移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜述

1、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜述摘要移動性是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向之一，移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議能支持單一無線終端的移動和漫游功能，但這種基礎(chǔ)協(xié) 議并不完善，在處理終端切換時，存在較大時延且需要較大傳輸開銷，此外它不支持子網(wǎng)的移動性。移動互聯(lián)網(wǎng)的 擴展協(xié)議能較好解決上述問題。文章首先介紹移動互聯(lián)網(wǎng)的基本目標，然后介紹移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議工作原理， 最后介紹能提高移動互聯(lián)網(wǎng)工作性能的擴展協(xié)議0、引言隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信設(shè)備的迅速發(fā)展，人們迫切希望能隨時隨地從internet上獲取信息。針對這種情況, internet工程任務(wù)組(ietf)于1996年開始制定支持移動internet的技術(shù)標準。冃前，移動ipv6的止式標

2、準(mipv6-rfc3775l)和相關(guān)標準:移動ipv6的快速切換(fmipv6-rfc40682)、層次移動ipv6的移動性管理 (hmtpv6-rfc41403)網(wǎng)絡(luò)移動(nemo-rfc39634)已經(jīng)出臺,相關(guān)的各項開發(fā)工作都在進行中。下一代移動通信的核心網(wǎng)是基于ip分組交換的，而且移動通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出相互融合的趨 勢，故在下一代移動通信系統(tǒng)中，可以較為容易地引入移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將得到廣泛應(yīng)用。1、移動互聯(lián)網(wǎng)的目標傳統(tǒng)ip技術(shù)的主機不論是有線接入還是無線接入，基本上都是固定不動的，或者只能在一個了網(wǎng)范圍內(nèi)小規(guī) 模移動。在通信期間，它們的ip地址和端口號

3、保持不變。而移動ip主機在通信期間可能需耍在不同子網(wǎng)間移動， 當(dāng)移動到新的子網(wǎng)時，如果不改變其ip地址，就不能接入這個新的子網(wǎng)。如果為了接入新的子網(wǎng)而改變其ip地址, 那么先前的通信將會中斷。移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在internet上提供移動功能的網(wǎng)絡(luò)層方案，它可以使移動節(jié)點用一個永久的地址與互聯(lián)網(wǎng)中的任何主機通信，并且在切換了網(wǎng)時不中斷正在進行的通信。達到的效果如圖1所示。internet/家鄉(xiāng)子進入點外地子網(wǎng)按入點用戶終竭.-蘭豎址配弐_ _亠保»；lnlcmct的通伯不中斷圖1移動互聯(lián)網(wǎng)的口標2、移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議為移動ipv6協(xié)議（mipv6）, ietf已經(jīng)

4、發(fā)布了 mipv6的正式協(xié)議標準rfc37751。mipv6 支持單一終端無需改動地址配置，可在不同子網(wǎng)間進行移動切換，而保持上層協(xié)議的通信不發(fā)生中斷。在mipv6體系結(jié)構(gòu)中，含有3種功能實體：移動節(jié)點（mn）、家鄉(xiāng)代理（ha）、通信節(jié)點（cn）。其中mn為移動終 端；ha位于家鄉(xiāng)子網(wǎng)，負責(zé)記錄mn的當(dāng)前位置，并將發(fā)往mn的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至mn的當(dāng)前位置；cn為與mn通信的對 端節(jié)點。mipv6的主要目標是使mn不管是連接在家鄉(xiāng)鏈路還是移動到外地鏈路，總是通過家鄉(xiāng)地址（hoa）尋址。mipv6 對ip層以上的協(xié)議層是完全透明的，使得mn在不同子網(wǎng)間移動時，運行在該節(jié)點上的應(yīng)用程序不需修改或配置仍 然

5、可用。每個mn都設(shè)置了一個固定的hoa,這個地址與其當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)mn移動至外地子網(wǎng)時，需要 配置一個具有外地網(wǎng)絡(luò)前綴的轉(zhuǎn)交地址（coa）,并通過coa提供mn當(dāng)前的位置信息。mn每次改變位置，都要將它 最新的coa告訴iia, iia將iioa和coa的對應(yīng)關(guān)系記錄至綁定緩存。假設(shè)此時一個cn向mn發(fā)送數(shù)據(jù)，由于目的地 址為hoa,故這些數(shù)據(jù)將被路由至mn的家鄉(xiāng)鏈路，ha負責(zé)將其捕獲。查詢綁定緩存后，ha可以知道這些數(shù)據(jù)可以 用coa路由至mn的當(dāng)前位置，ha通過隧道將數(shù)據(jù)發(fā)送至mn。在反方向，mn首先以hoa作為源地址構(gòu)造數(shù)據(jù)報，然后將這些報文通過隧道送至ha,再由ha轉(zhuǎn)發(fā)至

6、cn。這就是mipv6的反向隧道工作模式。若cn也支持mipv6功能，則mn也會向它通告最新的coa,這時cn就知道了家鄉(xiāng)地址為hoa的mn耳前正在使 用coa進行通信，在雙方收發(fā)數(shù)據(jù)時會將hoa與coa進行調(diào)換，coa用于傳輸，而最后向上層協(xié)議遞交的數(shù)據(jù)報中 的地址仍是hoa,這樣就實現(xiàn)了對上層協(xié)議的透明傳輸。這就是mipv6的路由優(yōu)化工作模式。建立hoa與coa對應(yīng)關(guān)系的過程稱為綁定（binding）,它通過mn與ha、cn之間交互相關(guān)消息完成，綁定更新 （bu）是其中較重要的消息。3、移動互聯(lián)網(wǎng)的擴展協(xié)議31移動ipv6的快速切換基本的mipv6解決了無線接入internet的主機在不同

7、子網(wǎng)間用同一個ip尋址的問題，而且能保證在子網(wǎng)間切 換過程中保持通信的連續(xù)，但切換會造成一定的時延。移動ipv6的快速切換（fmtpv6）針對這個問題提出了解決方 法，ietf已經(jīng)發(fā)布fmipv6的正式標準rfc4068e2。fmipv6引入新接入路由器（nar）和前接入路市器（par）兩種功能實體，增加mn的相關(guān)功能，并通過mn、nar、par之間的消息交互縮爲(wèi)時延。mipv6切換過程中的實驗主要是ip連接吋延和綁定更新吋延。決定耍進行切換時，mipv6首先進行鏈路層切換，即通過鏈路層機制首先發(fā)現(xiàn)并接入到新的接入點（ap）,然后 再進行ip層切換，包括請求nar的子網(wǎng)信息、配置新轉(zhuǎn)交地址（n

8、coa）、重復(fù)地址檢測（dad）o通常ip層切換需 要較長時間，造成了 ip連接時延。針對這個問題，fmipv6規(guī)定mn在剛檢測到nar的信號時就向par發(fā)送代理路由 請求（rtsopr）消息用于請求nar的子網(wǎng)信息，par響應(yīng)以代理路由通告（prrtadv）消息告之nar的子網(wǎng)信息。mn 收到prrtadv后便配置ncoao這樣，在mn決定切換時只需進行鏈路層切換，然后使用已配置好的ncoa即可連接至 naromn連接至nar后并不意味著它能立刻使用ncoa與cn通信，而是要等到cn接收并處理完針對ncoa的bu后才 能實現(xiàn)通信，造成了綁定更新時延。針對這個問題，fmipv6規(guī)定m7在配置好

9、ncoa并決定進行切換時，向par發(fā)送 快速綁定更新（fbu）消息，i的是在par上建立ncoa-pcoa綁定并建立隧道，將cn發(fā)往pcoa的數(shù)據(jù)通過隧道送 至ncoa, nar負責(zé)緩存這些數(shù)據(jù)。當(dāng)mn切換至nar后，立即向它發(fā)送快速鄰居通告（fna）消息，nar便得知mn 已完成切換，已經(jīng)是自己的鄰居，把緩存的數(shù)據(jù)發(fā)送給mno此時即使cn不知道m(xù)n已經(jīng)改用ncoa作為新的轉(zhuǎn)交地 址，也能與mn通過par-nar進行通信。cn處理完以ncoa作為轉(zhuǎn)交地址的bu后，就取消par上的綁定和隧道，cn與mn間的通信將只通過nar進行。此外，par收到fbu后向nar發(fā)送切換發(fā)起(hi)消息,作用是進

10、行dad以確定ncoa的可用性，然后nar響應(yīng) 以切換確認(hack)消息告知par最后確定可用的ncoa, par再將這個ncoa通過快速綁定確認(fback)消息告訴 mn,最終mn將使用這個地址作為ncoao采用上述方法，fmipv6切換延遲比基本mipv6縮短10倍以上，工作流程如k： 1) mn檢測到nar信號；2)mn發(fā)送rtsopr； 3) mn接收prrtadv,配置ncoa； 4) mn確定切換，發(fā)送fbu； 5) par發(fā)送hi, nar進行dad操作；6) nar回應(yīng)hack； 7) par向mn發(fā)送fba,同吋建立綁定和隧道，將發(fā)往pcoa 的數(shù)據(jù)通過隧道送至ncoa；

11、 8) mn向nar發(fā)送fna； 9) nar把mn作為鄰居，向它發(fā)送從par隧道過來的數(shù)據(jù)；10) cn更新綁定后，刪除par上的綁定和隧道，cn將數(shù)據(jù)直接發(fā)往ncoao3. 2層次移動ipv6的移動性管理若mn移動到離家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)很遠的位置，每次切換時發(fā)送的綁定要經(jīng)過較長時間才能被ha收到，造成切換效率低 下。為解決這個問題，ietf提出層次移動ipv6 (iimipv6),發(fā)布了正式標準rfc41403。hmipv6引入了移動錨點(map)這個新的實體，并對mn的操作進行了簡單擴展，而對ha和cn的操作沒有任何 影響。按照范圍的不同，將mn的移動分為同一 map域內(nèi)移動和map域間移動。在m

12、ipv6中引入分級移動管理模型，最主要的作用是提高mipv6的執(zhí)行效率。hmipv6也支持fmipv6,以幫助mn的無縫切換。當(dāng)mn進入map域時，將接收到包含一個或多個本地map信息的路由通告（ra）。mn需耍配置兩個轉(zhuǎn)交地址：a） 區(qū)域轉(zhuǎn)交地址（rcoa）,其子網(wǎng)前綴與map的一致；b）鏈路轉(zhuǎn)交地址（lcoa）,其子網(wǎng)前綴與map的某個下級ar的 一致。首次連接至map下的某個ar時，將生成rcoa和lcoa,并分別進行dad操作，成功后mn給map發(fā)送本地綁 定更新（lbu）消息，將其當(dāng)前地址（即lcoa）與在map子網(wǎng)中的地址（即rcoa）綁定，而針對ha和cn, mn發(fā)送 的bu的轉(zhuǎn)

13、交地址則是rcoao cn發(fā)往rcoa的包將被map截獲，map將這些包封裝轉(zhuǎn)發(fā)至mn的lcoa。如果在一個map域內(nèi)移動，切換到了另一個ar, mn僅改變它的lcoa,只需要在map上注冊新的地址，不必向 ha、cn發(fā)送bu,這樣就能較大程度地節(jié)省傳輸開銷，由此可見，map本質(zhì)上是一個區(qū)域家鄉(xiāng)代理。在map域間移動時，將生成新的rcoa和lcoa,這時才需要給bu發(fā)送ha和cn注冊新的rcoa,當(dāng)然也需要 發(fā)送lbu給新區(qū)域的map。域內(nèi)移動和域間移動的注冊過程如圖2所示。hmipv6綁定仃息交反圖2 hmipv6的注冊過程因此，只有rcoa才需要注冊cn和ha。只要mn在一個map域內(nèi)移動

14、，rcoa就不需要改變，使mn的域內(nèi)移動 對cn是透明的。3.3子網(wǎng)移動網(wǎng)絡(luò)移動性（nemo）工作組研究將移動子網(wǎng)作為一個整體在全球互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)變換接入位置時的移動管理和路 由可達性問題。移動網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)拓撲相對固定，通過一臺或多臺移動路由器連接至全球的互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)移動對移 動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點完全透明，內(nèi)部節(jié)點無需感知網(wǎng)絡(luò)的移動，不需要支持移動功能。ietf已發(fā)布nemo的正式標準rfc39634。nemo網(wǎng)絡(luò)由一個或多個移動路由器、本地固定節(jié)點(lfn)和本地固定路由器(lfr)組成。lfr可接入其他mn 或mr,構(gòu)成潛在的嵌套移動網(wǎng)絡(luò)。nemo的原理與mipv6類似，當(dāng)其移動到外地網(wǎng)絡(luò)時，mr

15、生成轉(zhuǎn)交地址coa,向其ha發(fā)送bu,綁定mr的hoa 和coa,并建立雙向隧道。cn發(fā)往lfn的數(shù)據(jù)將路由至ha,經(jīng)路由查詢下一跳應(yīng)是mr的hoa, ha便將數(shù)據(jù)用隧道 發(fā)至mr, mr將其解封裝后路由至lfn。反方向上，所有源地址屬于xem0網(wǎng)絡(luò)前綴范圍的數(shù)據(jù)都將被mr通過隧道送 至ha, ha負責(zé)將其解封裝路由至cn。值得注意的是,ha上必須有nemo網(wǎng)絡(luò)前綴范圍的路由表，即ha需要確定發(fā)往lfn的數(shù)據(jù)的下一跳是mr的hoa。 有兩種途徑建立該路由表：a)在bu屮攜帶nemo網(wǎng)絡(luò)前綴信息；b)在mr與ha間通過雙向隧道運行路由協(xié)議。rfc39634中只提出了基本的反向隧道工作方式，沒有解

16、決三角路由問題，特別是在nemo網(wǎng)絡(luò)嵌套的情況下, 需要多個iia的隧道封裝轉(zhuǎn)發(fā)，效率不是很高。為此，針對nemo路由優(yōu)化的和關(guān)工作正在進行中。3. 4應(yīng)用中的技術(shù)整合在移動ipv6中引入上述擴展協(xié)議后，移動互聯(lián)網(wǎng)可以提供對單一終端和子網(wǎng)的移動性支持，并且在移動過程中支持終端、了網(wǎng)的快速切換和層次移動性管理。其架構(gòu)如圖3所示。此結(jié)構(gòu)下的移動互聯(lián)網(wǎng)在處理切換吋，傳輸吋延等開銷較小，能做到無縫切換，可承載豐富的多媒體業(yè)務(wù)，提供良好的用戶服務(wù)。4、結(jié)束語移動ipv6協(xié)議能支持單一終端在不同了網(wǎng)間移動切換，保持上層通信的不中斷，但其切換速度和效率不是很高。 移動ipv6的快速切換這一擴展協(xié)議提高了終端在不同子網(wǎng)間切換速度，降低了切換時延。層次