移動IP技術研究

2019-11-03 09:49:49

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

移動ip技術研究（邱新平、阮傳概、張振濤）［摘要］為了滿足移動計算機用戶對Internet移動接人需求的急劇增長，IETF設計了移動IP協議。本文介紹了移動IP的基本特點和工作原理，并提出了當前存在的問題。［關鍵詞］移動IP；歸屬代理；外區代理；隧道技術1移動 IP出現的背景隨著Internet五的飛速發展和移動計算機日益廣泛的應用，推動了對移動計算機無線接入的研究，即移動 Internet的研究。象其它臺式機用戶一樣，移動計算機用戶希望接入同樣的網絡，共享資源和服務，而不局限于某一固定區域。且當它移動時，也能方便地斷開原來的連接，并建立新的連接。IETF（Internet工程任務組）為了迎合這種需求，制定了移動IP協議，從而使Internet上的移動接入成為可能。目前IETF正在開發一套用于移動IP的技術規范，這主要是： RFC2002（IP移動性支持）、RFC2003（IP內的IP封裝）、RFC2004 （IP內的最小封裝）、RFC2290（用于 PPP IPCP的移動IVv4配置選項）。傳統IP技術的主機使用固定的IP地址和TCP（傳統控制協議）端口進行相互通信。在通信期間，它們的IP地址和TCP端口號必須保持不變，否則IP主機之間的通信將無法繼續。而移動IP主機在通信期間可能需要在網絡上移動，它的IP地址也許會經常發生變化。若采用傳統方式，IP地址的變化會導致通信中斷。為解決這一問題，移動IP技術引用了處理蜂窩移動電話呼叫的原理，使移動節點采用固定不變的IP地址，一次登錄即可實現在任意位置上保持與IP主機的單一鏈路層連接，使通信持續進行。2與移動IP技術相關的重要術語及工作原理（1）重要術語 ·歸屬代理（Home Agent）一個在移動節點歸屬網上的路由器，它至少有一個接口在歸屬網上，當移動節點離開歸屬網時，它通過“IP通道（IP TUnnel）”把數據包傳給移動節點，并且負責維護移動節點的當前位置信息。 ·外區代理（Foreign Agent）移動節點當前所在網絡上的路由器，它向已登記的移動節點提供選路服務。當使用外區代理轉變地址時，外區代理負責解除原始數據包的隧道封裝，取出原始數據包，并將其轉發到該移動節點。對于那些由移動節點發出的數據包而言，外區代理可作為已登記的移動節點的缺省路由器使用。 ·歸屬地址（Home Address）這是用來識別端到端連接的靜態地址，也是移動節點與歸屬網連接時使用的地址。不管移動節點連至網絡何處，其歸屬地址保持不變。 ·轉交地址（Care of Address）轉交地址即隧道終點地址。它可能是外區代理轉變地址，也可能是駐留本地的轉變地址。外區代表轉交地址是外區代理的一個地址，移動節點利用它進行登記。在這種地址模式中，外區代理就是隧道的終點，它接收隧道數據包，解除數據包的隧道封裝，然后將原始數據包發到移動節點。由于這種地址模式可使很多移動節點共享同一個轉交地址，而且不對有限的IPv4地址空間提出不必要的要求，所以這種地址模式被優先使用。駐留本地的轉交地址是一個臨時分配給移動節點的地址。它由外部獲得（如通過DHCP），移動節點將其與自身的一個網絡接口相關聯。當使用這種地址模式時，移動節點自身就是隧道的終點，執行解除隧道功能，取出原始數據包。一個駐留本地的轉變地址僅能被一個移動節點使用。轉交地址是僅供數據包選路使用的動態地址，也是移動節點與外區網連接時使用的臨時地址，每當移動節點接入到一個新的網絡，轉交地址就發生變化。 ·位置登記（Registration）移動節點必須將其位置信息向其歸屬代理進行登記，以便被找到。在移動IP技術中，依不同的網絡連接方式，有兩種不同的登記規程。一種是通過外區代理進行登記。即移動節點向外區代理發送登記請求報文，外區代理接收并處理登記請求報文，然后將報文中繼到移動節點的歸屬代理；歸屬代理處理完登記請求報文后向外區代理發送登記答復報文（接受或拒絕登記請求），外區代理處理登記答復報文，并將其轉發到移動節點。另一種是直接向歸屬代理進行登記，即移動節點向其歸屬代理發送登記請求報文，歸屬理處理后向移動節點發送登記答復報文（接受或拒絕登記請求）。登記請求和登記答復報文使用用戶數據報協議（UDP）進行傳送。當移動節點收到來自其歸屬代理的代理通告報文時，它可判斷其已返回到歸屬網絡。此時，移動節點應向歸屬代理撤銷登記。在撤銷登記之前，移動節點應配置適用于其歸屬網絡的路由表。 ·代理發現（Ag6nt Discoery）為了隨時隨地與其他節點進行通信，移動節點必須首先找到一個移動代理。移動IP定義了兩種發現移動代理的方法：一是被動發現，即移動節點等待本地移動代理周期性地廣播代理通告報文；二是主動發現，即移動節點廣播一條請求代理的報文。移動 IP使用擴展的“ICMP Router Discovery”機制作為代理發現的主要機制。要注意的是，使用以上任何一種方法都可使移動節點識別出移動代理并獲得轉交地址，從而獲悉移動代理可提供的任何服務，并確定其連至歸屬網還是某一外區網上。使用代理發現可使移動節點檢測到它何時從一個IP網絡（或子網）漫游（或切換）到另一個IP網絡（或子網）。所有移動代理（不管其能否被鏈路層協議所發現）都應具備代理通告功能，并對代理請求作出響應。所有移動節點必須具備代理請求功能。但是，移動節點只有在沒有收到移動代理的代理通告，并且無法通過鏈路層協議或其他方法獲得轉交地址的情況下，方可發送代理請求報文。 ·隧道技術（Tunneling）當移動節點在外區網上時，歸屬代理需要將原始數據包轉發給已登記的外區代理。這時，歸屬代理使用IP隧道技術，將原始IP數據包（作為凈負荷）封裝在轉發的IP數據包中，從而使原始IP數據包原封不動地轉發到處于隧道終點轉交地址處。在轉交地址處解除隧道，取出原始數據包，并將原始數據包發送到移動節點。當轉交地址為駐留本地的轉交地址時，移動節點本身就是隧道的終點，它自身進行解除隧道，取出原始數據包的工作。IETFRFC2003和RFC2004各自定義了一種利用隧道封裝數據包的技術。在RFC2003中規定，為了實現在IP數據包中封裝作為凈負荷的原始IP數據包，需要在原始數據包的現有頭標前插入一個外層IP頭標。外層頭標中的源地址和目的地址分別標識隧道的兩個邊界節點。內層IP頭標（即原始IP頭標）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。除了減小TTL值之外，封裝節點不改變內層的IP頭標。內層IP頭標在被傳送到隧道出口節點期間保持不變。從而使原始IP數據包原封不動地轉發到處于隧道終點的轉交地址。使用RFC2004定義的W內最小封裝有一個前提條件，就是當原始數據包被分片時，不能使用這種封裝技術，也就是說，數據包在封裝之前不能被分片。因此，對移動IP技術來講，最小封裝技術是可選的。為了使用最小封裝技術來封裝數據包，移動IP技術需要在原始數據包經修改的IP頭標和未修改的凈負荷之間插入最小轉發頭標。顯然，這種最小封裝技術比RFC2003定義的封裝技術節省開銷。當拆裝數據包時，隧道的出口節點將最小轉發頭標的字段保存到IP頭標中，然后移走這個轉發頭標。（2）工作原理工作原理分以下步驟： ①歸屬代理和外區代理不停地向網上發送代理通告（Agent Advertisement）消息，以聲明自己的存在。 ②移動節點接到這些消息，確定自己是在歸屬網還是在外區網上。 ③如果移動節點發現自己仍在歸屬網上，即收到的是歸屬代理發來的消息，則不啟動移動功能。如果是從外區重新返回的，則向歸屬代理發出注冊取消的功能消息，聲明自己已回到歸屬網中。 ④當移動節點檢測到它移到外區網，它則獲得一個關聯地址，這個地址有兩種類型：一種即是外區代理的IP地址；另一種是通過某種機制與移動節點暫時對應起來的網絡地址，也即是移動節點在外區暫時獲得的新的IP地址。 ⑤然后移動節點向歸屬代理注冊，表明自己已離開歸屬網，把所獲的關聯地址通知歸屬代理。 ⑥注冊完畢后，所有通向移動節點的數據包將歸屬代理經由“IP通道”發往外區代理（如使用第一類關聯地址）或移動節點本身（如使用第二類關聯地址），外區代理收到后，再把數據包轉給移動節點，這樣，即使移動節點已由一個子網移到另一個子網，移動節點的數據傳輸仍能繼續進行。 ⑦移動節點發往外地的數據包按一般的IP尋徑方法送出，不必通過歸屬代理。 3移動IP存在的問題一個是三角形路徑問題。移動IP協議執行時常會遇到三角形路徑問題，即通信節點發送數據包到移動節點時，需要通過其歸屬代理，而移動節點根據標準IP路由規則將數據包直接發送到通信節點。三角形路徑問題會引起一些潛在的危害，例如增加引入流量的時延容易引起歸屬代理處的路由瓶頸。如果通信節點知道移動節點的轉交地址，通信節點就能通過隧道技術直接發送數據包到移動節點，不需要歸屬代理的幫助。現在的問題是Inter net上的通信節點一般不能提供接收和存儲移動節點轉交地址的信息，也就是不能執行任何隧道技術。對基本移動IP協議的改進將有助于這個問題的解決。另一個問題是外區代理間的光滑切換。由于移動主機的頻率可能很高，與移動節點通信的每個主機可能來不及收到移動主機的地址更新消息，在主機離開一個子網而進入另一個子網期間，有可能在網絡上有以移動節點為目的的分組。因此保證這些分組的安全是網絡實現在子網間光滑漫游的主要問題。另外移動節點連至Internet的鏈路通常是無線鏈路，這種鏈路與傳統的有線網絡相比，其帶寬明顯低得多，誤碼率高得多；某些防火墻也可能會阻斷IP隧道，因為它們檢驗每個數據包的源地址，而移動節點的數據包歸屬地址與外區網的網絡地址不一樣，從而導致防火墻阻截IP隧道數據包；且移動節點可能是電池供電，如何減小功耗是一個急需解決的問題。4結束語本文介紹了移動IP的基本特點和工作原理，并提出了當前存在的問題。目前移動IP協議不是很成熟，一些相關的機制還需要進～步完善。但可以確信的是它是解決全面移動接入的最有前途的方法，因此受到業內人士的廣泛關注。摘自《移動通信》

上一篇：GSM900/1800雙頻無線網絡參數及其調整

下一篇：利用寬帶CDMA技術增加蜂窩系統容量研究