（通信与信息系统专业论文）基于网络的移动性管理机制的设计与实现.pdf

中文摘要 中文摘要 随着网络技术和无线接入技术的迅速发展，下一代移动互联网及其相关协议 作为当前信息技术研究的重点得到了广泛关注。当前的移动性协议如m i p v 6 、 h m i p v 6 、f m i p v 6 等都是基于终端的移动性协议，需要终端支持移动性来参与切 换过程。本文在研究移动互联网的基础上，设计并实现了代理移动i p v 6 协议，从 而实现了基于网络的区域移动性管理机制，减小了对移动终端的要求，降低了交 互信令的复杂度，增强了网络的可管理性。此外本文将基于网络的移动性机制引 入到一种新的网络体系结构一体化网络中去，优化了一体化网络的切换性能。 论文综述了现有的移动性管理方案。然后着重分析了基于网络的区域移动性 管理技术。分析内容主要包括协议规定的网络实体功能和协议的工作流程。之后 根据协议中所定义的协议流程和信令格式，对p m i p v 6 协议进行了模块设计和代码 实现，包括m n 接入侦听模块、绑定模块、接口信息和路由表更新模块以及相关 的信息管理模块等共6 个功能模块，详细说明了各个模块的工作流程。 此外本文分析了一体化网络的相关技术和一体化网络中采用基于网络的移动 切换机制的方法，将p m i p v 6 中的移动检测技术引入到一体化可信网络和普适服务 体系结构中，并进行了模块设计与代码实现。具体包括m n 接入侦听模块、m n 接入处理模块和终端管理模块以及相关的信息管理模块等共5 个功能模块，实现 了在一体化网络中基于网络的移动性机制。 最后本文成功实现了p m i p v 6 协议和在一体化网络中基于网络的移动性机制， 对协议的实现和切换性能给出详细的测试结果。测试结果显示基于网络的移动性 机制比基于终端的移动性机制在切换性能方面有明显的提高。 关键词：基于网络的移动性管理机制；代理移动i p v 6 ；一体化网络；移动i p v 6 分类号：t p 3 9 3 1 ；t n 9 1 5 0 4 北京交通人学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y , r e s e a r c h e so n t h en e x tg e n e r a t i o no fm o b i l ei n t e r a c ta n dr e l a t e dp r o t o c o l sb e c o m ef o c u so fc u r r e n t i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h ec u r r e n t a g r e e m e n t s a r ea l lt e r m i n a l - b a s e dm o b i l e p r o t o c o l s ，s u c ha sm i p v 6 ，h m i p v 6 ，f m i p v 6 ，i nw h i c ht h et e r m i n a l sn e e dt os u p p o r t m o b i l i t ya n dp a r t i c i p a t e i ns w i t c h p r o c e s s p m i p v 6 p r o t o c o li sd e s i g n e da n d i m p l e m e n t e di n t h et h e s i st oi m p l e m e n tn e t w o r k - b a s e dl o c a lm o b i l i t ym a n a g e m e n t m e c h a n i s m p m i p v 6p r o t o c o lr e d u c e st h ed e m a n d so nm o b i l et e r m i n a l s i ta l s or e d u c e s t h ec o m p l e x i t yo fi n t e r a c t i v es i g n a l i n gi nn e t w o r ka n de n h a n c e sn e t w o r km a n a g e a b i l i t y f u r t h e r m o r e ，n e t w o r k - b a s e dm o b i l em a n a g e m e n tm e c h a n i s mh a sb e e ni m p l e m e n t e di n t h eu n i v e r s a ln e t w o r kt oo p t i m i z eh a n d o v e rp e r f o r m a n c e t h et h e s i ss u m m a r i z e st h ee x i s t i n gm o b i l i t ym a n a g e m e n ts o l u t i o n sa n df o c u s e so nt h e a n a l y s i so fn e t w o r k - b a s e dl o c a lm o b i l i t ym a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h ec o n t e n t s i n c l u d ee n t i t i e so p e r a t i o na n dp r o t o c o lf l o w s i xm o d u l a r sa l ed e s i g n e db a s e do nt h e f l o wa n ds i g n a lf o r m a td e f i n e di nt h ep r o t o c o l ，i n c l u d i n gm na c c e s sl i s t e n i n gm o d u l e , b i n d i n gm o d u l e ，i n t e r f a c ei n f o r m a t i o na n dr o u t i n gt a b l eu p d a t em o d u l ea n dr e l a t e d i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e s ，e a c hm o d u l ei sd e s c r i b e di nd e t a i l b e s i d e s ，m o d u l e sa r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e do nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i s o f n e t w o r k b a s e dm o b i l em a n a g e m e n tm e c h a n i s mi nt h eu n i v e r s a ln e t w o r k t h e m o d u l e si n c l u d em na c c e s sl i s t e n i n gm o d u l e ，m na c c e s sp r o c e s s i n gm o d u l e ，t e r m i n a l m a n a g e m e n tm o d u l ea n dr e l a t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e s t h e s em o d u l e s i n t e g r a l l t yi m p l e m e n tn e t w o r k - b a s e dm o b i l i t ym a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi nt h eu n i v e r s a l n e t w o r k a tl a s t ，p m i p v 6p r o t o c o la n dn e t w o r k b a s e dm o b i l i t yt e c h n o l o g yi nt h eu n i v e r s a l n e t w o r ka r ei m p l e m e n t e d t e ：s t si nd e t a i lh a v eb e e nd o n e t h et e s tr e s u l t si n d i c a t et h a t n e t w o r k b a s e dm o b i l i t ym a n a g e m e n tm e c h a n i s mi sm u c hb e t t e rt h a nt e r m i n a l - b a s e d m o b i l i t ym a n a g e m e n tm e c h a n i s mf o rh a n d o v e rc a p a b i l i t y k e y w o r d s ：n e t l m m ：p m i p v 6 ；u n i v e r s a ln e t w o r k ；m i p v 6 c l a s s n o ：t p 3 9 3 1 ；t n 9 1 5 0 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学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， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：徐当 导师签名 签字日期： 劭d 7 年5 月如1 7签字日期：跏，年月) - o e l 北京交通人学硕士学位论文 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和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证二 5 而使川过的材料。与我一同 ：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。 学位论文作者签名： 余雷 签字日期： 如夕年占月2 0e t 致谢 本论文的工作是在我的导师张思东教授的悉心指导下完成的。张老师教会了 我许多做人的道理，使我树立正确的科学观和人生观，踏实奋斗自己的人生。张 老师严谨的治学态度和求实的科学精神将使我受益终生。藉此论文完成之际，谨 向教育我的导师表示诚挚的谢意! 衷心感谢下一代互联网互连设备国家工程实验室的张宏科教授，他作为通信 领域知名的专家学者，高瞻远瞩地预见到下一代互联网的发展方向，为我指明了 前进的方向，而且毫无保留地把知识和经验传授给我，时常中肯地指出我的不足， 鞭策着我不断的进步。 感谢周华春老师，周老师孜孜不倦的敬业精神给我留下深刻的印象。在学习 和工作中，周老师鞭策我要勤钻研、多思考、勇于面对挑战，周老师对我的影响 和教育将是我一生享受不尽的宝贵财富。感谢郜帅老师、秦雅娟老师、苏伟老师 在我的科研和生活中给予我的诚挚关怀和无私帮助。 感谢在实验室与我共同学习和工作过的关建峰博士，延志伟博士以及肖伟思、 李凯、朱莹、种鑫、唐思源、黄永正等硕士在平时生活和学习中对我的帮助和支 持。和同学们在一起使我感觉到集体和团队精神的巨大力量。 感谢我的父母和亲朋，他们的鼓励和支持是我在学习成长路上的动力和保证。 感谢所有关心和帮助我的人。 最后，衷心感谢各位评委于百忙之中抽出宝贵的时间审阅本文! 1 引言 本文根据近年来基于终端和网络的移动性管理研究方向、国内外的相关研究 现状与趋势，结合移动互联网的各种工作协议，对基于网络的移动性管理体制展 开研究，实现了代理移动i p v 6 ( p m i p v 6 ) 协议。并将基于网络的移动特性应用到 一体化网络中，实现了对一体化网络接入和切换性能的优化。搭建- j n 试环境， 对p m i p v 6 协议以及一体化网络中基于网络的移动性机制进行了全面测试。 1 1 研究背景与意义 随着i n t e r n e t 技术的迅猛发展，各种网络新业务不断出现。随着各种无线终端 的出现，人们对移动性业务的需求越来越多。移动互联网是当前信息技术研究的 一个重点，得到了全世界各行各业的广泛关注。移动互联网技术是在i n t e m e t 上提 供移动功能的网络层方案之一，使移动节点( m n ) 可以用一个永久的地址与互联 网中的任何主机通信，并且在切换子网时不中断正在进行的通信。 移动互联网中的一个关键技术是因特网工程任务组i e t f 提出的移动i p ( m i p ) 方案。基于i p v 4 协议的称为m i p v 4 ，基于i p v 6 协议的称为m i p v 6 2 1 。m i p v 4 和 m i p v 6 能够维持移动节点移动时与互联网的连接不中断。m i p v 6 解决了m i p v 4 的 地址空间有限、报头扩展性差、安全性和移动性支持不好等问题。但是m i p v 6 同 样存在切换时延过大、不支持网络移动等问题，不适合对时延敏感的业务。对此， i e t f 提出了一些解决方案如m i p v 6 的快速切换( f m i p v 6 协测3 】) ，层次移动i p v 6 协议( h m i p v 6 4 】协议) 和网络移动性协议( n e m o 5 】协议) 。其中f m i p v 6 和h m i p v 6 优化了m i p v 6 的性能，减小了切换时延和注册消息的传输开销；n e m o 提供了对 移动子网的移动性支持，解决子网作为一个整体在全球互联网范围内变换接入位 置时的移动性管理和路出可达性的问题。 当前的m i p 都是以移动节点( m n ) 为中心的，m n 需要参与到切换相关信令 交互中，从而增加了终端协议栈的复杂度。i e t f 6 1 、i e e e8 0 2 2 1 t 7 1 、w i m a x t 8 1 、 3 g p p 9 j 分别提出了基于网络的i p 移动性方案。i e t f 和无线局域网( w l a n ) 基础 设施市场的最近发展表明，发展新的区域移动性管理机制的时机到了【l0 1 。需要建 立一套基于网络的移动性管理机制( 如p m i p v 6 1 l 】) 、模型及其理论，解决其在应 用中遇到的关键性技术问题。这种机制减小了移动终端的切换时延，减小了信令 交互的复杂度，增强了网络的可管理性。本文就从目前移动性管理存在的问题入 手，研究并分析基于网络的移动性管理的关键技术，并对其进行模块设计和实现。 北京交通人学硕+ 学位论文 在现有面向连接的网络体系结构的互联网模式中，网络体系结构比较复杂， 层之间耦合性比较强，网络实体之间的信令消息也比较复杂。在对下一代信息网 络技术进行研究的过程中，我国提出一种一体化可信网络和普适服务体系结构【1 2 】。 该体系结构允许包括固定用户和移动终端、移动子网、自组网等多种类型的用户 接入，各种用户享有同样的个性化业务服务。这种网络体系结构揭开了信息网络 技术的新篇章。 一体化网络中的切换机制同样以m n 为中心，需要m n 参与切换信令交互过 程。本文作者在对基于网络的移动性机制进行全面深入的研究后，在一体化网络 中采用基于网络的移动性机制，从而实现对一体化网络的切换性能和网络管理性 能进行进一步优化。 1 2 国内外研究现状 本节阐述了国内外现有的移动性管理技术和基于网络的区域移动性管理技术 的研究现状。分析了全局移动性协议和基于终端的区域移动性协议存在的问题并 简单介绍了当前的一体化网络技术。 1 2 1现有的移动性管理方案 网络拓扑随着m n 的移动会发生变化， 端的数据路由，从而保持m n 连接不中断。 动性管理协议和区域移动性管理协议。 这就需要移动性管理协议来改变端到 当前的移动性管理协议可分为全局移 全局移动性管理协议包含m i p ，m o b i k e 1 3 】和h i p 1 4 】等。全局移动性协议为 了保持m n 的可达性，建立临时地址与永久地址的绑定，通过使m n 在全局移动 锚点或通信对端( c n ) 更新临时地址来保持m n 移动时路由的可达性。全局移动 性协议会存在三个明显的问题u j ： ( 1 ) 更新时延大。当m n 从一个接入网络移动到另一个接入网络而需要改变临 时地址时，它就会向全局移动锚点( 比如m i p 中的家乡代理h a ) 发送更 新消息。如果全局移动锚点距离m n 的接入网比较远，更新过程会需要相 当长的一段时间。在这段时间内，发往m n 的数据包仍路由到原来的地址， 造成数据包的丢失。 ( 2 ) 信令开销大。m n 改变所连接的链路时，需要的信令开销很大。比如存在 新链路上通过d h c p 或无状态方式配置i p 地址的信令，以及向h a 和c n 进行地址更新所需要的全局移动性协议信令。这些信令开销占用了宝贵的 2 引言 无线资源以及有线网络的带宽，可能影响到网络整体的服务质量和实时服 务的性能。 ( 3 ) 位置的保密性差。临时的本地地址的改变会使m n 向对端节点及h a 发送 包含该地址的绑定更新。如果网络上存在潜在的窃听者，那么他们可以通 过临时地址的网络前缀得到m n 的拓扑位置。无论从保密性还是安全性的 角度来说，都会对移动用户产生威胁。 通过以上的分析可以看出，在一个区域中使用区域移动性管理协议来管理拓 扑比使用全局协议更合适。 当前的一些区域移动性管理方案有h m i p v 6 、蜂窝i p 、h a w a i i 和t e l e l m i p 等。这些方案的特点是采用分层结构，引入特定的路由算法和切换算法实现网络 管理。分层结构在实现区域管理的同时也增加了网络结构和单点故障的复杂度， 增加了网络管理和安全方面的相关问题【1 5 1 。这些区域移动管理方案均为基于终端 的移动性管理协议，需要修改移动终端的协议栈参与移动性管理，这也限制了这 些方案的广泛应用。 1 2 2 基于网络的区域移动性技术 基于上节提到的问题，迫切需要一种便于管理、复杂度低的区域移动性管理 方案，即基于网络的区域移动性管理方案。在这个方案中，m n 在同一区域内移动 时完全由网络边缘路由器来控制，不需要m n 同h a 进行信令消息的交互。诳网 络中引入移动代理代替m n 进行信令消息的交互。 2 0 0 5 年8 月成立的i e t fn e t l m m ( n e t w o r k b a s e dl o c a l i z e dm o b i l i t y m a n a g e m e n t ) 工作组【l o 】对于基于网络的移动性管理机制进行了全面的研究。目标 是当m n 在接入网中移动时将终端复杂性降低到最小。 在n e t l m m 协议中终端利用二层机制如8 0 2 1 l 的链路启动和关闭，或三层 机制如邻居发现来检测到新的链路，并更新数据分发路由。基于网络的移动性管 理协议不需要主机安装特殊的移动性软件，在主机切换到新路由时也不需要网络 接口改变m 地址，使主机尽量少的参与移动性管理。 2 0 0 7 年4 月，i e t f 发布的n e t l m m 相关协议标准r f c4 8 3 0 、r f c 4 8 3 1 t 川、 r f c 4 8 3 2 1 7 】中分别对基于网络的移动性存在的问题、设计的实现目标、安全性做 了全面的定义。 由于对m i p v 6 信令消息和家乡代理代码的使用和扩展，基于网络的移动i p 协 议又被称为代理移动i p 协议( p m i p v 6 ) 。p m i p v 6 协议的实现，对于优化m i p v 6 性能，实现网络支持的区域移动性管理具有重要的意义。 北京交通人学硕十学位论文 2 0 0 7 年4 月，第一个p m i p v 6 草案发表。2 0 0 8 年8 月，r f c 5 2 1 3 ( p m i p v 6 协议) 正式发表。 本文包含对p m i p v 6 技术的研究和原型系统的实现。 1 2 3 一体化网络技术 互联网架构模式存在一些缺陷如网络体系结构比较复杂，层之间耦合性比较 强，网络实体之间的信令消息也比较复杂。这些缺陷阻碍了互联网的长远健康发 展。针对现有技术的不足，世界各国都开始对下一代信息网络技术进行研究。如 n e w a r c h 计划【1 8 】及美国国家科学基金委员会( n s f ) 的g e n i t l9 1 、f i n d l 2 0 1 等项目 都投入了大量精力开展新一代信息网络基础理论研究。新的信息网络体系研究实 质上是一个前沿和前瞻性的研究课题，也是一个世界性的难题，迫切需要重大的 突破性研究。我国也积极参加到对下一代信息网络理论与技术的研究中来，提出 一种一体化可信网络和普适服务体系结构。该体系结构允许包括固定用户和移动 终端、移动子网、自组网等多种类型的用户接入，各种用户享有同样的个性化业 务服务。 一体化网络采用不同于开放系统互联七层体系结构和互联网t c p i p 【2 l j 四层 体系结构的一种全新的两层体系结构模型，即“网通层”和“服务层”。“网通层 2 2 1 为一体化网络提供多元化的网络接入，固定网络、移动网络、传感网络均可以在 一体化网络中接入，从而实现网络的一体化。“服务层”【2 3 】负责各种业务的会话、 控制和管理，这些业务包括由运营商或第三方增值服务商提供的各种网络业务， 主要是语音、数据、流媒体等，不同的业务用同一个“服务层”承载。 本文包含对现有一体化网络m n 移动性检测机制的修改，在一体化网络中实 现基于网络的移动性技术。 1 3 论文的主要内容及结构 本论文所实现的是基于网络的移动性技术，包含对p m i p v 6 协议的实现，以及 利用p m i p v 6 中的移动性检测机制在一体化网络中实现基于网络的移动性技术，从 而对现有的一体化网络进行优化，提高切换性能。 论文的主要工作是全面的分析了基于网络的移动性管理技术，阅读分析了 m i p v 6 、h m i p v 6 、f m i p v 6 的源代码，p m i p v 6 的相关文档。在此基础上对p m i p v 6 协议进行了模块设计和代码实现。研究了现有的一体化网络终端移动检测技术并 在体化网络原型系统上实现了基于网络的移动性机制，最后对整个系统进行全 4 引言 面测试。论文的组织如下： 第一章阐述了本论文的研究背景和意义，列出了论文的主要工作和组织结构。 第二章介绍了基于网络的移动性技术、p m i p v 6 协议、一体化网络基于终端和 基于网络的移动切换机制的基本原理。 第三章详细阐述了p m i p v 6 协议的原型实现，包括各个模块的功能以及工作流 程。 第四章对实现的p m i p v 6 协议进行功能测试和性能测试。包括对信令消息的解 析测试，对切换性能的测试以及同基本m i p v 6 的性能比较。 第五章详细阐述了一体化网络中基于网络移动性技术的实现，包括各个模块 的功能以及工作流程。并对实现了的基于网络的移动性的接入和切换部分进行了 测试。 第六章对论文工作进行总结，探讨基于网络的移动性技术的研究方向，指出下 一步的工作。 北京交通人学硕士学位论文 2 基于网络的区域移动性管理技术原理 基于网络的区域移动性管理技术是在以前发展的一些协议如f m i p v 6 ， h m i p v 6 的基础上提出来的。该技术可以提供快速无缝的区域内移动性管理，从而 当移动终端在一个区域内进行切换时，减少分组传送时延、丢包率和信令负载。 2 1 基于网络的区域移动性管理技术综述 在基于网络的区域移动性管理机制中，引入了两个新的功能实体【lo 】： 移动接入网关( m a g ) ：m a g 是一个用来管理同接入的移动终端相关的信令 消息的实体。m n 连接在m a g 控制的边缘路由上。m a g 管理保持连接的m n 的 链路信息。m a g 将从l m a 发往m n 的数据包转发给m n ，也将其控制范围内的 m n 发出的数据包路由到相应的l m a 上。 本地移动锚点( l m a ) ：在一个区域移动性管理域内，l m a 是一台路由器， 维护主机路由信息并且为m n 转发消息。l m a 使用n e t l m m 协议同m a g 联合 起来在一个区域移动性管理域内控制i p 节点移动性。l m a 在核心网罩维护本域中 所有移动终端的路由信息，并为来自或发往m n 数据包提供转发路由。 在n e t l m m 架构中，发往m n 和来自m n 的数据包都要通过m a g 和l m a 之间的隧道进行传输。基于网络的区域移动性管理机制有效的解决了全局移动性 机制中的三个基本问题【l6 j ： 1 、提高了切换性能。在切换的过程中，从链路切换的开始到i p 子网配置和全局 移动性管理信令传输完成的这段时间造成的延迟导致了切换时丢包的发生。在 此期间，m n 的通信对端节点仍然将数据包发往旧的链接但不能访问m n ，误 传的数据包就会被丢弃。在区域移动性管理机制的设计目标是减少i p 切换的 延迟，使切换之后更改转发的处理时延尽可能的接近相应的链路层切换时延和 i p 层移动检测需要时延的总和，以避免过多的数据包丢失。 2 、减少了与切换相关的信号量。信令需求对切换性能有很大的影响，l t - , j t n 它 会对m n 的共享链路( 如无线链路，它的链路容量不能很容易的被扩展) 的链 路数据流量造成影响。n e t l m m 机制中尽量减少从m n 发送到网络的关于切 换的信息量，在切换的过程中不引进除了邛层移动检测需要之外的信令，如 果链路层支持i p 层移动性检测，m n 在链路层切换后可以不执行任何另外的 i p 层的信令。 3 、位置安全性考虑。n e t l m m 机制中允许二层检测，对三层地址限制较少，这 6 基i 丁网络的区域移动性管理技术原理 些方法可以减少对位置安全的威胁。具体来说在n e t l m m 机制里，在一个接 入网内，m n 进行链路间切换时不需要改变i p 地址，在一个大的地理区域中 保持i p 地址不变。这就减小了攻击者推断出移动节点精确的地理位置的机会。 2 2p m i p v 6 协议原理 2 2 1综述 p m i p v 6 是i e t fn e t l m m 工作组确定的基于网络的区域移动性管理协议，该 协议可以不扩展m i p v 6 信令消息，不需要移动节点同家乡代理交换信令消息而实 现对终端的移动性支持。在p m i p v 6 协议中，通过一种移动代理实体代替家乡代理 的作用，代表接入到网络的m n 进行移动性管理。该移动代理网络实体能够检测 到m n 的移动并初始化移动信令，建立相应的路由状态。使用p m i p v 6 协议的网 络可以支持没有安装m i p 函数的m n ，从而降低了m n 的协议栈复杂性，提高了 切换性能【2 4 】。 在n e t l m m 中核心实体是l m a 和m a g 。l m a 用来维持m n 的接入状态和 m n 的家乡网络前缀，用于维护m n 家乡地址同网络的连接。m a g 作为一个接入 路由器位于接入链路上。m n 在移动的过程中直接接入m a g ，m a g 检测到m n 的接入或移动信息后代表m n 来执行移动性管理，向l m a 发送绑定注册消息。 m a g 对m n 进行状态检测，并代表m n 进行绑定消息的发送接收和绑定状态建立 的过程减少了m n 参与切换的信令交互，节省了无线链路的带宽，减小了对信令 消息的处理时延。p m i p v 6 域的模型如图2 1 所示： 随口 图2 - 1 代理移动i p v 6 域模型图 f i g 2 1p r o x ym o b i l ei p v 6d o m a i n 7 北求交通人学硕+ 学位论文 2 2 2p m i p v 6 协议流程 p m i p v 6 环境如图2 - 2 所示，该环境中包含两个m a g ，一个l m a ，一个广域 网模拟器，一个m n 和一个通信对端节点( c n ) 。两个a p 分别同两个m a o 相连， 为m n 提供无线连接。整个环境组成个p m l p v 6 域。p m i p v 6 协议流程包括m n 进入p m i p v 6 域和m n 执行切换两个部分。 图2 - 2 p m i p v 6 环境示意圈 f i g2 - 2 t e a v b e d o f p r o x y m o b i l e i p v 6 m n 进入p m i p v 6 域的过程如下： 当一个移动节点( m n ) 进入一个p m i p v 6 域并且连接到一个接入链路时，接 八链路上的m a g 就开始识别接入的移动节点并且获得其身份标识( i d ) ，之后判 断m n 是否有权限获得基于网络的移动性管理的服务。 如果m a g 判断可以给按入的移动节点提供基于网络的移动性管理服务，它就 需要确定m n 是否使用允许的地址配簧机制，从而确保该m n 在同一个p m i p v 6 域内移动的过程中，网络都能够从连接的接口上获得该地址配置。获得的地址配 置包含m n 的家乡网络前缀( h n p ) ，链路上的默认路由地址和其他的相关配置参 数。从m n 的角度看，整个的p m i p v 6 域就如同一个单一的链路，网络确保m n 在同一个p m i p v 6 域内切换到不同的接入点都使用同样的初始地址配置，使m n 在域内实现口地址不变的透明切换。 m n 可以运行在l p v 4 或者l p v 6 模式甚至是i p v 4 1 p v 6 的双栈模式下。在网络 支持的情况下，m n 可以配置一个i p v 4 、1 p v 6 或i p v 4 i p v 6 的双栈地址在一个 p m i p v 6 域中自由移动。 基丁网络的区域移动性管理技术原理 m a g 在检测到m n 接入并获得m n 相应的地址配置后，要向m n 的l m a 发 送一个代理绑定更新消息( p b u ) 以更新m n 的当前位置。l m a 对m a g 发来的 p b u 消息进行解析处理，如果接受该绑定更新则向m a g 发送一个代理绑定确认 ( p b a 消息) ，p b a 消息中包含m n 的家乡网络前缀。同时，l m a 为该m n 建立 一个绑定缓存条目( b c e ) 用来存储m n 的身份信息和路由信息并且建立起到m a g 的双向隧道。 m a g 在接收到p b a 消息后建立起到l m a 的双向隧道，并且更改到m n 的路 由来引导指向m n 的流量。在这个时候m a g 已经获得足够的信息从而向m n 发 送包含m n 家乡网络前缀的路由通告。 m n 收到这些路由通告消息后将会根据m n 的接口允许情况，使用有状态或 无状态地址配置模式来配置它的接口。地址配置成功之后，m n 即获得包含家乡网 络前缀的地址。此时，提供服务的m a g 和l m a 也建立起相应的路由状态，来处 理发往或来自m n 的数据包。 l m a 作为m n 的家乡网络前缀的分配和维护节点，截获所有由对端节点发往 m n 的数据包并通过双向隧道将这些数据包传送给m n 接入的m a g 。m a g 在隧 道另一端接收到数据包后，对数据包进行解封装并通过接入链路将其转发到m n 上。 m n 发送给对端节点的所有数据包都会发送到接入链路的默认路由器m a g 上，并通过双向隧道传送至m n 的l m a 。在隧道另一端的l m a 在接收到这些数 据包之后，对数据包进行解封装并将其路由至目的地。 图2 3 为m n 接入操作时的信令交互流程。 ，建 图2 - 3m n 接入信令流程 f i g 2 - 3f l o wo fs i g n a lw h e nm n a t t a c h e sa na c c e s sl i n k 9 北京交通人学硕士学位论文 m n 在p m i p v 6 域内执行切换的过程 在p m i p v 6 域中，如果当m n 获得初始地址配置之后执行切换，在原链路上的 m a g 将会检测到m n 的离开并通知l m a ，然后删除为m n 维持的绑定信息和路 由状态。l m a 在接受该通知后会等待一段时间再删除m n 的绑定信息，以确保 m n 的平滑切换。新链路上的m a g 在检测到m n 的接入之后将会向l m a 发送信 令消息更新m n 的绑定状态。更新完毕后m n 就可以继续接收包含其家乡网络前 缀的路由通告，由于家乡网络前缀不变 为它保持连接在相同的链路上并且可以 图2 - 4 为m n 切换的信令交互流程 m n 的地址配置也不改变，这使m n 认 直使用原来的地址进行通信。 如匦2 3 所示 a l 一蔑送日 1 志捎息 黜4 - 1 d 黼当文件 图2 4 m n 切换信夸流程 f i 9 2 4s i g n a l f l o w w h e n m n h a n d o v c c s t o a n o t h e r a c c e s s l l n k 2 23l m a 操作原理 在p m i p v 6 协议中，l m a 作为核心实体之一需要实现的关键功能如下： 1l m a 为每个注册的m n 维护一个绑定缓存条目( b c e ) 。一个b c e 可以是 基丁网络的区域移动性管理技术原理 个数据结构，用来保存和更新m n 的信息。 2 l m a 要接收m a g 发来的移动性信号，建立起与m n 的绑定。l m a 接收到 m a g 代表m n 发来的代理绑定更新请求以后对该请求消息做相应的处理。并 且给接入的m n 分配唯一的家乡网络前缀( h n p ) 。在p m i p v 6 中对于每个m n 都只有一个唯一的h n p ，并且没其他的节点与其共享该前缀。这个前缀对于 每个接入接口都是唯一的。如果m n 在p m i p v 6 域中通过多接口接入，那么每 个连接接口都要配置一个不同的前缀。当m n 在同一个p m i p v 6 域内移动，它 的h n p 会一直保持不变。 3 l m a 要截获发往m n 家乡网络的数据包。当收到对端节点发来的目的地址同 m n 的家乡网络前缀相匹配的数据包时，l m a 通过为m n 建立的i p i n i p 封 装的双向隧道转发数据包。该隧道是在l m a 接受了p b u 消息的时候在l m a 和m a g 之间建立的，用来路由从m a g 到l m a 之间的数据流。隧道的两端 分别是代理转交地址( p r o x y - c o a ) 和本地移动锚点地址( l m a a ) 。隧道掩盖 了拓扑从而使m n 在任何的接入链路都可以使用同样的地址进行通信。 2 2 4m a g 操作原理 在p m i p v 6 协议中，m a g 作为核心实体之一，用来检测m n 在它的接入链路 上的移动并且发送绑定注册请求到l m a 。基本上说m a g 是代表m n 进行移动性 控制。m a g 的关键功能如下： 1 m a g 检测m n 在接入链路上的移动，并且发送绑定更新消息到m n 的l m a 。 当m n 连接上m a g 的接入点( a p ) 的时候，a p 会向m a o 发送一个日志消 息，消息中包含m n 的m a c 地址信息。本文使用策略文件的方法获得与m n 的m a c 地址相对应的m n i d 以及m n 的l m a a 等有效信息。m a g 获得这 些信息之后就向m n 的l m a 发送一个p b u 消息。每个m a g 都要为当前注册 的m n 维护一个绑定更新列表条目( b u l e ) 。b u l e 可以是一个数据结构，用 来保存和更新m n 的信息。如果m a g 上不存在该m n 的b u l e ，m a g 就要 基于发送的p b u 消息为该m n 建立一个新的b u l e 。 2 m a g 要模拟m n 的家乡链路。m a g 在完成同l m a 的绑定注册后向m n 发送 包含m n 家乡网络前缀的路由通告消息。m a g 向m n 发送带有m n 的家乡网 络前缀消息和其他同m n 的家乡链路相匹配的地址配置参数的路由通告，确保 m n 相信它仍然连接在它的家乡链路上，或者一直连接在获得初始化地址的那 个初始位置。m a g 可以从l m a 发来的p b a 消息中获得m n 的家乡网络前缀， 也可以从m n 的策略文件中获得m n 的家乡网络前缀。 北京交通人学硕+ 学位论文 3 m a g 建立数据路径使m n 可以利用家乡网络前缀配置地址在域内进行通信。 在m a g 和l m a 信令交互完成后，在m a g 和l m a 之间建立起一条双向隧道 用于建立数据路径。如果在m n 和一个连接在同一m a g 上的通信对端节点之 间有数据流传输，m a g 会优化这次通信过程，将数据包直接转发，而不通过 隧道传送给l m a 。在m a g 收到m n 发来数据包或发送至m n 的数据包，而 且该数据包的目的地址不能直接到达时，就要通过m a g 和l m a 之间建立的 双向隧道进行传输。 2 2 5m n 操作原理 当一个m n 进入到p m i p v 6 域中并且连接到一个接入链路上，该接入链路上 的m a g 检测到m n 的接入并同l m a 完成信令交互后，为数据流建立传输路径并 向m n 发送一个路由通告。在m n 支持地址的自动配置的情况下，m n 将会能够 使用接口标识符来获得i p v 6 地址。地址配置一旦结束，只要m n 不移动出p m i p v 6 域，就可以一直使用该地址进行通信。 在p m i p v 6 域中获得地址之后，当m n 移动并切换连接到另外一个m a g 的时 候，它能继续使用原来的地址配置。只要m n 在p m i p v 6 域内移动，m n 就会一直 认为自己持续连接在同一链路上。即使m n 在接入链路上检测到一个新的默认路 由器，网络中也仍然使用m n 的家乡网络前缀作为连接前缀。 如果接入链路上的m a g 在同l m a 进行的信令交互完成之前，接收到了m n 的一个路由请求消息，在这个过程中，m a g 可能不知道m n 的家乡网络前缀，因 此无法模拟m n 的家乡链路。在这种情况下也许会有丢包现象发生，对于m n 来 说会感觉到数据包接收细微的延时。 2 2 6 路由建立及数据转发原理 在实现路由建立和数据转发的过程中，l m a 、m a g 对m n 相关数据包的转发 原理和m n 的操作原理如下： 1 l m a 的操作原理： 当l m a 在为m n 服务时，l m a 要建立一个到m n 家乡前缀网络的连接 路由来接收目的地址是m n 家乡网络的数据包。这样，在网络中的i p v 6 路由 器就会检测该l m a 为连接该前缀地址的最后一跳，所有发往m n 家乡网络前 缀的数据包都要先被路由到l m a 上。 在收到来自通信对端节点，目的地址同m n 的家乡网络前缀相匹配的数据 1 2 基于网络的区域移动性管理技术原理 包时，l m a 要通过为该m n 建立的双向隧道转发该数据包。所有的l m a 通 过隧道收到的数据包，在隧道出口解封装后都要根据内层地址传送到目的地。 2 m a g 的操作原理： 对于发往m n 的家乡网络的数据包的处理原理为：当m a g 接收到从双向 隧道传来的一个数据包时，它对数据包进行解封装，并使用数据包的内层目的 地址作为目的地址，从目的网络前缀绑定的端口转发该数据包。如果m a g 不 能找到该目的地址连接的接口就将该数据包丢弃。 对于m n 发来的数据包的转发原理：m a g 接收到m n 发来的数据包时， 它需要先确保m n 同l m a 之间的绑定已经建立。如果目的节点同m n 在同一 个接入链路上接入，m a g 需要先检查配置判断自己是否允许直接将数据包转 发往目的节点。如果不允许，m a g 就必须将数据包通过它和l m a 之间的双 向隧道传送。如果允许，则可直接转发。 3 m n 的操作原理： m n 通过接收m a g 发送的路由通告( r a ) 来获得地址前缀并利用r a 中 包含的家乡网络前缀配置自己的全球i p v 6 地址。如果r a 中包含路由器全球 i p v 6 地址选项，就直接将其设为默认路由。如果没有，就将r a 的源链路本地 地址作为默认路由项。 2 3 一体化网络基本原理 在一体化网络中引入了三个新的功能实体： 1 接入交换路由器( a c c e s ss w i t c hr o u t e r , a s r ) 接入交换路由位于虚拟骨干模块的边缘，它负责各种网络、终端的接入，同时 对接入到网络中的终端和子网进行接入控制管理。接入交换路由器还负责为终 端用户分配交换路由标识，对数据报文的接入标识进行映射解析。 2 广义交换路由器( g e n e r a ls w i t c hr o u t e r , g s r ) 广义交换路由器主要的功能是根据数据报文中的交换路由标识的目的标识，进 行路由选路和转发数据报文。 3 映射服务器( i d e n t i f i e rs e r v e r , i d s ) 映射服务器是一体化网络中位置管理重要实体，它管理一个管理域内的所有合 法终端的接入标识和交换路由标识的映射，同时为接入交换路由器和其它映射 服务器提供位置查询。 分离映射机制是一体化网络的主要思想特点。一体化网络的两层模型都采用分 离映射的机制。在“网通层”引入两种标识：接入标识代表终