移動IP技術簡介

2019-11-04 20:48:27

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供稿：網友

　　事實上，移動ip不過是現有的IP協議的擴展，它答應計算機從一個無線IP子網漫游到另一個子網時，不用重新建立連接而透明地收發IP數據包。
　　
　　移動IP的概念
　　
　　移動IP與傳統IP的區別
　　
　　傳統IP技術的主機使用固定的IP地址和TCP端口號進行通信。在通信過程中，其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進行下去。
　　
　　移動IP主機在通信期間可能需要在網絡上移動，其IP地址也許會經常發生變化。假如采用傳統方式，IP地址的變化將會導致通信中斷。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。
　　
　　圖1描繪了移動IP的網絡結構。
　　
　　
　　移動IP的功能實體
　　
　　如圖2所示，移動IP主要由三個功能實體組成：移動節點MN（Mobile Node）、本地代理HA（Home Agent）和外地代理FA（Foreign Agent）。
　　
　　移動節點：從一個移動子網移到另一移動子網的通信節點(主機或路由器)。
　　
　　本地代理：一個移動子網路由器，它是移動節點本地（不變）IP所屬網絡（本地網絡）的代理，其任務是當移動節點離開本地網，接入某一外地網時，截收發往移動節點的數據包，并使用隧道技術將這些數據包轉發到移動節點的轉發節點。本地代理還負責維護移動節點的當前位置信息。
　　
　　外地代理：外地代理位于移動節點當前連接的外地網絡上，它向已登記的移動節點提供選路服務。當使用外地代理關照地址時，外地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，外地代理可作為已注冊的移動節點的默認路由器使用。
　　
　　移動IP協議
　　
　　移動代理（本地代理和外地代理）通過代理廣告信息廣播它的存在，而移動節點則通過代理請求信息，要求它所在的區域內的所有移動代理發出代理廣告信息。
　　
　　移動節點接收一個代理廣告并判定它所處的位置是屬于本地網絡還是外地網絡。
　　
　　假如移動節點發現它所處位置是本地網絡，則直接由本地代理提供路由服務。假如移動節點是由外地網絡漫游到本地網絡，則它必須先由本地代理通過一個注冊變更程序，注銷它在外地網絡注冊過的記錄。
　　
　　假如移動節點發現它處于一個外地網絡，它將獲得由外地代理提供的一個關照地址或協同定位關照地址。
　　
　　移動節點漫游出本地網絡時，它通過外地代理向本地代理交換注冊請求和注冊應答信息，從而向網絡注冊其新的關照地址。
　　
　　發往移動節點的本地IP地址的數據包被其本地代理截獲，然后再轉發給移動節點的關照地址（外地代理或移動節點本身），最終傳給移動節點。
　　
　　由移動節點發出的數據包，不需經過本地代理而根據標準的IP路由機制向外發送。
　　
　　移動IP的實現機制
　　
　　移動IP規范擴展了IP協議的能力，它答應移動節點在計算機網絡中透明地傳輸數據。每一個移動節點都由一個本地地址唯一標識，不管該節點漫游到哪一個無線子網區域，該地址都不會改變。一旦一臺移動計算機脫離本地網絡而與其它網絡相連時，它就會把它的新位置（或者關照地址）告訴它的本地代理。本地代理將截取所有目的地址為移動節點的本地地址的數據包，然后把它們轉發到移動節點當前的關照地址，這樣，就使得在移動節點鏈路層的連接性改變的情況下，也能確保與移動節點通信的網絡繼續相連。這種通知過程在移動IP術語中稱為注冊，可以通過直接和間接的方式實現。對于直接的方式，移動計算機通過一種諸如動態主機配置協議（DHCP）的機制在其訪問的外地網絡中獲得一個臨時的IP地址（或關照地址）；對于間接的方式，移動計算機通過外地代理向本地代理注冊其新的位置。外地代理是移動節點到訪的網絡中的一些計算機，他們可以提供移動IP服務，向移動節點的本地代理轉交注冊請求和應答信息。假如移動節點不能獲得一個協同定位地址，它將把一個外地代理的IP地址作為其關照地址，在這種情況下，本地代理將在本地網絡截取發向移動節點的數據包并通過封裝和隧道技術將其發給外地代理，外地代理再使用移動節點的鏈路層地址把數據包分發給它。
　　
　　代理發現機制
　　
　　RFC 1256定義的移動IP代理發現機制是根據網際控制信息協議（ICMP）路由器的發現機制而設計的。答應計算機通過廣播或多播的方式發現本地路由器的IP地址。這種機制使用兩種ICMP信息：路由器請求信息與路由器廣告信息。當一臺主機啟動時，其多播路由器請求信息以獲得路由器廣告信息，相反地，路由器周期性地在其本地鏈路上廣播其路由器廣告信息。
　　
　　在代理發現機制中，相應的兩種信息被稱為代理廣告信息和代理請求信息。
　　
　　移動代理廣告信息擴展了ICMP路由器廣告信息，移動代理通過廣播公布其在一個鏈路上提供代理服務。
　　
　　注冊機制
　　
　　注冊是在一定的注冊時間內完成的，在本地代理生成或修改一個移動性捆綁，使得移動節點的本地地址（在本地網絡的固定地址）與當前的關照地址發生關聯。當移動節點回到本地網絡時，它也可以用注冊信息來更新移動性捆綁以終止或注銷外地代理。
　　
　　移動節點漫游到外地網絡時可以通過兩種途徑完成注冊：一種是通過外地代理向本地代理轉交注冊信息；另一種是直接向本地代理注冊。根據下面的情形選擇確定的途徑：
　　
　　1．假如移動節點使用了外地代理的關照地址，它必須通過外地代理注冊；
　　
　　2．移動代理在其廣告信息指定了經由外地代理時要通過外地代理注冊；
　　
　　3．移動節點返回本地網絡時，必須直接訪問本地代理的注冊表；
　　
　　4．假如移動節點只獲得外地代理的協同定位關照地址，則它應直接向本地代理發注冊信息。
　　
　　移動IP注冊機制采用UDP分發注冊請求和應答信息。注冊信息包含一個時間字段來標識其壽命周期，一旦它變為零，移動節點就被注銷。
　　
　　其它相關的網絡機制
　　
　　如前面所描述，在移動IP的實現中，還要用到隧道技術和封裝技術，其中包括IP-IN-IP封裝和最小封裝。當然還要用到ARP、PRoxy ARP、Gratuitous ARP等協議機制。
　　
　　移動IP的擴展
　　
　　上面描述了移動IP的一般概念與實現機制，但是并沒有定義當移動節點離開本地網絡（或越區切換）時，如何選擇一個新的外地代理。事實上，對于無線網絡的某一物理點，一般有多個外地代理能夠覆蓋到。假如移動節點不是隨機地選取一個外地代理，而是通過某一合理的策略作出選擇，它將會改善其Internet連接和提高吞吐量。據有關實驗報告，這樣會使移動節點的吞吐量至少提高20%。外地代理的選擇策略：
　　
　　1．根據外地代理的廣告速率作出選擇；
　　
　　2．根據外地代理訪問列表中已關聯的移動節點的數目選擇；
　　
　　3．根據移動節點與待選代理的鏈路延遲選擇；
　　
　　4．根據外地代理的通信信道的信號強度選擇；
　　
　　5．根據外地代理通信信道的信號強度的變更選擇；
　　
　　6．根據外地代理通信信道的信噪比選擇；
　　
　　上面提到的六種策略，后三種是針對無線通信信道的特性提出的，它們的機理相近，但又各不相同，它們要收集的外地代理的信息格式是不一樣的。以上策略，可根據實際需要，選擇一種或幾種作為移動IP的擴展，以稍微增加移動IP復雜性的代價獲得移動通信服務更高的可靠性與吞吐量。
　　
　　本文只是簡單地描述了移動IP的一般概念和原理，對移動IP中的外地代理的選擇提出了幾種策略作為移動IP的擴展。在移動IP中，還有小區分

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