（通信与信息系统专业论文）基于mpls的微移动技术.pdf

重庆邮电学院硕士论文 摘要 m p l s 是一种基于三层边缘路由、二层核心标签交换的技术，m p l s 的标签 交换可以较大程度地提高分组的转发速度。同时m p l s 的基于约束的路由技术为 网络提供了显著的q o s 性能。近来有建议将m p l s 技术与移动砰进行整合，以 将m p l s 的技术优势引入到移动i p 中。但是目前的相关研究只是局限于利用 m p l s 的标签交换来提高移动的分组转发速度，并没有完全利用m p l s 技术 为网络提供q o s 性能的优势。本文研究了基于m p l s 的微移动技术，并且着重 于研究将m p l s 的基于约束的路由技术整合进移动i p 中，以为微移动的无线接 入网提供目前难以解决的q o s 问题。 文章首先给出了一种完全不同予目前已提出技术的网络结构。然后对基于 m p l s 的微移动性管理进行了研究，包括移动节点的注册机制，标签转发路径的 构建机制，以及切换技术等等。特别是对在微移动环境下，结合m p l s 的基于约 束的路由技术来构建传送分组的标签交换路径，以为微移动网络提供q o s 性能 进行了重点研究。由于移动l p 中存在三角路由问题，在基于m p l s 的微移动技 术中，这种三角路由问题仍然存在。因此我们也提出了一些路由优化技术来优化 基于m p l s 的微移动技术的路由。最后，我们对这一课题的将来工作进行了探索 性研究。 关键词：多协议标签交换，移动m ，微移动，基于约束的路由 重庆邮电学院硕 论文 a b s r i i r a c t m p l si sat e c h n o l o g yb a s e do nt h i r dl a y e re d g er o u t i n ga n ds e c o n dl a y e rc o r e l a b e ls w i t c h i n g t h el a b e ls w i t c h i n gc a ne v i d e n t l ye n h a n c et h es p e e do fp a c k e t f o r w a r d i n g a tt h es a m et i m e ，t h ec o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n go fm p l sp r o v i d e st h eq o s p e r f o r m a n c ef o rt h en e t w o r k s l a t e l ym a n ys t u d i e ss u g g e s tt h ei n t e g r a t i o no fm p l s a n dm o b i l e - i p b u tt h e s et e c h n i q u e sd o n tu s et h eq o sc a p a c i t yo fm p l sa n do n l y t a k ea d v a n t a g e so fl a b e ls w i t c h i n go fm p l st oe x p l i c i t l yi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f p a c k e tf o r w a r d i n g t h i st h e s i sp u t se m p h a s i so nr e s e a r c h i n gt h em p l s b a s e d m i c r o - m o b i l i t yt e c h n o l o g y i ti n t e g r a t e st h ec o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n go fm p l si n t o m o b i l e i pi no r d e rt op r o v i d eq o sf o rt h ew i r e l e s sm i c m - m o b i l i t ya c c e s sn e t w o r k s w h i c hi sd i f f i c u l tt os o l v eq o si s s u e s f i r s t l y , t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h en e t w o r ka r c h i t e c t u r ew h i c hd i f f e r sf r o mt h e e x i t i n ga r c h i t e c t u r e s n e x t ，t h em p l s - b a s e dm i c r o - m o b i l i t ym a n a g e m e n tm e c h a n i s m i ss t u d i e d ，i n c l u d i n gt h er e g i s t r a t i o nm e c h a n i s mo f m o b i l en o d e ，t h es e t u pm e c h a n i s m o fl s pa n dt h eh a n d o v e r t e c h n i q u e s t h e r e s e a r c h e m p h a s i s i st h a tt h e c o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n gt e c h n o l o g yo f m p l si su s e dt os e t u pt h el a b e ls w i t c h i n gp a t h t os e n da n dr e c e i v e p a c k e t s f o rm o b i l e - i p , e s p e c i a l l yi nt h em i c r o - m o b i l i t y e n v i r o n m e n t s i nm o b i l e - i p , t h e r ei st h et r i a n g l er o u t i n gi s s u e ，w h i c ha l s ol i e si nt h e m p l s b a s e dm i c r o - m o b i l i t yt e c h n o l o g y h e n c e ，t h ep a p e rm e n t i o n ss o m er o u t i n g o p t i m i z a t i o nm e a n sf o ro p “m i z i u gt h er o u t eo ft h em p l s - b a s e dm i c r o m o b i l i t y f i n a l l y , i te x p l o r e st h ef u t u r ew o r kf o rt h ei n t e g r a t i o no f m p l sa n dm o b i l e - i p k e y w o r d s ：m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) ；m o b i l e - i p ；m i c r o m o b i l i t y ； c o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另t l d h 以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得重庞邮电堂暄或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：高小能签字日期：2 f 口争年占月3 o 日 ( 学院代码：1 0 6 1 7 专业代码：通信与信息系统0 8 1 0 0 1 ) 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞邮盥堂瞳有关保留、使用学 位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庞邮电堂瞳可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：高 卜禽酱 导师签名： 签字日期：2 卯中年岁月j 。日 签字日埋沙弘年 重庆邮电学院硕士论文 1 1引言 第一章绪论 传统移动i p 协议中移动节点每移动到一个新的代理域时，需要向其归属代 理发送大量的注册和更新消息。或当移动节点移动到离归属代理相距较远的网 络时，注册和更新消息需要经过较长的路径。这些情况大大增加了链路的信令 负荷，从而增加了切换与数据分组传送的时延，严重时将会造成分组的丢失， 因此传统移动i p 只是一种相对简单的移动接入i n t e r n e t 的解决途径，只适用于 广域移动、相对较慢的移动环境。 随着无线通信技术的发展和消费需求的提高，i n t e m e t 上的数据业务和无线 移动业务获得了爆炸性的增长，并且仍然有越来越多的人要求通过无线方式获 得快速、有带宽保证的i n t e r n e t 服务。尽管目前的无线网络如g s m 、c d m a 能 够提供短消息服务( s m s ) ，但是这远远不能满足数据业务的需要。为了解决这 些问题，网络运营商推出了由2 g 向3 g 演进中的2 5 g 网络g p r s 、c d m a1 x 。 2 5 g 网络能够向用户提供更高的数据传送速率，并且其核心网已采用基于i p 的传输。但即使如此，由于目前的接入网仍采用传统的电路交换方式，接入网 和核心网之间的协同操作会产生很多问题。为了解决这些问题，3 g p p 组织建议 了一个基于口接入网的全i p 移动网络概念。同时，随着用户的日益增多，系 统的容量成为无线通信网络首要解决的问题。为了获得更高的系统容量，无线 接入网络需要采用微蜂窝甚至微微蜂窝结构，这样一来，移动主机的切换频率 将会进一步增加。为此，人们提出了各种微移动技术来解决微蜂窝或微微蜂窝 环境下的移动主机的频繁切换问题，如其中比较典型的蜂窝i p ，h a w i i ，分级 移动p 和t e l e m i p 等等。 如上所述，尽管可以采用移动口协议来解决移动节点的广域移动的情形， 而微移动情形采用相应的微移动协议。但其数据传输一般采用移动i p 的i p 内 i p 隧道来发送，对于分级的情形下，这种封装使得数据包越来越大，降低了数 掘传输效率。并且这种情形下的q o s 也无法保证。与m p l s 技术相比较，m p l s 是一种基于三层边缘路由、二层核心标签交换的技术。这种标签交换可以较大 程度地提高分组的转发速度。如果将m p l s 技术整合进移动p 技术中，那么移 蕈庆邮电学院硕j j 论文 动i p 的分组转发可以采用m p l s 的标签交换技术则分组不必进行i p 内i p 封 装，且这种标签交换同样可以提高移动的分组转发速度。同时，m p l s 技术 本身是一种实施在骨干网上为网络提供q o s 保证的技术，m p l s 的q o s 性能也 可以整合进移动i p 中。因此，利用m p l s 技术支持微移动技术的研究成为目6 口 研究的一个重要课题。本文重点研究m p l s 支持微移动技术，给出了微移动环境 下基于m p l s 的微移动的网络结构，分析了移动节点的注册和标签转发路径构建 机制，对移动节点在微移动环境下的切换技术也进行了叙述。最后，对基于m p l s 的微移动的路由优化技术本文也进行了阐述。 1 2 论文的主要内容 本文重点研究了基于m p l s 的微移动技术。第二、三章首先对与本课题相 关的技术如m p l s 技术、移动p 协议及目前的一些较成熟的微移动技术进行了 介绍。第四章是我们进行的工作，主要对基于m p l s 的微移动性管理进行了研 究，包括移动节点的注册机制、标签转发路径构建机制、域内和域间切换技术。 第五章主要研究的是基于m p l s 的微移动技术的路由优化问题。最后一章则是 对这一技术的未来发展方向及我们将来要进行的工作进行了探索性研究。 1 3 论文结构 第一章主要对这一课题的研究意义进行了论述； 第二章对多协议标签交换技术进行简要的介绍： 第三章简要介绍移动p 协议和几种常用的微移动协议： 第四章主要研究在基于m p l s 的微移动技术中结合m p l s 的基于约束的路 由技术，为微移动环境下的无线接入网络提供q o s 性能； 第五章主要研究基于m p l s 的微移动技术的路出优化技术； 第六章主要这一技术的未来发展及将来工作进行了介绍。 重庆邮电学院硕士论文 第二章多协议标签交换 2 1 多协议标签交换 多协议标签交换( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，m p l s ) 1 1 l h l 是一种将i p 引入a t m 或帧中继等通信网络上，利用标签引导数据高速、高效传输的新技术。 随着i n t e r n e t 的不断发展，采用带有m p l s 功能的口路由器和带有m p l s 功能 的a t m 交换机组建未来宽带综合业务通信网，是业界迫切需要解决的问题。 m p l s 的价值在于能够在个无连接的网络中引入面向连接的机制，其优点是 减少网络的复杂性，能够兼客现有的各种网络技术。m p l s 综合利用网络核心 的交换技术和网络边缘的i p 路由技术，将路由移到网络边缘，网络核心作标签 转发。即边缘的路由，核心的交换。m p l s 是目前普遍看好的融合a t m 与口、 解决婵无连接和a t m 面向连接矛盾的下一代宽带骨干网络技术。 m p l s 技术的基本思想是，m p l s 域的入口路由器将到达的i p 分组按定 的规则分类，形成转发等价类，入口路由器按转发等价类给分组分配短的固定 长度的标签。随后m p l s 域内部的核心路由器按分组的标签对分组进行转发操 作，不必再查看分组的i p 头信息。图l 是m p l s 的结构图。 i步l ：入u l e rl f 然禚i 霹燕l s r 习( l i b l 射到转发等价类( 眦) ，il 步2 ：i 1 分b 标签发送到相麻的il 查找标签信息库) ，i 吣隅燃；i ；i 州 入口l e r出口l e r 国回国 图i ：m p l s 结构 重庆邮电学院硕士论文 2 1 1 m p l s 的主要组件 m p l s 平台中引入了相当多的组件，下面是一些主要组件1 】： 标签交换路由器( l s r ) 。l s r 类似一个通用i p 交换机，它是m p l s 中 负责第三层转发分组和第二层标签交换分组的设备。 标签边缘路由器( l e r ) 。是从一个m p l s 域转发分组的传统路由器。它 的作用是分析i p 包头，用于决定相应的传送级别和标签交换路径( l s p ) 。 标签( 1 a b e l ) 。标签是一个包含在每个分组中的短固定的数值，用于通过 网络转发分组。一对l s r 心须在标签的数值和意义上一致。 标签分发协议( l d p ) 。l d p 是m p l s 的控制协议，用于在l s r 之问交 换f e c 标签绑定信息。 标签交换路径( l s p ) 。l s p 是指具有一个特定的f e c 的分组，在传输经 过的标记交换路由器集合构成的传输通路。它由m p l s 节点建立，目的 是采用一个标签交换转发机制转发一个特定的f e c 分组。 标签信息库( l i b ) 。l i b 是保存在一个l s r ( l e r ) 中的连接表，在l s r 中包含有f e c 标签绑定信息和关联端1 2 1 以及媒质的封装信息。l i b 通常 包括下面内容：入、出口端口；入、出口标签：f e c 标识符；下一跳l s r ： 出口链路层封装等。 转发等价类( f e c ) 。m p l s 采用f e c 作为标签来处理口分组。f e c 在 相同路径上转发，以相同方式处理并因此被一个l s r 映射到一个单一标 签的一组口分组。 流束( s t r e a m ) 。属于同一个f e c 的一组分组流，它们流经同一个节点， 从相同的通道传输，并以相同方式转发到目的地，它们在m p l s 罩被称 为“流束”。 2 1 2 m p l s 的关键技术 ( 1 ) 标签交换路由器 标签交换路由器f 4 1 类似一个通用妒交换机，它具有第三层转发分组和第二 层交换分组的功能。它也能运行传统p 选路协议并可能执行一个特殊控制协议 重庆邮电学院硕士论文 以与邻接l s r 协调f e c 标签的绑定信息。一个l s r 可以是一个传统的交换机 ( 如a t m ) 扩充口选路，或者升级为支持m p l s 的一个传统路由器。l s r 是 m p l s 系统中的核心部件，m p l s 中l s r 的选路过程如下： 执行标准路由传播协议，以获得网络拓扑； 为每个f e c 分配一个标签； 执行l d p 协议，并根据从其它节点获得的标签信息建立标签信息库l i b ； 后续分组获得l i b 库中相应的标签，并按照指定动作处理，沿相应的l s p 传输。 ( 2 ) 标签 在传统的路由器中，必定分析每个分组头，以确定下一站转发地点。但是 在m p l s 中，只需要在m p l s 网络的入口端处理一个流束的所有分组，对于属 于同个流束的分组将被用一个固定长度的字段加以编号。这一字段在m p l s 旱被称为标签( 1 a b e l ) 。在l s r 中，一个流柬的f e c 就映射到标签上。m p l s 中的标签的格式取决于分组封装所在的介质。如： a t m 封装采用v p i v c i 作标签； 帧中继p d u 采用d l c i 作标签： 通用m p l s 封装。对于那些没有内在标签结构的介质封装，则采用通用 m p l s 封装格式，用一个特殊的数值在第二层与第三层头之间插入一个s h i m 标 签头。s h i m 标签头由4 字节构成，它包含一个2 0 比特的标签数据值、一个3 比特的c o s ( 服务类别) 数值、一个1 比特的堆栈指示符和一个8 比特的t t l ( 生存期) 数值。图2 给出的是m p l s 的标签格式。 堡塑l 墨童l 竺丑a t m 信元 王五 葱圆 帧中继p d u 二二 至互二二e 三蛋区亘童至i i 固无标签结构介质 01234567891 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 l 幽2m p l s 的标签格式 5 重庆邮电学院颁士论文 ( 3 ) 标签交换 标签交换利用分组中所携带的标签信息和标签路由器维护存储的转发信息 库( l i b ) 来转发分组。由于标签交换不必像传统口选路那样分析分组头中的 变长部分，因而标签交换是一个快速和简单的转发过程。标签作为一个由交换 机组件处理，用以确定对应的输出标签、必要的封装和端口号及其它数据信息 处理操作。若一个分组包含一个标签栈，m p l s 设备只处理栈中的顶部标签。 ( 4 ) 标签分发 标签分发是分发f e c 标签绑定信息的过程，目的是为了形成一个l s p 并且 标签交换属于特定f e c 的分组。标签分发是通过标签分发协议( l d p ) 来完成 的，或通过现有的控制协议( 如r s v p 和b g p ) 来传输f e c 标签绑定信息。 m p l sl d p 是一个单独的控制协议。l d p 具有标签指定、分配和撤消功能，与 相邻的l s r 协调f e c 标签的捆绑信息，完成入口到出口标签交换路径( l s p ) 的建立。l d p 映射消息可以从任何本地l s r ( 独立的l s p 控制) 发起，或者从 出口l s r 发起，并从下行l s r 流向上行l s r 。一个特定数据流的到达、一个 保留建立消息( r s v p ) 或选路更新消息都可以触发交换l d p 消息，从而形成 一个从入口到出口的l s p 。 2 1 3 分组转发 当p 分组进入m p l s 域的标签边缘路由器时，分组按实施在标签边缘路由 器中的规则进行分类，标签边缘路由器按照转发表操作将标签插入分组，此时 i p 分组成为一个带标签的分组。标签边缘路由器然后将分组发送到标签交换路 径中的下一跳，下一跳路由器查找标签转发表，进行标签交换操作，并发送到 标签交换路径的下一跳。当分组到达出口标签边缘路由器时，分组被去掉标签， 然后按三层功能将分组转发出去。 2 1 4 基于约束的路由 m p l s 的快速标签转发尽管能够提高传统p 网络的分组转发速度，但标签 快速转发并不是推动m p l s 技术快速发展的最主要的应用f 扪。因为，如果在路 重庆邮电学院硕上论文 由器或交换机中采用现代集成电路技术为特定的应用制造的高速芯片 ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t ，a s i c ) ，以及实施快速路由查找算法， 则在传统的口路由中同样可以获得和m p l s 的标签快速转发相同的性能。和已 有的大型骨干网技术相比较，虚拟专用网、流量工程和q o s 性能等是m p l s 被 看好的优势。m p l s 的流量工程和q o s 性能是通过在m p l s 上实施基于约束的 路由来实现的。 基于约束的路由也可以理解为q o s 路由，基于约束的路由和传统的i p 路 由( 如o s p f 、i s i s ) 有很大的不同。传统的口路由算法侧重于根据优化某些 s c a l a r m e t r i c ( 如经过的跳数值最小) 来发现一条路径。而基于约束的路由则根 据优化某些s c a l a rm e t r i c 来选路的同时，不违返实旌在路由中的一系列约束。 约束的实施策略依据网络操作者而定，但通常的约束包括一系列和流量聚集、 资源、拓扑状态信息相关的属性。这些属性作为约束属性实施在网络的路由中， 使得路由器在选路的同时，必须综合考虑这些因素。例如常见的i p 路由选路中 的一条最短路径，如果其约束属性如资源属性为不可获得或条件不满足，则在 基于约束的路出中，不会选择这条路径，即基于约束的路由可能选择一条并不 是最短路径的路径。 2 1 5 快速重路由 在传统的口路由中，当网络中的一条链路或节点失败时，失败信息会被发 布到网络中的所有节点。之后这些节点将重新查找路由表，计算新的路由。在 这种重路由过程期间，所有通过失败链路或节点的分组将会被丢弃。在一个 o s p f 或i s - - i s 的路由域内，这种寻路时间通常可以达到秒的数量级f ”j 。这主 要是由于传统口路由的基于目的地寻址的逐跳方式造成的。而在m p l s 中，通 过基于约束的路由方法来为相关路径建立一条保护标签转发路径，从而提供了 一种保护机制来避免链路失败造成的影响。当m p l s 网络的一条链路或节点发 生失败时，m p l s 的标签交换路由器将失败的标签转发路径倒换到保护标签转 发路径上。其重路由时间较传统的口重路由大大减少。 如图3 所示，一条通信l s p ( l s r l 专l s r 2 - ) l s r 5 ) 配置了一条保护标签 转发路径( l s r i 专l s r 2 专l s r 3 专l s r 4 - - ) l s r 5 ) 。当l s r 2 与l s r 5 之间的链 重庆邮电学院硕士论文 路失败时，l s r 2 激活一条保护标签转发路径。l s r 2 将标签栈中的代表保护标 签转发路径的下一跳的出口标签压入转发表，之后分组转发采用新的出口标签 发送到保护转发路径上。 邕到回 蕊 嘲，夕弋蛩 、瞄3 旧 鞠t = 撂 i 塑堕垫ll 塑翌l 2 1 6 流量工程 图3m p l s 的快速重路由 l 册 凼粥 流量工程i5 l 是基于约束的路由的最主要的应用。流量工程是与网络的性能优 化密切相关的，它通常包括将特定的技术和科学的方法应用于网络中的数据测 量、建模、描述以及对网络中的数据流的控制。i n t e m e t 流量工程的一个主要目 标是通过方便而高效、可靠的网络操作，优化网络资源利用率和流量性能。流 量工程使网络具备高效地映射流量到现有网络拓扑上的能力，能够向用户提供 由服务等级协商( s e r v i c e sl e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 确定的服务能力。目前流量 工程在i n t e m e t 中是研究得较多的项技术。这是因为当前i n t e r n e t 的域内路由 协议( 如o s p f ，i s i s ) 中主要使用最短路径优先( s p f ) 路由分组的算法来转 发流量。s p f 算法通常简单地把距离( 跳数) 作为一个附加的参数来优化路由， 这些s p f 算法成为i g p 协议的基础。i g p 是基于拓扑驱动的协议，网络的可获 得带宽和流量特性都不被考虑在决定路由的策略中。i g p 的另一个问题是不具 备按不同级别的服务区分流量的机制。这些都使得现存的i g p 的控制能力不具 备流量工程特性，并使得整个网络难以实施高效的策略来解决网络的性能问题。 重庆邮电学院硕士论文 最短路径路由通常会引起一些问题，最常见的问题是，多个源的最短路径有可 能叠加在某些链路上，可能导致这些链路变为拥塞链路；另一种情形是从某一 个源出发的流量可能超过最短路径的链路的容量，导致这个链路或接口拥塞。 因此最短路径算法最初是为避免拥塞而设计的，然而在这些情形下却加剧了捌 塞。因此导致网络的一部分链路拥塞而另一部分链路可能利用率不足。传统的 i p 路由不能提供流量工程的原因是，实施的路由算法不考虑网络链路的可获得 带宽以及其他网络资源的可利用情况。 m p l s 的基于约束的路由技术使用几种值作为约束参数，这些约束参数包括 和流量聚集( t r a f f i ct r u n k ) 相关的属性，和资源( r e s o u r c e ) 相关的属性，和 拓扑状态信息相关的属性等等。资源和拓扑状态与具体的网络配景和实施有关。 这罩我们重点考察流量聚集。流量聚集定义为单个微流( f l o w ) 的集合，单个 流通常是常见的t c p 流和u d p 用户数据报流。当然只有当这些微流具有下述 两种属性时才可能集合成流量聚集。一是所有能集合的微流沿相同的路径转发， 二是所有微流具有相同的服务类别。通常流量工程不是考虑为每个单一的微流 建立转发路径，而是将这些相同的微流聚集起来成为流量聚集，为流量聚集建 立转发路径。从而，以流量聚集为粒度来转发比以微流为粒度来转发具有更好 的可量测性。 重庆邮电学院硕士论文 3 1 移动i p 第三章移动i p 和微移动协议 移动i p ( m o b i l ei p ) 2 3 1 是一种在全球i n t e r n e t 上为移动节点提供移动功能 的方案。移动i p 能够保证用户在进行网际移动的同时保持口网络的完整性， 它可以提供移动终端在i n t e m e t 中的无缝漫游。每个移动节点在移动过程中保持 i p 地址不变。 3 1 1 移动i p 的功能实体 移动口定义了三种功能实体：移动节点、归属代理和外地代理。 移动节点( m o b i l e n o d e ，m n ) ：是指从一个网络或予网链路上切换到另 个网络或子网的主机或者路由器。移动节点可以改变它的网络接入点，但不需 要改变碑地址，并且使用原有的口地址能够继续与其他节点通信。 归属代理( h o m ea g e n t ，h a ) ：是指位于移动节点家乡链路上的路由器。 当移动节点离开归属网络时，它负责把发往移动节点的分组通过隧道转发给移 动节点，并且维护移动节点当前的位置信息。 外地代理( f o r e i g n a g e n t ，f a ) ：是指位于移动节点所访问的网络上的路由 器，为注册的移动节点提供路由服务。它接收移动节点的归属代理通过隧道发 来的报文，进行拆封后发给移动节点。对于移动节点发出的报文外地代理提 供类似默认路由器的服务。 图4 显示了移动口的基本工作原理。 重庆邮电学院硕士论文 恩；考爿。匠巫 ooo2 i n t e n l e t 弋7 帮匕工 当 。一一。j r r 1 嘲睁i ! ! ：垒! ：! 巴苎! ! 型i f a ：2 000 2 鸯 州：1 20 0 8 c o a ：2 0 00 2 图4 移动l p 的基本功能实体 3 1 2 移动i p 的常用术语 f ：归属代理 f a ：外地代理 ：移动1 ，点 归属地址：是指移动节点在其归属链路上拥有的一个永久的口地址。对这 种地址的管理类似对固定主机疋地址的管理。 转交地址( c a r eo f a d d r e s s ，c o a ) ：是指当移动节点离开归属链路后，它被 赋予的反映其当前链路接入点的临时地址。 归属网络：是指与移动节点的归属地址具有相同前缀的网络。发往移动节 点归属地址的毋分组会被标准的d 路由机制转发到其归属网络上。 归属链路：是指与移动节点的归属地址具有相同前缀的链路，是移动节点 在归属网络时的链路。归属链路比归属网络更为精确地描述了移动节点在归属 地的位置。 外地网络：是指除归属网络以外的网络，也就是网络前缀与移动节点归属 地址网络前缀不同的网络。对于某一个移动节点来说，通常所有归属网络以外 的网络都是其外地网络。 外地链路：是指除归属链路以外的链路，也就是网络前缀与移动节点归属 地址网络前缀不同的链路。外地链路比外地网络更为精确地描述了移动节点移 动时的位置。 通信节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c n ) ：是指与移动节点通信的对等实体， 它可以是移动节点或者位置固定的节点。 移动绑定：是指由归属代理维护的移动节点的归属地址和转交地址的关联 关系，其中包括关联的生存期等信息。 重庆邮电学院硕i ：论文 3 1 3 移动i p 的工作机制 移动d 的工作机制如下【5 1 ： 首先，移动代理周期性地向链路发送代理广播消息，以寅告它们与链路的 链接关系。 然后，移动节点通过检测移动代理发出的周期性的路由广播信息来分析它 是处于归属链路上还是处于外地链路上。如果它处于归属链路上，则移动节点 就像固定节点一样工作，即它不再启用移动i p 的其他功能；如果移动节点检测 到自己处在外地链路上，则从外地代理广播消息中获得一个转交地址( c a r eo f a d d r e s s ，c o a ) ，并向归属代理注册。归属代理将移动节点的归属地址和转交 地址进行绑定。 摄后，注册成功后，归属代理截获发往移动节点的归属代理的数据包，封 装后再通过隧道发往外地代理，外地代理收到数据包后，转发给移动节点。通 过这种方式，移动节点出个子网移动到另外一个子网，可以保持不问断的通 信。 当通信对端开始向移动节点发送分组时，分组首先按照正常的碑路由被转 发到移动节点的归属代理。归属代理接收到这些分组后，将分组采用p 内j p 封装隧道的方式转发给移动节点当前所在域的外地代理。外地代理收到分组后， 解封装分组并通过正常的m 路由将分组发送到移动节点。而移动节点向通信对 端发送分组时，则不必发送分组到移动节点的归属代理，直接通过外地代理发 送到通信节点。这就形成了所谓的三角路由【3 4 1 。图5 显示了移动i p 分组转发时 所经过的三角路由。 警 _ 一、。i n t e r n ，e t? 7 5 圆” 、j 幽f a tj i + 匕笠型 q 牡刖收 m n 发一一c n 收 删 缯5移动i p 的三角路由 当移动节点发生移动时，如果移动节点从接收到的移动代理发出的周期性 重庆邮电学院硕士论文 的移动i p 广播消息中，检测到自己已移动到一个新的外地代理域，移动节点会 从新的外地代理获得一个新的转交地址，并通过新的外地代理向归属代理注册 新的转交地址。直到移动节点收到注册应答消息，注册过程完成。随后分组将 通过新外地代理转发给移动节点。图6 显示了移动节点切换到一个新的链路上 吣；零篆：1 0 号锣h a ：1 2 0 。蠢 、了、。，：j 辫霸f a 2 ：3 0002 酉一璺 洲：1 2oo 8 c o a ：3 0 00 2 l ：m i p 广播 2 ：m i p 注册请求 3 ：m t p 注册请求 4 ：m i p 注册应答 5 ：m i p 沌艇应答 图6移动i p 的切抉处理 尽管移动p 是一种为移动主机提供接入i n t e r a c t 中及在i n t e r a c t 中移动的解 决方案，但是移动p 有下面一些问题需要解决。首先是前面叙述的移动i p 的 三角路由问题，三角路由增加了分组的传输时延。为了解决移动p 的三角路由 问题，已经提出了移动i p 的路由优化f 3 4 1 。其次移动节点每移动到一个新的代理 域时，需要向其归属代理发送大量的注册和更新消息，频繁的消息更新大大增 加了链路的信令负荷，从而增加了切换与数据分组传送的时延，严重时将会造 成分组的丢失。最后，当移动主机远离其归属网络时，由移动节点的注册产生 的信令负荷也会大大增加，使得时延也大大增加。因此移动i p 只是一种简单的 移动解决方案，只适用于广域移动、相对较慢的移动环境。为了解决节点频繁 切换产生过多的信令负荷问题，相对减少移动节点的注册次数，提出了许多域 内移动的解决方案，或称微移动的解决方案。由于篇幅的原因，这罩着重介绍 分级移动口“”和蜂窝球“。 3 2 分级移动i p 当移动节点远离归属网络时，移动节点的每一次移动都要向其归属代理和通 信节点发送绑定更新信息，频繁的移动会引起网络上过多的信令开销。因此移动 重庆邮电学院硕j ：论文 i p 工作组提出了分级移动i p 的解决方案。 在分级移动中，整个全球移动网络分成多个域( d o m a i n ) ，每一个域形成一 个本地移动域。每一个域由一个网关外地代理( g a t e w a yf o r e i g na g e n t ，g f a ) 管理，并通过g f a 连接至e j # b 部i n t e r n e t 。而与移动节点直接相连的是域的最低 一级接入路由器或称外地代理( f o r e i g na g e n t ，f a ) 。在g f a 和f a 之间可能有一 级至多级r f a ( r e g i o n a lf o r e i g na g e n t ，区域外地代理) 。分级移动i p 的网络 结构如图所示。 图7分级移动i p 的网络结构 在分级移动i p 中，移动节点有两个转交地址，一个是基于g f a 地址的转交 地址( c o a ) 或称域转交地址，一个是基于当前接入路由器的本地转交地址 ( l o c a lc o a ，l c o a ) 。移动节点在同一个域的不同接入路由器中有不同的l c o a ， 但是只要它在同一域内，它的转交地址不变。当移动节点首次进入一个域时，它 从g f a 获得一个转交地址，并向其归属代理注册。注意，移动节点向归属代理注 册的是从g f a 获得的转交地址。 因为，移动节点向归属代理注册的是从g f a 获得的转交地址，所以当移动节 点在相同的g f a 域内移动时，即使移动节点改变当前的接入外地代理，移动节点 的本地转交地址不断改变，但移动节点的转交地址没有改变，移动节点不需要向 其归属代理注册。也即是说，当移动节点在同一域内移动时，移动节点的归属代 理不需要知道移动节点的移动细节。通过这种方式，g f a 向归属代理和通信节点 隐藏了移动节点的移动。 当移动节点在同一域中接入路由嚣间移动时，移动节点只需发送一条本地注 册消息给网关外地代理来更新它在域中的本地转交地址( l c o a ) 。 采用这种分级结构，当移动主机在同一域内移动时，只需要更新相关的 诅 重庆邮电学院硕士论文 或r f a 的位簧信息，通过o f a 向归属代理和通信节点隐藏了移动节点的移动。分 级移动i p 的优点是将移动节点的移动最大限度地本地化，大大减少移动节点移 动时向移动代理和通信节点的注册和绑定更新次数，减少切换时延和网络链路上 的信令开销。 移动节点在一个g f a 所管理的域内移动时，它有两个转交地址，而对于归属 代理和通信节点来说，移动节点仍然通过域转交地址来通信。g f a 每次都为移动 节点截获来自通信节点的分组，并根据域转交地址从绑定信息中找到移动节点当 前的链路转交地址，然后转发给移动节点。只有当移动节点在不同的g f a 域之间 切换时，才向归属代理和通信节点更新归属地址和域转交地址的绑定信息。因此， 移动节点在同一域中的所有移动都对归属代理和通信节点隐藏，因为移动节点的 域转交地址没有改变。 当通信节点向移动节点发送分组时，分组首先被路由到移动节点的归属代 理。归属代理将分组发送到移动节点当前所在域的g f a ，g f a 再将分组发送到移 动节点。 3 3 蜂窝i p 近年来，随着移动通信和h t e r n e t 的迅猛发展，移动通信和i n t e r n e t 相互融 合正逐渐成为研究开发的热点。借用第二代蜂窝移动通信网络的思想，c a m p e l l 等人提出了蜂窝p 【3 5 】f 3 0 l 的思想，用于提供本地移动性管理及切换支持。蜂窝i p 充分利用了蜂窝移动通信系统的移动性管理功能和无缝切换技术，从而支持快 速运动的移动主机无线接入i n t e r a c t 。蜂窝毋也采用了域的概念，将无线接入 网划分为多个域，每个域通过一个或多个网关路由器( g a t e w a y ) 接入i n t e m e t ， 对于移动主机在域内移动的情况，用蜂窝p 协议处理，而对于移动主机在域间 移动的情况，则用传统的移动球协议处理。圈8 示出了蜂窝i p 与移动i p 协同 工作的网络结构。 重庆邮电学院硕士论文 移 动 l p 蝗 窝 1 p 幽8蜂窝i p 的无线接入网和移动i p 蜂窝p 网络模型分为两部分：核心网和蜂窝m 无线接入网。核心网 ( i n t e m e t ) 支持传统的移动p 协议，而无线接入网络则使用蜂窝i p 协议进行 移动性管理。用户从一个接入网移动到另一个接入网由移动疋进行移动性管 理。在每一个接入网内移动则由蜂窝球处理用户的移动。每一个接入网通过网 关路出器( g a t e w a y ，g w ) 连接到i n t o r n e t 。移动主机在接入网络中使用网关的 职地址，这个地址也是移动i p 的转交地址。 3 3 1 蜂窝i p 协议概述 蜂窝i p 技术建立在m o b i l ei p 网络基础之上，充分利用了蜂窝移动通信系 统的移动性管理功能和连接切换机制，来实现蜂窝口网络内部的路由和切换， 图l 给出了蜂窝p 协议的工作方式。蜂窝p 假定移动主机大多数时候在本地 域移动。 蜂窝i p 无线接入网络由蜂窝i p 基站( b s ) 和蜂窝p 网关( g a t e w a y ) 两大 部分组成，基站和网关统称为蜂窝毋节点。蜂窝婵基站，作为网络的无线接 入点，也集成了传统蜂窝系统的移动交换中心( m s c ) 和基站控制器( b s c ) 的功 能。与蜂窝移动通信方式不同的是，蜂窝i p 基站建立在毋分组转发的基础上， 其i p 路由的功能由蜂窝p 路由和位置管理实体来完成。许多个基站组成一个 蜂窝i p 网络，通过蜂窝p 网关接入到i n t e m e t ，蜂窝口网关起到路由和网络 互联的功能。在不同的蜂窝口网关之问，移动主机的全局移动性由m o b i lei p 协议来支持，而在蜂窝p 网关内部，采用蜂窝移动系统的移动性管理和切换 技术来支持移动主机的局部移动性。 重庆邮电学院硕士论文 图9蜂窝i p 的网络结构和分组路由 蜂窝i p 网络内的移动主机将网关的i p 地址作为它的m o b i l ei p 转交地 址( c a r eo fa d d r e s s ，c o a ) ，当有i p 数据包发往移动主机时，首先按照m o b i l e i p 协议原理，到达该移动主机的归属代理，再由归属代理通过i p 隧道将数据 封装发往移动主机所在无线接入网络的蜂窝i p 网关。网关将数据解封装后， 按蜂窝i p 路由方式向基站转发，基站然后按无线方式将分组发往移动主机。在 蜂窝i p 网络内，移动主机就是用其归属地址进行标识，或者说移动主机的地 址就是其归属地址( h o m ea d d r e s s ) ，数据分组不用再进行地址转换和采用隧道 ( t u n n e l l i n g ) 技术，而是可以直接转发给移动主机。当移动主机发送数据分组 时，将分组通过无线方式传输到所在的基站，然后按蜂窝i p 路由通过 h o p b y h o p 方式路由到网关，而网关则通过i p 路由方式将分组发送到 i n t e r n e t 上。 在蜂窝i p 中，位置管理和切换支持都集成在路由功能中。基站定时发送导 引信号( b e a c o ns i g n a l ) ，导引信号中包含所在网关的i p 地址，移动主机通过 该导引信号进行位置确认，以支持广域的移动性。蜂窝i p 节点维护个路由 缓存( r o u t ec a c h e ) ，存储移动主机的i p 地址和