悄然興起的移動IP技術

2019-11-03 09:29:26

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供稿：網友

林勇技術背景

認識移動ip技術

什么是移動IP

　　移動IP技術是移動節點（PC/交換機/路由等）使用基于TCP/IP協議的網絡時，不用修改網絡IP地址，跨網絡隨意移動和漫游的技術；同時，繼續享有原網絡中一切權限。簡單的說，移動IP就是實現網絡全方位的移動或者漫游。

移動IP能做什么

　　移動IP應用于所有基于TCP/IP網絡環境中，它為人們提供了無限廣闊的網絡漫游服務。譬如：在用戶離開北京總公司，出差到上海分公司時，只要簡單的將移動終端（便攜筆記本電腦、PDA等所有基于IP的設備）連接至上海分公司網絡上，那么用戶就可以享受到跟在北京總公司里一樣的所有操作。用戶依舊能使用北京總公司的相關打印機，或者可以依舊訪問北京總公司同事電腦里的share文件及相關數據庫資源；諸如此類的種種操作，讓用戶感覺不到自己身在外地，同事也感覺不到你是否出差了。換句話說：移動IP的應用讓用戶的“家”網絡隨處可以安“家”，不再忍受移動終端因“出差”帶來的所有不便之苦等等。

引言

　　當今世界，Internet規模正以驚人的速度不斷擴大，同時移動通信也在突飛猛進的向前發展。越來越多的移動用戶都希望能夠以一種更加靈活的方式接入到Internet中去，而不受到時空的限制。移動IP技術正是適應這種需求而產生的一種新的支持移動用戶和Internet連接的互聯技術，它能夠使移動用戶在移動自己位置的同時無需中斷正在進行的Internet通信，因此成為當前業界研究的熱點問題。

工作原理

　　傳統的IP技術是針對固定節點之間的相互通信而言的，不能適用于移動節點，因此IETF的網絡工作組在1996年10月提出了RFC2002標準，較為詳細地闡述了移動IP的原理、實現以及各種細節問題。簡單地講，移動IP就是能讓網絡節點在移動的同時不斷開連接，并且還能正確收發數據包。

（1）功能實體

在移動IP中定義了三種功能實體：

　　移動節點：一個主機或路由器，當它在切換鏈路時可以不改變IP地址而仍能保持正在進行的通信。

　　本地代理：一個連接到移動節點本地網絡的主機或路由器，它保存有移動節點的位置信息，當移動節點離開本地網絡時能夠將發往移動節點的數據包傳給移動節點。

　　外地代理：移動節點當前所在的外地網絡上的一個主機或路由器，它能夠把由本地代理送來的數據包轉發給移動節點。

（2）工作機制

　　在移動IP協議中，每一個移動節點都有一個唯一的本地地址，當移動節點移動時它的本地地址是不變的，在本地網絡鏈路上每一本地節點還必須有一個本地代理來為維護當前的位置信息，這就需要引入轉交地址。當移動節點連接到外地網絡鏈路上時，轉交地址就用來標識移動節點現在所處的位置，以便進行路由選擇。移動節點的本地地址與當前轉交地址的聯合稱作移動綁定或簡稱綁定。當移動節點得到一個新的轉交地址時，通過移動綁定向本地代理進行注冊，以便讓本地代理即時了解移動節點的當前位置。

　　當移動節點連接在本地網絡鏈路上時，移動節點的工作機制和固定節點一樣，不運用移動IP功能。當移動節點到外地網絡鏈路上時，它通常情況下使用一個我作“代理發現”的規程在外地鏈路上發現一個外地代理，并向這個外地代理進行注冊，把這個外地代理的IP地址作為自己的轉交地址，移動節點通過這種方式獲得轉交地址的情況較為普遍。但在有些子網中可能沒有配備代理節點，這時就需要采用其它方法如DHCP（動態主機配置協議）或是手工配置的方法在外地鏈路上獲得一個臨時IP地址作為自己的轉交地址。移動節點通過上述兩種方法獲得轉交地址后，再通過注冊規程把自己的轉交地址告訴本地代理。這樣當有發往移動節點本地地址的數據包時，本地代理便截取該數據包，并根據注冊的轉交地址，通過隧道將數據包傳送給移動節點。但是由移動節點發出的數據包是可以直接選路到目的的節點上的，無需隧道技術。

代理發現

　　移動IP是使用擴展的“ICMP路由器發現”機制作為代理發現的主要機制。代理發現機制能夠使移動節點檢測出它是在本地網絡鏈路上還是外地網絡鏈路上時，代理發現機制還能為它找到一個合適的外地代理。代理發現有兩種消息，另一種是移動節點發送的代理請求消息。

　　本地代理和外地代理在自己所連接的網絡上周期性地廣播代理廣告消息，以聲明自己的存在。移動節點監聽到這些消息后，就可以判斷自己是在本地網絡上還是在外地網絡上，并且判斷有哪些本地代理或是外地代理連接在它目前所在的網絡上，如果移動節點發現自己仍在本地網絡上，即收到本地代理發來的代理廣告消息，則不啟動移動IP功能。如果是從外地網絡返回本地網絡，則向本地代理進行注冊。如果移動節點檢測到它已移動到一個新的外地網絡上，則通過注冊獲得轉交地址，移動節點得到這人轉交地址后再通過綁定向本地代理進行注冊，以便讓本人代理存儲移動節點的當前位置。

　　如果移動節點在一段時間內沒有收到相應的代理廣告消息，則應向它所在的網絡發送代理請求消息，以便讓鏈路上的所有代理立即廣播代理廣告消息。

移動IP注冊

　　移動IP的注冊過程一般是在代理發現機制完成之后進行的。一旦移動節點發現它的網絡接入點從一條鏈路切換到另一條鏈路時，它就要進行注冊。另外，由于注冊信息有一定的生存時間，所以即使移動節點沒有發生移動也要進行注冊。

　　移動IP的注冊功能有：1、移動節點通過注冊可以得到外地鏈路上外地理代代理的路由服務；2、移動節點通過注冊可以把它的轉交地址通知本地代理；3、移動節點通過注冊可以使一個要過期的注冊重新生效；4、在先前不知道本地代理的情況下，移動節點可以通過注冊動態地得到本地代理的地址；5、移動節點可以同時注冊多個轉交地址，此時本地代理將把發往移動節點本地地址的數據包通過隧道發往移動節點的每個轉交地址。

　　移動IP注冊包括兩種注冊消息：注冊請求和注冊應答。注冊消息放在UDP的數據部分，UDP數據段則放在IP包的凈荷中。

　　移動IP的注冊過程是用于通知本地代理通過隧道向移動節點發送數據包的。如果不采用安全保障措施，當有惡意主機用戶故意發送一條假注冊請求消息給本地代理時，那么所有的數據包就有可能全部送到惡意用戶那里。因此安全性問題就成為移動IP技術中的重要組成部分，它通過注冊消息結構中的擴展字段對注冊消息進行安全認證。

隧道技術

　　隧道技術是移動IP技術中的重要內容，隧道技術有三種：IP的IP封裝、IP的最小封裝和通用路由封裝。

　　IP的IP封裝由RFC2003定義，用于將整個原始IPv4數據包放在另一個IPv4數據包凈荷部分中。它在原始IPv4數據包的現有報頭前插入了一個外層IP報頭，外層報頭中的源地址和目的地址分別標識隧道中的兩個邊界節點。內層IP報頭（即原始IPv4數據包報頭）中的源地址和目的地址則分別標識原始數據包的發送節點和接收節點。移動IP要求本地代理和外地代理實現IP的IP封裝，以實現從本地代理至轉交地址的隧道。

　　IP的最小封裝由RFC2004定義，是移動IP中可選的隧道方式。它通過將IP的IP封裝中內層IP報頭和外層IP報頭的冗余部分去掉，以減少實現隧道所需的額外字節數。但使用這種封裝技術有一個前提，就是原始的數據包不能已經被分片，因為IP的最小封裝技術在新的IP報頭和凈荷之間插入了一個最小轉發報頭，它不保存有關分片的情況。

　　通用路由封裝由RFC1701定義，是移動IP采用的最后一種隧道技術。除了IP協議，它還可以支持其它網絡層協議，它允許一種協議的數據包封裝在另一種協議數據包的凈荷中。

路由選擇

　　通過以上的介紹，我們已經知道移動IP的路由選擇方式。當一個移動節點移動到外地網絡上時收發數據的情況：

（1）首先通信節點發送數據包到移動節點的本地代理；

（2）本地代理根據轉交地址將數據包經隧道轉發到移動節點的外地代理；

（3）最后外地代理將數據包交給移動節點；

（4）由移動節點發出的數據包發送到外地代理；

（5）外地代理直接將數據包路由到通信節點。

　　但是我們不難發現，如果通信節點和移動節點都在同一個外地網絡上時，通信節點發現的數據包就要繞一個大彎，因此要進行網絡路由的優化。采用路由優化的主要障礙是安全問題，如果移動節點直接將轉交地址告訴通信節點，而沒有進行有力的安全認證，那么很容易遭到簡單的拒絕服務。因此IETF的移動IP工作組在IPv6中對各個方面進行了補充和完善。

移動IPv6技術

　　移動IPv6技術是在IPv4的基礎上發展起來的，因此它有許多新的特點。

　　移動IPv6在協議中定義了三種操作實體：移動節點、通信節點和本地代理，不再有外地代理的概念。當移動節點離開本地鏈路時，可利用IPv6的增強功能來所訪問的外地鏈路的子網前綴。移動節點的本地代理得到轉交地址后，使用IP得到轉交地址。轉交地址是在移動節點訪問外地鏈路時獲得的IP地址，它的子網前綴就是它所訪問的外地鏈路的子網前綴。移動節點的本地代理得到轉交地址后，使用IPv6的“鄰居發現”機制來截獲發往移動節點的數據包。它在本地鏈路上廣播無理由的鄰居廣播消息，接收到這個消息的其它節點就要修改自己的鄰居緩存，使移動節點的轉交地址與本地代理的鏈路層地址進行關聯，這樣將來發往移動節點的數據包就可以直接被路由到移動節點上，而不再發向移動節點的本地代理，因此可以減輕網絡的負擔，也解決了IPv4協議中存在的路由遷回問題。

　　移動IPv6中還新增了四種目的地選項：綁定更新、綁定認可、綁定請示和本地地址。當移動節點離開本地鏈路時，它要向本地鏈路上的一個路由器注冊自己的一個轉交地址，并把它作為自己的本地代理。進行注冊時，移動節點先向本地代理發送綁定更新消息。綁定更新消息中的轉交地址就是移動節點的數據包利用IPv6中的“動態本地代理地址發現”機制動態地在本地鏈路上發現一個新的本地代理的IP地址。當移動節點在外地鏈路上發送數據包時，它就把當前的轉交地址作為數據包報頭中的源地址，并在數據包中增加本地地址這個目的地選項。這樣由于轉交地址與外地鏈路具有相同的子網前綴，移動節點發送的數據包就可以順利通過具有入口濾功能的路由器。當通信節點接收包含這一選項的數據包時，能夠自動地把源地址替換成本地地址目的選項中的本地地址，這樣就可以保證移動節點位置的透明性。

結束語

　　目前移動IP技術還處在發展階段，還有許多需要完善的地方。但是它的出現將無疑帶來一次新的通信領域的革新，它帶給人們的將是無所不在無時不有的網絡通信服務，因此它的發展前景相當樂觀。

摘自《人民郵電報》

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