（通信与信息系统专业论文）多模移动终端的移动ip功能设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = 摘要 移动i p 协议是一种支持移动用户和因特网连接的互连技术，它能够使移动用 户在移动自己位置的同时无需中断正在进行的因特网网络通信。移动i p 有望取代现 有移动通信系统中的各种移动性管理协议，从而完成移动通信网络的全i p 化“1 。当 前市场上存在着多种可承载移动i p 的无线接入技术( 如c d m a 2 0 0 0 ，g p r s ，w l a n ， p d m a 等) ，但主流移动i p 系统的移动台端实现均通过优先级策略选定当前代理，即 以代理管理为中心实现移动i p 协议。这些方案既难以向拥有多种接入手段的多模移 动终端提供所需的跨媒体垂直切换能力，也不利于移动i p 协议本身在w i n d o w s 平台 下的实现& ，产一一 本文给出了w i n d o w s 平台下一种改进的移动i p 客户端设计方案1 3 1 # 与传统的实 现不同，本设计以链路管理为中心，通过加入链路管理器，使多模移动终端获得了 真正的跨媒体垂直切换和快速平滑切换能力。作为一个附加组件，链路管理器负责 链路的选择和管理所有底层网络设备，并为移动i p 协议核提供处理协议包的接口。 本课题旨在为w i n d o w s 移动终端提供能跨越多种有线无线接入手段的平滑切换 能力。首先，本文给出了移动i p 的理论和发展现状。接着，在分析协议实现与操作 系统间关系的基础上，探讨了在w i n d o w s 操作系统下实现移动i p 客户端的问题与难 点。一些实现中的一些技术细节也被列出，使读者对本方案能有一个全面的了解。 第i 章给出了具体的方案设计和实验得出的数据记录和结论。实践证明，本方案有 一定的创新性，尤其是在移动i p 的应用领域有较大的实用价值。 关键词：多模移动终端?移动i p i w i n d o w s 链路管理； 华中科技大学硕士学位论文 = = 自= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 a b s t r a c t t h em o b i l ei pp r o t o c o li sa ni e t fr f ct h a ts u p p o r t st r a n s p a r e n th o s tm i g r a t i o ni nt h e i n t e m e t i ti s l i k e l y t h a tm o b i l ei pw o u l dt a k et h e p l a c e o fa l l e x i s t i n gm o b i l i t y m a n a g e m e n tp r o t o c o l s a n dd o m i n a t e st h ef o r t h c o m i n ga l l - i pw i r e l e s sn e t w o r k s n o w a d a y s t h e r ea r eav a r i e t yo fw i r e l e s si n t e r f a c e s ( c d m a 2 0 0 0 ，g p r s ，w l a n ，p d m ae t c ) a v a i l a b l et oa c c e s si n t e r n e t ，b u tc u r r e n tm o b i l ei pp r o t o e 0 1i m p l e m e n t a t i o n so fm o b i l e t e r m i n a lh a v e a l w a y s s e l e c t e d a g e n tb a s e do na g e n tp r i o r i t y i t s d i f f i c u l tf o rs u c h i m p l e m e n t a t i o n s t op r o v i d et r u em o b i l i t ym a n a g e m e n ta c r o s sh e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t s a n dh a r df o rt h e mt om i g r a t et ow i n d o w s p l a t f o r m t h i s p a p e rp r e s e n t sa m o b i l ei pi m p l e m e n t a t i o nu n d e rt h ew i n d o w s o p e r a t i n gs y s t e m f o rm u l t i - m o d em o b i l en o d e s d i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a l i m p l e m e n t a t i o n s ，t h i s i m p l e m e n t a t i o n i sb a s e do n l i n k m a n a g e m e n tm e t h o d o l o g y b ya d d i n g as m a r t c o m p o n e n t ，w h i c hi sc a l l e dl i n km a n a g e r , w ea c h i e v et r u em o b i l i t ym a n a g e m e n t a c r o s s h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s se n v i r o n m e n t sf o rm u l t i - m o d em o b i l en o d e sa n df a s td e t e c t i o no f c h a n g e si np o i n t so fa n a c h m e n tt oan e t w o r k l i n km a n a g e ri s a l la d d - o nc o m p o n e n tt o w i n d o w sp l a t f o r m ，w h i c hh a n d l el i n ks e l e c t i o na n d m a n a g ea l lt h eu n d e r l y i n gd e v i c e s b y u s i n gl i n km a n a g e r , m o b i l e i pp r o t o c o lc o r ec a l lg e ta n ds e n dm o b i l ei ps i g n a lp a c k e t s t h em a i nc o n t r i b u t i o no ft h ed i s s e r t a t i o ni st o p r o v i d e s e a m l e s sh a n d o f ff o r m u l t i - m o d em o b i l en o d e si nw i n d o w s p l a t f o r m f i r s to fa l l ，t h eh i s t o r yo fm o b i l ei pi s d e s c r i b e d t h e nt h em o b i l ei pa r c h i t e c t u r eo ft h i si m p l e m e n t a t i o ni sp r e s e n t e da l o n gw i t h r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o na n do p e r a t i n gs y s t e m s o m et e c h n i c a l d e t a i l sa l ea l s og i v e ni nt h ep a p e rf o rr e a d e r s i nt h et h i r dp a r ti st h ea r c h i t e c t u r eo fl i n k m a n a g e ra n dt e s t b e dr e s u l t s i t i so b v i o u st h a tt h i s d e s i g ni s am a j o ri m p r o v e m e n tt o m o b i l ei pi m p l e m e n t a t i o na n dw i l lc o n t r i b u t et oi t sp o p u l a r i z a t i o n k e y w o r d s ：m u l t i m o d em o b i l en o d e m o b i l ei pw i n d o w s l i n km a n a g e m e n t 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 在当今社会，移动正变得无处不在：移动电话把我们从固定电话中解脱了出来， 我们可以随时随地的与任何人进行通话，这给我们的生活和工作带来了极大的方便； i n t e m e t 的出现更深刻地改变了人们的生活，上网几乎成了许多人每天的必修课。正 当网络给我们的生活和工作带来了极大的方便的同时，我们已逐渐不满足于现在的 这种固定方式的i n t e m e t ，我们希望可以随时随地的连入i n t e m e t ，像打手机一样可以 坐在车里自由自在地上网1 4 l 。u m t s t 5 , 6 , 7 1 论坛曾预测在未来1 0 年里，以下三种业务： 用户个性化的信息娱乐、移动的i n t e m e v e x t r a n e t 接入和多媒体信息传递将超过1 6 4 0 亿美元，成为份额最大的业务种类。i e t f 提出的移动i p 协议就是这样一种能在 全球因特网上提供终端移动功能的方案，它允许移动节点在不中断通信和不重新启 动应用程序的情况下改变其网络接入位置。 汉网公司研制的全i p 蜂窝移动通信技术p d m a t 8 ，9 , 1 0 1 融合了新一代移动通信和 无线互联网技术，是移动通信技术发展和无线互联网技术发展的趋势。它借鉴了国 内外现有的第三代移动通信技术和计算机网络技术的最新研究成果，对现有的蜂窝 移动通信系统进行了革命性的重大改进，使其更适于高速无线数据业务的传输需求， 是移动i p 业务的理想载体。目前，无线移动i p 系统的越区切换主要是指在同一系统 不同基站子网之间，在物理层上根据信号特征( 强度、误码率和距离等) 进行越区 切换；全i p 蜂窝无线通信系统则要求：移动i p 越区切换不仅发生在同一系统的不同 子网之间，也可以发生在不同无线系统的网络之间1 1 1 , 1 2 1 。进行越区切换的准则不仅 限于信号特征，也包括q o s 要求和可使用的q o s 能力、成本、频谱的优化使用等。 例如多模当移动终端从w w a n ( 无线广域网) 进入热点地区w e a n ( 无线局域网) 时， 尽管w w a n 的信号还很强，出于省钱和得到更好的q o s 考虑将切换进入w l a n 。 所以，我们有必要提出针对多模移动终端的移动i p 改进设计方案。 1 2 移动i p 国内外发展现状与趋势 移动i p 的发展现状 华中科技大学硕士学位论文 移动i p 的产生 2 0 世纪9 0 年代初，电信领域的数字化革命使移动通信技术获得了前所未有的发 展和普及。随着互联网技术的不断成熟和深入人心，人们在享受移动通信技术带来 的便利和自由的同时，对其单调的话音业务和低速的数据业务提出了更高的要求， 即移动业务实现宽带化和信息化t 1 3 1 0 在这样的背景下，i b m 的c p e r k i n s 提出了移 动i p 方案。移动i p 技术是移动通信技术和互联网技术迅猛发展的必然趋势，也是其 产业发展的迫切需要。 移动i p 使得节点在从一条链路切换到另一条链路上时无需改变它的i p 地址，也不 必中断正在进行的通信。移动i p 解决了无线互联技术中可靠性、安全性、可扩展性及 与媒介相关等问题“钉。此外，移动节点在移动时无需改变i p 地址的特性还解决了其 他一些问题，如一些应用程序所用的配置数据库、基于网络的注册协议有关的问题 等，而且使得移动节点既可以是客户也可以是服务器。移动i p 本身是因特网标准i p 协议u 5 1 的一部分，它增强t i p 协议的现有功能。 实用性问题与工作方向 在区域网中采用移动i p 是比较简单的，只需将现有的路由器或主机升级为家乡代 理和外地代理，再在可携带的计算机( 如笔记本电脑) 中安装移动节点软件就可以 了。移动i p 的应用与其他采用t c p i p 协议的网络相比，不会带来新的严重的安全威胁。 移动碑管理信息库m i b 定义了一个丰富的变量集合，网络管理软件可以通过简单网络 管理协议s n m p v 2 6 1 对这些变量进行检查和修改，这使得网络管理员可以实现远程 配置、监测被管对象、打开或关闭广播数据包发送以及强制通过外地代理进行注册 等。 在因特网上使用移动i p 时，防火墙使得问题变得复杂了，因为防火墙是用来防止 外部网络对私有网络进行末经认证的访问的。移动i p q - 作组正在定义一些规程，使得 移动节点可以穿越防火墙，与受到保护的私有网络交换数据。这些规程采用了i p 安全 协议( 认证头a h 和封装安全净荷e s p ) 来实现认证，以及在移动节点和防火墙之间建立 一条加密的隧道。 入口过滤也使得在因特网上使用移动i p 复杂化。一些i s p 采用入口过滤来保护它们 的用户免受拒绝服务攻击，这可以通过在路由器上对到达的i p 包的源地址进行检查来 完成。如果数据包来自的方向与路由器了解的网络拓扑不相符，数据包就会被怀疑有 可能是i p 欺骗行为，那么这个数据包就会被丢弃。可是，当移动节点连接在外地链路 2 华中科技大学硕士学位论文 上时，由移动节点发出的数据包源地址是它的家乡地址，这些包正好符合入口过滤包 丢弃的条件。为解决入口过滤这个问题，移动i p i 作组正在定义一个规程，通过建立 一条从移动节点的转交地址通向它的家乡代理的隧道来传送移动节点产生的数据包。 这条隧道在拓扑上是合法的，并可使内层被封装的数据包( 也就是以移动节点的家乡地 址为源地址的包) 可以顺利地通过入口过滤路由器。移动d 还可以成为有线或无线服务 提供者的基本商业服务，无论用户希望连接到因特网的什么地方，这种服务提供者通 常都会为他们提供外地代理，并且为那些没有家乡代理的用户提代供家乡代理。 对移动i p 标准提出的改进 研究表明，移动i p 能够很好的解决宏移动问题，基于移动i p 的宏移动切换与普通 二层切换性能基本一致7 1 1 。1 9 。但是移动i p 的开销使得它在解决微移动方面表现并 不出色。一些改进方案相继被提出，主要方式都是将移动性管理化分为两层，由移 动i p 管理宏移动，二层协议管理微移动。这些方案包括层次型树状结构2 0 2 ，层次 型f a i k 域注册啦! ，h a w a i i 啪1 等，其中比较重要的是c e l l u l a r 方案2 5 1 5 。 新的改进建议在不断的提出，但绝大部分方案目前仍处于草案阶段，未能得到普遍 的支持。因此，目前各大研究机构主要的精力仍是对现有标准移动即协议的实际应用上。 移动i p 的发展趋势与未来 i p v 6 i e t f 的移动i p i 作组的议事日程上还有许多项目，除了前面提到的穿越防火墙和 反向隧道外，还有一项重要的工作是定义对i p v 6 的移动支持吨们，因为i p v 6 是对当前 版本的i p 也就是i p v 4 的替代。移动i p v 6 借用了许多移动i p v 4 的概念，包括移动节点、 家乡代理、家乡地址和转交地址，但是移动i p v 6 在定义中没有外地代理和外地代理转 交地址，移动节点可以使用i p v 6 中定义的地址自动配置规程得到一个配置转交地址， 这是移动i p v 6 定义的唯一一种转交地址。在移动i p v 6 中，知道移动节点当前的转交 地址的通信对端可以利用i p v 6 的选路报头( r o u t i n gh e a d e r ) 直接向移动节点发送数 据包；相反，不知道移动节点当前的转交地址的通信对端可以向移动节点的家乡链 路发送不带选路报头的数据包，这些包会被家乡代理截获并通过隧道送往移动节点 的转交地址，就像在移动i p v 4 中一样。 多模应用 移动i p 的未来最终取决于它的推广和应用范围，尤其是它的多模能力1 2 7 1 。新的 3 华中科技大学硕士学位论文 无线技术的推广，越来越取决于它与现有接入技术间的联通性，如果具有多种接入 手段的移动节点可以在不同的网络间漫游，就能达到最优的传输质量和最低的费用 支出。移动i p 口- l 以在网络层实现这种功能，从而成为多模应用研究的热点。一些文献 探讨了在异质媒体间基于移动i p 框架进行切换的实现架构，包括w l a n 和g p r s 间切 换1 和有线网与g s m 网在移动i p 下的融合“”。 移动i p 的未来 最终，我们期望所有的路由器都可以完成家乡代理或外地代理的功能，所有新的 笔记本电脑和掌上型电脑都预置移动节点软件。我们希望服务提供商们升级他们的 拨号设备，从而提供外地代理的功能，使得用户可以利用电话线通过p p p 进行连接。 一些服务提供商可能向他们的用户提供无线接入，使用户无论在哪里，不管那里有 没有电话线，都可以连接到因特网上。就能够提供应用的种类而言，这样的系统是 非常强大的。一家咖啡店或书店可能有有线或无线的链路连接到因特网上，由一家 或几家计算机公司提供服务，而费用完全由书店的顾客通过数字货币支付。在旅游 景点也可以采用这种方式，如在海滨或其他旅游胜地提代供无线服务，采用数字货 币付费，从而无需服务管理和服务合同。移动i p 就是实现这个目标的一种集成技术， 它具有独一无二的能力，可使移动节点以任何方式、在任何地方、通过任何媒介进 行连接，而无需对现有的应用和其他机制进行任何改动。其他的一些技术，例如为 保护用户数据的机密性所需的强加密机制、为防止对专用网末授权的访问和窃取服 务攻击所需的有效的认证机制以及使商用移动网络变得更加简单易用的数字货币 等，也开始广泛出现了。 出于安全性和其它方面的一些考虑，尽管移动i p 技术成为标准已经很多年了，桌 面系统的最大供应商m i c r o s o f t 女1 不准备在它的w i n d o w s 操作系统网络协议栈中提供 移动i p 功能，而且有迹象标明，在可预见的下一代m i c r o s o r 操作系统l o n 曲o m 中也不 会提供，这又反过来限制了移动i p 的广泛推广和应用。这促使我们自己为w i n d o w s 系统附加这个功能，也是本课题的研究动机。 1 3 论文的研究背景和主要工作 研究背景 本课题是为配合汉网高技术有限公司与华中科技大学电信系联合承担的国家 堕三重盔堡壁：= 壹堕垂垡亘壁圈：匝堡坐的，室需要满足( p d m a 全i p 蜂窝移动通 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = 信系统项目的网络层接入需求：使基于w i n d o w s 平台的移动终端拥有在 8 0 2 1 1 b p d m a 8 0 2 3 等多种有线无线接入方式间进行移动i p 平滑切换的能力，从而 为用户提供不问断的多种i p 业务，验证无缝的、多层次的无线有线覆盖环境的有效 性。 本课题需要对当前主流的移动i p 设计方案进行评估论证，并在此基础上提出新 的适应多模终端移动i p 切换需求的改进设计方案。 1 ) 提出改进的设计结构，使存在多种无线有线接入手段的多模移动终端拥有跨 媒体移动i p 切换的能力 2 ) 将移动i p 实现在w i n d o w s 平台下，拓展移动i p 的应用前景： 3 ) 研究链路层检测技术，在无二层协议配合的情况下监控链路，实现链路层无 关睦； 4 ) 研究二三层适配技术，在有二层协议配合的情况下接收链路层的状态报告以 提高切换效能 5 ) 模块间应采用a p i 接1 ：3 ，使设计能拥有良好的可扩展性和移植性。 主要工作 第一章“绪论”主要讲述了移动i p 技术的产生背景、发展概况和工作方向， 并分析了移动i p 技术的发展趋势和未来，提出：移动i p 的未来最终取决于它的应用， 尤其是它的多模能力。本课题研究的就是如何为多模移动终端设计耨的移动i p 协议 实现框架，这种框架应较好的满足移动终端的多模切换需求，同时能为当前应用最广 泛的w i n d o w s 操作系统提供移动i p 功能。 第二章“移动i p 协议研究”首先讲述了移动i p 技术的标准和工作机制，以及移 动i p 的几项关键性技术如代理发现和代理注册等。接着，第- d , 节分析了协议软件 实现和操作系统之间的关系，其中详细介绍了w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统的网络协议架 构。最后，谈到了在w i n d o w s 系统中实现移动i p 的需求和限制，尤其是分析了为什 么已有的实现方案都不能满足下一代通信系统和移动i p 本身的应用要求。很多具体 的实现时可能遇到的问题也被相应的提出来供读者参考。为了提出一个合理的设计框 架，本文依据移动i p 的需求和n d i s 网络结构的框架进行了详尽的探讨，为随后创造 性的提出以链路管理为中心的移动i p 客户端设计方案打下了基础。 第三章“移动i p 改进设计与实验在前文讨论的基础上，提出了一种基于w i n d o w s 中间层驱动技术的，以链路管理为核心的w i n d o w s 平台下移动i p 客户端设计与实现 华中科技大学硕士学位论文 方案，整个系统分为链路层网络层两部分，链路管理部分独立出来成为链路层即链路 管理器，成为整个设计的核心。与部分应用二层技术的改进设计方案不同，该方案保 留了移动i p 协议核的二层无关性。为了测试该设计方案的实际性能，我们搭建了一 个实验平台，相应的实验数据和结果也在本章中给出。实验显示：采用本文设计方案 的多模w i n d o w s 移动终端能在8 0 2 11 b p d m a 8 0 2 3 等多种有无线接入手段间进行平 滑切换，可为用户提供不问断的多种i p 业务，获得了较好的切换性能，达到了设计 目标。 第四章“结束语”是全文的总结和展望，总结了本论文的主要研究成果，并在此 基础上展望了移动p 的下一步发展目标和研究构想。 一 6 华中科技大学硕士学位论文 2 移动i p 协议研究 2 1 移动i p 技术与实现 移动i p 的官方标准 移动i p 于1 9 9 6 年6 月由因特网工程指导组i e s g ( i n t e m e te n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) 通过，并于1 9 9 6 年1 1 月公布为建议标准，包括下面的r f c 文件： r f c2 0 0 2 “1 定义了移动口协议。 r f c2 0 0 3 川、2 0 0 4 3 和1 7 0 1m 1 定义了移动i p 中用到的三种隧道技术。 r f c2 0 0 5 捌叙述了移动i p 的应用。 r f c2 0 0 6 川定义了移动i p 的管理信息库m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n b a s e ) 。移动i p 的m i 库是实现移动i p 的节点的变量集合，管理平台可以通过 简单网络管理协i , ，义s n m p v 2 ( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 ) 6 1 对这些 变量进行检查和配置。 此外，r f c2 3 4 4 3 ，r f c2 3 5 6 3 们，r f c2 7 9 4 3 ”，r f c2 7 9 7 3 粕，r f c3 0 1 2 3 9 1 和r f c 3 0 2 5 “”也相继公布，以满足移动i p 协议在安全和认证方面的一系列需求。 移动i p 的设计目标 移动i p 提供的广域移动性与相同介质、相同子网间的局域移动性是不同的。相同 子网间的移动很容易实现，如各种链路层桥接技术，而移动i p 所提供的广域移动性 对移动互联网则是至关重要的，它是各种接入技术、终端设备、终端用户应用程序间 的黏合剂。针对提供广域移动性的目标，移动i p 协议的设计目标是： 改变数据链路层的互联网接入点时，仍能保持通信： 使用原i p 地址始终能进行正常通信，并允许特殊情况下保持原身份使用临时地址 进行通信： 可与其它没有移动功能的节点通信； 保证安全性。 此外，在具体实施中，从减少网络通信流量方面考虑，要求路由表更新的次数尽 量少；从实现方面考虑，要求尽量简化移动节点的实现软件。 移动i p v 4 的功能实体 7 华中科技大学硕士学位论文 移动1 p v 4 定义了三个特定的功能实体： 移动节点( m o b i l en o d e m n ) 一台主机或路由器。它在保持i p 地址不变( 始终使用家乡i p 地址) 的情况下从一个 网络或子网移动到另一个网络或子网。 家乡代理( h o m e a g e n t h a ) 有一个端口在移动节点家乡链路上的一台主机或路由器。当移动节点离开家乡链路 时，它截获发往移动节点的分组并转发给移动节点，它还保持有关移动节点当前位置 的记录。 钤地代理( f o r e i g na g e n t f a ) 位于移动节点访问的链路上的一台主机或路由器。它为移动节点提供路由服务，作为 移动节点在该链路上的缺省路由器；帮助移动节点通知它的家乡代理其转交地址，和 h a 合作将分组传送给离开家乡网络的移动节点。 作为h a 或f a ，或者兼有二者功能的计算机叫作“移动代理”( m o b i l i t y a g e n t ) ， 通常是用路由器充当的。如果一个网络上具有移动代理，则称这个网络是“支持移动 的”( m o b i l i t ys u p p o r t ) 。 图2 1 移动i p 功能实体 移动i p v 4 为了实现节点的当前位置与其家乡网络地址的映射，允许某移动节点拥 有两个i p 地址：“家乡地址”( h o m e a d d r e s s ) 和“转交地址”( c a r e o f a d d r e s s ) 。家 乡地址是移动节点在家乡网络上分配的长期的i p 地址，在移动节点移动的过程中它 一直保持不变而且所有移动节点发送的数据都以它作为源地址。转交地址是当移动节 点接入一个外地网络时得到的一个临时的地址，它标识移动节点新的接入点和传送数 据的隧道的终点。 移动i p v 4 的工作机制 移动i p v 4 工作机制包括“代理发现”( a g e n td i s c o v e r y ) 机$ t 、“注册”( r e g i s t r a t i o n ) r 华中科技大学硕士学位论文 机制和隧道与路由。 在家乡链路上每个移动主机必须有一个“家乡代理”来为自己维护当前位置信息， 这个位置由“转交地址”来确定。移动主机的家乡地址与它当前转交地址的有时效限制 的联合，称为“移动绑定”，或简称为“绑定”。每当一个移动主机得到一个新的转交地 址时，它必须生成一个新的绑定来向家乡代理“注册”，使家乡代理即时更新移动主 机的当前位置信息。一个家乡代理可以同时为多个移动主机提供服务。 当一个移动主机连接到家乡链路之外的“外地链路”时，可以通过下述两种方法来 获得转交地址。通常情况下移动主机使用“代理发现”协议在外地链路上发现一个“外地 代理”，然后移动主机向这个外地代理进行注册，并使用此外地代理的i p 地址作为自 己的转交地址。外地代理的主要功能是为这个移动主机转发分组。另外，移动主机也 可以通过其他方法( 如d h c p h ) 在外地链路上获得一个临时i p 地址来作为自己的 转交地址，在这种情况下移动主机不需要依赖外地代理。 当移动主机离开家乡链路时，它的家乡代理把发往移动主机的所有分组转发到移 动主机的当前位置。家乡代理可以使用“代理a r p ”( p r o x ya r p ) 或其他有效方法在 家乡链路上截获发往移动主机的分组。对于每个截获的分组，家乡代理使用“隧道” 技术把它们发送到移动主机的当前转交地址。 如果转交地址是外地代理的i p 地址，那么这个外地代理是隧道的终端，此时外地 代理从分组中移走隧道报头，并把剩余部分发送到移动主机。如果移动主机使用一个 临时地址作为转交地址，那么分组将直接通过隧道传送到移动主机。 在一个网络上，一台路由器可以同时具有家乡代理和外地代理的功能，也可以用 两台或多台路由器分别提供家乡代理和外地代理服务。 移动i p v 4 的具体工作过程如下图所示： 1 ) 移动代理( f a 和h a ) 在各自所在链路上周期性地广播“代理通告报文”( a g e n t a d v e r t i s e m e n tm e s s a g e ) 来表明它的存在，移动节点也可以发送“代理请求报文” ( a g e n ts o l i c i t a t i o nm e s s a g e ) 来要求得到代理通告报文。 2 ) 当移动节点收到一个代理通告报文时，它根据报文内容确定自己是在家乡链路上 还是在外地链路上。当一个移动节点在它的家乡链路上时，它和其它固定节点没 有区别，这时h a 不起作用。 3 ) 当移动节点离开家乡链路而连接到一个外地链路上时，它得到一个转交地址。 4 ) 移动节点向h a 注册转交地址，必要时通过f a 。 9 华中科技大学硕士学位论文 5 1 发往移动节点的家乡链路的数据被h a 截获，隧道到转交地址，在隧道的另一端 解封装后，传送给移动节点或直接被移动节点获得。 窜乡t t t 一翻f 外地代艘脚崩j 1 赫代，n r _ ! l i t r i n 谜路i ：帕j f 柯接点招接 收j 五个柏取 l i 机l ：凯 _-_-一，一-。，-。 4 穆曲缸点向窜多代 m 拄j 靠转室地址 2 穆功铷j x 帻 代娜j - 椿柏n 件 决定它连接的址宗毒链路迸芷外 ： 地键路 舻挂* 代 j 电址 1 1 0 l j 抽 l p = i c m p 代蹦广播 扭砖一个f t i t 口 f a l l ：i 转空地址 3 连仁外地链路l ：的穆曲育点从代理r 插 神e i t 褂铷转交地址 淋 2 -_-_-_-_-_-l_ ， 窜事代日【翱l l $ t l t l i l i l l 广播对i 多曲缸点宗当 5 b w 此! t t i 出跹 t 穆曲盯点窜孝地址 5 c 童事代卿瘟般进仆移动肖a 客参地址帕 ! 上j f - l l l t 过f t i l l i l f l l 它的转交地址 6 外地代州 l 睦逆耻i i l l “奸教槲址j i ：遣i 土蚌地链路送给移功水点 图2 - 2 移动i p v 4 工作机制 吟裔 m 华中科技大学硕士学位论文 代理发现 移动节点利用代理发现机制完成以下功能： 判定它当前连在家乡链路上还是外地链路上。 检测它是否切换了链路。 当连在外地链路上时，得到一个转交地址。 下面将说明移动节点、外地代理和家乡代理如何协同完成这些功能。 代理发现由两条简单的报文构成。第一条报文是“代理通告报文”( a g e n t a d v e r t i s e m e mm e s s a g e ) ，代理( 家乡的、外地的) 利用这个报文向移动节点宣布它们 的存在和功能。当一个节点在一条链路上被配置成家乡代理或外地代理，或同时被配 置成这两者时，它就在这条链路上广播或组播代理通告报文，这使得连到这条链路上 的移动节点可以判定该链路上是否有代理存在。如果有，则判定它们的标识( i p 地址) 和功能是什么。 第二条报文是“代理请求报文”( a g e n ts o l i c i t a t i o nm e s s a g e ) ，当移动节点没有耐 心等待下一个周期发送的代理通告报文时，它可以发送代理请求报文。这个报文的唯 一目的就是让链路上的所有代理立即发送一个代理通告报文。有时，移动节点快速地 切换链路，而代理发送代理通告报文的频率相比而言就太慢了，这时代理请求报文就 非常有用了。 代理通告报文( a g e n t a d v e r t i s e m e n t m e s s a g e ) 和代理请求报文( a g e n ts o l i c i t a t i o n m e s s a g e ) 与i c m p 路由器发现报文( r o u t e rd i s c o v e r ym e s s a g e ) m 1 中定义的“路由 器通告报文”( r o u t e ra d v e r t i s e m e n tm e s s a g e ) 以及“路由器请求报文”( r o u t e r s o l i c i t a t i o nm e s s a g e ) 非常相似，事实上，移动i p 利用了这两个报文的格式，并对它 们进行了扩展以完成代理发现。 报文格式 移动i p 中定义的“代理请求报文”是移动i p 对r f c l 2 5 6 h 2 中定义的i c m p 路由器请求报文借鉴而来，唯一的区别是代理请求报文中的i p 分组的生存时间域必 须置成1 。图2 - 3 给出了代理请求报文的格式。当家乡代理或外地代理接收到这条报 文时，它必须马上响应一条代理通告报文。报文的类型域设为1 0 以区别普通i c m p 报文。 1 1 华中科技大学硕士学位论文 l i o | 4 | 1 8 f 1 6i i 9i | 2 4j l 3 1 。v e r s h l旧务类型 | 总长度 】| 标识际志| 分段偏移 l | 生存时间= 1i | 协议陕校验和 i 源地址= 移动节点家乡地址 旧的地址- 2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ( 广播) 或2 2 4 0 0 2 ( 组播) 鹇巾铲l o- i 、羹i 硷懒誊0 ： 。i 辩滋纛。戈一，i 。 i 僳留，秘二。貔瓣粼霪瓢浚戆鼙簸糍麟镶巍豁雾蘩囊誊籍：一、； 图2 - 3 代理请求报文格式 同样，“代理通告报文”也是移动i p 通过对i c m p 路由器通告报文进行扩展而来， 如图2 - 4 所示。这条报文必须包含移动代理广播扩展( m o b i l i t ya g e n ta d v e r t i s e m e n t e x t e n s i o n ) ，前缀长度扩展则是可选的。 1 0j 4i i s! i 6i l 9粒4 3 1 v e r si i h l阳日务类型：江长度 9 标识l 际志；1 分段偏移 l 生存时间l 协议i 陕校验和 l 源地址= 移动代理地址 l 目的地址= 2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ( 广播) 或2 2 4 0 0 1 ( 组播) m 一1 1 1 _ d 黩峨蠢落埘繁i 繇铡| 捩臻熬：黎黪。，懿i 纛套麓、魏。o 、 潍址数“。= 豳随凑凌j 鼋蘩；爨“黻禚暗斛翼t 麓委* & 黉 孽黪| h 一、1 j 路由罂地址【l 董，。澎j ；0 纛奠；建誓：，。；囊t 。，譬= ；氆纛“、j 蹬瓣? 霹t 瓣惑譬 l 优先级y 遵麟黼聚，惑弩、。巍+ ：+ j 麓鬃譬+ 絮棼势裁臻。t o 降由器地址【2 鬈鬻j i ；、j 一。一j? 。誓、轰。；。一。、 陆先级 ， 。v i 。，。瓣 “+ 1 一_ 、 t y p e = 1 61 | 长度| 睁号 l ( 最大) 注册生存时间l 圆圆塾静：m 回匝慨留 陆交地址【1 】 l 转交地址1 2 1 曲p f l 9 长度 前缀长度【1 】 前缀长度 2 1 | “ 图2 - 4 代理通告报文格式 华中科技大学硕士学位论文 移动节点的“移动检测” 移动节点时刻被动监听或主动请求链路上的路由器通告报文和代理通告报文，以 此获得自己的位置信息，也就是说，移动节点通过“代理发现”进行“移动检测”。 假设移动节点所在链路上存在至少一个代理，那么移动节点可以通过两种方法来进行 移动检测：一种通过生存时间域，一种通过网络前缀。 方法一：通过生存时间域进行移动检测 根据r f c 2 0 0 2 的建议，家乡代理和外地代理需频繁地发送移动代理广播，其频 率大约比生存时间域中标示的要快二倍。如果一个移动节点已经注册到个外地代理 上，但在生存时间域规定的时间内却没有收到来自该代理的广播，那么移动节点就可 以认为它己移动到另链路上，或该代理已经发生故障。无论怎样，此时移动节点都 要向下一个发来代理通告报文的外地代理注册。如果没有收到任何广播，它就发出一 个代理请求报文去主动询问。 方法二：通过网络前缀进行移动检测 移动节点从前后两个相邻移动代理通告报文中计算出网络前缀并加以比较：如果 不同，它就可以认为两个通告报文是从不同的链路上接收到的；否则就是从同一链路 上接收到的。当移动节点将新收到的移动代理通告报文中的网络前缀与它当前正注册 的外地代理的网络前缀比较后，发现它已移动到新链路上了，就应向在新链路上的外 地代理进行注册。 上述方法的前提是移动节点始终能收到移动代理通告报文。问题是这种前提并非 总是成立的。当移动节点收不到任何通告报文时，它将首先设法在家乡链路上通信。 此时，它假设正连在家乡链路上，而家乡代理又正好出现故障( 否则，家乡代理会 发送代理通告报文) 。这时，移动节点只需简单地按在家乡链路上正常的方式进行通 信。例如，可以向它在家乡链路上使用的缺省路由器发送i c m p 回应请求报文( i c m p e c h or e q u e s t ) ，如果这台缺省路由器给出了应答，那么移动节点连在它的家乡链路 上，这样就可以继续通信了。如果缺省路由器没有应答，那么移动节点可以认为它 正连在一条外地链路上。这时，移动节点可以设法通过d h c p 服务器得到一个地址。 如果成功了，移动节点就可以将这个地址作为配置转交地址，并向它的家乡代理注 册。 注册 注册是移动节点通知其家乡代理它的当前移动绑定，并要求家乡代理将发送到其 华中科技大学硕士学位论文 家乡网络上的报文转发给它的过程。移动i p 为移动节点提供了灵活的注册机制。注 册的过程发生在代理发现之后。当移动节点发现它移动回家乡链路上时，它就向家乡 代理注销移动绑定，并开始像固定主机或路由器那样进行通信，即不再使用移动i p 功能。当移动节点发现它连在一条外地链路上时，它就得到一个转交地址，并进行注 册：如果得到的是外地代理转交地址，则通过外地代理向家乡代理注册该地址；如果 得到的是配置转交地址，则直接向家乡代理注册。 移动节点注册机制完成如下主要功能： 当节点离开家乡网络时，要求转发服务。 通知家乡代理它当前接入位置。 更新即将过期的注册。 当移动节点回到家乡网络时，取消注册，即注销移动。 移动i p 定义了两种不同的注册过程：一种是通过外地代理来转发注册请求和应 答；另一种直接由移动节点和家乡代理完成。当移动代理使用外地代理转交地址时， 它必须通过外地代理来完成注册；如果它用配置转交地址或它回到家乡网络，则直接 向家乡代理注册。两种注册方式都是在移动节点和家乡代理之间交换注册请求和注册 应答报文。 注册报文 移动i p v 4 注册报文包括“注册请求报文”( r e g i s t r a t i o nr e q u e s tm e s s a g e ) 和“注 册应答报文”( r e g i s t r a t i o nr e p l ym e s s a g e ) 。注册报文放在u d p 数据报的数据部分。 与代理发现报文相同，注册报文由一个短的定长部分加上一个或多个变长的扩展部分 构成。 移动节点通过注册请求报文向家乡代理注册，从而创建或更新一个移动绑定。当 收到一个注册请求时，移动代理将返回一个注册应答报文，其中包含有关注册结果的 信息。图2 5 给出了注册请求报文的格式，有i p 报头、u d p 报头和扩展部分。图2 - 6 则只给出了注册应答的定长部分，这是它与注册请求报文唯一不同的部分。 由于注册涉及通信者的身份合法性问题，因此注册报文需要进行安全认证。两种 注册报文都要有移动- 家乡认证扩展( m o b i l e h o m e a u t h e n t i c a t i o n e x t e n s i o n ) ，它的作 用是证明报文发送者的真实身份。此外，移动i p 允许定义任何有用的扩展，并将它 们包含在注册请求和注册应答报文中。r f c 2 0 0 21 1 1 定义的其它扩展有：移动- 夕h 地认 证扩展、外地一家乡认证扩展。这些扩展分别用于移动节点和外地代理以及外地代理和 1 4 华中科技大学硕士学位论文 家乡代理之间的