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協議標準——IPV6技術白皮書(八)

2019-11-04 12:04:57
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供稿:網友

  移動ip
  
  1、為什么需要移動IP
  
  在討論為什么需要移動IP以前,先對現有的路由技術在相關方面作簡要的介紹:
  
  a. 各個節點只根據IP報頭中的目的IP地址來作轉發決策,只在有錯誤發生時才去檢查源地址;
  
  b. 一般來說,路由決策依靠于目的IP地址的網絡前綴而不是整個目的地址;
  
  c. 同一條鏈路上的所有節點都應有相同的網絡前綴,它們可以通過IP地址中的主機部分來識別;
  
  d. 對于同一條鏈路上的多臺主機,可以只用一條網絡前綴路由,而無需列出所有的特定主機路由,對于有幾百條鏈路,每條鏈路上又有幾百臺主機的網絡來說,采用網絡前綴路由而不是特定主機路由可以極大地簡化路由表的表項。
  
  在上述路由機制下,因特網上的一個節點在改變了其在網絡上的接入點以后,假如不重新配置其IP地址,那么它就不能繼續與網上的其它節點進行通信,移動IP就是為解決這個問題而提出的。
  
  2.什么是移動IP
  
  簡單來說,移動IP提供了一種IP路由機制,使移動節點可以以一個永久的I P地址連接到任何鏈路上。移動IP可以看作是一個路由協議,只是與其它路由協議相比,移動IP具有非凡的功能,它的目的是將數據包路由到那些可能一直在快速地改變位置的移動節點上。移動IP只是將數據包路由到移動節點的網絡層標準,對TCP等其他技術以及應用程序的改進則不是移動IP的范疇。
  
  設計移動IP時有以下幾個要求:
  
  a. 移動節點在改變數據鏈路層的接入點后應仍能與因特網上的其他節點通信;
  
  b. 無論移動節點連接哪個數據鏈路層接入點,它應仍能用原來的IP地址進行通信;
  
  c. 移動節點應能與不具備移動IP功能的計算機通信;
  
  d. 移動節點不應比因特網上的其他節點面臨新的或更多的安全威脅。
  
  3.移動IPv6機制
  
  下面先從一個整體的角度介紹一下IPv6對移動性問題的解決方案。參見圖1,Node A鏈接到Link 1上,它有一個地址A1,這個地址A1是可以通過Router 1到達的,當Node A沒有發生移動時,Node B與Node A通信時,Node B發送的數據包會按照現有的路由方式到達Node A。
  
  可是當Node A發生了移動,從Link 1移動到Link 2時,假如Node A不改變其IP地址,Node B發送的數據包按照現有的以前綴為基礎的路由方式就不能夠到達Node A了。
  
  1).Router會定期廣播發送Router Advertisement消息,帶有本地鏈路上的前綴信息,Node A接收到這個消息后,知道自己發生了移動,它會根據新的前綴信息通過地址自動配置得到一個新的地址A2;
  
  2).Node A會發送一個信息包M2給Router 1,這個信息包告訴Router 1現在Node A的新地址A2,此后,Router 1再發現有需要送到Node A的原來的地址A1的數據包,它會把這個數據包截獲,然后把這個包作為凈荷,在其上面再加上一層IPv6報頭,把新的數據包發送到Node A的新地址A2,這個過程應用的是“隧道技術”;
  
  3).假如Node B發送數據包給Node A,它并不知道Node A已經發生了移動,此時它會把這個數據包繼續發送給Node A原來的地址A1;
  
  4).Node B發送的數據包到達Router 1以后,Router 1會截獲這個數據包,同時把這個數據包轉發到Node A的新地址A2;
  
  5).Node A收到Router 1轉發過來的數據包以后,通過檢查這個數據包的源地址,它知道Node B想與它進行通信,于是它會發送一個信息包M3給Node B,告訴自己的新地址A2;
  
  6).Node B收到這個數據包以后,會記錄下Node A的新地址A2,這樣假如再有數據包需要發給Node A,它會直接把數據包發給地址A2。至此Node A和Node B之間可以實現雙向通信;
  
  7).若有其余節點想與Node A進行通信,其建立通信的過程與Node B類似。
  
  4.移動IPv6與移動IPv4的比較
  
  互聯網發展的最初動力是實現計算機之間的信息共享,那時沒有考慮到會有對移動性的需求,作為互聯網基礎的IPv4在制訂之初并沒有考慮到要解決移動性問題。隨著社會的發展,互聯網的應用越來越廣泛,人們提出了許多新的需求,對移動性的需求就是其中的一種。在移動性方面,IPv4提出的是一種補救性的措施,因此它的方案有很多不完善的地方,主要表現在以下幾個方面:
  
  a. 在移動IPv4中,存在一個外地代理的概念,它實際上是外地鏈路上的一個路由器,由它來為移動到本鏈路的移動節點接收數據包;
  
  b. 在移動IPv4中,有兩種轉交地址:配置轉交地址和代理轉交地址。其中,配置轉交地址通過配置規程如DHCP、BOOTP等協議得到,它是一個真正的獨立的IPv4地址,此時移動節點可以自己用此地址發送或者接受數據包;代理轉交地址實際上就是外地代理的地址,外地代理代替移動節點接收數據包,簡單處理后,再把包傳送給移動節點;
  
  c. 移動IPv4中存在著“三邊路由”問題。由通信節點送給連接在外地鏈路上的移動節點的數據包先被路由到它的家鄉代理上,然后經隧道送到移動節點的轉交地址,然而,由移動節點發出的數據包卻被直接路由到了通信節點,這構成了一個三角形,如圖3所示。在安全性方面,移動IPv4采用的是靜態配置的“mobile security association”,因此不能對移動IPv6進行路由優化。
  
  5.為什么IPv6能夠更好地解決移動性問題
  
  IPv6在制定之初就考慮到了要解決移動性問題,因此它的基本理論中就有許多是為解決移動問題而提出的,這使得IPv6的移動解決方案是一個對移動性問題的根本的解決方案。IPv6有許多適用于解決移動性問題的新特性,這些特性都是IPv4所不具備的,因此IPv6能夠更好地解決移動性問題,主要表現在以下方面:
  
  a. 地址自動配置:IPv6有足夠多的全球地址,另外IPv6實現了一種稱為無狀態地址自動配置的機制,任意節點可以根據當前所在鏈路的前綴信息以及自己的網絡接口信息自動生成一個全球地址。IPv6的地址自動配置機制使得移動節點可以很輕易地得到轉交地址,不需要人為的參與。
  
  b. 鄰居發現:在鄰居發現中規定,路由器應該定期廣播發送其前綴信息,移動節點根據這些前綴信息能夠快速地判定自己是否發生了移動,并通過地址自動配置得到轉交地址;鄰居發現中還定義了代理宣告的概念,“PRoxy advertisement”,使得home agent可以通過發送代理鄰居宣告消息截獲發送到移動節點家鄉地址的數據包,并把這個包“tunnel”到移動節點的轉交地址。
  
  c. 安全機制:IPv6內置安全機制并已經標準化,它支持對企業網的無縫遠程訪問。在安全性方面,IPv6同IP安全性(IPSec)機制和服務一致。除了必須提供網絡層安全這一強制性機制外,IPSec還提供兩種服務。認證報頭(Authentication Header, AH)用于保證數據的一執行,同時還可以用之進行身份驗證,而封裝的安全負載報頭(Encapsulation Security Payload Header, ESP)用于保證數據的保密性和數據的一致性。同時由于IPv6的新特性,也可以為移動IPv6專門設計安全機制。
  
  d. 黑洞檢測:移動IPv6中的移動檢測機制提供了移動節點和它的當前路由器之間的雙向可到達的確認機制,即移動節點可以隨時知道當前路由器是否繼續可達,同時路由器也可以知道節點是否繼續可達。假如移動節點檢測到當前路由器不再可用,它就會去請求另外一臺路由器。而Mobile IPv4只提供了“前向”可到達的檢測機制,即路由器可以隨時確認移動節點是否繼續可達,但是移動節點卻不能檢測到路由器是否繼續可達。
  
  e. 路由報頭:IPv6中定義了路由報頭,報頭中指定了數據包在從源節點到目的節點的過程中應該經過的節點的地址。大多數發送到移動節點的數據包都要使用路由報頭,數據包的目的地址是移動節點的轉交地址,并且包含一個路由報頭,路由報頭的下一跳是這個移動節點的家鄉地址。
  
  f. 動態家鄉代理地址發現機制:在IPv6中,定義了一種稱為“anycast”的地址,它也是一個地址組,地址組中的所有的機器都會收到發往這個“anycast”地址的數據包,但是只會有一臺機器對這個數據包做出響應。移動節點家鄉鏈路上所有的路由器都配置為“Mobile-IPv6 anycast address”,移動節點把“家鄉代理地址發現清求” 消息發到這個“Mobile-IPv6 anycast address”,所有的家鄉代理都收到了這條消息,但是有且僅有一個家鄉代理對此做出響應。
  
  g. 透明性的實現:節點的移動對移動節點和通信節點上的應用程序是透明的。對于通信節點來說,移動節點發送數據包時使用“home address option”,可以使其不必知道移動節點的轉交地址;對于移動節點上的應用程序來說,通信節點發送數據包時采用“Router Header”,仍然可以使應用程序不必知道移動節點的轉交地址。
  
  6.有待解決的問題
  
  移動IPv6的發展還處在初級階段,目前提出來的還只是移動解決方案的基礎理論,移動IPv6的最終目標是實現全球范圍的真正的移動網絡,它會滿足移動計算和個人通信的所有要求。
  
  要真正實現全球范圍內移動網絡,還需要完成以下幾個方面的工作:
  
  1).在協議的發展方面,還需要進一步完善一下幾個協議
  
  IPv6協議; Mobile IPv6協議;  IPSec協議;  SCTP; Diameter
  
  2).在協議的改進方面,需要研究以下幾個問題:
  
  a. 服務質量,包括差分服務質量和端到端服務質量的支持
  
  b. 增強TCP協議,以支持移動IP
  
  TCP假設所有的數據段丟失都是由于擁塞引起的,這種假設在因特網中大多數情況下是正確的,但在無線和移動環境中這個假設卻不成立,在這種環境中,TCP的這個假設使得TCP性能變得很差。在這些背景之下,有人提出了對TCP改進的方案,


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