信息通信专业关于网络移动问题的讨论NetworkMobility

1、关于网络移动问题的讨论,NEMO：Network Mobility,主要内容：,NEMO的产生背景 NEMO的概念 节点移动性 NEMO技术要求 解决NEMO的几种方案,NEMO的产生背景,随着信息网络技术的快速发展，尤其是各种新型异质网络的出现，宽带无线传输将会日益普及，人们对信息需求从内容到获取方式上都出现了多样化的趋势，不再满足于使用固定终端或单个移动终端连接到网络，而是希望能将某个网络前缀属性范围内的终端有机组合起来，以一个相对稳定的集合在Internet上运动地获取信息,如图：布置在一架飞行中的飞机或一列行驶中的火车、汽车、船只上的IP设备组成的网络，他们相互之间可以通信，并且与In

2、ternet连接与外部网络通信,NEMO的概念,该现象称作网络移动，而这样的网络则称作移动网络(MoN: Mobile Network)。 确切地说，移动的网络是指一个作为整体移动，不断改变其到Internet的接入点的网络。 网络移动性（Network Mobility,NEMO）支持就是为移动的网络提供连续的通信的服务。,节点移动性,在IETF的RFC2002建议中，提出了移动IP方案。 移动IP的基本目的就是使移动节点在移动过程中仍然保持连续的通信。通过移动IP可以保证移动节点MN(mobile node)在离开它的家乡网络(home network)后，仍然可以收到发送到它家乡地址(h

3、ome address)的数据包(即它在家乡网络中的IP地址)。移动IP通过在家乡网络中引入了新的功能实体家乡代理HA(home agent)来实现上述功能。,当移动节点离开家乡网络时，家乡代理截获发给移动节点家乡地址的数据包，并将这些数据包转发给移动节点目前所在的位置。移动IP规定移动节点在外部网络(foreign network)中必须获得一个转交地址(careof address)，并且建立家乡地址和转交地址的绑定。该绑定又被发送到HA，HA将该绑定记录在它的绑定缓存中。从而HA可以将截获的送往移动节点家乡地址的数据包重新封装，附加1个额外IP头，该IP头中的目的地址是移动节点的转交地址

4、。这种将IP数据包封装在IP包的技术又称为隧道(tunneling)。从移动节点发往对应节点(correspondent node)的数据包即可以通过路由协议直接发送到CN，也可以经过隧道发给HA，然后由HA再送到CN。, MH向HA发登记消息并告之FA的地址; CH向MH发送数据包; 数据包被HA接收，并采用“隧道技术”送至MN的转交地址，即FA; FA解除通道，取出原始数据包，并转交给MN; MN发出的数据包通过IP选路发送至目的地,移动IP具体工作过程1,(1) H A 和 FA不停地向网上发送代理通告(AgentAdvertisement)消息，以声明自己的存在。(2)MN接到这些消息

5、，确定自己是在归属网还是在外区网上。(3)如果MN发现自己仍在归属网上，即收到的是HA发来的消息，则不启动移动功能。如果是从外区重新返回的，则向HA发出注册取消的功能消息，声明自己已回到归属网中。(4)当MN检测到它移到外区网，它则获得一个关联地址，这个地址有两种类型:一种是FA的IP地址;另一种是通过某种机制与MN暂时对应起来的网络地址，也即是MN在外区暂时获得的新IP地址。,移动IP具体工作过程2,(5)M N向HA注册，表明自己已离开归属网，把所获的关联地址通知HA (6)注册完毕后，所有通向MN的数据包将经由IP通道发往FA(如使用第一类关联地址)或MN本身(如使用第二类关联地址)，F

6、A收到后，再把数据包转给MN。这样，即使MN已由一个子网移到另一个子网，MN的数据传输仍能继续进行。(7) MN发往外地的数据包按一般的IP寻址方法送出，不必通过HA ，这就引入了三角路由问题：,三角路由,即MN接收数据包时的路线是先经过HA然后到达MN，而发送数据包是直接由MN发送到CN，导致收发数据的三角路由。 三角路由问题会增加数据包传输的时延，占用网络资源，并且加重本地代理的处理负担。,为了解决这一问题，IPv4采用改进的ROMIP (Route Optimization Mobile IP)方式，不利用HA转发，仅仅需要节点移动时及时更新HA。技术虽然解决了三角路由问题，但网络传输的

7、控制信令太多，过程相当复杂。,目前来说，移动IPv4v6都提供对节点移动性的良好支持，为节点的移动提供了基本的解决方案，但还不能处理网络移动这个特殊问题。接下来就重点讨论网络移动问题。,NEMO,2002年10月，IETF成立了NEMO(NEtwork MObility)工作组，负责有关移动网络的问题，致力于规范一个基于移动IP隧道原理的基本的移动网络协议。 网络移动性要考虑移动子网改变和IP骨干网的连接问题。 在最简单的情况下，一个移动网络只包括一个移动路由器MR(Mobile Router)和一台主机。,移动网络结构,在比较复杂的情况下，移动网是由路由器相互连接的一组移动子网，可以作为一个

8、整体移动，并通过一个或多个移动路由器连接到IP骨干网。 移动路由器是指能够改变其因特网接入点的移动网络的边缘路由器，用作移动网络的网关，在移动网络和固定因特网之间路由数据分组。IP骨干网和移动网络之间，可以有一个或者多个IP接口。移动网络节点MNN(Mobile Network Node)位于移动网络内部，可以是固定节点或访问节点VMN(Visiting Mobile Node)，其内部结构包括固定的和无线的部分，在大多数情况下是一个相对稳定的拓扑。,嵌套移动网络Nested MONET,Nested Mobile Network，即当一个移动网络接入另一个较大的移动网络时，集成在一起分层化的

9、多级移动网络。嵌套移动性是网络移动的独特性质 。,为了避免环路存在，则这种分层嵌套图最终构成树形结构，从而有了根MoNET和子MONET的概念。根MONET是位于分级顶端的移动网络，把集成的嵌套移动网络连接到因特网上。给下层移动网络提供因特网接入的上层移动网络称为父MONET，而下层的移动网络称为子MoNET。如上图中，当移动网络B移入A时，移动网络A为父MONET构成嵌套移动网络，移动网络B称为子MONET。,移动网络在离开家乡接入外地网络时，其绑定过程与移动节点相似，但需要携带移动网络前缀MNP(Mobile Network Prefix)。MNP是代表移动路由器并在移动网络内部通告的IP

10、前缀。在一个移动网络内部可以通告多个移动网络前缀。每个家乡代理维护一个前缀表，用于管理某个MR对应的网络前缀。,NEMO技术要求,移动网络支持的目的就是为MNN提供无中断的因特网连接，以及CN与MNN通信时的双向最优化路径来路由数据分组。 IETF采用两步实现NEMO：NEMO基本支持，保证在NEMO移动中MNN通信的连续性；NEMO扩展支持，提供必要的优化，支持嵌套式移动网络。,NEMO基本支持的要求,(1)IP层解决方案：该解决方案必须在IP层实现，对所有IP应用透明，并独立于任何接入网络；(2)安全性；(3)支持本地节点通信；(4)支持访问移动节点对移动网络的访问；(5)支持嵌套式移动：

11、该解决方案应支持移动节点和其他的移动网络访问或离开该移动网络，而且不应限制嵌套网络的层数；(6)尽力采用现有的移动IP技术，以最大化地支持与节点移动的互操作。,NEMO基本支持实现方法,MR与其HA 之间也建立一条MRHA双向隧道，同MNHA双向隧道机制是类似。 在绑定更新中设置移动路由器R标志，并在绑定更新消息中携带移动网络前缀选项，从而使HA可以转发指向移动网络内部节点的数据分组 MR和HA的绑定缓存和路由表管理也做了相应改进，MR将它的家乡地址与转交地址进行绑定并通过绑定更新通知HA。,NEMO基本支持实现方法,传递数据时，首先MR将需要发送的数据进行封装，然后通过MRHA隧道发送给HA

12、，HA将接收到的数据包解封装，然后将数据发送到相应的目的地。在另一个方向上，HA截获发送到MR的数据包并进行封装，然后通过MRHA隧道发送给MR，MR收到数据后，先进行解封装，然后将数据包按照目的地址发送到相应的内部节点。,这种方案既可以基于移动IPv4也可以基于移动IPv6。以上的操作对数据包的格式以及协议并不作改动，但是为了将数据包通过隧道发送给MR，HA必须将移动网络内部节点的家乡地址同MR的家乡地址结合起来。否则，HA截获的发往移动网络内部节点的数据包便无法通过隧道发送给MR，因为在由MR发送给HA 的绑定信息中仅仅包括MR的家乡地址和转交地址。而MR的转交地址不包括内部节点的信息。为

13、了识别移动网络的内部节点，方案规定属于MR的节点带有相同的IP地址前缀，该信息存储在HA 中。,基本移动网络支持数据流 虽然采用MRHA双向隧道机制可以尽量不改变现有移动IP技术，而且也同样支持嵌套移动网络和VMN对移动网络的访问，但并不支持路由优化，对于嵌套移动网络，由于在MR及HA之间引入多层隧道，使信令开销过大，并引起许多安全问题，因此，简单地采用这种双向隧道机制并不适合,NEMO扩展支持的要求,(1)嵌套移动的路由优化：不管移动网络的嵌套层数有多深，都应当允许CN与MNN之间的数据分组沿着最优路径传递，而无需经过嵌套网络分级中各MRHA的重复封装。扩展支持解决方案应能保证CN与MNN之

14、间以最小的信令开销实现路由优化，并提供相应的安全保证。(2)独立移动网络的优化：允许被访问的移动网络内其他节点与VMN通信，要求该VMN建立与MNN的优化路由，无需经过VMN的HA和移动网络之外的MR。(3)无缝移动：最小化分组丢失率和移动切换延迟，减少通信中断。(4)支持动态寻址和路由机制：允许MR参与与家乡网络的路由和网络管理，包括地址分配，路由器重编号等。(5)支持IP组播和QoS,NEMO扩展支持实现方法,IETF的NEMO工作组提出三种方法来支持扩展网络移动：PSBU、RRH和ARO。,前缀范围绑定更新PSBU(Prefix Scope Binding Update)：建议MR不仅通

15、过经典移动IPv6绑定更新来广播它的移动情况，还需要通过PSBU来广播其移动性。 PSBU不是将本地地址和转交地址绑定，而是将移动网络的前缀MNP与MR的转交地址CoA(Careof Address)绑定在一起，并在绑定更新中设置P标志。通过这种方法，MR可以透明方式通知整个网络的移动，不需要对现有节点进行扩展。PSBU 可以由MR发向其HA，使HA能够动态配置MNP；也可以由MR直接发向MNN 的所有CN，以获得路由优化。CN发向移动网络内部节点MNN的分组到达MR的家乡网络后，被MR的HA拦截，通过隧道发向MR的转交地址CoA。,当MR从隧道接收到来自其HA的分组后，了解到该分组的CN并没

16、有关于该MNP的绑定缓存，于是MR给该CN发送PSBU。CN接收到来自MR的PSBU后，在绑定缓存表中增加一个新项，关联MNP和MR的CoA。由于有了这样一种关联，CN就知道后续以MNN 为目的地址的分组应该发向MR的CoA以获得优化路由。此后，CN直接将分组发向MR的CoA，并且在路由头里包含本地目的节点的地址。MR接收这些分组，参考路由头，将分组转发给指定的目的节点。PSBU 只支持单移动网络，由于CN与嵌套移动网络之间的通信需经过多层隧道传递，因此并不适合Nested MONET。,RRH(Reserve Route Header)：是专门为支持嵌套移动网络设计的。 该方案基于在转发分组

17、的第一个MR与其HA之间建立的一条专用套叠式隧道。通过引入一个新的称为翻转路由头RRH 的选项，在移动网络结构中实现源路由。RRH记录嵌套移动网络之外的路由，并转换成路由头为以移动网络为目的地的分组服务。见下图，MR3位于拓扑树的第三层，访问因特网的路径为MR3MR2MR1因特网。,如果本地固定节点LFN访问因特网，按照基本支持或PSBU 的隧道思想，将会有上图a中所示的双向嵌套隧道。但如果采用RRH方式，则仅需要一个双向隧道，上图b RRH降低了嵌套移动网络的封装开销，无需经过多次隧道传递，但由于每个分组都经过MR与HA之间的双向隧道，因此不存在优化路径。而且如果嵌套层数很深，RRH头增大，

18、必然导致MTU值过大。,ARO(AcceRouter Option)：增加了一个新的移动头选项，即接入路由器选项，允许移动节点通知HA或CN其当前接入的路由器的家乡地址，从而消除嵌套MONET 中的嵌套隧道。,如上图所示，MR2发送的路由器通告中包含路由器全球地址选项RGAO(Router Global Address Option)，用于携带MR2的HoA。MR1在接收到MR2的路由器通告后，获得MR2的HoA和MR1的新CoA，MR1发送绑定更新给HA1，在ARO选项中携带MR2的HoA以通知HA1它当前的接入路由器。HA1利用扩展的第二类路由头RH2，通过MR2的HoA 向MR1返回绑定确认消息。HA2拦截该BA，通过A2MR2隧道发给MR2的CoA。MR2处理扩展RH2头，了解到HA1还没有缓存MR2的CoA，发送绑定更新给HA1。于是HA1与MR1之间建立了MR1MR2HA1的通路，而无需再经过MR2HA2隧道。,ARO支持嵌套网络和路由优化。但是由于