（计算机应用技术专业论文）无线ipv6快速切换技术的分析与研究.pdf

曲阜师范大学博士 硕士学位论文原创性说明 在口划 4 本人郑重声明 此处所提交的博士口硕士叫论文 无线i p v 6 快速切 换技术的分析与研究 是本人在导师指导下 在曲阜师范大学攻读博士口 硕士d 学位期间独立进行研究工作所取得的成果 论文中除注明部分外不包 含他人已经发表或撰写的研究成果 对本文的研究工作做出重要贡献的个人 和集体 均已在文中已明确的方式注明 本声明的法律结果将完全由本人承 担 作者签名 套蓥芎 日期 阳勿 石 2 曲阜师范大学博士 硕士学位论文使用授权书 在口划 无线i p v 6 快速切换技术的分析与研究 系本人在曲阜师范大学攻读博 士口硕士a 学位期间 在导师指导下完成的博士口硕士衅位论文 本 论文的研究成果归曲阜师范大学所有 本论文的研究内容不得以其他单位的 名义发表 本人完全了解曲阜师范大学关于保存 使用学位论文的规定 同 意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本 允许论文被查阅和 借阅 本人授权曲阜师范大学 可以采用影印或其他复制手段保存论文 可 以公开发表论文的全部或部分内容口 作者签名 李玺苛 导师签名 南仲含 日期 幻 彳 2 日期 知肋 么 弓 摘要 随着无线技术的高速发展 i n t e m e t 技术和移动通信技术已成为信息领域中发展最快的 两大关键技术 移动通信和i p 技术的结合是通信技术发展的必然结果 移动i p v 6 网络已成 为未来互联网络的发展方向 由于传统固定接入方式已不再满足人们的需求 人们希望在 移动过程中仍能保持对互联网的连续访问 因此移动i p v 6 协议成为下一代互联网络的核心 协议 从移动i p v 6 协议提出后 移动i p v 6 的切换优化问题就一直是业界关注的热点 移动i p v 6 的切换协议是指移动节点从当前链路移动到外地链路 在移动过程中仍然能 够保持通信的持续性 由于基本移动i p v 6 协议的切换延迟较大 造成了切换过程中的通信 中断和数据包丢失 无法满足实时应用和对数据丢失敏感应用的要求 为此i e t f 成立了一 个工作组 研究如何对切换过程进行优化 以减少切换延迟及数据包丢失 在移动i p v 6 研 究领域中 对移动i p v 6 切换技术的改进成为一个热点课题 本文详细叙述了基本的移动i p v 6 协议和移动i p v 6 快速切换协议的操作过程 对移动 i p v 6 快速切换机制及其链路层切换 移动检测过程 地址配置和重复地址检测过程以及绑 定更新过程进行了系统全面的分析 针对当前的移动i p v 6 快速切换协议仍然有较大的切换 时延 切换过程中存在较大的丢包率等问题 本文提出了一种基于链路层触发器的移动 i p v 6 预先式快速切换方法 该快速切换方法是通过使用链路层触发器和快速路由器通告来 获取接入路由器的i p 地址信息 使移动节点在尽可能早的时间内生成新的转交地址 并且 提前建立两个路由器之间的双向隧道进行数据包传输 使新的接入路由器具有分组缓存功 能来减少数据包的丢失 减少切换过程的时延 在网络模拟器n s 2 的实验平台上 添加无线扩展协议n o a h 模块和移动i p v 6 切换改 进协议f h m i p 模块 通过n s 2 网络模拟环境对基本的移动i p v 6 切换技术 移动i p v 6 快 速切换技术和基于链路层触发器的预先式快速切换技术进行模拟仿真 根据实验所得数据 对三种切换技术的切换性能进行对比分析 从而证实了基于链路层触发器的预先式快速切 换技术减少了切换延迟和因切换造成的丢包率 保持了移动节点在切换过程中通信的连续 性 提高了切换和通信的性能 关键词 移动i p v 6 快速移动i p v 6 切换时延 丢包率 n s 2 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s st e c h n o l o g y i n t e m e tt e c h n o l o g ya n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y 嬲t w ok e yt e c h n o l o g i e sh a sb e c o m et h ef a s t e s tg r o w i n gf i e l do f i n f o r m a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n sa n di pt e c h n o l o g ya r ec o m b i n e d a n dt h en e t w o r ko f m o b i l ei p v 6h a sb e c o m et h ed i r e c t i o no ff u t u r ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t t h et r a d i t i o n a l f i x e da c c e s sw a y sa r en ol o n g e rs a t i s f yt h en e e d so fp e o p l e i ti sh o p e dt h a tt h em o v ec a ns t i l l m a i n t a i nac o n t i n u o u si n t e r a c ta c c e s s t h e r e f o r e m o b i l ei p v 6b e c o m e st h ec o r eo ft h en e x t g e n e r a t i o ni n t e r n e tp r o t o c 0 1 w h i l et h em o b i l ei p v 6h a sp r o p o s e d i t sh a n d o v e ro p t i m i z a t i o n p r o b l e mh a sb e e nt h ef o c u so f a t t e n t i o ni nt h ei n d u s t r y m o b i l ei p v 6p r o t o c o li st h em o b i l en o d em o v i n gf r o mt h ec u r r e n tl i n kt ot h ef o r e i g nl i n k w h i c hs t i l la b l et om a i n t a i nc o n t i n u i t yo fc o m m u n i c a t i o ni nt h em o v i n gp r o c e s s r e s u l t i n gi n d i s r u p t i o no fc o m m u n i c a t i o nd u r i n gt h ep r o c e s so fh a n d o v e ra n dp a c k e tl o s s i tc a nn o ts a t i s f y t h er e q u i r e m e n t so ft h e r e a l t i m ea p p l i c a t i o n sa n dd a t al o s ss e n s i t i v ea p p l i c a t i o n s s oi e t f f o u n d e da w o r k g r o u pt or e s e a r c ho no p t i m i z i n gt h eh a n d o v e rp r o c e s s a n dt h eg o a l sa r et or e d u c e h a n d o v e rl a t e n c ya n dp a c k e tl o s s i nt h ef i e l do fr e s e a r c hm o b i l ei p v 6 t h eh a n d o v e rt e c h n o l o g y f o rm o b i l ei p v 6i m p r o v e m e n ti sah o tt o p i c t m sp a p e rd e s c r i b e st h eb a s i cm o b i l ei p v 6p r o t o c o la n dt h eh a n d o v e rp r o c e s so ff a s t h a n d o v e mf o rm o b i l ei p v 6i nd e t a i l t h eh a n d o v e rm e c h a n i s mo ff a s th a n d o v e r sf o rm o b i l e i p v 6a n di t sl i n kl a y e rh a n d o v e r m o t i o nd e t e c t i o np r o c e s s a d d r e s sc o n f i g u r m i o na n dd u p l i c a t e a d d r e s sd e t e c t i o np r o c e s sa n dt h ep r o c e s so fb i n d i n gu p d a t i n ga r ea n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y v i e w o ft h ec u r r e n tf a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6p r o t o c o ls t i l lh a sl a r g e rh a n d o v e rl a t e n c y t h e r ei s ab i gi s s u eo fp a c k e tl o s sr a t ed u r i n gt h eh a n d o v e rp r o c e s s t h i sp a p e rp r o p o s e sam e t h o da b o u t p r e t y p ef a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6w h i c hb a s e do nl i n kl a y e rt r i g g e r n em e t h o di st o o b t a i nt h ei pa d d r e s si n f o r m a t i o nf r o mt h er o u t e ra n dt og e n e r a t ean e wc a r e o fa d d r e s sa tt h e e a r l i e s tt i m e i ta l s oa d v a n c e st h ee s t a b l i s h m e n to fb i d i r e c t i o n a lt u n n e lb e t w e e nt w or o u t e r sf o r d a t ap a c k e tt r a n s m i s s i o n s ot h en e wa c c e s sr o u t e r i t i lp a c k e tc a c h i n gr e d u c e st h ep a c k e tl o s i n g a n dt h eh a n d o v e rl a t e n c yo ft h ep r o c e s s b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lp l a t f o r mo fn s 2 w i r e l e s se x t e n s i o nn o a hm o d u l e sa n dt h e i m p r o v e dh a n d o v e rp r o t o c o lf o rm o b i l ei p v 6f h m i pm o d u l e s 硼 a d d e d b yu s i n gt h en s 2 t h i s p a p e rs i m u l a t e s t h eh a n d o v e rt e c h n o l o g y f a s th a n d o v e r st e c h n o l o g ya n dp r e t y p ef a s t h a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6t e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t a t h ep e r f o r m a n c eo f t h r e eh a n d o v e rt e c h n o l o g yi st oc o m p a r a t i v ea n da n a l y s i s a tt h es a m et i m e t h ep r e t y p ef a s t h a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6t e c h n o l o g yt or e d u c et h eh a n d o v e rl a t e n c ya n dp a c k e tl o s sr a t e w h i c hc a u s e di nh a n d o v e rp r o c e s si sp r o v e d i tk e e p st h ec o n t i n u i t yo ft h ec o m m u n i c a t i o ni nt h e p r o c e s so fh a n d o v e r a n di ti m p r o v e st h ep e r f o r m a n c eo fh a n d o v e ra n dc o m m u n i c a t i o n s k e y w o r d s m i p v 6 f m i p v 6 h a n d o v e rl a t e n c y p a c k e tl o s sr a t e n s 2 目录 第一章绪论 l 1 1 课题研究的背景 1 1 2 课题的国内外研究现状 l 1 2 1 国外研究现状 1 1 2 2 国内研究现状 2 1 3 课题研究的意义 2 1 4 论文的主要任务与章节安排 3 第二章移动i p v 6 技术相关知识 一4 2 1 移动i p v 6 协议 4 2 1 1 移动i p v 6 的功能实体 4 2 1 2 移动i p v 6 的基本操作 5 2 2m i p v 6 切换技术的研究 7 2 3f m i p v 6 切换技术的研究 9 2 3 1f m i p v 6 切换技术 9 2 3 2f m i p v 6 切换延迟分析 l0 2 4 本章小结 1 3 第三章基于链路层触发器的f m i p v 6 切换技术 1 4 3 1 现有的快速切换协议中存在的问题 1 4 3 2 改进的切换技术的基本思想 1 5 3 2 1 链路层触发器 l5 3 2 2 快速路由器通告消息 l7 3 2 3 接入路由器分组缓存功能 18 3 2 4 新的控制消息和头标 1 9 3 3 改进的切换技术的操作过程 2 0 3 4 改进的切换技术的性能分析 2 l 3 5 本章小结 2 2 第四章网络仿真与实验分析 2 4 4 1 仿真工具 2 4 4 1 1 仿真准备工作 2 4 4 1 2 仿真模型 2 5 4 2 部分源代码 2 6 4 2 1 实验场景模拟源代码 2 6 i v 4 2 2 运行仿真实验 2 9 4 3 仿真结果分析 3l 4 3 1 丢包情况的分析 31 4 3 2 切换时延的分析 3 2 4 4 本章小结 3 3 第五章总结和展望 3 4 参考文献 3 5 攻读学位期间发表的论文 3 7 致 射 3 8 v 无线i p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 近年来 在高速发展的信息领域中 发展最快的是无线通信1 1 l 与i n t e m e t 2 1 以i n t e m e t 为首的信息网络不仅给用户带来了意想不到的变化 并且使越来越多的用户依赖于无线网 络 但是 随着人们生活节奏的加快 以固定方式连接i n t e m e t 已经不能满足人们的需求 而是盼望能在任何地方任何时间接入i n t e m e t 为了能够解决这个问题 将移动性这个条件嵌入到现在的i n t e m e t 中 在1 9 9 2 年 i e t f 工作组制定了移动i p v 4 3 的最初协议草案 使i p v 4 协议栈具备移动性的条件 但是 由于 i p v 4 协议有限的地址空间 很难支持过多的移动节点 并且 移动i p v 4 协议只是对i p v 4 协议进行简单的扩充 在i p v 4 网络中并不能得到所有路由器的支持 针对移动i p v 4 的不 足 i e t f 工作组制定出了新的移动协议即移动i p v 6 协议 i p v 6 协议是下一代互联网络的核心协议 而移动i p v 6 4 l 则是在i p v 6 协议的基础上建立 起来的 是i p v 6 协议的主要部分 移动i p v 6 的基本思想是 移动节点可以随意从一个子 网移动到另一个子网 并且在移动过程中能进行正常的网络通信 移动i p v 6 还可以自动配 置网络地址 可以预见 下一代i n t e m e t 将能够使移动业务和数据业务完全混合 并且在这个基础 上日趋提高 对于这个能够提供处处存在的 多种连接方式的 无缝切换业务的移动i p v 6 协议 它将是下一代i n t e r a c t 的核心 下一代无线通信的发展促进了移动i p v 6 的发展和标 准化的实现 而移动i p v 6 的很多优越性 也为下一代无线网络的通信奠定了坚实的基础 1 2 课题的国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 从1 9 9 6 年起 i e t f 工作组开始对移动i p v 6 进行研究 在对移动i p v 6 的版本进行了 2 4 次修改之后 终于在2 0 0 4 年6 月 制定了r f c 3 7 7 5 副 m o b i l i t ys u p p o r ti ni p v 6 是指 在i p v 6 协议中加入移动性元素 为了使移动i p v 6 协议的移动性能更加完善 在2 0 0 5 年7 月制定了r f c 4 0 6 81 6 f a s th a n d o v e r sf o rm o b i l ei p v 6 是指移动i p v 6 的快速切换技术 这 种切换方案可以更好的减少切换延迟时间 在2 0 0 5 年8 月制定了r f c 4 1 4 0 1 7 j h i e r a r c h i c a l m i p v 6m o b i l i t ym a n a g e m e n t 是指层次化移动i p v 6 切换管理机制 这种切换方案可以更好 的减少数据包的丢失 当前 国外研究主要是在i e t f 研发的标准协议的框架下来开发和优化移动i p v 6 协议 例如同本的t a h i 工作组1 8 j 其主要工作是测试移动i p v 6 协议的同一性和配合性 加强移 无线i p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 动i p v 6 协议的功能性和代码的正确性 澳大利亚的m o a s n h 大学 它的移动i p v 6 工作 组的主要工作是研究和开发层次移动i p v 6 管理机制 1 2 2 国内研究现状 最近几年 我国对移动i p v 6 的研究得到快速发展 不仅仅局限于技术的跟踪 中国科 学院计算技术研究所在移动i p v 6 方面的研究成果比较显著 他们利用能够提供移动i p v 6 家乡代理的设备和能够支持移动i p v 6 的路由器构造成基本的移动i p v 6 网络平台 并且能 够提供移动i p v 6 鉴定辨别 授权和记费功能的服务系统 在北京科教信息网上建成了实用 性的无线移动i p v 6 接入示范网络 此外 北京邮电大学自主研发了基于l i n u x 的移动i p v 6 演示实验原型系统 实现了绑定更新 隧道转发等移动i p v 6 基本功能 北邮在其他方面也 有多项研究成果如移动i p v 6 安全 分级移动i p v 6 等 另外 我国在切换方面也取得了一 些研究成果 例如北航的平滑切换研究 中科大的叠加网络切换方面的研究 南邮的智能 切换研究 另外 在资源利用方面 西安交大通过多协议标签进行这方面的研究 并且取 得了一定的研究成果 1 3 课题研究的意义 当前 在无线通信技术高速发展的趋势下 下一代i n t e r a c t 具有移动性已成为不可或 缺的部分 在i p 层 使移动性和多种无线通信技术充分融合 为一些实时性业务提供了一 个通信不问断的传输平台 因为移动i p v 6 能使用户随时随地的接入网络 并且提供不中断 的网络通信 因此 在下一代i n t e r a c t 中移动i p v 6 将得到普遍使用 从1 9 9 6 年到2 0 0 4 年这段时间内 移动i p v 6 协议共经历了2 4 个草案版本 直到2 0 0 4 年6 月 i e t ft 作组公布了r f c 3 7 7 5 移动i p v 6 协议标准 虽然在这个过程中移动i p v 6 得到很好的发展 但就目前来说 移动i p v 6 仍然不完善 需要对其进行改进 从功能上看 移动i p v 6 协议支持移动终端在全球漫游 解决了主机在不同i p v 6 子网之间移动的问题 但是从性能上看 当移动终端从一个子网切换到另外一个子网时 它的通信会中断几秒钟 甚至十几秒钟 切换延迟过大的问题对于某些业务 如文件传送 来说影响并不大 但是对 实时和t c p 延时敏感的业务影响是很大的 此外 移动i p v 6 协议的切换会因为引进多余 的信令开销而使骨干网的负担加重 因此 移动i p v 6 必须对其切换技术进行改进 以减少 切换过程产生的问题 切换优化己经成为移动i p v 6 研究领域中的一个热点课题 本文的研 究工作也是围绕着移动i p v 6 的切换优化技术而展开 本文将从移动节点的切换问题入手 对移动i p v 6 现有的切换技术做一些深入的研究 并在此基础上提出改进算法 最后通过网络仿真软件n s 2 进行仿真分析 希望能在此基础 上改进移动i p v 6 的切换性能 这就是本文的选题意义所在 本文的研究目的主要在于 对现有的移动i p v 6 切换技术进行评价 通过分析现有的切 2 无线i p v 6 快速切换技术的分析j j i f 究 换技术的切换性能 提出了改进的移动i p v 6 切换方案 1 4 论文的主要任务与章节安排 本文主要对移动i p v 6 快速切换技术展开研究 首先对移动i p v 6 协议中的基本术语 协议操作过程以及切换性能进行了详细分析 接着对f m i p v 6 协议的新增消息以及切换性 能进行了深入分析 最后本文在对f m i p v 6 协议进行深入研究和分析的基础上 针对该协 议的响应时间长 切换延迟时间长以及数据包丢失等问题进行了一些探讨 提出了基于链 路层触发器的预先式快速切换技术 该切换技术使用链路层触发器和快速路由器通告来获 取接入路由器的i p 地址信息 在切换过程中提前建立两个路由器间的隧道进行数据传输 并且使新的接入路由器具有分组缓存功能来缓存通过隧道转发的数据包 最后通过网络仿 真软件n s 2 创建仿真模型对基于链路层触发器的切换机制进行了仿真测试 通过分析产生 的跟踪文件验证了基于链路层触发器的预先式快速切换技术的切换性能在切换延迟及数 据包丢失率等方面都有一定的改进 本文共分五章 第一章 绪论 本章主要阐明了课题的研究背景 分析了移动i p v 6 技术的国内外研究 现状 探讨了选题意义 第二章 移动i p v 6 技术相关知识 本章首先介绍了移动i p v 6 协议及其四个主要的功 能实体 然后介绍了移动i p v 6 的协议操作过程并对切换过程中各个阶段的切换延迟进行了 系统全面的分析 最后介绍了f m i p v 6 切换技术中的新增消息 并对f m i p v 6 切换过程中 c n 和m n 丢弃数据包的时间段进行了详细分析 第三章 基于链路层触发器的f m i p v 6 切换技术 本章针对现有的f m i p v 6 切换技术 的新转交地址生成不及时 触发信号的多变性 切换延迟的增加和数据包的丢失等不足之 处 提出了一种基于链路层触发器的预先式快速切换技术 对其基本思想及操作过程进行 了详细介绍 并分析了该切换技术的切换性能 第四章 网络仿真与实验分析 本章首先介绍了目前使用较为广泛的网络仿真软件 n s 2 无线扩展协议n o a h 模块和移动i p v 6 的切换改进协议f h m i p 模块 然后通过仿真 实验模拟基本的移动i p v 6 切换技术 移动i p v 6 快速切换技术及基于链路层触发器的预先 式快速切换技术 通过实验结果对各种切换技术做出性能评价 第五章 总结与展望 总结了本文所做的工作 并对今后的研究工作及研究方向进行 了展望 一 无线i p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 2 1 移动i p v 6 协议 第二章移动i p v 6 技术相关知识 移动i p v 6 协议 9 1 0 是i e t f 的m i p v 6 工作组为了支持节点在i p v 6 网络中移动时的连续 性而提出的协议 为了便于i p v 6 分组透明地寻径且与移动主机当前的接入点无关 移动 i p v 6 协议定义了一组基本i p v 6 协议的扩展 不论移动节点当前位于家乡网络还是外地网 络 都可以通过家乡地址寻址 当移动节点处于家乡网络时 发送给移动节点的数据包采 用传统的路由机制传输 当移动节点离开家乡网络到达外地网络时 将其转交地址中的一 个向家乡代理注册 家乡代理随后拦截发送给移动节点家乡地址的数据包 再通过隧道发 送至移动节点的转交地址 2 1 1 移动i p v 6 的功能实体 如图2 1 显示了移动i p v 6 网络中各个功能实体的示意图 从下图中可以看出 移动i p v 6 协议有四个主要的功能实体 分别是移动节点 家乡代理 通信对端和接入路由器 通信对端 图2 1 移动i p v 6 协议的功能实体示意图 1 移动节点m n m o b i l en o d e 移动节点 1 1j 是指能够在不同的子网间进行移动 并且在移动过程中还能保持和通信对 端的通信不会中断 m n 的家乡地址则是m n 在家乡网络进行通信时使用的地址 当m n 移动到另外一个子网时 它在外地子网中注册得到的地址被称为转交地址 虽然m n 在不 同的子网问移动 但是m n 依然可以利用家乡地址进行通信 m n 在移动过程中与其他节 点进行通信时 既可以使用新的转交地址通过双向隧道进行通信 也可以使用原来的转交 地址通过路由优化方式进行通信 4 无线i p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 每个m n 都维护一个绑定更新列表 记录它所发送的每个绑定更新的相关信息 其中 包括m n 发往家乡代理 通信对端 前一个转交地址所在链路家乡代理的所有绑定更新 在某个绑定更新表项快要超时的情况下 移动节点通过发送绑定更新消息来维护当前的绑 定信息 2 通信对端c n c o r r e s p o n d e n tn o d e 通信对端是在网络上与m n 进行通信的节点 它既可以是固定的节点 也可以是移动 的节点 通信对端要为其他节点维护一个绑定缓存列表 每一条绑定缓存条目都必须包括条目 所对应的m n 的家乡地址 转交地址 该条目的剩余生存期 序号字段 该条目的使用信 息等 在发送数据包时 通信对端在邻居发现概念目的地缓存之前要先搜索绑定缓存 在 为所发送的数据包目的地址搜索绑定缓存时 要以条目中心的家乡地址作为搜索关键值 3 家乡代理h a h o m ea g e n t 移动i p v 6 网络中的家乡代理是为m n 服务的路由器 主要负责维护离开家乡链路的 m n 以及和m n 相联系的信息 在m n 没发生移动时 家乡代理的作用则是将发送给m n 的数据包转发给m n 和具有一般功能的路由器一样 在m n 发生移动 离开家乡链路之 后 家乡代理则充当中转的作用 先将发送到m n 的数据包截获下来 然后通过隧道将数 据包转发给m n 所在链路的转交地址 家乡代理要维护两个表项 绑定缓存列表和家乡代理列表 维护的绑定缓存列表与通 信对端类似 家乡代理列表中记录了同一链路上每台作为家乡代理的路由器的相关信息 4 接入路由器a r a c c e s sr o u t e r 接入路由器是指m n 所在的链路上为m n 提供路由服务的路由器 它主要负责接收数 据包 当m n 移动到新的子网时 新的子网中的接入路由器则接收家乡代理利用隧道发送 的数据包 把数据包拆封后发送到m n 2 1 2 移动i p v 6 的基本操作 在移动i p 网络中 m n 可以不用改变i p 地址就可以随时随地从一个子网移动到另一 个子网 不论m n 离家乡链路远或近 发送到m n 家乡地址的数据包也能被在另一个子网 中的m n 接收到 而且m n 移动到另一个子网之后 与其他节点的通信不会中断 以下步 骤就是移动i p v 6 的基本操作i l2 1 1 移动检测 在移动网络中 节点的移动主要是指节点连接至0 i n t e r n e t 的接入点发生变化 对于m n 是否移动到另一个子网中可以通过多种机制检测得到 移动i p v 6 协议中 邻居发现协议i l 3 则是用来检测m n 是否发生移动最主要的移动检测机制 邻居发现协议是i p v 6 协议的一个 基本的组成部分 它可以解决路由器发现及检测邻居不可达等问题 m n 发现新的接入路 无线i p v 6 快速切换技术的分析 i 研究 由器是通过路由器发现协议来实现的 m n 可以通过主动发送路由器请求报文来获得路由 器通告报文 或者还可以通过监听周期发送路由广播的路由器来获得 m n 则按照收到的 路由广播信息自动生成路由表 其中含有所有向m n 发送路由广播信息的路由器 还有与 路由器相对应的每个子网的网络前缀 当m n 发生移动将要离开家乡链路时 m n 的新转交 地址则是通过路由表中的网络前缀 缺省路由器所对应的 在地址自动配置的方式下得到 的 并将获得的新转交地址在家乡链路中进行注册 邻居不可达机制的作用主要是为了让 m n 检测产生新转交地址的路由器是否可达 对于缺省路由器是否可达 m n 既可以通过向 其发送报文时利用收到的提示信息来检测 也可以通过让m n 不断地向路由器发送路由器 请求报文 看有没有从缺省路由器那收到相对应的路由器通告消息来检测 即使邻居不可 达协议能够检测路由器是否可达 但是在m n 还没有开始链路层切换之前 m n 不能进行数 据传输 但是为了检测路由器是否可达 发送的路由器请求报文必须是显式的 这就造成 了网络资源的浪费 为了使上面的问题不会发生 不管m n 收到来自缺省路由器的任何报 文 则都认为此路由器是可达的 2 转交地址的获取 对于m n 如何获得转交地址主要有两种方法 一种是有状态地址自动配置i l 引 另一种 则是无状态地址自动配 置 j 对于m n 采用哪种地址配置方式生成转交地址则是由接收到 的路由器通告中的m 比特来决定 m 比特为0 对应的是有状态地址自动配置 反之 是无状 态地址自动配置 在移动i p v 6 中 一个m n 可以同时有多个转交地址 但是只有一个被注册成主转交地 址 无论何时 被m n 注册到家乡代理的转交地址只能是m n 的主转交地址 对于生成的新 的转交地址 为了检验该地址是否是唯一的 需要对其进行重复地址检测 但是重复地址 检测会带来延迟 在一段时间内不能使用新的转交地址 会使m n 与c n 之间的通信发生中 断 为了减少重复地址检测所造成的延迟 m n 也可以在生成新的转交地址之后 就直接 使用它而不经过重复地址检测 但是这种方法很容易造成地址冲突 因此 在一般情况下 m n 都会对新的转交地址进行重复地址检测 3 家乡注册 当m n 在外地链路得到转交地址 m n 的主转交地址 之后 必须向家乡代理申请注册 并且还要将得到的新转交地址和m n 的家乡地址进行绑定 使得家乡代理能够把只知道其 家乡地址的节点发来的数据包转发到m n 的当前位置 因此把这个过程称为家乡注册 家 乡注册的过程如图2 2 所示 6 无线i p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 图2 2 家乡注册过程 首先m n 向家乡代理发送绑定更新消息申请注册 而家乡代理则向m n 返回一个绑定确 认消息作为对绑定更新消息的应答 家乡注册完成之后 m n 的新转交地址和家乡地址也 进行了绑定 这时发往m n 家乡地址的所有数据包都被家乡代理截获 在转发之前 家乡 代理把这些数据包进行封装 同时将外层i p v 6 报头中的目的地址写成m n 的新转交地址 然后再通过隧道将这些数据包转发到m n 的新转交地址 4 与通信对端的通信 在移动i p v 6 中 能和m n 进行通信的通信对端 它既可以是固定的节点 也可以是移 动的节点 m n 也需要向c n 发送绑定更新消息 实现与c n 的绑定 在与c n 的绑定注册过 程中必须有返回路径可达消息 这样才能证明其过程是安全的 如果c n 的更新列表中有 m n 的转交地址和家乡地址已经绑定的消息 则就能把数据包直接发给m n 的转交地址 反 之 c n 只能把数据包发给家乡地址 因此 c n 发送给m n 的数据包首先被路由到m n 的家 乡链路 然后再被家乡代理利用隧道转发到m n 所在的位置 换一种想法 当m n 收到通过 隧道发送过来的数据包时 就可以断定c n 可能不知道m n 的转交地址和家乡地址的绑定 因而促进了m n 与c n 之间建立绑定 为了避免三角路由问题 在移动i p v 6 网络中 对路由问题进行了优化 使c n 与m n 的 通信不再通过家乡代理进行转发 而是直接把数据包发送到m n 的新转交地址上 这样做 加强了网络的安全性和可发展性 也减少了整个网络的负担 很明显 c n 与m n 的转交地 址直接通信 不但减少了通信过程对家乡链路的依靠 也减轻了通信过程中故障对通信的 干扰 同时家乡链路受这种通信方式产生的流量的影响也减少了 2 2m i p v 6 切换技术的研究 当m n 从一个子网向另一个子网移动时就会产生切换 m n 需要向家乡代理注册生成 新的转交地址 并且要把新的转交地址与家乡地址和通道对端进行绑定更新 在基本的 m i p v 6 切换过程中 由于信号强度等原因 可能会导致m n 与c n 之间的通信发生一段时 间的中断 使m n 不能发送和接收数据包 i6 1 基本的m i p v 6 切换过程主要分为四个阶段 即链路层切换 移动检测 地址配置和重复检测 绑定更新 基本m i p v 6 的切换过程如图 2 3 所示 7 无线l p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 图2 3 移动i p v 6 切换操作流程 1 链路层切换 m n 收到链路层发送来的触发信号 通知m n 将要进行切换 也就是m n 离开原来子 网中的接入路由器 移动到新的子网中与新的接入路由器建立连接 用t l 2 来表示链路层 切换所用的时间 2 移动检测 当m n 移动到新的子网后 m n 很快就会收到从新子网中的接入路由器中发送过来的 路由消息 如果m n 发现新接入路由器中的路由消息的子网前缀与m n 当前使用的地址不 匹配 则就可以判断m n 进入了新的子网中 这时 m n 把它的缺省路由器改成新的接入 路由器 用t m d 来表示此阶段所用的时间 3 地址配置和重复检测 上一节中已经介绍m n 获得新的转交地址的方式有无状态地址自动配置和有状态地址 自动配置 并且需要对获得的地址进行重复地址检测 而使用无状态地址自动配置方式几 乎不浪费时间 用t d 础来表示此阶段所用的时间 4 绑定更新 移动节点在配置新的转交地址之后 则要向它的家乡代理发送绑定更新消息进行注 册 当家乡代理收到绑定更新消息后 把缓存中的关于m n 的缓存列表更新或创建一个新 的缓存列表 然后建立到m n 的隧道 最后向m n 返回一个绑定确认消息 当m n 收到绑 定确认消息后 立即建立与家乡代理的反向隧道 形成m n 与家乡代理的双向隧道 然后 向c n 发送绑定更新消息进行注册 当c n 收到绑定更新消息后 也需要把缓存中关于m n 的缓存列表更新 用t b 表示从m n 开始向家乡代理发送绑定更新消息 直到c n 也收到 绑定更新消息的时间 用t b u i i 表示从m n 开始发送绑定更新消息给家乡代理 到家乡代理 收到绑定更新消息的时间 用t h a h 表示从家乡代理向m n 返回绑定确认消息开始 一直到 m n 收到绑定确认消息的时间 用t b u 表示m n 向c n 发送绑定更新消息一直到c n 收到 3 无线i p v 6 快速切换技术的分析 j 研究 绑定更新消息的时间 由于m i p v 6 切换过程中的几个阶段是顺序进行的 因此需要的总时间为 t 互2 十互h d 十互蜘十毛 其中网络层切换包括后三个阶段 因此网络层切换所用的时间为 互3 乃鲥十毛 由于需要向家乡代理和通信对端进行绑定更新注册 因此绑定更新所用的时间为 毛 k 手乞手m a x 夕 其中m a x t b u c n 表示取t b 哪的最大值 由于m n 可以有多个c n 每个c n 与m n 通 信的网络延迟不同 因此t b 咖也不同 链路层采用的接入技术不同决定了t l 2 的大小 无线局域网一般采用8 0 2 1 1 协议标准 因此t l 2 的值很小 仅仅几十或几百毫秒 t m d 值的大小是由路由通告的发送间隔来决定的 路由器为了避免向所有的节点发送路由通告消息时增加节点的负担 通常以几秒或十几秒 的间隔发送路由通告 因此t m d 一般为几秒 t d a d 值的大小由在重复地址检测过程中采用 的检测机制来决定 如果 的值为1 秒钟左右则表示采用的是n s 方式 t b 值的大d 贝j l 是有m n 与h a 和c n 间的距离所决定的 如果它们之间的距离很远 则t b 就会很大 由以上的推论可知 m i p v 6 切换过程中所需的时间大部分是网络层切换过程所用的时间 最少需要几秒钟 2 3f m i p v 6 切换技术的研究 2 3 1f m i p v 6 切换技术 移动i p v 6 快速切换技术f m i p v 6 1 6 是在移动i p v 6 协议的基础上进行的改进 它能够使 移动i p v 6 网络中的m n 的切换过程加快 它可以减少m n 与c n 的切换延迟 以实现数 据流的实时传输正常进行1 1 7 1 f m i p v 6 主要是通过提前注册新的转交地址 在m n 的切换 没有完成之前 仍然能够使用家乡地址继续通信 f m i p v 6 切换技术对整个移动i p v 6 网络结构进行了扩展 引入了新的组成部分 如原 接入路由器p a r 及新接入路由器n a r 其中p a r 是指m n 没有移动前家乡链路上的接入 路由器 n a r 是指m n 将要接入的新子网中的接入路由器 快速切换的关键是要在m n 与p a r 断开连接之前能够确定一个预期的新转交地址n c o a 当m n 移至n a r 后 b i n 能用n c o a 继续原先的通信 如果n c o a 注册失败 快速切换也允许移动节点不获得新的 转交地址而切换到新的子网 但在进行切换之前 需要把配置n c o a 邻居发现和重复地 址检测等工作准备好 哺一9 1 并且 f m i p v 6 切换技术还使p a r 和n a r 建立隧道进行数据 包的转发 f m i p v 6 协议增加一些新的消息如下所述 1 代理路由器请求消息 r o u t e rs o l i c i t a t i o nf o rp r o x y r t s o l p r 该消息是在m n 判断自己将要发生切换 然后向p a r 发送代理路由器请求消息 该消 9 无线i p v 6 快速切换技术的分析j j 自j f 究 息中包含将要接入链路的接入点标识 此消息主要是告诉p a r m n 将要移动到另一个子 网中 并向p a r 请求切换过程中所需的信息 2 代理路由器通告消息 p r o x y r o u t e ra d v e r t i s e m e n t p r r t a d v 当p a r 收到代理路由器通告消息之后 根据其中的信息判断新接入点所属的路由器 然后p a r 向m n 发送此消息 此消息中包括n a r 的链路层地址 i p 地址和子网前缀等信 息 3 切换发起消息 h a n d o v e ri n i t i a t e h i 该消息表示切换将要发起 是p a r 发送给n a r 的消息 指示m n 正在从p a r 向n a r 进行快速切换 4 切换确认消息 h a n d o v e ra c k n o w l e d g e m e n t h a c k 该消息是从n a r 向p a r 发送的 作为对h i 消息的确认 用于向p a r 说明n c o a 是 可用的 则p a r 可以执行下一步操作 如果这个n c o a 不能用 则切换确认消息中会含有 一个可用的n c o a 同时 p a r 还根据切换确认消息中的信息建立与n a r 之间的隧道 5 快速绑定更新消息 f a s tb i n d i n gu d a t e f b u 该消息是在m n 配置n c o a 之后 由m n 向p a r 发送的消息 它用于在p a r 和n a r 之间建立双向隧道 并且请求p a r 向m n 的n c o a 转发数据包