（计算机系统结构专业论文）移动ipv6的qos架构研究.pdf

摘要： 无线传输技术的发展，为移动计算的发展和应用创造了条件。人们希望随时随地的访问 网络的愿望促进了对移动i p v 6 技术的研究和发展。 移动用户对实时业务如语音、视频业务的需求为在移动i p v 6 环境下解决服务质量问题 提出了新的需求。无线链路的低带宽、高误码率的特性和移动节点本身所固有的移动性、能 量有限对o o s 参数有着很大的影响。为了提供端到端的、基于每个数据流的服务质量，移 动i p v 6 网络中必须有个合适的、可部署的服务质量架构。 本文提出了一种可缩放的服务质量架构，定义了该架构中的基本元素、架构的部署、及 其在实际使用中的交互。在分析了现有的局部移动管理的机制上，结合我们在流透明的资源 预留方面做的工作，提出了一种可缩放的非集中流透明的层次化移动管理方案。我们的架构 在域内采用流透明的资源预留协议，在高速的骨干网内使用区分服务来获得可缩放的q o s 保证。我们给出了我们的架构和目前国际上相关研究的分析与比较，并利用仿真对非集中的 层次化移动方面的工作机制进行了验证与分析。 在论文的最后部分，介绍了一下我们搭建的层次化移动i p v 6 实验床。 关键字：移动i p 。6 层次化移动i p v 6q o s 切换综合服务区分服务可缩放性 a b s t l a c t w i mt h ed e v e l 叩m e mo ft h ew h e l e s st r ，m s p o r tt e c h i m l o g yp f o m o t e dt h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no fm o b i l ec o l n p u t i n g t h ea v a i l a b i i 时o fn e t w o r ks e n r i c e 锄y w h e r e ，a n y t i m ea l s o s t i m u l a t em er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e 眦“m o b i l ei p v 6 t h ed e m a n do f r e a lt i r n es e r v i c e1 i k ev o i c ea 1 1 dv i d e oi nm o b i l ei p v 6r e q u i r en e ws 0 1 u t i o n st o t h eq u a l i t yo fs e i c ep r o b l e m t h el o wb a n d w i d t ha n d l l i g i le r r o rr a l ec h a r a c t e r i s “c so f w i r e l e s s 1 i n k ，t o g e t l l e rw i t hm o b i l i t ya n de n e r g yl i m i t e dc h m c t e r i s t i c so fm o b i l en o d ew i l lh a v e 伊e a t i n f l u e n c et ot h ep a r a m e t e ro f q o s t o p r o v i d ee n d - t o - e n d ，n o wb 铺e dq o s ，m e r cm u s t b eap m p e r d e p l o y a b l eq o s a r c h i t e c f 盯e t h i st 1 1 e s i si n 仃o d u c e das c a l a b l eq o sa r c l l i t e c t i l r e ，d e f i n e dt l l eb a s i ce l e m e n t so fi h e a r c h “e c n l r e ，t h ed e p i o y m e n to f t 1 1 ea r c h i t e c t l l r e ，a l s om ec o n c r e t ei n t e r a c 在o ni na p p i i c a 虹o n w e a n a l y z e d 也ep r o p o s e d 皿c r o m o b i l i t ym a n a g e m e n t 1 e c h a i l i s n 蟾，t o g e t i l e rw i t l lo u rw o r ko nf l o w t r a l l s p a r e n tr e s o u r c er e s e r v a n o n ，i n t r o d u c e das c a l a b l ed e - c e n t r a l i z e dn o w s p a r e n t h i e w c h i c a l m o b i l i t yr 呦a g e m e m h l o l l ra r c l t e c m r e ，、wp r o p o s e dt ou s en o w 啪s p a 堤n t h l t e f a t e ds e r v i c e m o d e li nd o m a i nt op m v i d eq o s s u p p o r t ，w h i l ei i lb a c k b o n e ，w e 呻o s e d t ou s ed i f b r e n t i a t e d s e r v i c et og e ts c a l a b l eq o ss u p p o r t w e 柚a l y z e do u ra r c l l i t e c 嘶、i t l lc u n 抽g - e d g er e s e a r c hi i l t h i sa r e a w ea l s ou s e ds i i t l l l l 撕o nt ov e r i 母a 1 1 d 如a l y z eo l l rp r o p o s e dd e - c e n 臼瑚i dh i e r a r c l l i c a l 瑚o b i i i t yl n a l l a 班乞 i nt l ：i el 鼬ts e c t i o n ，w ep r e s e n t e do u rh i e 眦1 1 i c a lm o b i l e v 6t e s tb e d k e y w o r d s ：m o b i l ei p v 6 h j e m f c h i c a lm o b j l ei p v 6 ，q u a l 蚵o f s 洲c e h d o 懈，i n t 唧t e d s e r v i c e ，d i 豌n t i a t e ds e r v i c e ，s c a l 蝴l 崎 图、表目录 幽2 1 i p v 6 头标格式 幽2 2 l p v 6 包的扩展头标 h2 3 路由头杯 圈2 - 4 选项域 幽2 5 家乡地址选项头标 煳2 6 类型2 的路由头标 幽2 7 绑定通佶一 幽2 8 通信对端无绑定缓存r 的报文传递 幽3 1 层次化移动i p v 6 魁3 2 快速切换时序 幽3 3 移动节点的结十句 图3 4 0 0 s 架构的实际部署 图3 5 无最近公共路由器的切换 幽4 1 层次化移动i p v 6 的仿真场景设计一 图4 2 层次化移动i p v 6 的仿真场景 酬4 3 非集中层次化移动r p v 6 仿真_ 场景一 图5 一l 层次化移动i p v 6 测试床 丧2 1 i p 扩展头标 表5 1h m i p v 6 实验结果分忻 表5 2h m i p v 6 实验结果分析 表5 3h m i p v 6 实验结果分析 入a r l m n 初次接入a r l o 4 1 m n 离开a r l 初次按入a r 2 4 1 m n 在其l c o a l 生命期结束前离开a r 2 链路并再次接 4 1 i i i 一丙一省一m幢”坶引巧拍力”粥 主里型兰垫查查兰堡主堂垡堡壅 一兰三! ! ! 坠 第一章绪论 无线技术的发展，为网络技术的进一步延伸提供了很好的支持，比较有代表性的技术如 g s m g p r s ，c d p d ，c d m a ，w i 胂1 u e t 0 0 c h 等。同时，轻便的嵌入式计算系统如p d 掌上电 脑，智能移动电话等的发展，基于移动计算的应用服务越来越普及。日益增加的户外活动、 家庭网络和计算化移动行为促进了移动网络的发展，并且移动网络与固定网络有机融合在一 起的趋势越来越明显，从而形成一个“全i p ”的统一网络。“全i p ”网络提山了巨大的地 址空间要求，目前广泛使用的1 p v 4 已经越来越不能适应目益增长的智能网络设备对地址的 需求。为此，从1 9 9 1 年开始，i e t f ( i n t e m e t e n g i n e “n g t a s k f o r c e ，i n l e r n e f 工程任务特别 小组) 就开始了制定下一代互联网络协议即i p v 6 ，1 9 9 6 年以来有关i p v 6 的大部分r f c 相 继发表。 无线技术的发展，具备强大处理能力的便携设备的普及，人们很自然地希望在任何时候、 任何地点能够访问h 恤m e t ，并且在移动过程中能够保持与网络的透明连接。然而，由于 i n l e m e t 的互联协议i p 的地址结构和路由算法，限制了移动终端在移动i n t e m e t 中的灵活操 作，所以无线网络和m t e m e t 的结合将对i p 提出很大挑战。为了支持便携设备在移动时仍能 保持与i i l t e m e t 的通信，自1 9 9 1 年以来，许多研究机构展开了在i i l t e m e t 上支持主机漫游的 研究工作，提出了一些支持主机漫游的协议。i e t f 也成立了m o b i l ei p 小组，专门从事移动 i p 协议的标准化研究。1 9 9 6 年1 0 月公布了刚2 0 0 2 “i p m o b i i i t y s u p p o r t ”、r f c2 0 0 3 “i p e n c a 口s u i a l i o nw i t l l i nm ”等，提出了移动i p 协议标准。随着下一代i n t e m e t 协议i p v 6 的完 善和实用化，移动i p v 6 协议的标准化也是i e t f m o b i l e i p 小组的一个重要议程。i e t f m o b i l e i p 小组也提出了很多移动i p v 6 协议的草案。目前，针对移动i p v 6 标准的制定仍然在热烈的 讨论中。制定下一代移动通信系统的“i m t 2 0 0 0 ”标准的第三代移动通信合作工程( 3 0 p p ， t h e3 “g e n e r a t i o np a n n e r s h i pp r o i e c t ) 已确定将i p v 6 作为下一代移动通信的基本协议来实现 移动i p 。 随着互联网规模的扩大，网络上实时业务量( 如音频、视频) 也在不断增加，这些业务 对现有的网络技术提出了新的要求，即要求有一定的服务质量q o s ( q u a i 衄o f s e r v i c e ) 。 数据包延迟、数据包丢失率、延迟抖动和吞吐率是衡量实时应用程序服务质量的主要参数。 现有的网络技术无法根据正在运行的业务及时地对带宽的进行重新分配，而且各转发节点采 用的q o s 技术可能互不相同，数据流的分类规则、优先级设置规则也各不相同，这些问题 导致无法为一个关键业务实现端到端的q o s 。当关键业务是对网络传输的延时及延时抖动等 特性较为敏感的多媒体业务时，如果同时伴有突发性高的f 1 甲或含有图象文件的h t t p 等 业务量在网络上传输，与之争用带宽的多媒体业务质量就无法得到保证。这样既浪费了网络 资源，又不能使网络用户获得好的服务质量。移动终端的引入，将为这方面的工作提出更大 的挑战。终端的移动会引起通信链路发生变化，进而由链路级连而形成的连接路由也随之变 化；频繁的网络切换将引发很大的网络通信延迟及数据报文的丢失：无线链路的本身的不可 靠、低带宽的特性也会引发一定的问题。 目前国际上有一些大学或研究机构在进行移动球v 6 环境下q o s 控制技术的研究，柏林 工业大学、新加坡国立大学、n o “a 公司、e c s i o n 公司、法国国立计算机与控制研究所 ( n q i u a ) 等都进行了一些研究，并取得了一些成绩。在国内，中国科技大学电子工程系信 息网络实验室和中国科技大学网络中心联合承担了国家8 6 3 计划研究项目“移动i p v 6 的关 键技术”的研究工作，其中的一个子课题就是“移动i p v 6 环境下的q o s 控制技术”。结合 中国科学技术大学硕士学位论文 第一章绪论 该项目，本文将针对移动i p v 6 环境下的q o s 架构展开论述。 本论文分为以下几个部分： 第一章绪论 第二章移动i p v 6 、q o s 及移动口v 6 的q o s 第三章移动i p v 6 的q o s 支持架构 第四章移动i p v 6 的q o s 支持架构的仿真 第五章层次化移动i p v 6 测试床 第六章总结与展望 第一章主要介绍本工作的相关研究背景及意义：第二章主要讨论本论文主题相关的支持 协议移动i p v 6 以及q o s 相关的一些基础知识；第三章将讨论论文的重点，q o s 支持架构及 其相关研究；第四章讨论非集中层次化移动管理的仿真；第五章讨论为测试层次化移动i p v 6 而架设的测试床及相关的测试结果；最后将给出研究的结论及展望。 2 生里型堂垫查查堂堡主堂焦堡塞 塑三童整垫! ! 生二_ 旦箜望曼型卫坠生! ! g 坚 第二章移动i p v 6 、q o s 及移动i p v 6 的q o s 随着网络技术的发展，实时业务与日俱增。这些业务与传统的i p 业务不同，除了对单 纯的信息传递有要求外，对时延、带宽等有明确的要求。无线通信技术的发展，对移动通信 的繁荣奠定了坚实的基础。实时业务引入到移动网络条件下，对移动网络条件下提供确定的 服务质量提出了新的要求。 本章，我们将从移动i p v 6 、q o s 开始，引入移动i p v 6 的q o s 。 2 1 移动i p v 6 简介 本小节主要简单的介绍一下移动1 p v 6 协议相关的一些基础，这些对于我们阐述其相关 的研究是必需的。在开始介绍移动i p v 6 前。首先介绍一下移动i p v 6 的基础，即下一代互联 网络协议i p v 6 ，这对于理解移动i p v 6 的工作原理是必需的；然后我们介绍移动i p v 6 协议。 2 1 1i p v 6 简介 由于互联网络协议i p v 4 ( i n t e m e l p m t o c 0 1 v e r s i o n4 ) 【1 】本身结构的简洁、很容易在它之上 部署新应用上，因此得到了广泛应用，但其成功的背后也存在着以下问题： 1 )地址空间问题：p v 4 设计时并未设想到3 2 位的地址空间会成为一个重要的问 题，随着互联网络的迅速普及，对地址的需求越来越大。地址问题已经日以成 为互联网络的重要问题。由此产生了一些缓解地址压力的技术，如动态主机地 址分配( d y n a r r i i ch o s tc o n 趣啦撕0 np r o t o c o l ，d h c p ) 、地址翻译技术科e m o r k a d d r c s st r a l l s l a n o n ，n 2 】等。这些技术在某种程度上缓解了网络终端对地址 的要求，但却引入了一些问题：d h c p 并不能够缓解永久在线主机的地址压力， n a t 破坏了网络最基本的端到端的特性。随着端到端( p e e r 1 0 p e e n 服务的发展， 这已经成为了一大障碍。因此如果要从根本上解决这个问题必须扩展网络协 议的地址空间。 2 )路由问题：由于美国在地址方面的的垄断地位而引发了地址分配的不合理，从 而导致了路由器中表项太多，路由处理效率不高的问题。 3 )q o s 问题；i p v 4 设计之初并没有考虑这方面的内容，因此对于实时业务的传递 都是通过尽力而为( b e s t e f r o n ) 来完成的。随着实时业务的增多，这已经成为了 一个问题。 4 )安全问题：口v 4 协议设计之初，安全也没有成为一个关键的问题。随着应用的 增多，a ns e i c e sr u n0 v e rm 的需求导致了对安全的需求 i e t f 从1 9 9 1 年起，就成立了下一代网络研究的专门的工作组，n g ( h l t e tp r o t o c 0 1 n c x t g e n e m t i o n ) 3 j ，专门开始研究下一代互联网络协议。1 9 9 4 年7 月，删n g 提出了第一 个i p v 6 【4 的推荐版本。随后的几年内，更多的关于i p v 6 的协议文本成为标准草案。 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章移动i p v 6 、q o s 及移动i p v 6 的q o s i p v 6 的优势 与i p v 4 相比，i p v 6 在很多方面都进行了增强与改进，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) i p v 6 提供巨大的地址空间：i p v 6 的i p 地址域为1 2 8 比特，拥有2 ”3 巨大的地 址空间。理论上这一规模能够对地球表面的每一平方米提供6 6 5 1 0 ”个网络地址。和i p v 4 相同，网地址分层运刷，实际可用的总数要小得多。但保守的估计每平方米也有1 6 0 0 个口 地址。由于存在着大量地址，因此每个设备都可以拥有至少一个i p 地址，这对于维持i n t e m e t 端到端的特性是必需的。 ( 2 ) i p v 6 具有与网络适配的层次地址：和i p v 4 一样，i p v 6 的i p 地址分成表示特定网 络的网络前缀和表示主机或服务器的主机地址二部分。在1 2 8 位的i p v 6 地址中，高6 4 比特 表示网络前缀，低6 4 比特表示主机。网络前缀还分成多个层次地网络，包1 3 比特的项级聚 类标识符t l a ( t o p 1 e v e la g g r e g a t i o n ) - i d ，2 4 比特的次级聚类标识符n l a ( n e x t - l e v e l a g 伊e g a t i o n ) 一m 和1 6 比特的网点级聚类标识符s l a ( s i t e l e v e la g g r e g a t i o n ) 一i d 。层次化分配 i p 地址可减小路由器中路由表的规模，从而减少了存储器的容量和c p u 的开销，提高了查 表和转发i p 包的速度。 ( 3 ) 任播功能：任播( a n y c a s t ) 是指向提供同一服务的所有服务器都能识别的通用地址 ( a n y c a s t 地址) 发送i p 包，路由控制系统将该i p 包送至最近的服务器。例如，利用a n y c a s t 可以访问离用户最近的d n s 服务器和文件服务器等。这只需利用i p v 6 头标中的目的i p 地 址。 ( 4 ) 即插即用功能：它是指计算机接入i m 啪e t 时可自动获取、登录必要的参数的自 动配置功能、地址检索等功能。这只需利用i p v 6 头标中的目的i p 地址。 ( 5 ) 安全功能：i p v 6 规定了“认证头标f a u t l l e n t i c a t i o nh e a d e r ) ”和“封装安全净荷 ( e n c a p s u l a t i o ns e c u r i t yp a y l o a d ，e s p ) ”来保证信息在传输中的安全。这要利用i p v 6 基本头 标和扩展头标来实现。扩展头标是为了简化基本头标而导入的规范。它被用来实现i p v 4 中 的选项( o p b o n ) 功能、i p v 6 中新增的功能以及高层协议。 ( 6 ) q o s 功能：利用i p v 6 头标中的8 比特业务量等级域和2 0 比特的流标记域可以确 保带宽，实现可靠的实时通信。这利用基本头标即可实现。 i p v 6 与i p v 4 相比，有时很明显，但同样也存在着问题，p v 6 在路由问题的处理上目前 尚不能够从根本上解决它的可缩放性问题；同样的，业务量等级域和流标记域的存在虽然可 以作为q o s 提供的一个基本手段，但要提供真正实用的有q o s 保证的，尚需更多的工作。 在看了基本的特点以后，我们再看一下i p v 6 协议的具体组成。首先来将讨论i p v 6 的基本头 标，然后描述i p v 6 协议中的扩展头标。 i p v 6 的基本头标 图2 1 示出了口v 6 的头标格式。p v 6 的头标在起始“比特之后是1 2 8 比特的信源地址 和信宿地址( 目的地址) ，全长为4 0 字节，这是固定的，区别于口y 4 中的可变长头标。可变 的选项是通过后面将描述的选项头标完成的 起始的6 4 比特由以下域构成： 一 版本域( v e i o nf i e l d ) 4 比特 4 中国科学技术大学硕士学位论文第二章移动i p v 6 、q o s 及移动i p v 6 的q o s 一 业务量等级( t r a 埔cc l a s s ) 8 比特 - 流标记( f l o wl a b e l ) 2 0 比特 _ 净荷长度( p a y l o a dl e n g f h ) 1 6 比特 _ 下一个头标( n e x t h e a d e r ) 8 比特 _ 中继点限制数( h o p l j m “) 8 比特 版奉优先级流标记 净荷长度下一个头标中继点限制 一信源地址 一信宿地址叫 图2 1 i p v 6 头标格式 i p v 6 包中的第一个域是4 比特的版本号。在所有i p v 6 包将该域置成6 。 接着版本域之后的8 比特只是业务量等级。由该域的值定义i p 包的类型或某个i p 包相 对于进入同网络的其他i p 包的重要程度。业务量等级的具体分类正处于实验之中， r f c 2 4 6 0 “i n t e m e tp r o t o c 0 1 ，v e r s i o n6 ( i p v 6 ) s p e c m c a t i o n ”本身没有规定业务量等级的语法、 语义。 接着优先级域的是流标记域。在i p v 6 规范中对流作如下定义：“流是指从某个源点向 ( 单目或组播的) 目的地发送的i p 包中，源点要求中间路由器作特殊处理的那些i p 包”。 换句话说，流是指源点、目的地和流标记三者分别相同的i p 包的集合。导入流标记域对 t c p 埕p 的发展具有熏要意义。将流标记和信源地址组合即可分辨网络中特定的业务量流。 净荷长度域指示i p 基本头标以后的i p 包剩余部分的长度，单位是字节。此域占1 6 比 特，日而i p 包通常应在6 5 5 3 5 字节以内。但如果使用h 印b yh o p 选项扩展头标的特大净 荷选项，就能传送更大的i p 包。利用此选项时净荷长度置0 。 下一头标用来标识i p 包中的基本头标的下一个头标。在此头标中，指示选项的i p 头标 和上层协议。 中继点限制决定了能够将i p 包传送到多远。主机在生成i p 包时，在中继点限制域中设 置某一初值，然后将i p 包送到网上的路由器。各路由器从该值起逐次减l 。如i p 包到达目 的地之前其中继点限制变为0 ，该口包就被抛弃掉。使用中继点限制有二个目的。第一是 防止路由发生回环( 1 0 0 p ) 。在健全的网络中不会发生路由中的闭环现象，但网络未必总是 健全的。一旦发生闭环，路由器就会根据错误信息进行路由，导致i p 包不能到达目的地。 陷入无限的循环。 基本p 头标中最后2 个域是信源地址和信宿地址。它们各占1 2 8 比特。在此域中置入 i p 包最初的信源和最后的目的地。 i p v 6 的扩展头标 前面也提过，所有的口包都应从基本口头标开始。在许多情况下此头标能够完成将口 包正确送达到目的地的功能。除此之外，礤还能提供一些简单的功能附加在此功能之中。口 5 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章移动i p v 6 、q o s 及移动i p v 6 的q o s 为将附加的信息送到通道上的目的地系统及中间系统，使用了扩展头标。 扩展头标加在i p 包的基本头标之后。1 p v 6e x t e n s i o n h e a d e r 规范中定义了若干种不同的 扩展头标。它们由下一个头标域的值来标识。表2 1 列出了扩展头标的初值。除5 9 外，各 扩展头标具有各自的头标域。利用这种结构，l p 可以像菊花链那样一个接一个地罗列多个 扩展头标。最后的扩展头标域中利用下一个头标域来指示上层协议。 表2 1 i p 扩展头标 o 中继点选项头标( h o p 七y - h o po p t i o nh e a d e r ) 4 3 路由头标( r o u t i n gh e a d e r ) 4 4 报片头标( 厅a g t n e n t h e a d e r ) 5 1 认证头标( a u t l e n t i c a t j o nh e a d e r ) 5 9无下一头标( n u i i ) 6 0 目的地选项头标( d e s t i n a t i o no p n o n sh e a d e r ) 图2 2 示出了具有扩展头标的l p 包。应当注意，到认证为止的各个头标指示着下一个 头标。认证头标的下一个头标是高层协议，这里是t c p 。 图2 - 2 球v 6 包的扩展头标 表2 - 1 和图2 2 示出了推荐的头标顺序。此顺序对中间系统高效处理m 包是十分重要的。 在许多情况下，路由器只注意h 叩- b y - h o p 选项和路由头标。按推荐的顺序排列头标的好处 是路由器发现除此之外的头标时就没有必要再查看在其之上的口包。 头标顺序的唯一例外是目的地选项头标。在许多情况下。目的地选项只是为了最后的目 的地设置的。此选项必须在口包的扩展头标之后出现。或者说，它应恰好出现在上层协议 头标之前。下面介绍几个常见的头标。 6 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章移动i p v 6 、q o s 及移动i p v 6 的q o s ( 1 ) 路由头标 信源将i p 包发往目的地时，在某些情况下还希望控制该i p 包经由的路径。例如为了使 该i p 包通过最佳路由而对网络进行提示，也可能为了避开不合适的路由器而需要控制路径。 信源利用路由头标与j p 基本头标的目的地址的组合来定义i p 包通过网络的路由。 路由头标的格式如图2 ，3 所示，目前定义了类型0 和类型2 的路由头标。类型o 的头标 由参数组和应通过中间节点的地址表构成。起始3 2 比特分成4 个8 比特的域，接下来的3 2 比特是保留域，由源端将其全部置零，目的端则不予理睬。 下一头标扩展头标长度类型：0剩余中继数 保留 一 地址 0 一 一 地址 1 一 一 地址 n 1 一 _一_一 图2 3 路由头标 i p 包从信源送出时，基本i p 头标的目的地址是预定路径上的第一个中继点( h o p ) 的 地址。沿着该路径的各个h o p 地址依次列于路由头标的地址表内。该i p 包每到达一个h o p ， 就被此h o p 从地址表中取出下一个h 叩地址置入目的地址。l p 包就这样继续它的行程。 类型2 的路由头标用于我们要介绍的移动i p v 6 ，用来表示数据报文应该传送给不同于 标准路由方式的目的主机。在介绍移动d 相关的一些概念后，我们会重新介绍类型2 的路 由头标。 ( 2 ) 报文头标 与i p v 4 不同，i p v 6 路由器不对过大的i p 包进行分段。如果i p 包比到下一个中继点的 最大传输单元( m t u ：m i i n u mt r s 1 1 1 i s s i o nu n i t ) 大时，就抛弃该i p 包并回送i c m p 报 文。i p v 6 主机可以在向网络发送i p 包前，将该口包分成若干较小的报片( 丘a 鲫e n t ) 。各 报片可以独立地控制路由，并由目的她主机再将其恢复成原i p 包。 ( 3 ) 目的地选项头标 目的地选项头标是p 包到达目的地时才被处理的扩展头标，m v 6 中对“目的地选项” 头标定义的头标类型为6 0 。此头标具有很高的自由度，含有1 个以上的选项参数。各选项 参数由选项号码标识。 目的地选项头标中含有对i p 包目的地的选项。当m 包含有路由头标时，目的地选项可 置于路由头标之前。此时，由路由头标地址表中的各中间h o p ( 路由器) 处理该选项。 目的地选项头标中只存在8 比特的下一个头标号码域和8 比特的头标长度域。扩展头标 长度域以8 字节为单位，表示选项头标长度减1 的数( 也就是扣除了第1 个8 字节) 。 7 ! 里型兰垫查查堂堡主兰垡堡茎 兰三皇整塾! ! 兰：坐! ! 塑羔! 生! ! j 旦竖 j 圆亘二工玉亟夏亟 ：垂嘲甄 图2 4 选项域 如图2 5 所示，选项域中置入了选项表，各个选项是长度可变的编码的字节组。选项类 型( o p t i o nt y p e ) 是8 比特的标志符，选项数据长度也是8 比特，表示以字节为单位的选项 数据域的长度。 ( 4 ) 中继点选项头标 目的地选项头标是i p 包到达目的地时才被处理的扩展头标，各中继点对此头标不做任 何处理，这与i p v 6 的设计思想是一致的。但对管理和调试功能来说，存在着i p 包路径上所 有的路由器都要处理的i p 选项，这就是头标类型为o 的中继点( h 叩b y h o p ) 选项。换句 话说，当i p v 6 头标中的下一个头标代码为。时，就表明存在着中继点选项。此选项由中继 点对其进行处理。 基本的i p v 6 介绍完后，我们来看一下移动i p v 6 的构成。 2 1 2i p v 6 的移动性支持 通常位置的移动会引起网络地址的重新配置、已有连接的丢失。为了解决这个问题， i e t f 的m 0 b i l e i p 工作组 5 】专门负责这方面的工作，并因此而制定了i p v 4 的移动性支持的 标准 6 】 7 】 8 】。目前针对i p v 6 的移动性支持的标准化工作还在紧张的制定中，到论文撰写时 为止，移动i p v 6 协议的草案已经到了版本2 l 9 】。 在介绍移动i p v 6 的工作原理前，我们先来看一下一些移动i p v 6 相关的一些术语： 移动l p v 6 基本术语 移动i p v 6 的一些基本术语 ( 1 ) 移动节点( m 0 b i l en o d e ，m n ) ：具备移动功能并且能够从一个网络链路移动 到另一个网络链路而仍保持通信的节点： ( 2 ) 家乡地址m o m ea d d f e s s ) ： 移动节点在本节点从属网络上分配得到的i p 地址； f 3 ) 家乡子网前缀：对应于移动节点家乡地址的球子网前缀； ( 4 ) 家乡网络阻o m e n e t w o r k ) ：定义移动节点家乡子网前缀的网络。标准口路 由机制将发往移动节点的家乡地址的数据包发送到移动节点的家乡链路。 ( 5 ) 外地网络( f o r e i 舭n e 押o r l 【) ：对应于移动节点除了家乡网络以外的网络； ( 6 ) 转交地址( c a r e _ o f 诅d d r e s s ，c o a ) ：由于移动节点的移动性，要想使通信顺 利进行，移动节点还必须绑定另一个i p 地址，这就是转交地址。发往移 动节点的数据包由这个地址来转交。转交地址可以被认为是移动节点拓扑 结构意义上的地址。转交地址的前缀是外地子网前缀。 ( 7 ) 绑定( b i n d 抽曲：移动节点在外地网络中的家乡地址与转交地址的关联，在 每个绑定中还有这个关联所剩余的“生存时间”等字段。 ( 8 ) 家乡代理但o f n e 静吣：移动节点家乡链路上的一个路由器，移动节点向 其注册了当前的转交地址。当移动节点不在家乡时，家乡代理截获家乡链 路上发往移动节点的数据包，进行封装后。通过隧道发送给移动节点注册 8 ! 里型兰垫查盔兰堡兰堂垡丝兰 塑三皇堑垫! 坠曼二j 型坠翌堡垫! 兰! ! 里坚 的转交地址； f 9 ) 通信对端( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c n ) ：与移动节点进行通信的对端节点，该 节点既可以是静止的，也可以是移动的。 f l0 ) 回返路由过程承e t i l m r o u t a b i l i t y p r o c e d u r e ) ：该过程通过使用密钥标记交 换来授权绑定过程：这个过程使通信对端节点可以获得某种程度上的保 证：移动节点在它宣称的转交地址以及家乡地址上都是可达的。只有得到 这种保证后，通信对端：霄点才能够接受从移动节点来的绑定更新，然后指 示通信对端把数据报文转发到移动节点宣称的转交地址。这是通过测试发 送到这两个宣称地址的报文能否到达移动节点来完成的。只有移动节点提 供了收到了确定的证据后才能够通过这项测试： ( 1 1 ) 绑定管理密钥( b i n d i n gm a i l a g e m e n lk e y ，k b m ) ：用于授权绑定缓存管理消 息的密钥。回返路由测试提供了创建绑定管理密钥的一种方法； ( 1 2 ) 生成密钥标记( k e y g e nt o k e n ) ：由通信对端节点在回返路由测试过程中提 供的一个数字，该数字可以使移动节点来计算必要的绑定管理密钥来授权 一个绑定更新； 在介绍了基本的术语后，我们来看一下移动i p v 6 的扩展头标。 移动i p v 6 的扩展头标 扩展头标可以分为以下三种： f 1 ) 移动头标 关于移动头标方面的讨论目前正在进行中，因此我们在此并不涉及具体的信息格式。移 动节点，通信对端节点以及家乡代理在创建、管理所有和绑定相关的消息时，都需要使用这 个头标。在后面介绍的家乡测试初始化( i o m et e s ti n i c ) 、家乡测试( h o m et e s t ) 、转交测试初 始化( c a r c o ft e s t ) 、转交测试( c a r c o ft c s t ) 、绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) 、绑定应答( b i n d i n g a c k n o w l e d g e ) 、绑定刷新请求( b i n d i n gr e 如s hr e q u e s t ) 、绑定错误i n d i n ge m i r ) 等消息都 是使用这一头标的。 f 2 ) 家乡地址选项 离开家乡的移动节点利用携带家乡地址选项的目的地选项头标，可以通知接收数据包的 节点移动节点的家乡地址。当移动节点在外地发送数据包时，它一般使用一个转交地址作为 数据包头标中的源地址。通过使用家乡地址选项，接收到这个数据包的通信节点在处理这个 数据包时把源地址替换为家乡地址选项中的家乡地址，因此使得转交地址对于通信节点来说 是透明的。 图2 5 家乡地址选项头标 ( 3 ) 路由选项头标 移动球v 6 定义了这种新的路由头标，以允许数据报文可以直接从通信对端路由到移动 节点的转交地址。移动节点的转交地址将被放入i p v 6 报文的目的地址域中。一旦这个数据 9 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章移动i p v 6 、q o s 及移动i p v 6 的q o s 报文到达转交地址，移动节点将从路由头标中取出家乡地址，并以此作为该数据报文最终的 目的地址。 这种新的路由头标使用了一种和常规的i p v 6 的源路由方法定义不同的类型，以允许防 火墙来对移动i p v 6 的报文使用不同于源路由报文的规则。类型2 的路由头标被限制为只能 携带i p v 6 地址。所有的处理这种类型路由头标的节点必须要验证携带的i p v 6 地址就是节点 自身的家乡地址，以保证数据报文不会传送给该节点之外的节点。在路由头标中包含的地址 由于是移动节点的家乡地址，因此必须是一个单播的可路由地址。 下一头标i 头标长度：2 类型：2 l 剩余段数：1 保留 一 家乡地址 一 图2 6 类型2 的路由头标 接下来，我们来看一下移动i p v 6 下的基本消息。 移动i p v 6 的；肖息 为了完成通信并且保证安全，移动i p v 6 需要交换附加的信息，这些信息定义为i p v 6 的移动选项。下面是移动i p v 6 定义的移动选项： ( 1 ) 绑定更新( b i n d i n gu p d a t e ) 移动节点利用“绑定更新”来通知通信节点或者它的家乡代理自己当前的绑定。发往 移动节点家乡代理的用于注册“主转交地址”的“绑定更新”被标记成“家乡注册”标识。 包含“绑定更新”选项的任何数据包必须被i p s e c 【1 0 】所保护。 ( 2 ) 绑定应答( b i n d i n ga c l d l o w l e d g e ) 如果“绑定更新”需要应答，那么“绑定应答”就用于对这个“绑定更新”的应答。 包含“绑定认可”选项的任何数据包必须被i p s e c 所保护。 ( 3 ) 绑定刷新请求( b i n d i n gr c 疗e s hr e q u e s t ) 如果一个节点向移动节点发送“绑定请求”，那么移动节点向它发送“绑定更新”， 其中包含移动节点当前的绑定。通信节点的缓存绑定正在被使用，但是这个绑定马上就要过 期，这时通信节点就可以向移动节点发送“绑定请求“来刷新这个绑定。绑定请求选项不需 要安全鉴定。 ( 4 ) 绑定错误i i l d i n ge d r ) 绑定错误消息由通信对端节点用来触发和移动相关的错误，例如在没有绑定的情况下错 误的尝试使用目的地选项。 ( 5 ) 家乡测试初始化阻o m et c s th l i t ) 移动节点使用这个消息来初始化一个返回路由过程并从通信对端节点请求一个家乡生 成密钥标记。 ( 6 ) 转交测试初始化( c a r e 0 ft e s th l i t ) 移动节点发送这个消息给通信对端来获得转交生成密钥标记。 ( 7 ) 家乡测试饵o m et e 家乡测试消息是通信对端对家乡测试初始化消息的响应： 1 0 旦登堂垫查盔堂堡主堂垡堡苎 笙三童整垫! ! 生：里! ! 墨壁垫! ! ：! ! ! ! 堕 ( 8 ) 转交测试( c a r e - o f t e s t ) 转交测试是通信对端对转交测试初始化消息的响应 移动i p v 6 还引入了四种新的i c m p v 6 消息类型：家乡代理地址发现请求m o m ea g e n t a d d r e s sd i s c o v e r yr e q u e s t ) 和家乡代理地址发现应答( h o m ea g e n ta d d r e s sr e p l y ) ，这曲种渭 息用于动态家乡代理地址发现机制中；移动前缀请求( m o b i l ep r e n xs o l i c i t a t i o n ) 和移动前缀 公告f m 0 b i l ep r e n xa d v e r t i s e m e n t ) ，这两种消息用于在移动节点的网络重编号及其地址配置。 ( 1 ) 家乡地址发现请求 移动节点使用“i c m p 家乡代理地址发现请求”消息来启动“动态家乡代理地址发现机 制”，移动节点向移动i p v 6 家乡代理的选播地址( a n ”a s ta d d r e s s ) 发送这个消息。在家乡 链路上，具有家乡代理功能的其中一个路由器向移动节点应答一个“i c m p 家乡代理地址发 现应答”消息。 ( 2 ) 家乡地址发现应答 家乡代理用“i c m p 家乡代理地址发现应答”消息来应答移动节点的“i c m p 家乡代理 地址发现请求”消息。移动节点发送“i c m p 家乡代理地址发现请求”消息到移动i p v 6 家 乡代理的a n y c a s t 地址，在家乡链路上具有家乡代理功能的其中一个路由器向移动节点应答 一个“i c m p 家乡代理地址发现应答”消息，并在此消息中给出移动节点家乡链路上作为家 乡代理的路由器的列表。 ( 3 ) 移动前缀请求 移动前缀请求是由移动节点在外地网络时发送给家乡代理的。目的在于从家乡代理请求 一个移动前缀，以允许移动节点收集它的家乡网络的前缀信息。该信息可以根据由家乡代理 提供的前缀信息来来配置或更新它的家乡地址。 ( 4 ) 移动前缀公告 当移动节点离开家乡网络时，家乡代理会发送移动前缀公告以提供家乡链路的前缀信 息。这可以是针对移动前缀请求的一个应答，也可以是非请求式的公告。 移动i p v 6 相关的数据结构 在移动节点、家乡代理以及识别移动i p v 6 的通信对端节点上需要一定的数据结构来保 存关于当前移动节点、家乡代理等的当前信息。这些信息包括以下三种： ( 1 ) 绑定缓存( b i n d i n gc a c h e ) 对其他节点的绑定信息的缓存。该信息由家乡代理、通信对端保存，记录了家 乡地址和转交地址之间的关联信息。 ( 2 ) 绑定更新列表( b i n d i n gu p d a t el i s t ) 该列表是由移动节点管理的。该列表中为每一个已经或者正在连接的其他节点 都有一项。通信对端和家乡代理也包含在这