移动IPV6

移动IPv6技术充分利用了IPv6协议对移动性的内在支持。首先, 路由器在路由器广播报文中指示了它是否能担任本地代理。同一个子网内允许多个本地代理存在, 移动节点可以向任意一个本地代理注册。本地代理中保存有移动节点的家乡地址和转交地址的对照表, 收到发送给移动节点的报文后, 根据对照表把报文转发给移动节点。其次, 每当移动节点收到其他主机发来的报文后, 在响应报文中以转交地址作为源地址, 并要附带上移动节点的家乡地址。其他主机的后续报文以移动节点的转交地址为目的地址, 但是要附带源路由选择头, 报头内容为移动节点的家乡地址。使用这种机制的目的是保证移动节点在移动过程中也不会丢失报文。最后, IPV6中定义了重定向过程。当移动节点在小区间切换时, 移动节点重新登记成功后, 基站应该向原来的基站发重定向包文, 使切换过程中路由有偏差的报文重新找到移动节点。移动IPV6的主要目标就是使得移动节点总是通过家乡地址寻址, 不管是连接在家乡链路还是移动到外地网络。移动IPv6对于IP层以上的协议层是完全透明的, 这使得移动节点在不同子网间移动时, 运行在该节点上的应用程序不需修改或配置仍然可用。由于IPV6协议提供128bit的IP地址, 足够的地址空间和IPV6即插即用的特性, 使

得IPv6对移动的支持易于IPv4。相对于移动IPv4, 移动IPv6有以下优点。

(1) IPv6巨大的地址空间使移动性实现起来更加简单。 (2) IPV6地址自动配置简化了MN的转交地址的分配。 (3) 移动IPv6避免了移动IPv4的三角路径问题, 实现了路由优化。 (4) 移动IPv6中不再需要外地代理。

1 移动IPV6的工作流程

在移动IPV6中, 借鉴了移动IPv4的基本思想, 即移动结点有本地地址和转交地址。移动IPv6中同时采用隧道和源路由技术向连接在外地链路上的移动节点传送数据包, 而在移动IPv4中则只用了隧道技术。移动IPv6的高层功能的三大元素为:代理搜索、注册和选路。

代理搜索:移动节点可以通过这个过程判定它的当前位置, 并得到一个转交地址。如图1所示, 通过获取路由公告消息来配置转交地址。

注册:移动节点通过这个过程通知家乡代理和通信伙伴它的转交地址。如图2, 移动节点将自己的节点信息发送给家乡代理, 使得家乡代理及时更新有关移动节点的位置信息。

选路:这是移动节点在外地网络上时, 对它发出的或发往它的数据包进行路由的特殊机制。

1.1 移动节点向通信节点 (即通信伙伴) 发送数据包

移动节点可以直接将数据包发送给通信节点。移动节点发送给通信节点的数据包的源地址是移动节点的转交地址, 目的地址是通信节点地址。另外, 这个数据包还携带一个目的地选项头标, 该选项叫“家乡地址选项”, 存放的是移动节点的家乡地址。通信节点收到这个数据包后, 在协议栈的IP层 (附加的移动IPv6子层) 将数据包的源地址由移动节点的转交地址替换为移动节点的家乡地址, 再交给协议栈的上层进行下一步处理。这样网络层的移动性对上层来说是透明的。

1.2 通信节点向移动节点发送数据包

(1) 通信节点在本地绑定缓存中没有查到相应的绑定信息, 发送给移动节点的数据包的目的地址是移动节点的家乡地址, 这时, 通信伙伴只是将移动节点的家乡地址 (也是它知道的唯一地址) 放入目的IPV6地址域中, 并将它自己的地址放在源IPv6地址域中, 然后将数据包转发到合适的下一跳上 (这由它的IPv6路由表决定) 。该数据包会被先路由到移动节点所归属的家乡网络。家乡代理将发给移动节点的家乡地址的数据包截获, 然后通过隧道方式将数据包转发给移动节点。当移动节点收到家乡代理转发过来的隧道包后, 它知道数据包的原始发送者没有本节点的绑定信息, 移动节点向通信节点发送一个绑定更新消息, 通知通信节点它当前的转交地址。通信节点收到绑定更新消息后就可以直接把数据包发送给移动节点了。如图3所示。

(2) 如果在缓存中查到了相应的绑定信息, 那么通信节点可以利用绑定信息中的转交地址直接把数据包发送到移动节点, 如图4所示。即知道移动节点的转交地址的通信伙伴可利用IPv6选路报头直接将数据包发送给移动节点, 这些包不需要经过移动节点的家乡代理, 它们将经过从始发点到移动节点的一条优化路由。数据包的目的地址是移动节点的转交地址, 另外, 数据包还携带一个路由头标, 存放的是移动节点的家乡地址。移动节点收到这个数据包后, 在协议栈的IP层将数据包的目的地址由移动节点的转交地址替换为移动节点的家乡地址, 再传给协议栈的上层进行下一步处理。这样网络层的移动性对上层来说也是透明的。

综上对移动IPv6的操作总结如下。

(1) 移动节点连接在其家乡链路上时与任何固定主机和路由器一样工作。 (2) 当移动节点移动到外地链路 (即外地网络) 上时, 它采用IPv6定义的地址自动配置方法得到外地链路上的转交地址。 (3) 移动节点将它的转交地址通知给家乡代理。 (4) 如果可以保证操作时的安全性, 移动节点也将它的转交地址通知几个通信伙伴, 这是解决三角路由的方法。 (5) 不知道移动节点转交地址的通信伙伴送出的数据包和移动IPv4一样进行路由, 它们先被路由到移动节点的本地网络, 从那里家乡代理再将它们经过隧道送到移动节点的转交地址。 (6) 知道移动节点转交地址的通信伙伴送出的数据包可以利用IPv6选路报头直接送给移动节点, 选路报头将移动节点的转交地址作为一个中间目的地址。 (7) 在相反方向, 移动节点送出的数据包采用特殊的机制被直接路由到它们的目的地。然而, 当存在入口方向的过滤时, 移动节点可以将数据包通过隧道送给家乡代理, 隧道的源地址为移动节点的转交地址。

2 分层移动IPV6管理模型

这种优化的分层移动路由管理模型HMIPv6可以减少网络中的信令负载.但所有到MN数据包都经过MAP转发, 会造成MAP负载过重和三角路由问题;而且MN在域内或域间切换仍采用标准MIPv6, 有很大的延迟, 这样仍不能提高网络性能。

针对以上缺陷, 将快速移动IP6v (FMIP6v) 多播技术与分层技术相结合提出一种基于分层结构移动路由管理模型, 进一步优化路由, 减少切换延迟问题。

2.1 基本概念

移动节点 (Mobile Node, 简写为MN) :指一个主机或路由器由一个网络 (或子网) 移动到另一个网络或子网。移动节点可以在不改变IP地址的情况下, 改变其位置而仍然可以与工internet上其它通信节点 (CN) 保持通信, 使上层协议感觉不到该节点的移动。

家乡地址 (Home Address) :为了在移动节点移动的时候仍然保持传输层的连接, 移动节点必须始终保持一个固定的IP地址。这个地址就是家乡地址。家乡地址是用来识别端到端连接的静态地址, 不管移动节点移动到何处, 其家乡地址保持不变。

转交地址 (Care-of Address) :由于移动节点的移动性, 要想使通信顺利进行, 移动节点还必须绑定另一个IP地址, 即转交地址, 发往移动节点的数据包由这个地址来转交。转交地址可以认为是移动节点拓扑结构意义上的地址。

家乡网络 (Home Network) :与家乡地址网络部分匹配的子网被称为移动节点的家乡网络。

外地网络 (Foreign Network) :家乡网络以外的其余子网称为移动节点的外地网络。

家乡代理 (Home Agent, 简写为HA) :家乡网络上有一个路由器, 记录了移动节点的家乡地址与转交地址的绑定信息, 这个路由器叫家乡代理。

2.2 MN在域内移动

在图5中, 假设MN从ARI向AR3移动, 当MN向AR2移动时, 是在MAPI域内移动, 我们采用FMIPv6与HMIPv6相结合, 其切换及注册过程如图5所示。

MN向MA PI发送代理路由器请求通告, 当MAPI收到该请求时, MAP1回复一个代理路由器通告;接着MN向MAPI发送快速绑定更新消息, 一旦MAPI接收到快速绑定更新消息, 它会立即向NAR (AR2) 发送一个移交启动消息, 该消息用于启动MAPI与AR2之间双向隧道的建立并验证NL-CoA的有效性, 开始快速切换过程。当AR2接收到移交启动消息后, 进行重复地址检侧过程, 并向MAPI返回一个移交确认消息;在收到移交确认后, MAPI通过发送快速绑定更新确认消息向MN通知结果信息。当MN连接到A R 2, 它向A R 2发送一个包含快速邻居通告的路由器请求消息以通知A R 2它的存在, 接着, A R 2将向MN发送数据包.这样就可以实现MN在域内移动时同时采用FMIPv6, 实现快速切换, 减少延迟及丢包率.同时, 移动节点再次向MAPI发送绑定更新消息, 将N L-C o A与R-C oA进行绑定。这个绑定完成之后, 移动节点采用FMIPv6完成切换工作, 移动节点的通信便会恢复到正常的HMIPv6方式.同时MAPI增加向边界路由器 (ERI) 发送含有移动节点位置变化的绑定更新消息, 让边界路由器了解移动节点位置。在每次收到MAPI发送绑定更新之后, 边界路由器将MN的RCo A和LCo A地址对放人绑定缓存中, 并发送应答。在收到数据包时, 查询绑定缓存, 以判定是否采用优化路由发送.如果绑定缓存中存在RCo A地址, 边界路由器使用缓存中对应的L C o A地址替换R C o A地址, 直接将数据包发送到MN的实际位里。从而实现路由优化。

2.3 MN在域间移动

当MN移动到AR2, 并继续向AR3移动时, 将进行域间切换。为了较好的解决移动节点在两个MAP域间进行移交的问题, 本文将多播机制与HMIPv6结合, 以减少域间切换延迟。当MN检测到自己移动到MAPI域边界时, MN向MAPI发送控制信息请求为其建立多播组, MAPI收到控制信息后为MN构造一个多播组, 并向邻近的AR (在本模型中是ARI和AR3) 发送消息, 使它们参加该多播组.这样, 当网络中有发往MN的包时, MAPI将包多播到AR1和AR3。这时如果有从MN发送的请求信息, AR就根据MN的唯一接口标识向MN转交数据包。

在移动过程中, 当MN收到AR3的路由通告时, MN获得区域转交地址 (RCoA2) 和链路转交地址 (LCoA3) , 这时MN就要向MAP2, HA/CN发送注册信息, 再往下又是域内移动, 仍采用上述介绍的域内操作过程。MN域间移动注册过程如图5所示。

3 结语

本文只是对于移动IPV6技术的原理以及一些关键的技术方法做出了相应的简明阐述, 目的在于对移动IPV6有一个感性的认识, 也便于以后在这方面的继续学习打下基础。

优化的基于分层机制移动路销, 通过添加边界路由器, 解决HMIPv6中三角路由问题, 同时将FMIPv6, 多播机制与HMIPv6技术结合, 实现了域内、域间快速切换, 减少了延迟和数据的丢包率, 提高网络性能.

摘要：随着移动无线通信的快速发展, 为internet设备提供移动性支持变得越来越重要, 在最初设计TCP/IP协议时, 并没考虑节点的移动性问题, 因此, 应当对IP协议进行扩展, 使其具有移动性管理的功能, 使数据包的发送与目的节点所在的位置无关, 为了支持internet移动本文主要讨论移动IPV6的移动性管理问题。

关键词：移动IPV6,互联网,路由

参考文献

[1] 洪佩琳, 王辉, 李津生.移动IPv6的关键技术及其应用[J].

[2] 徐晶, 曹达仲.移动IPv6及基于IPv6的切换[J].

[3] Thierry Ernst, Claude Castelluccia, Hong-Yon Lach.Extending Mobile-IPv6 with Multicast to Support MobileNetworks in IPv6.