（通信与信息系统专业论文）支持多转交地址nemo协议的实现与测试.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要： 随着以l p v 6 为基础的中国下一代互联网( c n g i ) 和3 g 移动通信网络的部署 和应用，互联网呈现出宽带化，无线化和移动化的特点。多个口设备组成的网络 呈现出整体移动的需求和态势；同时，随着接入技术的不断进步，具有w l a n 、 g p r s 、c d m a 多种接口的终端设备要求能够通过这些无线接口同时接入互联网。 因此，研究移动网络的多接口接入问题具有十分重要的理论意义和现实价值。 作为移动p v 6 协议扩展的网络移动( n e m o ) 协议，可以保证网络在移动时 数据通信的连续性。然而现有的n e m o 协议实现只支持移动路由器使用一个转交 地址与家乡代理进行注册，这样无法支持具有多个接口的移动路由器同时使用这 些接口进行通信。 论文的主要工作是针对现有的n e m o 协议进行必要的扩展和修改，在移动路 由器的多个接口获得各自的转交地址后，能够使用多个转交地址与家乡代理完成 注册，实现同时使用多个接口进行通信。 论文首先综述了n e m o 协议的研究现状和存在的词题，随后详细分析了支持 多转交地址n e m o 协议的基本工作原理，并依据i e t f 草案 d m t t - i c t f - m o n a m i 6 - m u l t i p l e c o a - 0 2 设计了支持多转交地址n e m o 协议的实现目标和 整体框架，按照协议的功能需求划分模块，设计数据结构。 之后，详细阐述了需要修改模块的实现原理和流程，最终在内核为2 6 8 的 l i n u x 平台上实现了支持多转交地址n e m o 协议的软件。 最后在具有多个w l a n 无线接口的移动路由器上对该软件进行了详细的功能 性测试，并给出测试结论。 关键词：移动i p v 6 网络移动协议；多接口；多转交地址 分类号；t n 9 1 5 0 4 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c l w i t ht h ei m p l e m e n t a t i o na n du t i l i z a t i o no fc h i n an e x tg e n e r a t i o n n t e m e t ( c n o ba n d 3 gc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r kb a s e d0 1 1i p v 6p r o t o c o l ，i n t e r n c th a sb e c o m ew i d e - b a n d e d , w i r e l e s sa n dm o b i l e n e t w o r kc o n s i s t i n go fm u l t i p l ei pd e v i c e sh a st l mt e n d e n c yt o r o a mt o g m h e r m e a n w h i l e , t e r m i n a l sw h i c hh a v et h es u p p o r tf o rt w oo rt h r e ea t , t o s s t e c h n o l o g i e sa r ea p p e a r i n g t h i so p e n st h ep o s s i b i l i t yo fu s i n gm u l t i p l ea c c e s st y p e s s i m u l t a n e o u s l y , w i t he a c ha c c 雠u s e dt ot r a n s p o r tt h et r a f 矗cf o rw h i c hi t i sm o s t a p p r o p r i a t e s oi t sn e c e s s a r ya n di m p o r t a n tt of o c u so nm u l t i p l ea o c o $ 8o fm o b i l e n e t w o r k n e t w o r km o b i l i t y ( n e m o ) p r o t o c o lp r o p o s e db yi e t fb a s i c a l l ys u p p o r t sh a n d o f f sf o r i p v 6m o b i l en e t w o r l 【h o w e v e r , t h i sp r o t o c o ld on o tt o d a yp r o v i d es t a n d a r d i z e ds u p p o r t f o rs i m u l t a n e o u sd i f f e r e n t i a t e du s eo fm u l t i p l ea c c 船st e c h n o l o g i e s b e c a u s en e m o a l l o w s m o b i l e r o u t e r t or e g i s t e r t o i t s h a w i t h o n l y o n e c a r e - o f a d d r e s s t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e s0 1 1i m p l e m e n t a t i o na n dt e s t so fn e m om u l t i p l ec a r e - o f a d d r e s s e sr e g i s t r a t i o n f i r s t l y , t h eb a c k g r o u n do f n e m oi ss u m m a r i z e d , a n di t sr e s e a r c h a c t u a l i t i e sa n di s s u e sa r ea l s or e v i e w e d s e c o n d l y , t h ep r i n c i p l e sa n dm e c h a n i s m so fn e m om u l t i p l ec a r e - o fa d d r e s s e s r e 百s t r a f i o na r ea n a l y z e di nd e t a i l ，t h e nt h es o f t w a r ea r e h i t e c t u r ei sp r o p o s e da c c o r d i n g t or f c 3 9 6 3a n dd r a f l - i e t f - m o n a m i 6 - m u l t i p l e e o a - 0 2 ，w h i c hi sd i v i d e di n t os e v e r a l m o d u l e si nk e r n e la n du s e rs p a c e , a n dt h er e a l i z a t i o no fe a c hi m p o r t a n tm o d u l ei s d e s c r i b e dd e t a i l e d l y , a n dt h i sp r o t o c o ls o t h v a r ei sr e a l i z e do nt h el i n u x2 6 8k e r n e l p l a t f o r m f i n a l l y , t h et e s te n v i r o n m e n ti ss e tl | pf o rt h i ss o f t - w a r e , t h et e s tm e t l - 蛾! a n dp r o c e a sa r e a l s oi n v o l v e d , a n di t i sc o n c l u d e dt h a tt h i ss o f t - w a r eh a sf u n d a m e n t a lf u n c t i o n so f n e m o m u l t i p l ec a r e - o f a d d r e s s e s 佗g l s t r a t i o r l k e y w o r d s ：m o b i l em v 6 ；n e m d ；m u l t i p l ei n t e r f a c e s ；m u l t i p l ec a r e - o f a d d r e s s e s c l a s s n o lt n 9 1 5 ，0 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学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， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 评哆 签字日期：纠年，垂月衫e t躜 北京交通大学硕士学位论文 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学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了谢意。 学位论文作者签名： 彳弄： 签字日期：7 , , - 7 年脑月矿e l 6 0 致谢 致谢 本论文的工作是在我的导师张宏科教授的悉心指导下完成的，张宏科教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢多年来 张老师对我的关心和指导。 周华春教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向周老师表示衷心的谢意。 秦雅娟教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期闻，郜帅老师、关建峰博士、刘君、李昭桦、何 达、瞿伟、肖伟思等同学对我平时的研究工作和论文给予了热情帮助，在此向他 们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。感谢母校北京交通大学为我创造一个舒适的学习工作环境。 引言 1 引言 1 1 研究背景 随着信息技术的迅猛发展，互联网和移动通信都发展到了一个前所未有的新 阶段。在中国，已经建立起2 5 g b p s 1 0 g b p s 速率连接全国2 0 个主要城市的下一 代互联网核心网c e r n e t 2 ，为全国几百所高校和科研单位提供1 1 0 g b p s 的高速 接入服务。同时，作为移动通信的新一代技术3 g 。也完成了大规模的测试和网络 部署，即将投入商用。无论是下一代互联网还是3 g 移动通信网络，都把m v 6 协 议作为网络层的核心技术。 互联网或是移动通信网络的终端，对移动性支持也有了更高的要求。一方面， 用户不再满足于简单的主机移动，而更倾向于一系列的球设备组成的网络整体移 动。这样可以实现飞机，轮船，火车的上移动网络接入互联网，或者个人的p ，设 备组成的网络( 个人区域网络，移动电话，音乐播放器，p d a 和人们能够携带的 其他设备组成的小型网络) 可以通过起移动路由作用的移动电话连接到互联网。另 一方面，支持w l a n ，g p r s ，c d m a 等多种模式的移动终端( 比如，p d a ，- 笔 记本电脑，手机等) 越来越多的出现人们的生活中。用户希望在使用这些设备时， 能够随时根据业务需要，选择某一种模式的接口进行通信，或是同时使用这些接 口进行通信。 i e t f 的无线、移动主机工作组( n u p 6 ) 在主机移动性支持方面讨论了很久， 最终产生了移动l p v 6 协议，即在i p v 6 中加入了移动功能。针对网络移动性的支持， i e t f 在2 0 0 3 年“月成立了网络移动性( n e m 0 ) 工作组，目标是在整个网络移 动时，通过移动路由器改变接入点，与家乡代理进行注册，建立隧道，保持移动 网络的通信连续性。 然而，随着无线接入技术和宽带传输技术的开发和应用，如b l u e t o o t h ，i e e e 8 0 2 1 l a b g ，w i m a x ，c d m a ，g p r s 等，人们的生活中出现了许多不同应用的 网络，比如w 跆n ( w h i e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) ，w l a n ( 删e s sl o c a la r e a n e t w o r k ) ，w m a n ( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na l - c an e t w o r k ) ，3 g 移动通信网络等。 这些网络在接入技术、覆盖范围、传输速率上不尽相同，彼此相互独立却又相互 嵌套，呈现出多元化的特点。面对这样的网络，无论是为单机设计的移动i p v 6 协 议，还是为简单网络设计的移动网络协议n e m o ，都不再能很好满足当前这样融 合多种模式，拓扑结构复杂的网络对移动性管理的要求。针对这种情况，i e t f 和 北京交通大学硕士学位论文 国外的研究组织，已经开展一些相关的讨论和研究。 1 2 国内外研究现状 1 m t fm o n a m i 6 工作组 越来越多的移动终端上配置了多个不同接入技术的无线接口，同时使用这些 接口进行通信有着许多显而易见的好处，比如随时接入，流量重定向，负载平衡， 负载共享，带宽聚合等。i e t f 的m o n a m i 6 工作组【l l ( m o b i l en o d e sa n dm u l t i # e i n t e r f a c e si nl p v 6 ) 针对这种情况，提出了一系列草案，分析多接口情况下的应用 场景和需求；提出了具有多接口韵移动节点在配置移动口v 6 协议需要讨论的问题； 并基于现有的n e m o 协议，提出使用多个转交地址进行注册，以实现移动节点使 用多个接口同时进行通信。相关的草案如下： 1 ) m o t i v a t i o n sa n ds c e n a r i o sf o ru s i n gm u l t i p l ei n t e r f a c e sa n dg l o b a la d d r e s s e s 提出了配置节点多家乡的动机和需求【2 1 ：分析了多家乡的两种情况：一个接口 多个前缀和多个接口；最后提出了接口地址选择、失败恢复机制、传输性能改变 等一系列需要讨论的问题。 2 1a n a l y s i so f m u l t i h o m i n gi nm o b i l ei p v 6 提出了在多家乡节点上配置移动i p v 6 协议的几种可能的场景【3 】1 分析由此带 来的i p v 6 相关的问题，比如失败发现、路径发现、路径选择、注入过滤等；分析 移动i p v 6 相关的问题，比如多转交地址注册、同时位于家乡网络和外地网络、家 乡代理注册等。 3 ) m u l 卸l e c a r e o f a d d r e s s e sr e g i s t r a t i o n 基于现有的n e m o 协议机制，提出采用多个转交地址进行注册【4 l 。为此，需 要对现有的n e m o 协议进行扩展，提出新的数据结构。改进现有的绑定更新流程， 实现多转交地址的注册。本论文的主要工作就是在该草案的基础上展开的。 另外，在i e t fn e m ot 作组提出了关于多家乡n e m o 的分析( a n a l y s i so f m u l t i h o m i n g i nn e t w o r km o b i l i t ys 印p o 一5 1 ) ，以移动路由器、家乡代理、移动子网 前缀为3 个元素，划分了共九种多家乡的配置情况，提出了一系列配置多家乡产 生的问题。 2 膳t fs h m 6 工作组 i e t f 的s h i m 6 工作组【6 】( s i t em u l t i h o m i n gb yi p v 6i n t c r m c d i a t i o n ) 主要讨论对 象是那些具有多家乡的，可以获取多个不同前缀的地址的l p v 6 站点。如果站内主 机使用不同的地址访问站点，当站点的某个地址不可用时，原来使用该地址访问 站点的主机无法在保持原来应用程序不受影响的情况下切换到另一个站点地址继 2 引言 续访问。因此，1 e t fs h i m 6 工作组提出安插s h i m 协议【7 】位于m v 6 协议栈的网络层 和传输层之间，这样主机可以使用一系列地址对站点访问，并且在不影响上层应 用程序的基础上切换地址对站点进行访问。 对于上层的应用程序来说，只有一个固定的站点地址，该地址是由s h i f f l 协议 提供，而实际地址的改变对上层是透明的。i e t fs h i m 6 工作组的工作不涉及节点 的移动性支持，但是这种安插中间层协议，使得上层应用与底层接口地址无关的 思想可以借鉴到移动口v 6 节点的多接口切换中。 3 一些组织的研究情况 1 ) n a u t i l u s 6w o r k i n gg r o u p n a u t i l u s 6 工作组【埘是日本w i d e 组织的一部分，主要从事移动i p v 6 的优化工 作，使之能够更好的应用在实际环境中。n a u t i l u s 6t 作组主要的研究范围包括： 主机移动，子网移动，多家乡子网，无缝切换，移动中的安全接入控制。该工作 组在l i n u x 平台上开发了一系列移动口v 6 协议的软件，其中关于多家乡子网的研 究是以i e t fm o n a m i 6 工作组的多转交地址草案为基础，在2 6 1 6 内核l i n u x 乎台 下实现了支持多转交地址n e m o 协议的代码，该代码在m i p ln e m o - 0 2 软件基 础上初步实现了多转交地址注册部分功能，但是还存在着许多问题，仍在完善中。 2 1m o b i l e 婵v 6f o rl i n u x ( m m l ) m i p l 9 j 是由赫尔辛基大学组织的一个移动i p v 6 研究团队，从1 9 9 9 年开始了 移动口v 6 协议在l i n u x 平台上的代码实现工作。代码主要包括移动i p v 6 协议和 n e m o 协议软件，其中移动l p v 6 代码的最新版本是2 0 2 ，运行在l i n u x2 6 1 6 内 核下，n e m o 协议代码的最新版本是0 2 ，运行在l i n u x2 6 1 5 内核下。上面提到 的n a u t i l u s 6 工作组关于多转交地址n e m o 协议的代码，正是基于m i p l 的n e n l 0 0 2 代码修改实现的。 1 3 选题意义 综上所述，现有的移动i p v 6 协议和n e m o 协议，都不能满足具有多模接入的 网络对移动性支持的要求。如何实现移动网络的多个接口同时接入互联网，从而 让用户可以根据自己的需要选择合适的接口进行通信，在当前具有非常重要的现 实意义。i e t fm o n a m i 6 工作组提出的多转交地址注册，将现有的n e m o 协议作了 必要的扩展和修改，为实现移动网络的多接口应用，在理论上提出了建设性的解 决方案。 同时n e m o 协议已经相当成熟。大部分的u n i x 和类u n i x 操作系统，以及 w i n d o w sx p 已经支持移动i p v 6 协议；各种基于i p v 6 的应用软件，如浏览器、实 3 北京交通大学硕士学位论文 时通信工具、f i p 、t e l n e t 、视频点播等也开始应用或正在开发。坤v 6 软件体系的成 熟为n e m o 协议的研究实现提供了良好的开发平台，w l a n ，移动通信网络的广 泛应用也为建立好的无线实验环境提供了有力的保证。 不难看出，随着互联网技术和无线接入技术的发展，多接口移动网络将会广 泛应用到家庭，商业，农业，工业等各个领域。多接口移动网络的研究和应用对 推进个人移动通信将具有非常重要的意义，在理论和技术实施上也是可行的，因 此对支持多转交地址n e m o 协议的研究与开发迫在眉睫。 1 4 论文主要工作 本论文所做工作是国家自然科学基金项目“移动互联网络理论与关键技术” 和国家发改委项目“互联网和移动通信融合的业务试验”的一部分，旨在研究 n e m o 协议的基础上，在l i n u x2 6 8 平台实现支持多转交地址n e m o 协议软件的 实现和测试。 本论文主要工作是以m i p ln e m o - 0 1 代码为基础，对现有n e m o 协议进行扩 展和修改，实现多转交地址注册功能。并在具有多个i e e e8 0 2 1 i b 无线网卡的移 动路由器上安装本代码，结合北京交通大学下一代互联网研究中心移动口实验网 络，进行相应的功能测试。 论文的组织结构如下 第一章，引言。阐述了本论文的研究背景和意义，列出了论文的主要工作和 组织结构。 第二章，相关技术原理分析。首先分析了n e m o 协议的基本原理，介绍多家 乡，多接口，多转交地址的概念；最后重点介绍了多转交地址注册n e m o 协议的 实现原理。 第三章，支持多转交地址n e m o 协议的模块设计。分析了支持多转交地址 n e m o 协议实现的具体目标，并针对目标提出了总体设计方案。 第四章，支持多转交地址n e m o 协议的模块实现。详细阐述了l i n u x2 6 8 内 核下支持多转交地址n e m o 协议的实现，包括重要数据结构的分析、用户空间功 能模块的设计实现。 第五章，支持多转交地址n e m o 协议的溅试。给出试验测试环境，针对支持 多转交地址n e m o 协议进行测试。 第六章，总结和展望。总结了在代码实现和测试中遇到的问题，并提出了今 后的工作方向。 4 相关技术原理分析 2 相关技术原理分析 2 1 网络移动( 删o ) 协议 移动i p v 6 协议【1 0 】作为i p v 6 协议的扩展，最初是为了实现单个节点的移动性支 持。但是随着研究的深入和应用的推广，彼此之间相对拓扑稳定的节点群组成的 网络也存在对移动性支持的需求，比如火车、飞机、轮船上的网络等为此i n t e r n e t 工程任务组( i e 曙) 专门成立了n e m o 工作组进行相关问题的研究，定义了n e m o 协议的基本支持内容，工作原理。最近的工作是对n e m o 协议在飞机，公路，个 人等不同应用场景下的路由优化问题进行研究。 网络移动性( n e m o ) 基本支持协议【l l 】可以让移动网络连接到互联网的不同 地方。此协议是在移动i p v 6 协议上的扩展，在移动路由器( m r ) 改变其在互联 网上的连接点时，确保移动网络内部的所有节点仍旧保持会话的连续性。它还在 网络进行移动时，为所有移动网络内节点提供连接性和可达性。该解决方案不仅 支持移动节点( m n ) ，也支持不具有移动性的主机。将网络连接到互联网上的移 动路由器及其家乡代理( h a ) 运行n e m o 基本支持协议，使得移动网络的移动性 对其内部的节点保持透明。 n e m o 协议基本原理如下： 当m r 从它的家乡链路移动并连接到一个新的路由器上，它在访问的链路上 获得一个转交地址( c a r e - o fa d d r e s s ，c o a ) 。m r 可以在任何时间作为m n 或者 m r 工作，当它拥有自己产生的会话时，就作为一个移动主机存在，如移动口v 6 中的m n ，进行家乡注册；如果m r 希望作为一个移动路由器并为移动网络内的节 点提供连接服务，它需要将绑定更新( b u ) 中标志位r 置位再发送给h a ，在b u 中可以包含移动网络前缀信息，如图2 1 所示。h a 为每一个前缀建立到m r 的c o a 的转发关系。这样h a 就能将发往它连接的移动网络内部节点的数据包转发到该 m r 。 5 北京交通大学硕士学位论文 图2 1 n e m o 中的m r 注册 f i g u r e2 1m rr e g i s t r a t i o ni nn e m o h a 通过给m r 发送一个b a 来确认b u 。一个设置了移动路由器标志位( r ) 的b a 表示家乡代理已经为移动网络建立了转发关系。一旦绑定过程完成，一个双 向隧道就在家乡代理和移动路由器之间建立起来了。该隧道的端点是m r 的c o a 和h a 的地址。m r 所在的移动子网的数据，全部通过隧道到达h a ，h a 将数据 包解封装，然后转发到通信对端( c n ) 。对于由它自身产生的流量，移动路由器 可以使用反向隧道，也可以使用m i p v 6 中描述的路由优化。 m r 的网络前缀应该在h a 处综合并且通告。这样通过通告到移动网络前缀的 路由信息，h a 可以收到目标是移动网络的数据包。当一个数据包由c n 发送到移 动网络的内部节点，它首先路由到m r 当前绑定的h a ，h a 将该包隧道到m r 当 前的c o a 。m r 解封装该数据包并将其转发至0 相应的目的地址。 在现有的n e m o 协议规范r f c 3 9 6 3 中规定了m r 可以获得多个转交地址，但 是只能选用一个转交地址作为主转交地址与h a 进行注册。这样就无法满足具有 多个无线接口的m r 同时使用这些接口进行通信的需求。 2 ，2 多家乡、多接口与多转交地址 多家乡，多接口、和多转交地址，是三个既不尽相同，又有着相互联系的概 念。使用这三个不同的术语描述i p v 6 节点时，表明节点具有不同的网络接口和位 于不同的链路拓扑中。下面分别介绍这三个术语的含义和相互关系。 6 相关技术原理分析 2 2 1 多家乡 i e t f 对多家乡的定义是【2 】：如果一个i p v 6 节点( 无论它是主机还是路由器) 是多家乡节点，那么它具有多个i p v 6 地址可供选择，具体可分为两种情况： 1 1 多前缀 节点所连接的链路上通告着多个地址前缀。 多接口 节点具有多个接口可供选择，这些接口可能连在同一个链路或是多个链路上。 由此可见，一个多家乡节点具有多个地址，可能是它只有一个接口，在这个 接口获得多个前缀从而获得多个地址；或是它具有多个接口，每个接口具有一个 或多个地址。对于n e m o 协议中的实体m r 和h a 来说，都可以扩展成多家乡的， 这样带来的好处主要有： 1 ) 永久的无处不在的接入 节点如果具有多个不同接入技术的接口，比如w l a n 和c d m a ，就可以选择 不同的接口实现在任何时间、任何地点永久的接入躅络。 2 1 可靠性 为了保证通信的可靠性，可以在多个接口上，经过不同的路由同时传输同一 个数据流，这样可以在一个接口通信发生故障时，保证通信的连续性。这对一些 实时业务是非常重要的。 3 ) 流量重定向 可以将流量从一个接口或是一个地址，在无需重新初始流量的情况下，重新 选择其它接口或是地址进行传输。 4 ) 负载共享 将不同的流量分配到不同的路径进行传输，可以通过不同的接口或是不同的 地址。 5 1 负载平衡 将一个流量分配到不同的路径进行传输。通常选择根据路径的传输速率和性 能选择接口或地址。 6 ) 性能设定 用户、应用程序或是i s p 可以根据网络开销、效率、策略、带宽要求等性能 要求来选择不同的接入技术。 7 ) 带宽聚合 多个接口同时接入网络，可以增加用户总共的可用带宽。 7 北京交通大学硕士学位论文 2 2 2 多接口 从上一节的分析可以看出，多接口实际上是多家乡的一种情况，节点可以从 多个接口上获得多个地址，这种配置带来的好处和多家乡类似，在此不作赘述。 2 2 3 多转交地址 转交地址( c a r e - o f a d d r e s s ，c o a ) ，是指移动i p v 6 中的m n 或m r 移动到外 地时，在外地链路获得的地址。多转交地址是指m r 在外地获得了多个转交地址， 有两种情况， 1 ) m r 具有一个接口，在这个接口上获得了多个转交地址； m r 具有多个接口，每个接口获得了一个或多个转交地址。 如果获得多转交地址的m r 同时使用这多个地址向一个h a 或多个h a 进行 注册，建立多条隧道，并且可以同时利用这些地址进行通信，则称为多转交地址 注册。 2 3 多转交地址注册 在现有的移动口v 6 协议规范r f c 3 7 7 5 中指出，一个移动节点可以拥有多个转 交地址，但是只能用一个转交地址( 通常称为主转交地址) 与h a 或是c n 进行注 册。所以我们需要扩展现有的移动i p v 6 和n e m o 协议，实现和m n 一个家乡地 址绑定的多个转交地址能够同时进行注册。为此，需要引入一个新的识别号码， 这个识别号码携带于每个发给接收者的绑定更新中，用来区分同一个家乡地址的 不同绑定。下面详细介绍n e m o 协议实现多转交地址注册的工作原理。 2 3 1 多转交地址注册过程 当m r 在一个或多个接口上获得多个转交地址后，如果希望向h a 进行多转 交地址的注册，需要首先为每个转交地址生成唯一的绑定识别号码( b i n d i n gu n i q u e i d e n t i f i c a t i o nn u m b e r ，b i d ) ，并将每个b m 记录在绑定更新列表里。之后，m r 将转交地址和b i d 放入绑定更新( b u ) 的绑定识别子选项( b i n d i n gu n i q u ei d e n t i f i e r m t b - o p t i o n ) 中，发送给h a 。m r 在向h a 进行多个转交地址的注册时，既可以为 每个转交地址使用单独的b u ，也可以在一个b u 里同时存放多个转交地址。 当h a 收到b u 后，将绑定识别子选项中的信息保存到绑定缓存中。h a 查找 s 相关技术原理分析 该b i d 的绑定条目，如果存在，进行更新：如果不存在，即使已经存在了该m r 的绑定条目，仍需为该b i d 建立一个新的绑定条目。之后，向m r 发送包含着绑 定识别子选项的b a 。在m r 收到b a 后，完成注册，建立多条移动口v 6 隧道， 不同的隧道两端地址分别是不同的转交地址和h a 地址。图2 2 为多转交地址注册 示意图。 h a 绑定缓存 m rh o a ，c a l e o f a d d r e s s1 。b i d l t e s s2 r e s s 3 图2 2 多转交地址注册 f i g u r e2 2m u l t i p l ec a r e - o f a d d r e s s e sr e g i s t r a t i o n 从图2 2 可以看出，m r 具有两个无线接口e t h 0 和e t h l ，当移动到外地时，e t h 0 和e t h l 分别从a r l 和a r 2 上获得了三个转交地址，之后m r 将转交地址和b i d 保存在b u 中发送给h a 。h a 在收到b u 后，在绑定缓存中分别建立了三个关于 该m r 的绑定条目，最后h a 发送b a ，完成注册。 2 3 2 多个绑定的管理 除了移动节点的家乡地址，b i d 也是用来在绑定缓存中查找对应的绑定条目。 当家乡代理为某个移动节点查找对应的绑定，需要使用家乡地址和b i d 在绑定缓 9 北京交通大学硕士学位论文 存数据库中查找对应的条目；如果没有找到对应的条目，则使用家乡地址按照移 动i p v 6 协议要求的方式进行查找。 当移动节点的其中一个转交地址发生改交时，移动节点发送一个包含着新的 转交地址和b i d 的b u 给家乡代理。家乡代理在绑定缓存中根据b u 中的b i d 来 替换新的转交地址，这样移动节点可以使用b i d 来独立的处理每一个绑定。 如果移动节点决定不使用多转交地址，而作为一般的移动节点，只需发送一 个不包含绑定识别子选项的b u 。接收者只为移动节点注册单一的绑定，如果需要， 还可以将原来的多个绑定删除，这样，移动节点又可以使用现有的移动口v 6 协议 或n e m o 协议工作。 2 3 3 移动节点返回家乡 移动节点在移动过程中，可能出现某一个接口接入家乡链路，而其它接口仍 在外地，如图2 3 所示。图中的m re t h 0 接口接入家乡链路，e t h l 接口仍然接入外 地链路。因为之前家乡代理为移动节点的家乡地址使用代理邻居通告，为了使用 移动节点的多个接口，可能存在着两种情况。如果停止代理邻居通告，则所有的 数据路由到移动节点回到家乡链路的接口；如果代理邻居通告不停止，则数据不 会路由到家乡链路的接口。这两种情况的判决，可以由移动节点或是网络配置决 定。 图2 3 移动节点的接口分别接入家乡和外地 f i g u r e2 3h a t e f f a c e so f m ra e e s s i n gh o m ea n df o r e i g na r e a i o 相关技术原理分析 如果是第一种情况，移动节点希望使用回到家乡链路的接口，则需要解注册 所有的绑定。移动节点发送一个生存期为零的b u ，接收者在收到这个b u 后，从 绑定缓存中删除所有绑定条目，之后停止代理邻居通告。 如果是第二种情况，尽管一个接口接入家乡链路，移动节点仍希望使用外地 链路的节点进行通信。这时移动节点发送一个包含绑定识别子选项的b u ，为了给 接入家乡链路的接口进行解注册。当接收者收到b u 后，从绑定缓存数据库中删除 对应这个接口的绑定条目。家乡代理仍然为移动节点其它在外地的接口继续使用 代理邻居通告。 2 3 4 对n e m o 协议的扩展 为了实现多转交地址注册，m u l t i p l ec a r e - o f a d d r e s s e s 黜画s 虹a t i 伽一引入了新 的概念和术语，并对n e m o 的一些数据结构和消息格式进行了必要的扩展。 1 ) 绑定识别号码( b i d ) b i d 是用来识别多个绑定的号码。m r 为多个绑定分配不同的b i d 。在生成 b i d 后，m r 把它保存在绑定更新列表中，同时保存在b u 的子选项中发送给h a 。 一个b i d 唯一对应一个转交地址，以及关于这个转交地址的绑定。 2 ) 块注册( b u l kr e g i s t r a t i o n ) 移动节点可以在一个b u 中注册多个绑定，这成为块注册。块注册只支持家乡 注册和解注册，不支持和c n 的注册。 3 ) 绑定识别子选项( b i n d i n gu n i q u ei d e n t i f i e rs u b - o p t i o n ) 为了存放b i d 和转交地址，定义了一个新的子选项类型绑定识别子选项。 该字选项可以存放在绑定更新，绑定确认，绑定刷新请求，c a r e - o f t e s t i n i t 和c a r e - o f t e s t 等消息中。绑定识别子选项格式如图2 3 所示。 t y p e = t b dl e n g t h a i n d i n gu n i q u ej df b t o ) p r i o r i t y s t a t u sc0 r e s e r v e d c a r e - o f a d d r e s s ( c o a ) 图2 3 绑定识别子选项格式 f i g u r e2 3b i ds u b o p t i o n t y p e ： 子选项类型。现在t f 还没有确定。本论文实现的代码中设定为7 北京交通大学硕士学位论文 l e n g t h ： 子选项长度。当标志位c 没有设定时，长度设定为4 ；当标志位c 设定时， 长度设定为2 0 。 b i n d i n g u n i q u ei d ( b i d ) ： 绑定识别号码。该b i d 是唯一分配给该绑定的，是1 6 比特无符号整数。0 保 留。 p r i o r i t y s t a t u s ： 优先级状态。当绑定识别子选项位于b u 中时，这部分代表该绑定的优先级， 接收者可以根据该优先级来决定使用哪个绑定来转发数据。优先级是8 比特的无 符号整数，数值越高，优先级越高。 当绑定识别子选项位于b a 中时，这部分代表该绑定对应的状态。移动节点在 收到后能够识别该状态。如果状态小于1 2 8 ，则表明该绑定注册成功。 c a r e - o f a d d r e s s ( c ) f l a g ： 当该标志位设定，表明在绑定识别子选项存储着对应该b i d 的转交地址。这 个标志位只有在块注册时使用。 o v e r w r i t e ( o ) f l a g ： 当该标志位设定，表明移动节点请求家乡代理覆盖所有绑定条目中的绑定； r e s e r v e d ： 6 比特保留位。 c a r e - o fa d d r e s s ： 只有在c 标志位设定时，该部分的转交地址被储存到绑定条目中。这部分只 有在b u 中有效。 4 ) 绑定确认的扩展 在绑定确认( b a ) 中，有一状态位用来表示绑定是否成功以及绑定出错的原 因。现在扩展了状态错误类型，来表示多转交地址注册出错的原因。 h l ( j 0 a p r o h i b n e d ( t b d ) 表示多转交地址注册被拒绝。 m c o ab u l kr e g i s t r p ( r i o nn o ts u p p o r t e d ( t b d ) 表示不支持块注册。 m c o a f l gc o n f l i ( 玎s ( t b d ) 表示多个子选项的标志位矛盾。 5 ) 绑定缓存和绑定更新列表的扩展 在绑定缓存和绑定更新列表中，需要添加以下数据。 b i d ：该绑定对应的b i d 。如果b u 中没有绑定识别子选项，则b i d 必须设为 1 2 相关技术原理分析 绑定缓存条目的优先级：o 表示没有优先级，2 5 5 表示对应的绑定设为移动节 点的默认绑定。 1 3 北京交通大学硕士学位论文 3 支持多转交地址n e m o 协议的模块设计 支持多转交地址n e m o 协议软件模块需要实现的协议原理是m u l t i p l ec a r e = o f a d d r e s s e sh g i s 缸鲥【4 】中说明的内容。本软件模块设计是基于m i p l 的n e m o 协 议代码n e m o - 0 1 ，论文的主要工作是对相应的模块和数据结构进行扩展和修改， 以实现多转交地址注册的功能，并最终运行在l i n u x2 6 8 内核平台上。本章首先 介绍m i p ln a r f l o - 0 1 代码实现原理，然后依照软件工程的要求给出支持多转交地址 n e m o 协议的模块设计方案。 3 1m i p ln e m o 一0 i 实现介绍 m i p l n e m o - 0 1 代码分为内核实现和用户空间实现，两者缺一不可。内核部分 完成以套接口的方式进行数据包的封装和传输，应用空问进行协议消息的处理、 绑定更新和绑定更新列表的维护等功能。两者之间通过套接口 1 2 1 ( 系统提供和 m i p l 内核部分提供) 完成交互。 m i p ln e m o - 0 1 在用户空间主要完成各种协议消息的处理、路由和接口的管 理、移动检测、绑定更新的维护等等。 m i p l n e m o - 0 1 对内核通过补丁的形式对内核作了大量的修改。主要包括两方 面的内容：基本协议的实现和m i p v 6 转发过程的实现。基本协议实现包括移动i p v 6 的移动数据包构建，协议调用的接口等。 m i p ln e m o - 0 1 在运行中，各个模块之间需要进行复杂的数据交换和事件触 发，它可能需要同时处理多路任务：对接口、链路和路由信息的管理；对l c m p 消息的接收和处理；对移动i p v 6 报文的接收、处理和发送；对c o a 超时等任务调 度的处理等。因此m i p ln e m o - o 1 采用多线程的设计思想1 4 l 来高效的处理协议的 通信事件。 m i p l n e m o - o 1 在开始运行后，建立了多个s o c k e t 通信和监听线程，从而能够 根据移动检测，接收i c m p 等事件随时进行触发，把握状态的变化，保证通信的 连续性。 3 2 支持多转交地址n e m o 协议的设计 支持多转交地址n e m o 协议的软件是基于m i p ln e m o - 0 1 代码，因此本论文 主要工作是根据n e m o 协议的功能需求进行模块划分，在实现原有的基本n e m o 1 4 支持多转交地址n e m o 协议的模块设计 的所有功能基础上，修改一部分数据结构，解析和构造报文模块，接口信息和路 由表更新模块，移动检测模块，绑定模块，以实现多转交地址注册n e m o 的基本 功能。 3 2 1 实现目标 本文所实现的是基于l i n u x2 6 8 内核系统的n e m o 协议，能够运行在以太网、 w l a n 、g p r s 、c d m a 等混合网络中，保证数据的转发和移