（计算机系统结构专业论文）移动ip资源预留的研究.pdf

中文摘要 随着便携式计算机的与日俱增，高速无线接入技术的日新月异，无线计算机 应用呼之即来。但是无线移动网络的高误码率和移动性等特点，常常使得通信的 服务质量无法保证。如何在无线移动环境中提供q o s 保障，是当今研究的热点。 一个有效的方法是进行资源预留和适当的资源管理，然而为固定有线网络设计的 资源预留协议( r s v p ) 在无线移动环境下运行存在很多问题，不能直接用于无线 移动网络中。 本文提出一种在无线网络环境下对r s v p 协议进行扩展的方案。该方案将 r s v p 的信令消息与移动i p 的绑定更新消息绑定在一起发送，在移动节点与通信 节点建立通信路由路径的同时对沿路的资源进行预留，保证服务质量。在这个基 础上，对移动i p 的切换算法进行改进，加入一个中转代理节点。在移动主机切 换链路的时候，中转代理起到缓存的作用，可以减少所需要更改的路径的节点数 量，同时减少切换开销。 该方案在模拟仿真平台n s 上编程编译通过，并测试成功。在n s 上搭建一个 网络仿真测试环境，在其中分别运行原始方案和本文提出的改进方案，在其他网 络环境参数不变的情况下，不断增加移动节点的移动速度，从而得出两套方案各 自的仿真结果。将二者的仿真结果从t h r o u g h p u t 和d e l a y 两方面进行分析和比 较，最后对改进方案进行性能评价。 关键词：移动i p 资源预留协议中转代理网络仿真性能评价 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dg r o w i n go ft h ep o r t a b l ec o m p u t e ra n dh i g hs p e e dw i r e l e s sa c c e s s t e c h n o l o g y , w i r e l e s sc o m p u t e ra p p l i c a t i o n sa r ec o m i n gt oi l s b u tt h ew i r e l e s sm o b i l e n e t w o r k si n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l i t ya n dh i g hp r o b a b i l i t yo ft r a n s m i s s i o n e r r o ru s u a l l ym a k et h ec o n t r o lo fq u a l i t yo fs e r v i c ed i f f i c u l t y h o wt oo f f e rq o s g u a r a n t e ei nw i r e l e s sm o b i l ee n v i r o n m e n tb e c o m e so n eo ft h er e s e a r c hh o t s p o t s r e s o u r c er e s e r v a t i o na n dp r o p e rr e s o u r c em a n a g e m e n th a sb e e np r o v e dt oe f f e c t i v et o s o l v et h ep r o b l e m ，b u te x i s t i n gr e s o r r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ( r s v p ) c a n tb ed i r e c t l y a p p l i e di n w i r e l e s s m o b i l en e t w o r k sw i t h o u tm o d i f i c a t i o nd u et oi ti n h e r e n t l i m i t a t i o n s t h i sa r t i c l ep r o p o s e da l le x t e n s i o np r o p o s a lo fe x i s t i n gr s v pi nt h ew i r e l e s s m o b i l en e t w o r ke n v i r o n m e n t t h i sp r o p o s a lt i e su pr s v pm e s s a g e sa n dt h eb u m e s s a g e sa n dt r a n s m i t st ot h ed e s t i n a t i o nt o g e t h e r , e s t a b l i s h i n gt h er o u t i n gr o a dw i m t h em o b i l en o d ea n dt h ec o r r e s p o n d e n tn o d ew h i l er e s e r v i n gt h er e s o l r c sa l o n gt h e r o a dw h i c hg u a r a n t e et h es e r v i c e b a s e do nt h ec h a n g e sa b o v e ，t h ep r o p o s a li m p r o v e s t h eh a n d o f fa l g o r i t h mo fm o b i l ei p , s e t t i n gan e wn o d en a m e dt r a n s m i ta g e n t t h e t r a n s m i ta g e n ta c t sa sab u f f e rw h e nt h em o b i l en o d eg o e sb a n d o f f sa n dr e d u c e st h e o v e r h e a d sa ss a m ea st h en u m b e ro ft h eh o s t sa l o n gt h ec h a n g i n gr o a dw h i c hn e e dt o c h a n g e t h i sp r o p o s a lh a sb e e np r o g r a m m e da n dc o m p i l e d0 1 1t h en e t w o r ks i m u l a t i o n p l a t f o r mn s ，a n dt e s t e ds u c c e s s f u l l y t h ep r o p o s a la n dt h eo r i g i n a lm o b i l ei pa r e s i m u l a t e da n dr u ns e p a r a t e l yo nt h es a m en e t w o r kt e s t i n ge n v i r o n m e n ts i m u l a t e di n t h en s t h et w os i m u l a t i o nr e s u l t sa r em a d eb ya d d i n gt h es p e e do ft h em o b i l en o d e s t e pb ys t e pw h i l et h eo t h e rp a r a m e t e r sr e m a i nt h es a m ea n dt h er e s u l t sa r ec o m p r i s e d a n da n a l y s i si nt h et h r o u g h p u ta n dt h ed e l a y t h ep r o p o s a li so nt h ep e r f o r m a n c e e v a l u a t i o ni nt h el a s tp a r to f t h ea r t i c l e k e yw o r d s ：m o b i l ei p ，r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，t r a n s m i ta g e n t ， n e t w o r ks i m u l a t i o n ，p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n 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，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫壅盘茎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：陈晖忆 签字日期：。6 年1 月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘鲞太星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：f 东雌帆 签字日期：功o 年j 月心日 剔磁名峭研 签字日期：) 兹，月f 多日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 i n t e m e t 的飞速发展，极大地拓展了人们的视野，丰富了人们的生活，人与人 之间的通信也越来越便利。但目前人们大多只能通过固定的网络接口访问 i n t e m e t ，不能做到在任何时问和任何地点随心所欲地上网。另一方面新型网络应 用的发展也使人们不再满足现有网络提供的数据服务，而希望网络能够提供形式 各异、丰富多彩的服务，特别是多媒体服务。因此，随时随地访问i n t e m e t 并获 得满意的服务，已经成为通信服务提供者和使用者的理想目标。 随着笔记本计算机、p d a 等移动终端设备的大量生产和普及，人们可以轻易 地获取各种廉价而轻巧的手持设备；无线通信中各种技术的发展，特别是c d m a ( 码分多址) 技术的开发和利用，很好地解决了用户在移动中的通信问题；而移 动i p 协议( m o b i l ei n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 的提出又解决了移动节点在移动过程中的 路由问题，从而允许移动节点在移动过程中也可以不间断地访问i n t e m e t ，真正 实现了随时随地上网。但是无线移动网络也跟固定网络一样，为用户提供的是尽 力而为( b e s te f f o r t ) 的传输服务，并没有考虑服务质量。 向i n t e m e t 服务模型中增加服务质量支持是i n t e m e t 研究的一个方向，这项研 究最初是针对固定网络开展的，并提出了一个综合服务模型( i n t s e r v ) 。i n t s e r v 采用r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 作为信令协议，在数据流经过的路 径上进行资源预留，辅以适当的资源调度策略，该模型可以保证每个流获得所需 要的服务质量。i n t s e r v 的核心思想就是以数据流为单位进行资源预留和调度， 这在固定网络中很容易实现，然而在一个移动网络中却面临许多困难。 将移动通信支持和服务质量支持有机地结合起来，向用户提供满意的高质量 服务，是第三代移动通信系统i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o n b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n - 2 0 0 0 ) 中明确提出来的目标。在互联网工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) r f c 系列文件的框架下，已经对网络体系结构、 服务模型、资源预留模型、资源调度策略等问题进行了初步的探讨，提出了一些 方案或设想。本文的研究工作就是提出一种使用r s v p 协议对移动i p 路由优化 的改进方案，对r s v p 协议进行扩展，使其支持在无线移动网络中的资源预留。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 移动i p 技术 随着移动通信技术和网络技术的迅猛发展和i n t e m e t 信息资源的日益丰富， 人们不再满足在固定地点从i n t e m e t 检索、传输信息，而是希望在任何时候、任 何地点都能方便地访问i n t c m e t 。为此，i e t f 制定了移动i p ，它是传统网络技术 的有效延伸和发展。移动i p 是一种全球在i n t e m e t 上提供移动功能的方案，可使 移动主机在切换链路时仍保持正在进行的通信。它提供了一种m 路由机制，使 移动主机以一个永久的口连接到任何链路上。移动口的可扩展性使其可以在整 个i n t e m e t 上应用。 1 2 1 移动i p 的发展历程 第一个支持主机移动的协议是由哥伦比亚大学的j o l l i l 设计的m o b i l e * i p ，其 主要思想是使用虚拟移动子网和i p i p 封装。与此同时，s o n y 公司的f u m i o t r o i k a 设计了另一种移动协议，虚拟i p ( v i p ) ，它使用了特殊的路由器来记忆移动节 点的位置，并定义了新的i p 头选项来传递数据。不久，i b m 的c p e r k i n s 和 y r e c k t e r 也提出了一种支持移动的协议，它利用了现有的i p 协议中的可选功能 松散源路由( l o s es o u r c er o u t i n g ) 来支持主机的移动i l 】。 1 9 9 4 年，a m y l e s 和c p e r k e n s 分析了前三种协议的优缺点，重新提出了 m o b i l ei p ，并将它提交给了i e t f ，这个协议发展成了“移动i p v 4 协议”。就在 这一年，c a r n e g i em e l o n 大学提出了m h r p 协议( m o b i l eh o s tr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) ， 它的思想类似于松散源路由，不同之处是源路由是利用i p 头的选项，而m h r p 重新定义了一种封装协议来代替源路e 自 2 1 。 不管是m h r p 还是m i p ，在安全性上都存在严重的问题。因此，a m y l e s ， c p e r k i n s 和d b j o h n s o n 共同制定了i m h p ( i n t e r n e tm o b i l eh o s tp r o t o c 0 1 ) ，它引 入了一种新的安全机制并提出了简单认证的概念，后来这一概念被i p v 6 所借鉴， 将移动性考虑纳入到i p v 6 。 目前移动i p 的r f c 有：r f c 2 0 0 2 1 3 j 定义了移动i p 协议；r f c2 0 0 3 f 4 1 、2 0 0 4 i 蜘、 1 7 0 1 1 6 1 定义了移动i p 中的三种隧道技术；r f c2 0 0 5 1 7 1 叙述了移动i p 的应用；r f c 2 0 0 6 1 s 】定义了移动l p 的管理信息库。 1 2 2 移动i p 的功能实体及术语 功能实体： m o b i l e n o d e ：移动节点( 简称m n ) 。在移动环境中，m n 可以在不同链路之 间进行切换，并能保证与网络中其它节点的通信。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 h o m e a g e n t ：家乡代理( 简称h a ) 。一个至少有一个端口在家乡网中的路由 器，h a 负责维护移动节点的当前位置信息以便和网络中其它节点通信：当m n 漫游到一个新的子网时，m n 必须向家乡网络中的h a 注册。 f o r e i g n a g e n t ：外地代理( 简称f a ) 。漫游状态下m n 当前所在子网中的一个 路由器，协助m n 向家乡代理注册并为已注册的移动节点提供选路服务，并提供 其它相关服务。 术语： h o m ea d d r e s s ：家乡地址。每一个移动节点都有其所属的子网，子网被称为 其家乡网络，家乡代理也在家乡网络中。家乡地址就是移动节点在其家乡网络中 所分配的i p 地址，移动节点在子网间切换时其家乡地址保持不变。 c a r eo f a d d r e s s ：转交地址( 简称c o a ) 。因为i p 路由协议是根据子网l p 地址 前缀进行路由选择的，如果继续用其家乡地址进行通信，发往该移动节点的数据 包将无法通过正确的路由到达处于漫游状态的移动节点。在遵守路由协议的情况 下，解决这一问题的简单方法就是为该移动节点分配一个属于当前漫游子网的新 的地址，称其为转交地址，该节点将一直采用该转交地址通信直到漫游到其它子 网为止。如果该转交地址可以同时被多个移动节点使用，则该转交地址便成为“外 地代理转交地址”，这样发往移动节点的数据包将被f a 接收并做一些处理( 解 除隧道封装) 后再转交给移动节点；如果该转交地址被一个移动节点单独使用， 则该类转交地址便成为“配置转交地址”，数据包将无需f a 的处理而直接发送 到该移动节点。 t u n n e l i n g ：即隧道。当一个数据包被当作净荷在另一个数据包中进行传递时， 所经过的路径叫做隧道。在移动i p 中，当一个节点要与一个处于漫游状态的移 动节点进行通信时，需要先将数据包发送给该移动节点的家乡网络，然后h a 再 将其以隧道的方式把该数据包传送给移动节点当前所处的漫游子网，这时整个数 据包共有两层i p 地址：外层目的地址( 即从h a 传送到漫游子网时用以路由选 择的i p 地址) 是c o a ，而内层的目的地址则是移动节点的家乡地址。 b i n d i n g ：绑定记录。包含了m n 的家乡地址，转交地址以及注册有效时问。 b i n d i n gu p d a t e ：绑定更新消息。负责提供m n 目前新的转交地址。此消息包 含了m n 的家乡地址，新获得的转交地址，新获得的注册有效时间等。 1 2 3 移动i p 的工作机制 移动节点通过其在h a 处的注册，使h a 拥有并管理其所在子网内移动节点 的最新位置，当其它节点要与该移动节点进行通信时，首先将数据包发往该移动 节点的家乡网络，由相应的h a 接收，h a 找到移动节点所注册的c o a ，然后作 天津大学硕士学位论文第一章绪论 相应的封装以隧道的方式将该数据包传送给m n ( 或f a ) 。m n 发送数据包时则 可以直接发送给目的节点。下面简单介绍移动口的工作步骤 9 1 。 1 ) 通过周期地组播或广播一个称为代理广播( a g e n ta d v e r t i s e m e n t s ) 的消 息，家乡代理和外地代理宣告它们与链路的连接关系，如图1 1 所示。 图1 1 家乡代理和外地代理周期广播代理广播消息 2 ) 移动节点收到这些代理广播消息后，检查其中的内容以确定自己是连在 家乡链路还是外地链路上。当它连在家乡链路上时，移动节点就可像固定节点一 样工作，即不再利用移动i p 的其它功能。 下面的步骤假设移动节点连接在一条外地链路上。 3 ) 连在外地链路上的移动节点需要一个转交地址。它可以从外地代理广播 的代理广播消息中找到外地代理转交地址，配置转交地址必须通过一个配置规程 得到，比如用d h c p ( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) 、p p p ( p o i n t - t o p o i n t p r o t o c 0 1 ) 的i p c p ( i pc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 手工配置。 钔移动节点向家乡代理注册从第3 步中得到的转交地址，可以通过移动i p 中定义的消息交换来完成。在注册过程中，如果链路上有一个外地代理，移动节 点就向它请求服务。为阻止拒绝服务攻击，注册消息要求进行认证，如图1 2 所 示。 注册应各 3 图! - 2 移动节点向家乡代理注册转交地址 天津大学硕士学位论文第一章绪论 5 ) 家乡代理或者是在家乡链路上的其它一些路由器广播对移动节点家乡地 址的网络前缀的可达性，从而吸引发往移动节点家乡地址的数据包，家乡代理截 获这个包( 可能用代理a r p ) ，并根据移动节点在第4 步中注册的转交地址，通 过隧道将数据包传送给移动节点。 6 ) 在转交地址处一一可能是外地代理或移动节点的一个端口，原始资料包 被从隧道中提取出来送给移动节点。 7 ) 相反，由移动节点发出的数据包被直接选路到目的节点上，无需隧道技 术。对所有来访的移动节点发出的包来说，外地代理完成路由器的功能。 上面说明了移动i p 按时间顺序的工作步骤。为帮助理解，我们可以从相反 的方向研究移动i p 的各个元素。先给出最终结果，然后反推出要得到这个结果 必须做些什么。 首先，当移动节点连到外地链路上时，就收不到发往它的家乡地址的数据包， 除非从家乡链路到外地链路沿途的所有路由器都采用特定主机路由。如果这种路 由不存在，那么就要有其它机制将数据包送给连在外地链路上的移动节点。移动 i p 采用了隧道技术作为发送机制。 移动i p 需要一个靠近移动节点的地址作为隧道出口，并且这个地址应是通 过现有的路由机制可以到达的。也就是说，不应依靠移动口的特定功能将经过 封装的包送往隧道出口。 转交地址提供了这种隧道出口，并且它与移动节点的外地链路至多一跳之 隔。当采用的是外地代理转交地址时，正好相差一跳；当采用的是配置转交地址 时，就不再需要经过任何转接了，转交地址就配置成了移动节点本身的地址。 由于每条隧道除了出口外还有入口，这就要找一个可以作为入口的节点。连 在移动节点家乡链路上的路由器，即家乡代理，就是隧道的入口。家乡代理要将 数据包通过隧道传给移动节点，它必须先截取这个包，为达到这个目的，家乡代 理在家乡链路上的其它路由器广播对移动节点家乡地址网络前缀的可达性；有 时，如当家乡代理只有一个端口时，家乡代理采用代理a r p 来截获数据包。 家乡代理将送往移动节点家乡地址的包截获后，还必须要知道隧道出口地 址，这由移动i p 中带有认证机制的注册规程完成。移动节点通过这个规程将它 的转交地址通知家乡代理。在此之前，移动节点首先要确定它连接在一条外地链 路上，其次还必须得到一个转交地址。 这最后两个功能由移动i p 的代理发现( a g e n td i s c o v e r y ) 来帮助移动节点 完成。实际上，就是由家乡代理和外地代理周期组播或广播移动i p 的代理广播 消息，移动节点接收这个消息，从而确定它们当前所连的链路以及该链路上的代 理。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 如果移动节点发现自己正连接在家乡链路上，那么它就和固定节点一样工 作，无需运用移动m 的任何其他功能。如果它连接的是一条外地链路，移动节 点就从外地代理的代理广播消息中读出转交地址，并向它的家乡代理注册这个转 交地址，然后通过连接家乡代理和转交地址的一条隧道从外地代理那里接收数据 包。 1 3 移动i p 的研究现状 目前，移动i p 的标准仍在制订中，其中涉及到的热点问题主要包括以下方 面： ( 1 ) 路由优化问题1 1 0 j 移动m 中经常遇到三角路由问题，即通信节点发送数据包到移动节点时， 首先要到达家乡代理，而后由家乡代理通过隧道转发给移动节点，而移动节点则 可以直接向通信节点发送数据包。三角路由问题会增加数据包传输的时延，占用 网络资源并且加重家乡代理的处理负担。它的解决方法是采用路由优化技术，即 移动节点将其转交地址通知通信节点，使通信节点可以通过隧道直接发送数据包 到移动节点。但是路由优化将会带来新的安全问题，为了加强安全性能，移动节 点必须和通信节点相互认证，即它们需要一对密钥。当移动节点和通信节点数目 较多时，为每一个移动节点和通信节点分配一对密钥的方法是不可行的，而为每 个移动节点和其家乡代理配置一对密钥的方法是可行的。另外，只有当移动节点 与家乡代理比较远而与通信节点较近时采用路由优化才有较大的意义。因此，应 根据实际的网络拓扑结构并在考虑安全性的前提下来决定是否采用路由优化。 ( 2 ) 外地代理的平滑切换问题1 1 1 】【1 2 1 1 1 3 】 由于移动主机的移动频率可能很高，移动节点有时不能及时将当前的新的转 交地址注册到家乡代理，此时发往移动节点的数据包将会丢失，这个问题可以通 过代理的平滑切换来解决。一种简单的实现方法是在新的外地代理得到移动节点 认证前就发送绑定更新给旧的外地代理，而后旧的外地代理开始向新的外地代理 转发数据。 这种方法的切换虽然时延较短，但存在很大的安全缺陷。如果一个攻击者假 冒了新的外地代理，则可能会截获送往移动节点的数据。为增加代理切换的安全 性能，同时尽量减少切换过程中的数据丢失，必须要求新外地代理首先要得到移 动节点的认证。移动节点可以在向新的外地代理发送注册请求的同时向旧外地代 理发送绑定更新消息，并通知i b # i , 地代理暂时缓存数据。然后，移动节点对新外 地代理进行认证，如果认证成功，移动节点将通知旧外地代理转发它缓存的数据 天津大学硕士学位论文第一章绪论 到新外地代理，从而实现一种平滑、安全的切换。 ( 3 ) 网络性能问题l j 4 1 移动i p 是一种与媒介无关的协议，它可以工作在多种环境。当移动i p 工作 在无线网络时，由于无线网络的带宽是一种宝贵的资源，必须尽可能减少网络开 销。当移动节点数目较多时，由于移动节点和家乡代理的认证而引入的开销将会 占用过多的网络带宽。另外，加强密码方案是通过牺牲网络性能来提高安全性能 的，因此我们应在安全性能和网络性能之间进行折衷，根据实际需要来选择合适 的安全策略。一般遵循的原则是当网络规模较小或网络资源比较充足时，可以采 用较强的安全机制，反之，则应适当降低安全性以保障网络的可用性。 考虑到代p 和i p 的报头总长将占4 0 个字节，非常有必要实现移动节点的 t c d p 报头压缩。一种方法是在移动节点中采用v a nj a c o b s o n 压缩机制，但要求 外地链路必须支持这种压缩机制。 考虑到代理广播消息和代理注册请求消息也将占用网络资源，因此，应在不 影响移动节点正常工作的同时适当减少代理广播的发送频率和适当增加注册的 有效时长。减少注册消息的方法是采用分层外地代理来实施注册优化。在这种方 案中，外地代理按照树状的分级方式组织。家乡代理只存储当前根外地代理的地 址，每个外地代理存储移动节点所在的下一级代理的地址，每个叶外地代理广播 从根到叶的路径上代理组成的向量，移动节点切换后，比较收到的老向量和新向 量，向新、老外地代理的最低共同祖先注册新位置，只有移动节点切换出根外地 代理的范围时，才会向家乡代理发起注册。这种方法通过将注册消息局部化来减 小注册带来的开销。 ( 4 ) q o s 保障问题i 】” 随着移动业务的不断开展，通过移动m 开展实时业务的需求也日益迫切。 但是无线网络的资源相对匮乏，特别是移动节点不断改变位置且作为接收者时， 向它提供实时业务将变得非常困难。现有的q o s 体系结构包括综合服务模型和 区分服务模型，它们都没有考虑移动环境下的q o s 保证，必须进行适当修改。 可行的方法是采用修改过的资源预留协议( r s v p ) 。r s v p 不是路由协议，也不是 传输层协议，而是一种单向信令协议。由于r s v p 只在一条特定路径上预留资源， 通信节点到移动节点的路径经常变化意味着移动节点每次切换链路时都要重新 进行资源预留。它的解决方法是每当移动节点移动时，重新为从家乡代理到转交 地址的路径预留资源。同时由于移动i p 使用隧道技术并且采用认证包头a h ( a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ) 和封装安全负载e s p ( e n c a p s u l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a d ) 等安全手段，使得中间路由器很难识别出数据包的种类进行资源预留。这可以通 过增加一个传输层报头，利用传输层协议的端口号来区分不同的数据包来解决。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 因此在移动i p 中进行资源预留的代价将会很高，服务提供商将会向得到较高 q o s 保证的用户收取更多的费用。 ( 5 ) 移动i p 中t c p 的性能【1 6 】 移动i p 中的移动性和使用的无线媒介对t c p 的性能造成了很大影响。t c p 协议认为几乎所有的数据包丢失都是由于拥塞而引起的，当数据包发生错误或丢 失时，t c p 就认为网络发生了拥塞，从而调整发送窗口来降低数据的发送速率。 但这种假设对移动碑中的t c p 协议并不成立。误码率较高的无线链路经常会引 起数据传输错误，并且频繁移动的移动节点可能在数据包到达前就离开了原来的 位置，从而引起数据包的丢失。因此t c p 错误地将这些数据丢失归咎于网络拥 塞，从而降低发送数据的速率，使得t c p 的性能在移动i p 环境下变得很差。为 了解决这个问题，可以对t c p 协议进行一系列改进： 采用运动中的快速重发机制； 采用连接分段的方法； 采用传输和超时冻结机制； 采用有选择的确认机制和随路t c p ； t c p 上层应用程序的改进。 ( 6 ) 移动i p v 6 1 1 7 1 i p v 6 巨大的地址空问使得地址的自动配置变得非常简单，移动节点可以容 易地得到一个配置转交地址，所以移动i p 不再需要外地代理。但是其它高层功 能与移动i p v 4 相似，即代理发现、注册和选路。移动i p v 6 采用路由器搜索，以 确定它的转交地址。与移动i p v 4 的注册相似，i p v 6 本身就集成了对路由优化的 支持，通过产生绑定更新和绑定应答消息，通信节点能够及时获得移动节点的转 交地址，并可利用i p 选路报头通过源路由直接将数据包发送给移动节点来实现 路由优化。移动i p 中采用源路由而不使用隧道技术的原因是因为i p v 6 中地址为 1 2 8 位，源路由可以比隧道技术减少处理开销。 ( 7 ) 安全问题 安全性是决定移动i p 能否得到广泛应用的至关重要的因素之一。目前，移 动i p 中采用了多种认证机制和加密方法来防止恶意用户的攻击，在很大程度上 解决了移动i p 中的安全隐患问题。但是，目前还有很多安全问题没有得到很好 的解决，例如，密钥的管理和分配、安全软件和集成化以及防止拒绝服务攻击等， 因此必须认识到网络安全问题的解决是一项艰巨的系统工程。当前的目标是如何 利用各种安全手段来提供最优的安全性能。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 移动i p 应用和未来的发展趋势 1 4 1 移动i p 的应用 随着信息化时代的到来，人们的工作节奏不断加快。在日常生活和商务活动 中，人们越来越希望能在移动的过程中高速接入i n t e m e t 或局域网，并能够像在 固定有线网络一样安全地获得急需的信息，完成所想做的事情。移动i p 能够满 足人们的这种要求，它可以使用户更方便、更灵活的安全访问i n t e m e t 资源，同 时它使用户对互联网的访问空间大大扩展。移动m 可作为移动增值软件用于笔 记本计算机、手持计算机以及路由器的移动模块等。同时，随着移动通信设备的 研发进步，如笔记本计算机、p d a 等的便捷性和计算能力的不断提高，为主机 的移动能力提供了坚实的硬件基础。 移动i p 技术允许移动主机用户在移动网络中自由移动，并且对用户是完全 透明的。移动i p 向用户提供了两方面的透明性，即操作透明性和性能透明性。 操作透明性指移动主机移动前后用户不需要进行特殊的操作；而性能透明性是指 通信性能不因移动主机的移动而受影响。移动i p 的应用使移动主机可以在不同 的网络之间用唯一的i p 地址来标识，无论其物理位置移动到哪里，数据包都能 透明地传输到这一地址。因此，移动i p 提供了独一无二的、维持会话的能力从 一个连接点到另一个连接点的无缝转移，不需要用户干预和用户资料。移动i p 是第一个提供这样透明移动性的协议。 移动i p 主要的发展方向有以下几个方面： ( 1 ) i p 与通信业务的结厶【l s 】 在电路交换的移动通信网络中引入i p 电话业务。e p ( e w o o p h o n e ) 网络电 话是一种新的电话业务，是i p 网络承载话音技术创新的产物。它把话音进行压 缩编码，打包分组，路由分配，存储交换，解包解压缩等变换处理，在i p 网络 上实现话音通信。因为它的分组特性有效地利用了网络资源，降低了话音传输的 成本，所以与传统电话相比有成本价格上的优势。在固定网中，m 电话业务正 在崛起。基于成本上的考虑，在移动网络中引入i p 电话业务也是颇有发展前景 的新业务。在我国，g s m 移动网络中引入i p 电话是用户关注的新业务，也是运 营商需要解决的技术问题。 ( 2 ) 在g s m 网络中引入i p 分组数据业务：g p r s g p r s 是移动通信网络向分组化发展的一个里程碑。g p r s 是一个从空中接 口到地面接入网再到核心网络部分都分组化的数据通信网络。g p r s 的分组化实 质，使得空中接口频谱利用率与地面接入网带宽利用效率都得到极大地提高。同 天津大学硕士学位论文第一章绪论 时诞生了“按流量计费”这种更加合理的资费政策，使得运营商可以宣称：让用 户2 4 小时在线，只有点击的时候才计费。g p r s 扫除了阻碍无线互联网应用得 到普及在技术和成本两方面的障碍，必将加快移动互联网应用的普及和推广。 g p r s 的骨干网将借助于i p 网络和互联网络能够无缝互通互联。对用户来说， 移动终端使得原先需要庞大昂贵的p c 才能使用的互联网以一种更为简单便捷、 亲切易用和廉价实用的方式出现，也更加易于为广大普通百姓所接受。移动性将 大大促进互联网应用的普及。可以大胆地预言，互联网和移动通信的结合，会使 得以前曲高和寡的数据业务以廉价实用的方式进入寻常百姓家。 ( 3 ) 第三代移动通信网络的发展方向将是一个全i p 的分组网络1 1 9 1 第三代移动通信的发展是在固定网络向宽带电信级i p 网络发展的大背景下 进行的。第三代移动通信的核心网络将采用宽带i p 网络。在此i p 网上，承载着 从实时话音、视频到w e b 浏览、电子商务等多种业务，是电信级的多业务统一 网络、宽带的i p 网络将是分层的：物理承载可以是i po v e rd w d m 、i po v e l s d h 、 i p o v e r a t m 等多种方式，i p 协议是主导的网络路由与寻址协议，网络控制由c a l l s e r v e r 服务器实现，而网上的业务则由众多的第三方智能业务提供商提供。实现 了传输网络、网络控制、业务提供的分离。相对于传统网络，网络安全性、业务 质量保证、新业务提供的便利性、业务种类的丰富性以及开放系统带来的广阔商 业机会都是无可比拟的。 第三代移动网络发展的初期将继承现有移动网络的基础设施，如移动交换 机，归属位置登记数据库等。在业务发展初期，电路型业务如话音，电路型多 媒体业务将仍然由移动交换中心m s c ( m o b i l es w i t c hc e n t e r ) 网络承载，而分 组数据业务将由g s n ( g p r ss u p p o r t i n gn o d e ) 分组交换机承载，形成电路和分 组两套网络并存的局面。但随着分组业务量的急剧增长和i p 技术的完全成熟， 所有的业务将会统一到i p 网络，形成一个真正的综合业务网络。 移动i p 技术前景广阔，主要的应用领域有 2 0 1 ： 大型办公室、车间； 机场、酒店等公共场所； 大型跨国公司的虚拟专用网； 各大i s p 之间联合提供无线接入服务； 医院等医疗机构； 银行、金融证券公司； 大型超级市场、智慧仓库； 临时办公室、会议是； 公司培训站点和学校校园网络，信息查询、交换和学习。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 比如一家大型医院各个科的病房、门诊科室是由多个i p 子网构成，并都能 提供无线接入服务。医护人员每天对病人的病情进行查询，同时可利用手持移动 终端( 如掌上计算机) 将其情况记录下来并发往主治医生的手持终端上，使主治 医生随时可以了解病人的情况，而并不要求该医生一定在自己科所属的i p 子网 中此时他可能正在为其它病人门诊或在其它科室会诊。又比如，一个在世界 很多地方都有其分公司的大型跨国公司，必定有其各自的i p 予网，应用移动i p 软件，公司员工在不同子公司之间出差办公时，也可以保持对网络资源的访问。 另外，各大i s p 也可以在不同地区提供无线接入服务：应用移动i p 软件，用户 可以自由移动，就像现在使用的移动电话一样，从一个城市到另一个城市进行漫 游，而不必进行其它的操作和设置。 1 4 2 移动i p 未来的发展趋势 可以预计，移动i p 技术将在未来极大地改变人们的工作方式和生活方式。 在未来信息无所不在的时代，移动网络将依靠其灵活性、可移动性和极强的可扩 容性以及建网迅速、维护方便等优势，使人们真正享受到简单、方便、快捷的连 接。移动口技术为移动用户提供了一种在任何网络漫游的方案，使移动主机在 切换链路时仍可保持正在进行的通信，可应用于用户需要经常移动的所有领域， 如移动上网、移动专用网接入等，其发展前景非常广阔1 2 1 1 。 ( 1 ) 移动i p 是通信方式的深刻变革 移动i p 不是移动通信技术和i n t e m e t 技术的简单叠加，也不是无线话音和无 线数据的简单叠加，它是移动通信技术和l p 技术的深层融合，也是对现有移动 通信方式的深刻变革。现有的移动通信采用的是电路交换方式，用户通话时一直 占用固定的带宽资源。这种通信方式适合话音业务，但是对i p 类型的业务则不 是最适合的。为适应快速增长的数据型业务需求，现有的电路交换的移动通信网 络必须进行改造。人们需要的是一个以分组交换为基础的无线网络，这种新型网 络结构正是移动i p 未来的结构，它将真正实现话音和数据的业务融合。移动m 的目标是将无线话音和无线数据综合到一个技术平台上传输，这一平台就是i p 。 未来的移动网络将实现全m 交换，包括话音和数据都由婵包来承载。话音和数 据的隔阂将消失。移动通信的i p 化进程将分为三个阶段：移动业务的i p 化；移 动网络的分组化演进；在第三代移动通信系统中实现全i p 化。 ( 2 ) 移动i p 带来服务方式的深刻变革 移动l p 从业务角度来讲，不是为用户提供简单的话音业务和简单的数据业 务。由于i p 在移动通信中的引入，将改变移动通信的业务模式和服务模式。基 于移动i p 技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。这 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 种以人为本的服务方式将会日益取代简单的话音或数据业务方式，不断在需求丰 富的市场中拓展。这一趋势将对传统的电信运营商产生巨大的冲击，单独从简单 话音业务中追求利润的空问会变得越来越小，与此同时，各种基于移动m 网络 的应用型服务的市场会越来越大。这为新的移动应用服务商的成长创造了机会， 他们可以利用移动网络经营者的资源，为客户开发和提供各种应用服务，对传统 的移动运营商带来了冲击。为此，传统的移动通信运营商应积极向服务提供商的 角色转变。 ( 3 ) 移动i p 发展的关键是应用 最终决定移动l p 发展的关键是用户的需求。目前，口应用主要是在固定领 域，移动m 应用受网络带宽限制，其信息内容的丰富性还难以和固定网络抗衡。 特别是在我国。移动用户还主要是话音用户，数据业务还没有被多数用户认同。 作为一种全新的业务，要想赢得客户打开市场，就必须推出定位准确，有针对性、 实用性的应用和服务。而在未来，移动i p 的服务将更丰富多彩，用户和移动网 络运营商之间将是厚实的应用服务层，只有抓住应用才能抓住用户，占据市场。 目前移动i p 技术已经在c d m a 2 0 0 0 1 x ( 第三代移动通信系统主流标准之一 c d m a 2 0 0 0 的第一阶段) 中得到商用，这种技术使得c d m a 2 0 0 01 x 能都提供 更为有效的移动数据业务，并能提供更好的可扩展性，第三代移动通信的目标之 一是使用户在全球范围内自由漫游。移动i p 由于其架构的灵活性和对固定i p 的 继承性，目前被越来越多的人重视，未来一定会在实现第三代移动通信全球漫游 的目标中起到非常重要的作用。 1 5 本文的主要工作 本文主要进行了以下的工作： ( 1 ) 详细介绍了移动i p 的功能实体、工作机制和当前研究的热点，并描 述了移动i p 的应用范围和未来的发展趋势。 ( 2 ) 对r s v p 协议的介绍，着重讨论了r s v p 应用在移动i p 网络所需要 解决的问题和相对应的解决方法。 ( 3 ) 提出移动i p 网络的综合服务模型，提出移动l p 路由优化的改进方案， 其中包括结合r s v p 协议的q o s 保证以及使用中转代理节点的移动 i p 链路切换算法。 ( 4 ) 对移动i p 路由优化改进方案在n s 上进行模拟仿真，并与原方案在 网络仿真环境中进行比较，对仿真结果作了详尽的分析。 天津大学硕士学砬论文第二章资源预留协议r s v p 2 1r s v p 协议简介 第二章资源预留协议飚、r p 资源预留协议r s v p 是i e t f 提出的一种建立资源预留的协议标准，它负责 为特定的应用数据流向网络请求特定的服务质量。r s v p 协议是i n t e r n e ti n t s e r v 服务模型的一部分，它运行于口层之上，在协议栈中