移动互联网技术详解课件(共80张PPT)

1、移动互联网技术详解课件Standard: IETF相关工作组Mobility for IPv4(mip4)IP Mobility Support for IPv4 (RFC3344)Mobility for IPv6 (mip6)Mobility Support in IPv6 (RFC 3775) Using IPsec to Protect Mobile IPv6 Signaling between Mobile Nodes and Home Agents (RFC 3776)Using IPsec between Mobile and Correspondent IPv6 Nodes (

2、draft-ietf-mip6-cn-ipsec-01.txt )MIPv6 Signaling and Handoff Optimization (mipshop)Fast Handovers for Mobile IPv6 (RFC 4068)Hierarchical Mobile IPv6 mobility management (HMIPv6) (RFC 4140)Mobile IPv6 Fast Handovers for 802.11 Networks (draft-ietf-mipshop-80211fh-04.txt)Mobile Nodes and Multiple Inte

3、rfaces in IPv6 (monami6)Network Mobility (nemo)Network Mobility Support Goals and Requirements (draft-ietf-nemo-requirements-05.txt)Network Mobility (NEMO) Basic Support Protocol (RFC 3963)PapersJSAC: IEEE Journal on Selected Areas in CommunicationsMOBILE ROUTERS AND NETWORK MOBIITYIEEEACM内容引言移动IP(M

4、IP: Mobile IP)的基本原理移动IPv4(MIPv4)的原理移动IPv6(MIPv6)的原理MIP的安全性MIPv4的安全性MIPv6的安全性MIPv6信令和切换优化网络移动(Network Mobility)内容引言移动IP(MIP: Mobile IP)的基本原理移动IPv4(MIPv4)的原理移动IPv6(MIPv6)的原理MIP的安全性MIPv4的安全性MIPv6的安全性MIPv6信令和切换优化网络移动(Network Mobility)为什么在IP层引入移动性各种底层无线网络之间的漫游IP Over Everything数据、语音、视频等多种业务的融合Everything

5、Over IP移动IP需要解决的问题接入路由器1通信对端移动节点接入路由器2ADDR1ADDR1 DATA移动IP需要解决的问题接入路由器1通信对端移动节点接入路由器2ADDR2ADDR1 DATAIP地址的改变对于通信对端和上层（IP层以上）是透明的移动节点需要一个在移动过程中保持不变的标识不中断已经建立的连接通信对端始终能够找到移动节点家乡地址内容引言移动IP(MIP: Mobile IP)的基本原理移动IPv4(MIPv4)的原理移动IPv6(MIPv6)的原理MIP的安全性MIPv4的安全性MIPv6的安全性MIPv6信令和切换优化网络移动术语家乡地址(HoA: Home Addres

6、s)：移动节点的标识，手动配置或者由家乡网络分配，通常不变转交地址(CoA: Care-of Address)：移动节点位置的标识，由移动到的外地网络分配，随位置变化家乡代理(Home Agent)：保存移动节点的家乡地址和转交地址之间的映射关系(绑定)通信对端(Correspond Node)：和移动节点进行通信的网络节点，它可能是静止的节点，也可能是移动节点知道移动节点家乡地址如何将数据包路由到移动节点的转交地址？数据包先路由到家乡代理，由家乡代理发送给移动节点！HoA与CoA的对应关系称为绑定(Binding)基本过程移动检测移动节点检测到自己移动到了外地网络代理公告（MIPv4）/路由

7、器公告（MIPv6）转交地址配置MIPv4外地代理转交地址（即外地代理地址）(Foreign Agent CoA)配置转交地址(Co-located CoA)MIPv6全局可路由转交地址的绑定注册到家乡代理（MIPv4/MIPv6）到通信对端（MIPv6）MIPv4原理:使用外地代理转交地址移动检测家乡代理通信对端移动节点外地代理MIPv4原理:使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理代理公告移动检测使用外地代理转交地址MIPv4原理:使用外地代理转交地址绑定注册家乡代理通信对端移动节点外地代理注册请求注册请求注册应答注册应答MIPv4原理:使用外地代理转交地址接收/发送分组家乡代

8、理通信对端移动节点外地代理代理ARP和免费ARP隧道IP数据 IP头标IP数据 IP头标IP头标家乡代理处IP-in-IP封装外地代理处 IP-in-IP解封装源：家乡代理地址目的：外地代理地址分组分组分组分组MIPv4原理:使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理三角路由问题三角路由问题MIPv4原理:使用配置转交地址移动检测家乡代理通信对端移动节点外地代理MIPv4原理:使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理代理公告移动检测通过DHCP等方式获取配置转交地址MIPv4原理:使用配置转交地址绑定注册家乡代理通信对端移动节点外地代理注册请求注册应答MIPv4原理:使用配置

9、转交地址接收/发送分组家乡代理通信对端移动节点外地代理代理ARP和免费ARP隧道IP数据 IP头标IP数据 IP头标IP头标家乡代理处IP-in-IP封装移动节点处 IP-in-IP解封装源：家乡代理地址目的：配置转交地址分组分组分组MIPv4原理:使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理三角路由问题三角路由问题MIPv4原理: 反向隧道通过家乡地址来唯一标识移动节点，使得通信对端不需要知道移动节点的位置信息移动节点和通信对端的通信始终使用家乡地址，通过家乡代理转发到移动节点的分组,使得移动对于通信对端以及IP层以上的应用是透明的存在入口过滤问题:当移动到外地时，防火墙可能过滤源地址为

10、移动节点家乡地址的分组通过反向隧道解决入口过滤问题反向隧道：使用外地代理转交地址家乡代理移动节点外地代理外地代理转交地址通信对端反向IP-in-IP隧道IP数据 IP头标IP数据 IP头标IP头标外地代理处IP-in-IP封装家乡代理处 IP-in-IP解封装源：外地代理地址目的：家乡代理地址分组分组分组反向隧道：配置转交地址家乡代理移动节点外地代理通信对端反向IP-in-IP隧道IP数据 IP头标IP数据 IP头标IP头标移动节点处IP-in-IP封装家乡代理处 IP-in-IP解封装源：配置转交地址目的：家乡代理地址配置转交地址分组分组MIPv6原理移动检测和地址自动配置家乡代理通信对端移

11、动节点接入路由器家乡地址：HoA转交地址：CoAMIPv6原理移动检测和地址自动配置家乡代理通信对端移动节点接入路由器家乡地址：HoA转交地址：CoA路由器公告无状态地址自动配置生成CoAMIPv6原理到家乡代理绑定注册家乡代理通信对端移动节点接入路由器家乡地址：HoA转交地址：CoA绑定更新(Binding Update)绑定应答(Binding Ack)绑定缓存HoACoAMIPv6原理和通信对端通信过程：不支持任何移动IPv6功能家乡代理通信对端移动节点IPv6-in-IPv6隧道IP数据 IP头标IP数据 IP头标IP头标家乡代理处IPv6-in-IPv6封装移动节点处 IPv6-in

12、-IPv6解封装源：家乡代理地址目的：CoAIP数据 IP头标IP数据 IP头标IP头标移动节点处IPv6-in-IPv6封装家乡代理处 IPv6-in-IPv6解封装源：CoA目的：家乡代理地址家乡地址：HoA转交地址：CoA分组分组分组分组MIPv6原理和通信对端通信过程：支持移动IPv6功能家乡代理通信对端移动节点绑定缓存HoACoA家乡地址：HoA转交地址：CoAIPv6-in-IPv6隧道分组绑定更新绑定更新列表通信对端IPv6地址MIPv6原理和通信对端通信过程：支持移动IPv6功能家乡代理通信对端移动节点家乡地址：HoA转交地址：CoAIPv6-in-IPv6隧道分组分组绑定更新

13、列表通信对端IPv6地址绑定缓存HoACoA对IP以上层屏蔽移动性：原理在双向隧道模式中，移动节点和通信对端的通信始终使用家乡地址在路由优化模式中，通过家乡地址选项(HAO，由信宿选项头标携带)和类型2寻路头标(T2R)来实现家乡地址选项类型2寻路头标路由优化模式：移动节点发送分组TCP/UDPIPv6移动IPv6TCP/UDPIPv6移动IPv6移动节点通信对端HoA CNAHAO CoA CNAHAO CoA CNAHoA CNA添加HAO选项头标，包含移动节点的转交地址，交换HAO选项头标中的地址和数据包的源地址交换HAO选项头标中的地址和数据包的源地址HoA：家乡地址CNA：通信对端的

14、地址CoA：转交地址HAO：家乡地址选项，信宿选项头标T2R：类型2寻路头标HoA源地址目的地址目的地址源地址扩展头标目的地址源地址扩展头标源地址目的地址路由优化模式：通信对端发送分组TCP/UDPIPv6移动IPv6TCP/UDPIPv6移动IPv6移动节点通信对端HoA：家乡地址CNA：通信对端的地址CoA：转交地址HAO：家乡地址选项，信宿选项头标T2R：类型2寻路头标家乡地址T2R CNA CoACNA HoA添加T2R选项头标，包含移动节点的转交地址，交换T2R选项标中的地址和数据包的目的地址T2R CNA CoA交换T2R选项头标中的地址和数据包的目的地址CNA HoA源地址目的地

15、址目的地址源地址扩展头标目的地址源地址扩展头标源地址目的地址MIPv4和MIPv6比较IPv4地址空间有限，移动节点通常使用外地代理转交地址存在外地代理三角路由问题家乡地址为源地址，存在入口过滤问题需要使用IP-in-IP隧道，开销大IPv6拥有巨大的地址空间，移动节点通常使用全局可路由转交地址不需要外地代理路由优化成为协议的基本部分转交地址作为源地址，不存在入口过滤问题通过家乡地址选项（信宿选项头标）和类型2寻路头标来实现转交地址变化对IP层以上应用的透明，不需要使用IPv6-in-IPv6隧道内容引言移动IP(MIP: Mobile IP)的基本原理移动IPv4(MIPv4)的原理移动IP

16、v6(MIPv6)的原理MIP的安全性MIPv4的安全性MIPv6的安全性MIPv6信令和切换优化网络移动(Network Mobility)MIPv4的安全性注册请求和注册应答消息的认证移动安全关联认证算法、算法模式、密钥或者公/私密钥对、重播保护形式缺省HMAC-MD5算法，生成128比特摘要Mobile-Home认证扩展必须移动节点和家乡代理之间存在安全关联Mobile-Foreign认证扩展可能移动节点和外地代理之间存在安全关联Foreign-Home认证扩展可能外地代理和家乡代理之间存在安全关联MIPv6的安全性返回可路由（RR：Return Routability）过程移动节点与通

17、信对端之间的安全基于IPsec的MIPv6安全移动节点和家乡代理之间安全移动节点和通信对端之间安全返回可路由过程：概述目标是使得通信对端可以在某种程度上确保移动节点所宣称的转交地址和家乡地址是合法的（可寻址） 产生移动节点和通信对端之间的认证密钥（绑定管理秘钥Kbm），并且通过绑定认证选项来保护移动节点和通信对端之间的绑定更新不需要预先配置信息，易于大规模部署安全强度比IPSec弱返回可路由过程：原理通信对端IPv6-in-IPv6隧道HoTI CookieHoTI：家乡测试发起 消息CoTI：转交测试发起消息HoT：家乡测试消息CoT：转交测试消息CoT Cookie TokenHoT Co

18、okie TokenHoTI Cookie计算家乡密钥生成令牌 HoT Cookie Token计算转交密钥生成令牌 家乡密钥生成令牌和转交密钥生成令牌进行SHA1得到绑定管理密钥 移动节点家乡代理CoTI Cookie返回可路由过程：存在的安全问题攻击者能够监听到移动节点的数据包伪造邻居家乡地址：攻击者的家乡地址转交地址：邻居地址攻击者在家乡网络和通信对端的路径上获得绑定管理密钥，伪造绑定更新等基于IPsec的MIPv6安全: IPSec回顾(1)安全策略(SP)选择符(selector)源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议(TCP/UDP/ICMP)、模式(隧道/传输)策略行为：丢弃、

19、实施IPSec处理或者绕过安全关联(SA)索引目的地址、安全参数索引(SPI)、协议(ESP/AH)源地址、目的地址、协议(TCP/UDP/ICMP)、IPSec协议(ESP/AH)、模式(隧道/传输)、认证和加密算法、密钥等基于IPsec的MIPv6安全: IPSec回顾(2)认证头标(AH)传输模式隧道模式封装化安全净荷(ESP)传输模式隧道模式原始IP头标逐跳、信宿寻路、分片AH头标信宿TCPUDP数据认证原始IP头标逐跳、信宿寻路、分片ESP头标信宿TCPUDP数据ESP尾ESP认证加密认证新IP头标扩展头标AH头标原始IP头标扩展头标TCPUDP数据认证新IP头标新扩展头标ESP头标

20、原始IP头标原始扩展头标TCPUDP数据认证ESP尾ESP认证加密基于IPsec的MIPv6安全: IPSec回顾(3)AH头标格式ESP头标格式基于IPsec的MIPv6安全: IPSec回顾(4)外出处理根据数据包信息初始化selector，选择相应的一个或者多个外出SP，SP是有序的SP的地址始终为数据包最终的源和目的地址(内部头标地址)根据每个SP指定的SA或者SA束执行IPSec处理，SA是无序的进入处理根据数据包的目的地址(外部头标地址)、IPSec协议和SPI找到相应的SA，然后执行IPSec处理在进入SPD找到对应的SP(内部头标地址)，验证是否对数据包执行了指定的IPSec处

21、理(SA或者SA束)基于IPsec的MIPv6安全: 移动节点和家乡代理之间安全移动节点和家乡代理之间的信令业务绑定更新和绑定应答使用IPSec ESP传输模式保护返回可路由过程家乡测试发起（HoTI）和家乡测试（HoT）使用IPSec ESP隧道模式保护前缀发现ICMPv6消息IPSec ESP传输模式保护基于IPsec的MIPv6安全: 绑定更新和绑定应答(1)绑定更新头标格式移动节点在外地网络时移动节点在家乡网络时绑定应答头标格式移动节点在外地网络时移动节点在家乡网络时IPv6头标 源=转交地址目的=家乡代理地址家乡地址选项(家乡地址)传输模式ESP头标移动头标(绑定更新)IPv6头标

22、源=家乡代理地址目的=转交地址类型2寻路头标(家乡地址)传输模式ESP头标移动头标(绑定应答)IPv6头标 源=家乡地址目的=家乡代理地址传输模式ESP头标移动头标(绑定更新)IPv6头标 源=家乡代理地址目的=家乡地址传输模式ESP头标移动头标(绑定应答)基于IPsec的MIPv6安全:绑定更新和绑定应答(2)SP和SA使用家乡地址家乡地址选项和类型2寻路头标包含家乡地址家乡代理、移动节点上的SP和SA条目源地址目的地址模式协议SP1移动节点外出家乡代理进入家乡地址家乡代理地址ESP传输模式移动头标SP2移动节点进入家乡代理外出家乡代理地址家乡地址ESP传输模式移动头标SA1移动节点外出家乡

23、代理进入家乡地址家乡代理地址ESP传输模式移动头标SA2移动节点进入家乡代理外出家乡代理地址家乡地址ESP传输模式移动头标基于IPsec的MIPv6安全: 返回可路由过程(1)家乡测试发起(HoTI)消息格式移动节点经家乡代理到通信对端家乡测试(HoT)消息格式通信对端经家乡代理到移动节点IPv6头标 源=转交地址目的=家乡代理地址隧道模式ESP头标移动头标(HoTI)IPv6头标 源=家乡地址目的=通信对端IPv6头标 源=家乡代理地址目的=转交地址隧道模式ESP头标移动头标(HoT)IPv6头标 源=通信对端目的=家乡地址MIPv4和MIPv6比较Mobile Nodes and Mult

24、iple Interfaces in IPv6 (monami6)HoTI Cookie在切换后链路上发送FBUJSAC: IEEE Journal on Selected Areas in CommunicationsSP和SA使用家乡地址层次移动IPv6 (HMIPv6： Hierarchical Mobile IPv6 mobility management )返回可路由（RR：Return Routability）过程NAR对切换发起消息的应答链路转交地址(On-link Care-of Address)移动节点和家乡代理之间安全层次移动IPv6：域内切换过程快速邻机公告快速绑定更新E

25、verything Over IPIP数据 IP头标外地代理转交地址（即外地代理地址）(Foreign Agent CoA)基于IPsec的MIPv6安全: 返回可路由过程(2)SP和SA使用不同的移动节点地址SP：家乡地址SA：转交地址家乡代理、移动节点上的SP和SA条目源地址目的地址模式协议SP1移动节点外出家乡代理进入家乡地址任意ESP隧道模式移动头标SP2移动节点进入家乡代理外出任意家乡地址ESP隧道模式移动头标SA1移动节点外出家乡代理进入转交地址家乡代理地址ESP隧道模式移动头标SA2移动节点进入家乡代理外出家乡代理地址转交地址ESP隧道模式移动头标基于IPsec的MIPv6安全:

26、 返回可路由过程(3)转交地址变化时家乡代理：收到绑定更新时，更新外出SA的目的地址和进入SA的源地址为新的转交地址移动节点： 收到绑定应答时，更新进入SA的目的地址和外出SA的源地址为新的转交地址基于IPsec的MIPv6安全: 前缀发现(1)移动节点获取家乡子网的前缀的变化信息移动前缀请求消息格式移动前缀公告IPv6头标 源=转交地址目的=家乡代理地址家乡地址选项(家乡地址)传输模式ESP头标ICMPv6(前缀请求)IPv6头标 源=家乡代理地址目的=转交地址类型2寻路头标(家乡地址)传输模式ESP头标ICMPv6(前缀公告)基于IPsec的MIPv6安全: 前缀发现(2)移动节点和家乡代

27、理上的SP和SA条目源地址目的地址模式协议SP1移动节点外出家乡代理进入家乡地址家乡代理地址ESP传输模式ICMPv6SP2移动节点进入家乡代理外出家乡代理地址家乡地址ESP传输模式ICMPv6SA1移动节点外出家乡代理进入家乡地址家乡代理地址ESP传输模式ICMPv6SA2移动节点进入家乡代理外出家乡代理地址家乡地址ESP传输模式ICMPv6内容引言移动IP(MIP: Mobile IP)的基本原理移动IPv4(MIPv4)的原理移动IPv6(MIPv6)的原理MIP的安全性MIPv4的安全性MIPv6的安全性MIPv6信令和切换优化网络移动(Network Mobility)MIPv6信令

28、和切换优化概述基本移动IPv6切换延时太大，不能满足实时和TCP延时敏感业务的需求基本移动IPv6中的切换引入额外的信令开销移动节点和家乡代理及通信对端之间的绑定注册过程可能需要穿越骨干网，从而增加骨干网的信令开销 切换优化移动IPv6快速切换(FMIPv6: Fast Handovers for Mobile IPv6)IPv6微移动管理层次移动IPv6 (HMIPv6： Hierarchical Mobile IPv6 mobility management )概述：移动节点切换过程无线接入点1无线接入点2移动节点接入路由器1(切换前接入路由器)接入路由器2(切换后接入路由器)概述：移动节

29、点切换过程接入路由器1(切换前接入路由器)接入路由器2(切换后接入路由器)无线接入点1无线接入点2移动节点链路层切换：无线接入点1到无线接入点2IP层切换：接入路由器1所在子网到接入路由器2所在子网概述：IP层切换过程移动检测和路由器公告的间隔有关转交地址配置地址重复检测典型值为1到2秒绑定注册移动节点到家乡代理的延时移动节点到通信对端的延时概述：IP层切换延时分析链路层切换完成路由器公告地址重复检测绑定更新绑定应答绑定更新移动检测转交地址配置绑定注册0到十几秒1到2秒几百毫秒到几秒移动节点接入路由器家乡代理通信对端IP层切换延时太大会影响实时应用和吞吐量敏感应用移动IPv6快速切换要减少这个

30、延时，具体来说就是：移动节点一检测到新的子网链路就能够发送数据包新的接入路由器一检测到移动节点接入就能够发送到移动节点的数据包移动IPv6快速切换定义了实现以上目标所需要的：IP协议消息独立于特定的链路层协议消息交互过程不影响标准的移动IPv6操作移动IPv6快速切换：快速切换相关消息(1)新的邻机发现消息代理路由器公告请求(RtSolPr)移动节点发送给接入路由器，请求代理路由器公告代理路由器公告(PrRtAdv)接入路由器发送给移动节点，提供邻近接入路由器的链路层地址、IP地址和子网前缀信息实现功能辅助移动检测过程无线接入点到其所连接的接入路由器的子网信息映射预先生成新的转交地址移动IPv

31、6快速切换：快速切换相关消息(2)接入路由器之间的消息切换发起(HI)通常是PAR发往NAR，发起移动节点快速切换过程应该包含移动节点的切换前转交地址，可能包含移动节点希望使用的新的转交地址切换应答(HAck)NAR对切换发起消息的应答可能包含移动节点在NAR上应该使用的新转交地址功能确认给出的新的转交地址是否可接受传送和切换相关的网络常驻上下文，例如接入控制、QoS和头标压缩等PAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器移动IPv6快速切换：快速切换相关消息(3)新的移动头标消息快速绑定更新(FBU)移动节点发送到PAR，功能类似于绑定更新，建立切换前转交地址和切换后转交地址的绑定(隧道

32、)移动节点通过隧道转发源地址为切换前转交地址的分组到PARPAR通过隧道转发目的地址为切换前转交地址的分组到移动节点包含移动节点切换前转交地址和切换后的转交地址信息快速绑定应答(FBA)PAR对快速绑定更新的应答快速邻机公告(FNA)移动节点发送快速邻机公告给NAR，宣告自己到达功能移动节点一切换到新的链路就可以接收分组PAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器移动IPv6快速切换：快速切换类型切换发起的实体移动节点发起的切换移动节点发送代理路由器公告请求(RtSolPr)给当前接入路由器网络发起的切换PAR发送未经请求的代理路由器公告(PrRtAdv)发送快速绑定更新(FBU)的链路预

33、测型(predictive)快速切换在切换前链路上发送FBU并且接收到FBack反应型(reactive)快速切换在切换后链路上发送FBUPAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器移动IPv6快速切换：快速切换类型切换发起的实体移动节点发起的切换移动节点发送代理路由器公告请求(RtSolPr)给当前接入路由器网络发起的切换PAR发送未经请求的代理路由器公告(PrRtAdv)发送快速绑定更新(FBU)的链路预测型(predictive)快速切换在切换前链路上发送FBU并且接收到FBack反应型(reactive)快速切换在切换后链路上发送FBUPAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由

34、器移动IPv6快速切换：预测型快速切换连接移动节点PARNAR将要进行链路层切换指示代理路由器公告请求代理路由器公告快速绑定切换发起切换应答快速绑定应答链路层连接建立指示快速邻机公告转发数据包发送数据包断开生成新的转交地址PAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器移动IPv6快速切换：反应型快速切换连接移动节点PARNAR将要进行链路层切换指示代理路由器公告请求代理路由器公告快速邻机公告快速绑定更新快速绑定应答链路层连接建立指示转发数据包发送数据包断开生成新的转交地址PAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器快速绑定更新快速切换延时分析切换发生前生成转交地址，减少了移动IPv6切换过程中的地址自动配置延时切换后IP层通过来自链路层连接建立信息（Link Up触发器）立即感知移动到了新的链路，减少了移动检测延时切换后完成新的转交地址绑定注册之前仍然可以接收目的地址为切换前转交地址的分组，减少了绑定注册延时IEEE 802.21媒介无关切换（MIH：Media Independent Handover）标准 目标：开发一个能够向上层提供链路层智能和其它相关网络相关信息的规范，以优化异构网络之间的切换 通过定义通用的SAP（Service Access Point）和其它的原语来实现链路层的智能 媒介无关事件服务