d d r e s s ，h a ) ：是一个路由可达的单播地址，它是移 动节点的持久性地址，不会随着移动节点移动到外地链路而改变。移动节点的 家乡地址属于其家乡链路。移动节点可拥有多个家乡地址，例如当移动节点的 家乡链路有多个地址前缀的时候，移动节点就可能得到多个家乡地址。 哈尔滨理丁大学t 学硕i ：学位论文 6 家乡子网前缀( h o m es u b n e tp r e f i x ，h s p ) ：与移动节点的家乡地址所对 应的子网前缀。 7 家乡链路( h o m el i n k ，h l ) ：定义一个移动节点家乡子网前缀的链路。 前缀路由机制会把发往移动节点家乡地址的数据包路由到其家乡链路上。 8 外地子网前缀( f o r e i g ns u b n e tp r e f i x ，f s p ) ：对一个移动节点来说，除 了家乡子网前缀以外的任何前缀都称为外地子网自订缀。通常所说的外地子网前 缀是指移动节点正在访问链路上的子网前缀。 9 外地链路( f o r e i g nl i n k ，f l ) ：除了移动节点家乡链路以外的任何链路 都称为外地链路。 1 0 转交地址( c a r eo fa d d r e s s ，c o a ) ：当移动节点连接到外地链路时所形 成的与外地子网前缀相匹配的地址。一个移动节点可以同时有多个转交地址， 但是在任意时刻移动节点只能有一个主转交地址，移动节点利用主转交地址向 其家乡代理注册与其家乡地址绑定。 1 1 绑定( b i n d i n g ) ：绑定也称为注册，在移动节点的家乡地址和转交地址 之间建立对应关系，称为绑定。每一次绑定都带有一个时间选项，指明这次绑 定的有效时间。绑定消息是由移动节点发往家乡代理或通信对端的，在家乡代 理上进行的注册称为家乡注册，在通信对端上进行的注册称为一般注册。 2 1 2 移动i p v 6 对i p v 6 的协议扩展 移动i p v 6 为实现对节点移动性的支持，对i p v 6 协议进行了以下扩展： 1 新的移动报头移动报头是移动i p v 6 定义的一个新的扩展报头，移动 节点、通信节点和家乡代理在创建和管理绑定消息时都会用到。移动i p v 6 在 进行通信时，为了管理其移动性，需要比i p v 6 交换更多的消息。所有这些消 息都是封装在i p v 6 的扩展报头一移动报头之中进行传送的。移动报头的格式 如图2 1 所示。 081 62 43 1 净荷协议 i报头k 度i 移动报头类型 l 保留 检验和 消息数据 图2 1 移动报头格式 f i g 2 - 1m o b i l eh e a d e rf o r m a t 其中，移动报头类型区域为一个8 b i t 的指示符，用于指明移动报头中消息 6 哈尔滨理t 大学- 学硕l j 学位论文 体的类型。用移动报头来传递的消息目前有5 个，分别为绑定更新消息、绑定 确认消息、绑定刷新请求、绑定错误消息和用于返回路径可达性测试的消息。 其定义的消息数据分别如下： 1 ) 绑定更新消息( b i n d i n gu p d a t e ，b t o ：其功能是移动节点用此消息通知它 的家乡代理或者通信对端节点，更新自己的当前转交地址，也就是把通过传递 绑定更新消息，移动节点可以把自己的移动情况通知自己的家乡代理和通信对 端节点。在移动i p v 6 中，为了保证通信安全，任何包含绑定更新的报文都必 须要么包含a h 认证头，要么包含e s p 头。 2 ) 绑定确认消包, ( b i n d i n ga c k n o w l e d g e m e n t ，b a ) ：其功能是收到绑定更新 消息的节点( 家乡代理或者通信节点) 向移动节点发送绑定确认消息，告知对方 自己收到绑定更新消息。同样，任何包含绑定更新的报文必须包含a h 认证头 或者e s p 头。 3 ) 绑定刷新请求( b i n d i n gr e f r e s hr e q u e s t ，b r r ) ：其功能是在绑定即将到 期时，由家乡代理或通信对端发往移动节点，要求移动节点就当前的转交地址 向该节点发送绑定更新消息。 4 ) 绑定错误消息( b i n d i n ge r r o r ，b e ) ：绑定错误消息是通信对端使用的用 于提示移动相关错误的消息，使用的移动报头类型为7 。 5 ) 用于返回路径可达性测试的消息：这一组消息用于实现移动i p v 6 的返回 路径可达性过程。这一组消息包括家乡测试初始( h o m e - o ft e s ti n i t ，h o t i ) 、家 乡测试( h o m e o ft e s t ，h o t ) 、转交测试初始( c a r e o ft e s ti n i t ，c o t i ) 、转交测 试( c a r e o f t e s t ，c o t ) 四个消息。 2 新的目的地选项移动i p v 6 为目的扩展报头扩展了一个新的选项，即 家乡地址( h a ) 选项。其功能是：当移动节点移动到外地网络时，它与通信对端 进行通信都是使用当前转交地址，而通信对端所发出的报文也是使用的转交地 址，但运行于移动节点和通信对端上层的应用程序使用的足移动节点的家乡地 址，因此，必须在移动节点端进行地址翻转才能保证节点的移动对上层应用透 明，因此，可以利用家乡地址选项来实现这一过程，在中继过程中使用移动节 点的转交地址，在端系统中使用移动节点的家乡地址。同时，家乡地址消息还 可以实现对入境过滤的支持。 3 新的i n t e r n e t 控制管理协议消息为了支持家乡代理地址的自动发现和 移动配置，移动i p v 6 也引入了一些新的i n t e r n e t 控制管理协议( i n t e m e tc o n t r o l m a n a g e m e n tp r o t o c o l ，i c m p ) 消息，包括： 1 ) i c m p 家乡代理地址发现请求消息和i c m p 家乡代理地址发现应答消 哈尔演理t 大学t 学硕l j 学位论文 息：用于移动节点动态发现家乡代理的地址。 2 ) i c m p 移动前缀请求消息和i c m p 移动前缀应答消息：用于网络的重新 编号和移动配置机制。 4 移动选项移动选项位于移动报头的消息数据部分，跟在移动报头的固 定部分之后，它的存在与否以及数目都可以通过计算移动报头的长度字段得 到。使用移动选项的目的是为了增加灵活性，允许某些消息的必要选项不出现 在其他任何消息中。另外，也提供了按需增减移动选项的机制，既控制了移动 报头的大小，又方便了以后的扩展。 5 第二类路由头移动i p v 6 定义的第二类路由头是一个新的路由头类 型，也是一个新的i p v 6 扩展报头。通信对端使用第二类路由头直接发送分组 到移动节点，把移动节点的转交地址放在i p v 6 报头的目的地址字段，而把移 动节点的家乡地址放在第二类路由头中。当分组到达转交地址时，移动节点从 第二类路由头提取家乡地址，作为这个分组的最终目的地址。 这个新的路由头不同于常规的i p v 6 源路由报头，使得防火墙能够对移动 i p v 6 分组和源路由分组分别应用不同的规则。第二类路由头只能携带一个 i p v 6 地址，所有处理它的节点必须确认该地址节点自身的家乡地址，并防止该 分组被转发出去。此外，移动i p v 6 还对i p v 6 的邻居发现机制进行了修改。 2 1 3 移动i p v 6 的结构 1 移动i p v 6 定义的数据结构为了实现移动功能，需在现有i p v 6 的基础 上，增加三种数据结构，分别是绑定缓存、绑定更新列表、家乡代理列表”。 1 1 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ，b c ) 所有支持移动i p v 6 的节点都要维护一个绑定缓存，里面存储着与它通信 的移动节点的家乡地址和转交地址的对应关系，如表2 1 所示。 表2 - 1 绑定缓存的结构 t a b l e2 - 1t h ef r a m eo fb i n d i n gc a c h e h o m ea d d r e s s i c a r eo f a d d r e s s i l i f e t i m e l h o m e r e g i s t r a t i o nf l a g l 绑定缓存的生成是这样的：当一个离开家乡链路的移动节点收到家乡代理 通过隧道方式转发的数据包以后，它就会向这个数据包内层的源地址发送一个 绑定更新，收到这个绑定更新的节点就在它的绑定缓存中增加一条对应此移动 节点的条目。当一个节点有数据包需要发送到某地址时，它先检查一下绑定缓 存，如果其中有对应此地址的条目，它就把数据包直接发送到缓存条目中记录 哈尔滨理丁大学t 学硕l ：学位论文 的转交地址；若没有对应此地址的缓存条目，则按正常方式发送。需要注意的 是，每一个节点对任何一个家乡地址，仅保留一个绑定缓存条目：同时，每一 个节点绑定缓存的容量都是有限的，如果满了，则其它节点就不能继续在它上 面迸行绑定。 2 ) 绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s t ，b u l ) 由移动节点维护，每当移动节点向一个通信节点或者家乡代理发送一条绑 定更新消息，它就会把相应的信息，包括接收方地址、剩余有效时间等记录在 绑定更新列表中，同时随时更改每一个列表条目的剩余有效时问。如果某一条 目的剩余有效时间为零，移动节点就应该从列表中删除此条目。在移动节点中 保留此列表的作用是：当移动节点回到家乡链路以后，移动节点会根据此列表 中每一条目记录的地址信息，在其上面解除绑定；当移动节点再次发生移动 时，移动节点会根据此列表中每一条目记录的地址信息，在其上面重新绑定。 3 ) 家乡代理列表( h o m ea g e n tl i s t ，h a l ) 每一个移动节点和家乡代理都要维护一个家乡代理列表。当一个节点收到 标识支持家乡代理功能的路由器宣告消息时，会把这个路由器加入到其家乡代 理列表中。当一个节点离开家乡链路以后，它会从它所保留的家乡代理列表中 选择一个家乡代理进行家乡注册；如果家乡代理列表为空、或者注册失败，移 动节点会启动动态家乡代理地址发现机制，这时在家乡链路上的某一个家乡代 理就会把它保留的家乡代理列表发送给移动节点。 2 移动i p v 6 的网络结构移动i p v 6 功能的网络体系结构如图2 2 所示。 图2 2 移动i p v 6 的网络结构 f i g 2 - 2t h en e t w o r ks t r u c t u r eo fm o b i l ei p v 6 移动i p v 6 属于网络层的一个子层。对于上层应用，移动节点只有一个固 定的i p 地址( 即家乡地址) ，只要知道目的节点的地址就能与其进行通信。移动 9 哈尔滨理- t 人学t 学硕i j 学位论文 i p v 6 子层能感知到节点的家乡地址、转交地址以及家乡代理的地址，并使得 i p 分组可以经过家乡代理或转交地址j 下确到达上层应用指定的目的节点。而对 于网络层其他模块来说，工作机制同现有的固定网络没有区别，仍然采用传统 的基于网络前缀的路由机制来转发分组。 2 2i p v 4 与i p v 6 移动解决方案比较 2 2 1i p v 4 移动解决方案简单介绍 互联网发展的最初动力是实现计算机之间信息共享，开始没有考虑到会有 对移动性的需求，作为互联网基础的i p v 4 在制定之初并没有考虑到要解决移 动问题。随着社会的发展，互联网的应用越来越广泛，人们提出了许多新的需 求，对移动性的需求就是其中的一种。在移动性方面，i p v 4 提出的是一种补救 性的措施，因此它的方案中有很多不完善的地方，如移动i p v 4 中存在着三角 路由等问题。下面简要介绍一下i p v 4 对移动问题的解决方案： 1 在移动i p v 4 中，存在一个外地代理的概念，它实际上是外地链路上的 一个路由器，由它来为移动到本地链路的移动节点接收数据包。 2 在移动i p v 4 中，有两种转交地址：配置转交地址和代理转交地址。其 中，配置转交地址通过动态主机分配协议( d h c p ) 、引导协议( b o o t p ) 等协议 得到，它是一个真正独立的i p v 4 地址，此时移动节点可以自己用此地址发送 或者接收数据包；代理转交地址实际上是外地代理的地址，外地代理代替移动 节点接收数据包，简单处理后再把数据包传送给移动节点。 3 移动i p v 4 中，移动节点在家乡代理上进行注册有以下两种情况： 1 ) 移动节点得到的是外地代理转交地址时，它按如下方式在家乡代理上进 行注册，如图2 3 所示，此时注册必须借助外地代理才能完成； 一一一、注册请求 一，l 泞羁陴；占书 图2 3 移动节点得到外地代理转交地址时的家乡注册过程 f i g 2 3h o m er e g i s t r a t i o np r o c e s so ft h ef i e l da g e n t sh a n da d d r e s st om o b i l en o d e l o 哈尔滨理t 大学t 学硕1 j 学位论文 2 ) 当移动节点得到配置转交地址时，移动节点自己可作为独立的节点发送 和接收数据包，注册不需要外地代理参与，其家乡注册过程如图2 4 所示。 一一一、注册请求- 一一、注册应答 图2 4 移动节点得剑配置转交地址时的家乡注册过程 f i g 2 - 4h o m er e g i s t r a t i o np r o c e s so ft h ec o n f i g u r a t i o nh a n da d d r e s st om o b i l en o d e 2 2 2i p v 6 移动解决方案简单介绍 如图2 5 所示，n o d e a 连接到l i i l kl 上，它有一个地址a l ，这个地址a 1 是可以通过r o u t e rl 到达的。当n o d ea 没有发生移动时，如果n o d eb 与 n o d e a 通信，n o d eb 发送的数据包会按照j 下常的路由方式直接到达n o d e a 。 n o d ear o u t e r 2 n o d eb 图2 - 5 未移动前a 和b 可正常通信 f i g 2 - 5d i dn o tm o v eb e f o r et h ea a n dbc o u l db et h en o r m a lc o m m u n i c a t i o n 当n o d ea 发生了移动、从l i n kl 移动到l i n k2 时，如果n o d ea 不改变 其i p 地址，n o d eb 发送的数据包按照现行的以前缀为基础的路由方式就不能 够到达n o d ea 了。下面看一下i p v 6 对这个问题是如何解决的，当n o d ea 从 l i l l l ( 1 移动到l i n k2 以后，会有如下动作发生，如图2 - 6 所示。 1 ) r o u t e r2 定期广播发送路由器宣告消息，其中携带本地链路前缀信息。 n o d ea 接收到宣告消息后，