（计算机应用技术专业论文）基于主动网络的移动ipv6下qos架构研究.pdf

中山大学硕士学位论文基于主动网络的移动i p v 6 下0 0 s 架构研究 论文题目：基于主动网络的移动i p v 6 下q o s 架构研究 专业：计算机应用技术 硕士生：李振军 指导教师：成良玉教授 摘要 移动i p v 6 ( m o b i l ei n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n6 ，m i p v 6 ) 是利用下一代i p 技术 进行无线通信的网络协议，将在下一代无线网络被广泛使用。在移动i p v 6 的环境下， 移动用户对服务质量保证( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 提出了更高的要求。这就要 求对移动环境下的q o s 进行改善。 首先，减少移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) 在网络切换中的延时是q o s 改进的重 点之一，本文提出的q o s 构架主要通过改进心切换性能来优化q o s 。现今在切换中的 技术主要是互联网工程任务特别小组( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i e t f ) 提出的快速移动草案和层次型移动管理草案以及美国国防部高级防御研究计划管理 局提出的主动网络技术。 其次，改进移动环境下的网络架构也可以改善q o s 。本文提出的q o s 架构设计中， 遵循“分离原则”，实现数据传输和网络控制在功能上的分离。 本文的研究工作如下： 1 研究移动i p v 6 下q o s 的相关技术，包括无线切换，网络构架，信息认证、协 商信令以及主动网络技术。 2 把主动网络与层次型m i p v 6 技术结合，依据“分离原则”提出新的q o s 架构。 通过分析其通信原理以及在q o s 上的优化，从理论上论证新构架切换性能的 优越性。 3 使用网络模拟仿真器n s 一2 建立仿真场景，对比分析本文提出构架的移动管 理性能与层次型m i p v 6 的移动管理性能，论证新构架的优势。 中山大学硕士学位论文基于主动网络的移动l p v 6 下o o s 架构研究 4 搭建移动i p v 6 实验床，在试验床上使用支持i p v 6 的网络游戏软件对网络进 行测试。 本文的创新点如下： 1 提出主动网络和层次型m i p v 6 相结合的q o s 构架，并编写该构架在n s - 2 仿真 器下的程序脚本，通过自定义场景模拟本文提出的q o s 构架和层次型移动 i p v 6 下 i n 的切换。 2 搭建移动l p v 6 试验床，并使用v i s u a lc + + 实现的i p v 6 下网络五子棋软件来 测试该试验床。 【关键字l ：移动i p v 6 层次型移动i p v 6o o s 主动网络 坐查兰堡主兰竺笙奎 苎王圭垫堕垒竺壁垫! 墅1 2 堕墨塑曼壅 t i t l e ：r e s e a r c ho nm i p v 6q o sa c h i t e c t u r eb ya c t i v er o u t e r m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：l iz h e n j u n s u p e r v i s o r ：c h e n gl i a n g y u ( p r o f e s s o r ) a b s t r a c t m i p l ，6 ( m o b i l ei n t e r u e tp r o t o c o lv e r s i o n6 ) w i l lb ew i d e l yu s e di nn e x tg e n e r a t e w i r e l e s sn e t w o r k ，w h i c hi sb a s eo ni p v 6 t h ed e m a n d si nm o b i l ei p v 6r e q u i r eh i g h e r q o s , w h i c hm a k ei tn e c e s s a r yt oo p t i m i z eq o si nm o b i l ee n v i r o n m e n t f i r s t l y ，t od e c r e a s et h ed e l a yi nt h eh a n d o v e ro fm n ( m o b i l en o d e ) i so n eo ft h e e m o h a s e si no p t i m i z i n gt h ew i r e l e s sq o s i ti sa l s ot h ee m p h a s ei nt h i sp a p e r a tp r e s e n t ， t h ep o p u l a rw i r e l e s sh a n d o v e rt e c h n o l o g yi n c l u d et h ef m i p v 6 f f a s tm o b i l ei n t e r n e t p r o t o c o lv e r s i o n6 ) a n dt h eh m i p v 6 ( h i e r a r c h i c a lm o b i l ei p v 6 ) t h a ti n v e n t e d b y i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) a n dt h ea c t i v en e t w o r kt h a ti n v e n t e db y d a r p a ( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ) s e c o n d l y ，t h en e t w o r k a r c h i t e c t u r ei sa l s ot h em a i nf a c t o rt oo p t i m i z ew i r e l e s sq o s i nd e s i g n i n gaq o s a r c h i t e c t u r e ，a s e p a r a t er o l e ”m u s tb eo b e y e d t h i sp a p e rw i l li n c l u d e ： 1 t oa n a l y z et h es t r o n g p o i n t sa n ds h o r t c o m i n g so ft h eq o st e c h n o l o g yi nm i p v 6 ， w h i c hi n c l u d eh a n d o v e r ，a r c h i t e c t u r e ，a u t h e n t i c a t i o n ，s i g n a l i n ga n da c t i v en e t w o r k 2 i nh m i f v 6 ，t h ea c t i v er o u t e r sa r eu s e d ，a n dan e wt r a n s m i tm e c h a n i s mi sd e f i n e d f o rt h en e wn e t w o r ka r c h i t e c t u r ew h i c ha c c o r d i n gt ot h er u l eo fs e p a r a t i o n t h e nw e p r o v ei tt oh a v eb e t t e rp e r f o r m a n c ei nt h e o r y 3 u s i n gt h en e t w o r ks i m u l a t o rn s - 2 ，w es e tu pt h ee m u l a t i o n a ls c e n e ，w i t h w h i c h ，w ec o n t r a s tt h eh a n d o v e rp e r f o r m a n c eo ft h ea r c h i t e c t u r em e n t i o n e di nt h i sp a p e r w i t ht h a to f h m i p v 6 t h ec o n c h s i o ni st h ef o r m e ri sb e t t e r 4 t os e tu pat e s tb e do fm i p v 6 ，o nw h i c h ，w eu s e dan e t w o r kg a m es o f t w a r e i n 生坐查兰堡主堂垡堡奎 茎士圭垫旦塑箜整垫! 墅! 里堕塑塑翌塞 s u p p o r t e di p v 6t ot e s tt h em i p v 6e n v i r o n m e n t t h ei n n o v a t i o n si nt h i sp a d e ri n c l u d e ： 1 t od e f i n ean e w q o sn e t w o r ka r c h i t e c t u r et h a tc o n n e c tt h ea c t i v en e t w o r kw i t h h m i p v 6 ，a n dc o d et h ep r o g r a m m es c r i p t so fs i m u l a t o rn s - 2 t os i m u l a t et h eh a n d o v e ro f m ni nt w od i f i e r e n ta r c h i t e c t u r e 2 t oc o d ean e t w o r kg a m e g o b a n gt h a ts u p p o r t sl p v 6w i t hv i s u a lc + + ，w i t h w h i c h ，w em a k es o m et e s to nt h em i p v 6t e s tb e dw h i c hi ss e tu pb y u s k e y w o r d s ：m i p v 6 ，t t m i p v 6 ，o o s ，a c t i v en e t w o r k i v 中山大学硕士学位论文 基于主动网络的移动l p v 6 下o o s 架构研究 第1 章引言 无线技术的发展，使得世界的通信方式和方法发生了日新月异的改变，比较有 代表性的技术有g s m g p r s c d m a p h s 等。同时，轻便的嵌入式计算系统如p d a 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，频繁的商业活动 使得用户对数据服务业务的需求越来越大。数据业务服务对网络提出了巨大的地 址空间要求，同时还需要更高的安全保证和通信质量保证。目前广泛使用的i p v 4 已经越来越不能适应日益增长的智能网络设备对地址，安全和o o s 的需求。为此， 从1 9 9 1 年开始，i e t f ( i n t c r n e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ，互联网工程任务特别小组) 就开始了制定下一代互联网络协议即i p v 6 ，并从1 9 9 6 年开始进行各种规模的网络 试验。 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i n t e m e t ，并且在移动过程中能够保持与网络的透明连 接，这就要求组建一个全球性的疋网络。现代通信中虽然使用g p r s c d m a 技术 也可以访问i n t e r a c t ，但是他们使用的并不是完整的移动口技术，并不能实现一个 完整的i p 网络。与此同时，由于i n t e r a c t 的互联协议i p 的地址结构和路由算法原是 为固定网络传输而开发，从而在对移动通信的支持上有很大的局限。为了支持便携 设备能够在无线移动的情况下使用i p 访问i n t e m e t ，自1 9 9 1 年以来，许多研究机构 展开了在i n t e r n c 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r f c2 0 0 2 “i pm o b i l i t ys u p p o r t ”、r f c2 0 0 3 “i pe n c a p s u l a f i o nw i t h i ni p ” 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，m i p v 6 协议的标准化也是i e t fm o b i l ei p 小组的一个重要议程。1 e t fm o b i l ei p 小组也提 中山大学硕士学位论文基于主动网络的移动i p v 6 下o o s 架构研究 出了很多m i p v 6 协议的草案。目前，针对m 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 g p p ， t h e3 珂g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 已确定将i p v 6 作为下一代移动通信的基本协 议来实现移动口。 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q o s l l l 2 1 。同时，随着实 时业务的与日俱增，数据传输对时延、带宽等的要求越来越高。目前的问题是将实 时业务引入到移动网络的条件下，这也对移动网络下提供确定和稳定的q o s 提出了 新的要求。在互联网上维持稳定的q o s 是一项非常困难的工作，它涉及到网络体系 结构中各个层面的工作【2 j 。在移动环境中支持o o s n 变得更加困难，因为无论是移 动网络的拓扑结构还是移动网络的资源都在动态变化之中。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。 目前国际上有些大学或研究机构在进行m i p 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 k i a 公司、e r r i c s i o n 公司、法国国立计算机与 控制研究所( i n r l a ) 等都进行了一些研究，并取得了一些成绩。针对我国提出今 年提出组建3 g 通信网络的契机，加上本人在中山大学c i s c o 网络学院参加了 m l p v 6 的o o s 的研究试验，并取得一定的成果。结合试验，本文将针对m i p v 6 环 境下的q o s 架构展开研究。 本文组织结构如下所示： 第1 章引言 首先介绍本文从事的研究工作的背景、意义和发展现状，然后介绍本文的组织 结构。 第2 章现代通信网络、m i p v 6 及q o s 首先介绍现今使用的3 个主流移动通信网络，并以m 协议【3 l 【4 1 为基础，介绍 l p v 6 、m l p v 6 1 5 1 以及q o s 的相关概念和基本知识，为进一步介绍m i p v 6 下的o o s 架 构打下基础。 中山大学硕士学位论文基于主动网络的移动i p v 6 下q o s 架构研究 第3 章移动i p v 6 下q o s 相关技术研究 首先简述移动环境对q o s 的影响因素，在此基础上，分别分析介绍了移动 下与q o s 相关的切换技术、局部构架、验证机制和q o s 信令技术上取得的研究成 果，并通过简述了主动网络的概念，引出主动网络。 第4 章基于主动网络和h m i p v 6 的q o s 架构 首先介绍本文提出的q o s 构架的总体方案，然后逐个分析构架下的元素，包括 m n 和主动路由器。接着从移动管理和q o s 处理两个方面论述本文构架元素的部署 和交互，最后在理论上证明本文提出的q o s 架构在切换性能上的优势。 第5 章基于主动网络的m i p v 6 构架仿真 使用n s - 2 分别建立i - i m i p v 6 和本文提出的架构的场景，重点分析两种架构下 m n 切换产生的延迟和丢包数。通过仿真论证本文提出的q o s 架构的性能优势。 第6 章m 坤v 6 的实现与测试 使用m i p l 在l i n u x 环境下建立了m i p v 6 试验床，并通过网络游戏软件实现了 使用i p v 6 协议进行通信测试，在实际环境中对m i p v 6 进行了测试。 第7 章总结和展望 对目前已经完成的工作进行总结，并展望和叙述下一步的工作。 第2 章现代通信网络、m i p v 6 及o o s 随着网络技术的发展，数据业务与日俱增。无线通信技术的发展，产生了很多 新的现代通信技术和通信网络，为无线的数据业务的出现建立了良好的基础。将数 据业务引入到移动网络条件下，最好的方案就是在无线通信网络中引入成熟的口协 议作为通信的基本协议。本章从现代移动通信管理开始，引入m i p v 6 以及o o s 。 2 1 现代移动通信网络简介 2 1 1g s m 两络嘲 g s m 是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术。我国于 2 0 世纪9 0 年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第 一代g s m 技术( 2 0 0 1 年1 2 月3 1 日我国关闭了模拟移动网络) 。目前，中国移动、中 国联通各拥有一个g s m 网，g s m 手机用户总数在3 亿以上，为世界最大的移动通信 网络。在g s m 网络中，当一个移动用户发起呼叫时。交换机会首先检查他的主叫 号码及其对应的相关参数，以确定该主叫用户的身份、服务类别、呼叫限制条件等。 g s m 网对数据业务q o s 的影响主要来自两个方面：电路交换网的处理时延和电路交 换网与网关之间的信令配合。电路交换网处理时延目前一般是指移动电话到g s m 网 关之间的处理时延。主要是指g s m 网的语音传输时延。而电路交换网与网关之间的 信令配合主要指交换机至网关以及网关至交换机呼叫是否能够转接，呼q 处理程序 是否符合正确的呼叫流程。如果呼叫流程不正常。电路交换网和本地网关之间的信 令配合无法完成，用户就无法接入网关或者到达被叫网关的呼叫无法落地，从而导 致用户端刭端的呼叫就不能接通，会降低呼叫接通率。 4 中山大学硕士学位论文基于主动网络的移动i p v 6 下q o s 桨构研究 2 1 2g p r s 网络捌 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e i c e ) 是通用分组无线业务的简称。g p r s 是g s m p h a s e 2 1 规范实现的内容之一，能提供比现有g s m 网9 6 k b i t s 更高的数据率。g p r s 采用与g s m 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相 同的t d m a 帧结构。因此，在g s m 系统的基础上构建g p r s 系统时，g s m 系统 中韵绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。 g p r s 网络是在现有g s m 网络中增加g g s n 和s g s n 来实现的，使得用户能 够在端到端分组方式下发送和接收数据。 g p r s 在数据业务o o s 上具有以下的优势： ( 1 ) 资源利用率高 g p r s 引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的g s m 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重 要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独 自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期问才 占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资 源的利用率。g p r s 用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到 多少、支付多少”的原则。实际上，g p r s 用户的连接时问可能长达数小时， 却只需支付相对低廉的连接费用。 ( 2 ) 传输速率高 g p r s 可提供高达1 1 5 k b i t s 的传输速率( 最高值为1 7 1 2 k b i t s ，不包括 f e c ) 。这意味着通过便携式电脑，g p r s 用户能和i s d n 用户一样快速地上 网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 ( 3 ) 接入时间短 分组交换接入时间缩短为少于1 秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提 高一些事务( 如信用卡核对、远程监控等) 的效率，并可使已有的i n t e m e t 应用( 如e - m a i l 、网页浏览等) 操作更加便捷、流畅。 5 中山大学硕士学位论文 基于主动网络的移动1 p v 6 下0 0 s 槊构研究 虽然g p r s 网络对提升无线应用的o o s 具有很大的优势，但由于原有g s m 网 络的原因，仍然存在着一定的问题： ( 1 ) g p r s 会发生包丢失现象 由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用g p r s 会发生 一些包丢失现象。而且，由于话音和g p r s 业务无法同时使用相同的网络资源， 因此，用于专门提供g p r s 使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络 资源就越少。对用户来说其容量有限g p r s 确实对网络现有的小区容量产生影 响，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和g p r s 呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程 度主要取决于时隙的数量。当然，g p r s 可以对信道采取动态管理，并且能够 通过在g p r s 信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。 ( 2 ) 实际速率比理论值低 g p r s 数据传输速率要达到理论上的最大值1 7 2 2 k b p s ，就必须只有一个 用户占用所有的8 个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8 个时隙 都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的g p r s 终端预计可能仅支 持1 个、2 个或3 个时隙，一个g p r s 用户的带宽因此将会受到严重的限制， 所以，理论上的g p r s 最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。 2 1 3c d m a2 0 0 0l x 网络p l 在第三代移动通信的无线接口国际提案中，最广泛受到注意的是w - c d m a 和 c d m a 2 0 0 0 。这两种宽带c d m a 方案，除了码片速率、同步方式、导频方式等有所 不同外，其它如功率、软切换等基本技术并无太的区别。c d m a 2 0 0 0l x 属c d m a 2 0 0 0 系列方案之一，指c d m a 2 0 0 0 的第一阶段( 速率高于i s 9 5 ，低于2 m b i t s ) ，可支持 3 0 8 k i b i t s 的数据传输、网络部份引入分组交换，可支持移动p 业务。 对于语音和数据业务，用户通常分别用两种方式接入c d m a 2 0 0 0 i x 分组数据网 络： ( 1 ) 简单i p 6 ! 些查兰塑主兰堡垒苎 苎王圭塾翌堡竺堡垫! 墅! 鱼箜墨塑! 塞 类似于固定电话，通过m o d e m 拨号上网。由于每次给移动台分配的球 地址是动态可变的，可实现移动台作为主叫的分组数据呼叫，协议简单，容易 实现，但跨p d s n 时需要中断正在进行的数据通信。因此只能实现主叫方式的 数据通信。简单皿业务是指移动台作为主叫时系统能提供的w w w 浏览、e _ m a i l 、 f l r p 等业务，即提供目前拨号上网所能提供的全部分组数据业务。 ( 2 ) 移动口 这是一种在i n t e m e t 网上提供移动功能的方案，它提供了p 路由机制， 使移动台可以以一个永久狙地址连到任何子网中，可实现移动台作为主叫或被 叫时的分组数据业务通信。移动疆业务主要用来实现移动台作为主叫或被叫时 的分组数据业务，除了能提供上述简单i p 业务外，还可提供非实时性多媒体数 据业务，类似于目前的短消息( 传输的信息更丰富) o o s 更高。 目前c d m a 2 0 0 0l x 网络在我国最接近下一代无线通信网络，即3 g 的网络，其 在网络构架和o o s 上都具备着现有无线网络无法比拟的优势，发展前景无法估量。 2 2i p v 6 简介嗍1 1 哪 由于互联网络协议i p v 4 ( i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n4 ) 本身结构的简洁、很容易在它 之上部署新的应用，因此得到了广泛应用，但其成功的背后也存在着以下问题：地 址空间问题；路由问题；o o s 问题( 实时业务的传递都是通过尽力而为( b o s te f f o n ) 来完成) ；安全问题。使得开发下一代m 协议提上了日程。 针对l p v 4 存在的种种问题，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i p n g ( i n t e r a c tp r o t o c o ln e x tg e n e r a t i o n ) ，专门开始研究下一代互联 网络协议。1 9 9 4 年7 月，i p n g 提出了第一个i p v 6 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。 2 2 1i p v 6 的基本头标 图2 1 示出t i e r 6 的头标格式。在l i v 6 中，所有包头以3 2 位为单位，即基本的长 度单位是4 个字节。在口v 6 中，包头以6 4 位为单位，且包头的总长度是4 0 字节。i p v 6 协议为对其包头定义了以下字段： - 版本( v e r s i o nf i e l d ) 4 比特，字段为6 业务量等级( t r a f f i c c l a s s ) 8 比特，指明为该包提供了某种“区 分服务” -流标记( f l o w l a b e l ) 2 0 比特，用于标识属于同一业务流的包 净荷长度( p a y l o a dl e n g t h ) 1 6 比特，其中包括包净荷的字节长度。 一 下一个头标( n e x t h e a d e r ) 8 比特，指出了i p v 6 头后所跟的头字段 中的协议类型 一 中继点限制数( h o pl i m i t ) 8 比特 一 信源地址( s o u r c ei p a d d r e s s ) 1 2 8 比特 _ 信宿地址( d e s t i n a t i o n1 1 a d d r e s s ) 1 2 8 比特 舨本 l 优先级 i 流标记 净荷长度下一个头标中继点限制 信源地址一 信宿地址 一 图2 - 1i p v 6 头标格式 2 2 2i p v 6 的扩展头标 根据i p v 6 的r f c ，所有的m 包都应从基本i p 头标开始。在许多情况下此头标 能够完成将m 包正确送达到目的地的功能。除此之外，m 还能提供一些简单的功 能附加在此功能之中。疋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。i p v 6e x t e n s i o nh e a d e r 规范中定义了若干 8 中山大学硕士学位论文 基于主动网络的移动l ? v 6 下q o s 架构研究 种不同的扩展头标。它们由下一个头标域的值来标识。各扩展头标具有各自的头标 域。利用这种结构，可以像链表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。i p v 6 主要定义了下面几种扩展标头 选项：逐跳选项头，路由头，分段头，目的地选项头，认证头和封装安全净荷头。 2 2 3i p v 6 的移动性支持 普遍认为移动通信网络在未来的网络中将扮演重要角色，而i p v 6 协议首先在移 动通信网络中得到应用，因而i p v 6 协议对移动性的支持显得特别重要1 4 l 【5 i 。 p v 4 对移动的支持是可选部分，而m i p v 6 却是v 6 协议中不可缺少的组成部 分。从1 9 9 2 年i e t f 下属的移动球工作组制订移动口最初的准备草案起到1 9 9 6 年通过了移动讲标准草案，移动m 技术越发的成熟。在3 g 标准i m t 2 0 0 0 中规定 的第三代移动通信系统中，必须对移动球进行支持。无论是w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 还是t d - s c d m a ，m i p v 6 都将在其中扮演重要角色。i p v 6 协议对移动性的支持主 要体现在以下两点： ( 1 ) 自动配置功能：l p v 6 节点自动配置功能使得节点在改变网络接入点之 后能够保持网络连接。 ( 2 ) 扩展报头机制：i p v 6 的移动选项可以放在扩展报头中。 在介绍m l p v 6 的工作原理前，我们先来看下一些m i p v 6 相关的一些术语。 2 2 4 移动i p v 6 基本术语 m i p v 6 的一些基本术语i s ( 1 ) 移动节点( m o 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( h o m ea d d m s s ，h a ) ：m n 在本节点从属网络上分配得到的 i p 地址。 9 中山大学硕士学位论文 基于主动同络的移动1 1 6 下0 0 s 架构研究 ( 3 )家乡子网前缀：对应于m n 家乡地址的口子网前缀； ( 4 ) 家乡网络( h o m en e t w o f k ) ：定义m n 家乡子网前缀的网络。标准口路 由机制将发往m n 的家乡地址的数据包发送到m n 的家乡链路。 ( 5 ) 外地网络( f o r e i g nn e t w o r k ) ：对应于m n 除了家乡网络以外的网络： ( 6 ) 转交地址( c a r e - o f - a d d r e s s ，c o a ) ：由于心的移动性，要想使通信顺利 进行，州还必须绑定另一个i p 地址，这就是转交地址。发往心的数据包由这个地 址来转交。转交地址可以被认为是删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 m d m g ) ：m n 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( h o m e a g e n t ) ：m n 家乡链路上的个路由器，m n 向其注册 了当前的转交地址。当m n 不在家乡时，家乡代理截获家乡链路上发往的数据 包，进行封装后，通过隧道发送给m n 注册的转交地址； ( 9 ) 外地代理( f o r e i g na g e n t ) ：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。它接收移动节点的家乡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。 ( 1 0 ) 通信对端节点( c o r r e s p o n d e n tn o d e ，c n ) ：是指与移动节点进行通信 的对等节点，该节点既可以是静止的，也可以是移动的。 在介绍了基本的术语后，我们来看一下m i p v 6 的工作原理。 2 2 5 移动i p v 6 的工作原理圈 当m n 在家乡网络中，其工作方式如同位置的固定主机，所有通信方式和周定 网络中的通信方式一样的，移动i p v 6 不需要进行任何特别的操作。当m n 移动到 外地网络时，m n 通过转交地址来达到保持通信透明。下面我们来具体的看一下这 里面的交互： 在外地网络上，m n 通过i c m p v 6 邻居发现机制中的无状态或者状态地址自动配 1 0 中山大学硕士学位论文 基于主动网络的移动i p v 6 下o o s 架构研究 置机制获取它的转交地址。州虽然只有个转交地址向家乡代理登录，但它可能会 同时拥有一个以上的转交地址，用于登录的转交地址称为首要转交地址( p r i m a r y c a r e - o f a d d r e s s ) 。删的本地代理将拦截的数据包都发往心的首要转交地址，但心 能够以任意一个转交地址去接收数据包。同时拥有多个转交地址对于脒是很有用 的，我们知道连接在因特网上的每一个无线链路都与基站相连，每一个基站都有一 个有效的发射范围，但姒从一个无线链路移动到另一个无线链路时，它会经过两个 基站的发射交迭区，在这个交迭区内，心能利用两个无线链路进行通信( 这需要链 路层设备的支持) ，可以在新的链路上获取一个转交地址，在沁向家乡代理和通 信对象发送绑定更新时，它还可以用它的老的转交地址接收数据包。我们通常就把 首要转交地址称为转交地址。 当洲配置了一个新的转交地址，并决定用它作为首选转交地址时，就向它 的家乡代理发送绑定更新消息。如果蝌在绑定更新消息中要求目的端回送个绑定 确认消息，那么它就周期性的重发绑定更新消息直到接收到绑定确认消息。家乡代 理在收到绑定更新信息后，更新对应的绑定缓存中的项。如果在这以后有发送到移 动主机家乡地址的数据报文，家乡代理都将通过隧道把数据传送给心的转交地址。 如果在配置新的转交地址过程中和通信对端有通信，洲也需要向通信对端发送 绑定更新信息，以保证数据报文能够传送到新的转交地址。对于有效的绑定更新， 家乡代理或通信对端可以根据接收的绑定更新中的选项来返回绑定确认或者不返回 消息；对于无效的绑定更新消息，将返回绑定错误消息。如果家乡代理或通信对端 绑定缓存中对应于洲的绑定表项接近超时，就向发送绑定刷新请求信息，收到 请求的m n 随即返回一个绑定更新消息。 中山大学硬士学位论文 基于主动网络的移动 6 下q o s 架构研究 图2 2 绑定通信 当心不在家乡网络中时，家乡代理将使用邻居发现机制截获发送给州的数据 报文。家乡代理作为谢的代理为6 l i n 应答邻居请求消息，当家乡代理收到邻居请求 消息时，将检测包中的目标地址是否是家乡代理绑定缓存中已注册的地址，如果是， 则用邻居公告消息应答邻居请求消息，给出家乡代理自己的链路地址作为指定目标 地址的链路层地址。当家乡代理截获州的数据包后，将采用隧道方式将数据包转发 给州。 m n 可以直接将数据报文发送给通信对端，而不管是在家乡网络还是外地网络 中。在外地网络中，为了避免入口过滤对使用家乡地址作为源端发送报文，m i p v 6 使用蝌的转交地址作为源端，而把家乡地址放入家乡地址选项。通信对端收到报文 后，将使用目的地选项头标中矾的家乡地址替换掉报文的源地址，再传递给上层协 议作处理。 从上述的过程中可以看到，通过使用转交地址而提供给m n 在移动过程中无间 断的网络访问。识别m i p v 6 的节点通信中，家乡地址选项头标的使用，可以使得由 于移动而引起的转交地址的变化对上层应用透明；如果通信对端不识别m i p v 6 ，所 有的通信都将在家乡代理的隧道协助下完成通信，这对于上层应用而言也是透明的。 2 3q o s 简介 目前对q o s 还没有一个标准的定义【，对q o s 的其中一个描述如下：“随着网 络上实时业务的逐步增加，在共享网络上要求提供确定的传输服务。这些确定的传 中山大学硕士学位论文 基于主动网络的移动l p v 6 下q o s 架构研究 输服务要求应用程序和网络基础设施有能力请求，设置和增强数据的传输。” 2 3 1 两种q o s 机制 q o s 机制不能增加带宽，只是根据应用的需求来管理网络带宽，如果网络带宽 不根据业务等级分配，而是不加控制地被所有业务共享，就很难保证q o s 。 为了在i n t e m e t 上提供q o s ，目前提出了两种基本的q o s 机制1 1 4 l 。 ( 1 ) 集成服务( i n t s e r v ，i n t e g r a t e ds e r v i c e ) 集成服务体现现有的口服务模型，以同时支持实时应用和“尽力而为”的服务 方式。它采用基于单个流( p e r - f l o w ) 的工作方式。流定义为两个应用之间( 发送者 和接受者) 的单个单向数据流，由五元组( 传输协议，源地址，源端口，目的地址， 目的端口) 唯一表示。该服务要求在i n t e m e t 上保证每个流的q o s ，由于现在的i n t e m e t 上有成千上万的流。因此，路由器需要维护的状态信息量特别大。随着流数目的增 加，状态信息量也将增加，这将导致扩展性问题，从而使得集成服务难以在i n t e r a c t 上部署。针对集成服务存在的问题，i e t f 提出了差分服务模型。 ( 2 )差分服务( d i t l s e r v ，d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ) i 加】 差分服务的基本思想就是在网络的入1 ：3 处为分维标记一个码点( c o d ep o i n t ) ， 码点用于指示分组在网络转发路径的中间结点上应该被处理的方式。这样，对每个 分组进行的复杂处理被推到了网络边缘，核心网的主要任务只是根据分组的码点对 其采用相应的转发措施。差分服务的工作方式基于聚集流( a g g r e g a t ef l o w ) ，这些数 据流具有某些共性。在d i f f s e r v 体系中定义了3 种o o s ，分别为尽力服务( b e ) ， 奖赏服务( b f ) 和保证服务( a f ) 。 2 3 2q 0 s 的参数 影响q o s 的因素可以是多方面的，从每一个应用角度都有不同的评价标准。因 此有必要选取网络应用中有共性的部分作为q o s 的基本参数。i e t f 在o o s 的参数 中山大学硕士学位论文 基于主动网络的移动、6 下o o s 架构研究 方面并没有专门的工作组，但根据m 性能参数工作组( 球p e r f o r m a n c em e t r i c s ，i p p m ) 提出的考虑的参数中包含有：可连接性( c o n n e c t i v i t y ) 、单向的延迟与丢包( o n e - w a y d e l a ya n dl o s s ) 、回程的延迟与丢包( r o u n d 4 却d e l a ya n dl o s s ) 、延迟变化( d e l a y v a r i a t i o n ) 、丢包特征( 1 0 s sp a t t e r n s ) 、报文重排( p a c k e tr e o r d e r i n g ) 、突发传输量( b u l k a - a n s p o r tc a p a c i t y ) 、链路带宽0 i n kb a n d w i d t hc a p a c i t y ) 等。 目前针对腰网络上的q o s 中考虑的参数通常是以下四个：延时、延时抖动、 带宽和包丢失率。 延时：是指数据分组从发送端到接收端的时间长度，它分为周定部分和可变部 分。固定部分主要为传输延迟和转发延迟，而可变部分包括处理延迟和 排队延迟； 延时拱动：端到端延迟的变化特征，它是由于延迟可变部分的变化丽导致韵， 流量突发性，路由变化和不公平队列调度算法等是影响延迟抖动的因素： 带宽：网络提供的吞吐能力，反映了段时间内网络能够传输的信息量； 包丢失率：数据报文在网络传输过程中丢失的比率。造成丢包的原因包括误码， 路由变化和缓存队列溢出； 如果网络资源无限，所有的应用都可以得到所需的带宽、极小的固定延时、零 延时抖动和零丢失率。然而，网络的资源是有限的，不能满足所有的业务对q o s 的 需求，q o s 控制机制就是通过对网络资源的合理分配来尽量满足各种业务对它的需 求。 2 3 3q o s 的基本实现方法 广义的讲o o s 技术的种类有很多，由于处理的层次及采用的技术的不同，其效 果也不一样。从物理层到应用层，q o s 利用了各式各样的技术，每一层都试图通过 对业务流的适当控制来改善或保证通信质量。 物理层中按业务量分配固定带宽的t d m ( 时分复用) ，虽然能够严格保证q o s ， 但往往不称其为o o s 技术；在a t m 网络中，各种业务流可分成四种不同的业务类 1 4 中山大学硕士学位论文基于主动两络的移动嘶下q o s 架构研究 型，终端在通信前首先要建立连接，网络根据用户所申请的带宽等参数对业务量进 行q o s 控制，以确保通信质量；链路层及网络层实现q o s 是通过对帧或分组进行 优先级的处理来保证q o s 的，也就是说，按优先级将各个帧或分组分成多个队列， 减少特定业务量的时延并吸收延时抖动；有时还象帧中继中的报片化( f r a g m e n t ) 那样，将长数据作截短处理来降低转发处理所带来的延时；传输层以上的q o s 控制 与网络层以下的技术不同，它与网络设备无关，传输层的t c p 流控只在用户终端对 发送速率进行适当的控制，以防止网络的拥塞和数据的丢失：在应用层通过各种数 据压缩技术减少待传输的数据量，同时采用r t p r t c