GPRS與Mobile IP的互通策略

2019-11-03 09:38:12

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供稿：網友

黃麗亞摘要：本文討論一種在GPRS上實現對Mobilt ip支持的方法，并簡單分析了演進策略。

關鍵詞：GPRS Mobile IP GGSN

　　一、引言

　　IP協議并不能有效支持跨子網的主機移動，這是因為IP地址與特定網段相關聯，終端的移動破壞了這種關聯使得通信無法正常進行。IETF提出的Mobile IP及ETSI提出的GPRS都是為了解決日益頻繁的終端移動問題。無線移動接入IP網絡的模式主要有兩種：一種是無線LAN；另一種是基于公眾蜂窩移動系統的數據網絡，比較典型的是疊加在GSM網絡上的GPRS。現在也不斷有一些新的無線接入方式，如藍牙和3G等。

　　各種系統在實現移動性管理上有各自的特點。移動性管理從本質上分為宏區域級與蜂窩級。相對而言宏區域級的管理對低層的差異性不太敏感，因此各種標準本質上非常類似；而蜂窩級的管理考慮到無線傳輸的工作模式，往往有不同的方法。IETF針對宏區域級的管理提出MobileIP；針對蜂窩級的管理提出Ce11ular IP。MobileIP逐步被越來越多的系統所采用，原因是目前IP已經是主流的網絡層協議，MobileIP承載移動IP業務最通用最方便，能比較好地溶入現有IP體系；Ce11ul。rIP的推廣則要困難一些，因為在蜂窩級采用基于第三層的管理勢必會消耗無線帶寬。

　　目前無線 LAN、 CDPD、 IS— 9 5包括以后的 3G都采用或基于MobileIP，而GPRS則是另外一套完整涵蓋從宏區域級到蜂窩級規范。就本質而言，GPRS中許多機制與MobileIP非常接近；但是GPRS最初的設計目標是一種通用的無線接入手段，可以承載各種網絡層協議，而IP over Everything是不可阻擋的。“通用”承載模式目前幾乎沒有實際商業意義，GPRS的一些設想只能作為理論探討。

　　我們希望無論采用哪種接入手段，如有線LAN、無線LAN或GPRS，都能以相同的模式支持對IP的承載。即使終端在幾種接入模式之間切換，仍能維持IP的連接性，這就是所謂“on the fly”。要實現這一點，首先要在支持終端移動的協議上取得一致。因此討論在GPRS上如何實現對MobileIP的支持是向“on thefly”的IP跨出實質性的一步。

　　二、Mobile IP

　　IETF提出一系列MobileIP的建議。MobileIP的基本概念是無論終端移動到何處，它始終采用相同的IP地址，并且維持處于激活狀態的TCP連接，從而確保上層應用的透明。

　　Mobile IP中提出了歸屬代理一Home Agent（HA、外部代理一Foreign Agent（FA）及轉交地址（care of address）等概念。

　　每個移動終端都由HA永久分配一個IP地址。當終端移動到另一個子網，該子網的FA將給終端分配一個臨時地址，即外部代理轉交地址。臨時地址可以由多個來訪終端動態共享。HA與FA可以宣告它們的服務，新進入拜訪地的終端可以發出探詢以確認是否有合適的代理存在。移動終端漫游后，需要向其HA登記轉交地址；登記可以由終端直接完成也可以通過FA完成，這取決于終端對FA的附著模式。登記完成后，在歸屬地收到的指向移動終端的數據由HA通過隧道方式傳到FA。

　　傳統的 Mobile IP會形成所謂“三角”路由：因為數據包總是先到達歸屬地，然后由HA通過隧道轉到FA，FA再將數據包發往終端。這種“兜圈子”的模式不利于IP網絡上支持實時性較強的業務，于是有人提出若干種路由優化的MobileIP，由發端將數據直接路由到FA的轉交地址。IPv6中比較明確地提出了對終端移動性的支持。

　　三、MobileIP overGPRS的方法

　　Mobile IP over GPRS的原則是盡量不對現有的GPRS系統作大的修改：對于不支持MobileIP的終端仍然可以維持原先的工作模式而不受任何影響；對于支持MobileIP的終端則可以在GPRS的網絡環境中獲得移動IP的支持。

　　MobileIP overGPRS的方法是將外部代理功能集成到GGSN中。在漫游情況下，如果拜訪地的GGSN能提供FA功能，那么可以通過拜訪地的GGSN訪問外網；當然如果拜訪地GGSN無法提供FA功能時，那么只能使用歸屬地的GGSN。當然并不要求拜訪地的所有GGSN都能提供FA，只要有一個GGSN具備此功能，移動終端就可選擇該GGSN作為外部代理。

　　GPRS與 Mobile IP都采用隧道方式支持漫游時IP數據包的封裝：GPRS采用GTP協議，而Mobile IP采用IP in IP。Mobile IP的隧道終結于移動主機的轉交地址（care－of address），在該地址從隧道中將原先數據包取出并轉發給移動主機。轉交地址有兩種方式，即外部代理轉交地址（指移動主機登記的外部代理的地址）與聯合位置轉交地址（即移動主機在外部獲得的本地地址，該地址與其歸屬的網絡地址關聯）。在蜂窩環境中，頻率資源很寶貴，采用外部代理轉交地址方式意味著隧道建立到外部代理；而采用聯合位置轉交地址方式時，隧道一直要建立到移動主機；在無線段也需要IP封裝，存在比較大的開銷。在GPRS系統中，GTP隧道僅延伸到SGSN，與外部代理轉交地址方式類似。

　　GGSN在移動終端IP地址與TID（GPRS Tunnel ID）之；司建立關聯，TID起到了聯合位置轉交地址的作用，但它又不是FA本地的IP地址。本著盡量少修改現有GPRS系統的信令系統、保持無線帶寬利用率高的特點。

　　（1）用戶在終端上輸入對應Mobile IP功能的APN，例如該 APN名字為 MobileIPv4FA。

　　（2）終端收到用戶服務請求后，向SGSN發起“激活PDP上下文請求”消息，該消息的APN字段=MobileIPv4FA，該請求中不包含 PDP Address。

　　（3）SGSN根據APN，選擇能夠提供FA功能的GGSN，并向該GGSN發送“創建PDP上下文請求’消息。

　　（4）如GGSN接受 PDP上下文建立請求，則向SGSN發響應，但仍不分配PDP地址。

　　（5）SGSN向終端發“激活 PDP上下文接受”消息。

　　（6）此時 GGSN開始扮演 FA的角色，在創建的GPRS隧道上向終端發送“代理宣告”消息，從該消息中終端知道了FA轉交地址。注意GGSN無需象通常情況下等待終端發送“代理請求”消息而后再發宣告消息，因為GGSN知道是漫游終端。

　　（7）在 GTP環境中，終端也開始由信令平面轉向傳輸手面，在創建的GPRS隧道上向GGSN（FA）發送登記請求消息。

　　（8）GGSN得到了終端的IP地址，建立該IP地址與TID之間的關聯，然后向該終端的HA轉發“代理請求”消息。

　　（9）GGSN收到HA的響應后，GGSN從IP InIP隧道中取出“登記應答”消息，分析終端地址，查找出該地址對應的TID。

　　（10）將該“登記應答”消息在GPRS隧道中轉發給終端，完成MobileIP的登記。

　　（11）進行正常的 Mobile IP數據包的傳送。

　　（12）用戶通過AT命令向終端發出終止服務，終端將向SGSN發“去激活PDP上下文請求”消息；SGSN向GGSN發“刪除PDP上下文請求”；GGSN響應SGSN，同時關閉該GPRS隧道，取消終端地址與TID的關聯，并向SGSN發“刪除PDP上下文響應”；SGSN向終端發“去激活PDP上下文響應”。

　　四、 GPRS對 Mobile IP的支持策略

　　我們審慎地考察GPRS的體系結構，GPRS引入SGSN與GGSN兩個網絡實體是有其深刻的背景的。GPRS支持通用第3層網絡協議確實是一種“大而全”的思想，電信史上“大而全”的先例不少，如ISDN、ATM等，但這種模式求必獲得商業上的成功。GPRS理論上可以支持X.25、IPX等，但事實上幾乎沒有這種產品。

　　“大而全”的技術思路確也有其技術上的借鑒和可取之處，如 ATM逐漸演化為 MPLS；而GPRS的SGSN與GGSN的分設也為引入新的網絡層協議提供了很好的基礎。增加新的網絡層協議只需GGSN支持，SGSN無需作任何修改。MobileIP也是一種特殊的網絡層協議，因此在 GGSN引入對Mobile IP的支持非常符合GPRS的體系結構：GGSN上只要用一種特殊的APN標識MobileIP服務就可與提供的其他服務相區別。

　　在初期，每個地區只需個別GGSN支持MobileIP即可；如果Mobile IP的需求量增加，可逐步將GGSN升級。另外可以引入一些路由優化的策略。路由優化包括兩部分：一是指Mobile IP范疇，主要是避免數據包總是經過HA轉發到FA，當然主機、HA、FA的功能都要作一些改進；二是指SGSN與GGSN之間，SGSN需要選擇合適的能夠提供Mobile IP的 GGSN。

　　五、結束語

　　在現有GPRS體系上實現對MobileIP的支持是一種“疊加”模式，事實上 GPRS中有許多移動性管理的功能在MobileIP中是不支持的。新一代的移動數據通信如 3G正著手以MobileIP為基礎、吸取GPRS的一些優點，建立一種“集成”模式，這樣才能高效地解決移動IP的問題。

摘自《數據通信》2001.9

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