基于IPv4的移動IP

2019-11-03 09:01:36

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　　1　基于ipv4的移動IP

　　1.1基本通信流程

　　基于IPv4的移動IP定義三種功能實體：移動節點（mibile node）、歸屬代理（home agent）和外埠代理（foreign agent）。歸屬代理和外埠代理又統稱為移動代理。移動IP技術的基本通信流程如下：　　

　　（1）遠程通信實體通過標準IP路由機制，向移動結點發出一個IP數據包；　　

　　（2）移動結點的歸屬代理截獲該數據包，將該包的目標地址與自己移動綁定表中移動結點的歸屬地址比較，若與其中任一地址相同，繼續下一步，否則丟棄；　　

　　（3）歸屬代理用封裝機制將該數據包封裝，采用隧道操作發給移動結點的轉發地址；　　

　　（4）移動結點的拜訪地代理收到該包后，去其包封裝，采用空中信道發給移動結點；　　

　　（5）移動結點收到數據后，用標準IP路由機制與遠程通信實體建立連接。　　

　　在移動IP協議中，每個移動節點在“歸屬鏈路”上都有一個唯一的“歸屬地址”。與移動節點通信的節點稱為“通信節點”，通信節點可以是移動的，也可以是靜止的。與移動節點通信時，通信節點總是把數據包發送到移動節點的歸屬地址，而不考慮移動節點的當前位置情況。　　

　　在歸屬鏈路上，每個移動節點必須有一個“歸屬代理”，用于維護自己的當前位置信息。這個位置由“轉交地址”確定，移動節點的歸屬地址與當前轉交地址的聯合稱為“移動綁定”（簡稱“綁定”）。每當移動節點得到新的轉交地址時，必須生成新的綁定，向歸屬代理注冊，以使歸屬代理及時了解移動節點的當前位置信息。一個歸屬代理可同時為多個移動節點提供服務。　　

　　當移動節點連接在歸屬鏈路上（即鏈路的網絡前綴與移動節點位置地址的網絡前綴相等）時，移動節點就和固定節點或路由器一樣工作，不必運用任何其它移動IP功能；當移動節點連接在外埠鏈路上時，通常使用“代理發現”協議發現一個“外埠代理”，然后將此外埠代理的IP地址作為自己的轉交地址，并通過注冊規程通知歸屬代理。當有發往移動節點歸屬地址的數據包時，歸屬代理便截取該包，并根據注冊的轉交地址，通過隧道將數據包傳送給移動節點；由移動節點發出的數據包則可直接選路到目的節點上，無需隧道技術。　　

　　為了支持移動分組數據業務，移動IP應解決代理發現、注冊和隧道封裝三項技術。　　

　　1.2代理發現

　　　　移動IP通過擴展現有的“ICMP路由器發現”機制來實現代理發現。代理發現機制檢測移動節點是否從一個網絡移動到另一個網絡，并檢測它是否返回歸屬鏈路。當移動節點移動到一個新的外埠鏈路時，代理發現機制也能幫助它發現合適的外埠代理。

　　　　（1）代理布告（agent advertisement）　　

　　在所連接的網絡上，歸屬代理和外埠代理定期廣播“代理布告”消息，以宣告自己的存在。代理布告消息是ICMP路由器布告消息的擴展，它包含路由器IP地址和代理布告擴展信息。移動節點時刻監聽代理布告消息，以判斷自己是否漫游出本地網絡。若移動節點從自己的歸屬代理接收到一個代理布告消息，它就能推斷已返回歸屬，并直接向歸屬代理注冊，否則移動節點將選擇是保留當前的注冊，還是向新的外埠代理進行注冊。　　

　　（2）代理請求（agent solicitation）　　

　　拜訪地代理周期性地發送代理布告消息，若移動節點爭需獲得代理信息，它可發送一個ICMP“代理請求”消息。任何代理收到代理請求消息后，應立即發送。代理請求與ICMP路由器請求消息格式相同，只是它要求將IP的TTL域置為1。　　

　　1.3注冊　　

　　移動節點發現自己的網絡接入點從一條鏈路切換到另一鏈路時，就要進行注冊。另外，由于注冊信息有一定的生存時間，所以移動節點在沒有發生移動時也要注冊。移動IP的注冊功能是：移動節點可得到外埠鏈路上外埠代理的路由服務；可將其轉交地址通知歸屬代理；可使要過期的注冊重新生效。另外，移動節點在回到歸屬鏈路時，需要進行反注冊。

　　　　注冊的其它功能是：可同時注冊多個轉交地址，此時歸屬代理通過隧道，將發往移動節點歸屬地址的數據包發往移動節點的每個轉交地址；可在注銷一個轉交地址的同時保留其它轉交地址；在不知道歸屬代理的情況下，移動節點可通過注冊，動態獲得歸屬代理地址。

　　　　移動IP的注冊過程一般在代理發現機制完成之后進行。當移動節點發現已返回歸屬鏈路時，就向歸屬代理注冊，并開始象固定節點或路由器那樣通信，當移動節點位于外埠鏈路時，能得到一個轉交地址，并通過外埠代理向歸屬代理注冊這個地址。　　

　　移動IP的注冊操作使用UDP數據報文，包括注冊請求和注冊應答兩種消息。移動結點通過這兩種注冊消息，向歸屬網絡注冊新的轉發地址。

　　　　1.4隧道技術　　

　　隧道技術在移動IP中非常重要。移動IP使用IP的IP封裝、最小封裝和通用路由封裝（GRE）三種隧道技術。　　

　　（1）IP的IP封裝

　　　　由RFC2003定義，用于將IPv4包放在另一個IPv4包的凈荷部分。其過程非常簡單，只需把一個IP包放在一個新的IP包的凈荷中。采用IP的IP封裝的隧道對穿過的數據包來說，猶如一條虛擬鏈路。移動IP要求歸屬代理和外埠代理實現IP的IP封裝，以實現從歸屬代理到轉交地址的隧道。　　

　　（2）IP的最小封裝

　　　　由RFC2004定義，是移動IP中的一種可選隧道方式。目的是減少實現隧道所需的額外字節數，通過去掉IP的IP封裝中內層IP報頭和外層IP的報頭的冗余部分完成。與IP的IP封裝相比，它可節省字節（一般8byte）。但當原始數據包已經過分片時，最小封裝就無能為力了。在隧道內的每臺路由器上，由于原始包的生存時間域值都會減小，以使歸屬代理在采用最小封裝時，移動節點不可到達的概率增大。　　

　　（3）由RFC1701定義，是移動IP采用的最后一種隧道技術。除了IP協議外，GRE還支持其它網絡層協議，它允許一種協議的數據包封裝在另一種協議數據包的凈荷中。在某些應用中，GRE防止遞歸封裝的機制也非常有吸引力。

　　　　2移動IP在cdma2000中的應用

　　　　在3G移動通信中，cdma2000核心網可向移動用戶提供基于簡單IP的公網/專網接入業務和基于移動IP的公網/專網接入業務。

　　　　當用戶采用簡單IP方式接入時，將會從業務接入提供商那里分配到一個動態的IP地址。該用戶可在一定地理范圍內的網絡中，保持所分配的IP地址；當用戶移動出上述地理范圍時，則不再保持該IP地址。　　

　　當用戶采用移動IP方式接入時，可使用靜態IP地址，也可使用動態IP地址，這主要取決于其歸屬IP網絡。在cdma2000網絡范圍內或其它網絡范圍內，用戶可任意移動，并能保持同一IP地址。在cdma2000系統中，移動IP應用的關鍵在于要引入一個支持移動IP外埠代理（FA）功能的分組數據服務節點（PDSN）。　　

　　2.1基于移動IP的網絡參考模型

　　　　基于移動IP的cdma2000分組核心網絡包括分組控制功能（PCF）、分組數據服務節點（PDSN）、認證受權和計費（AAA）以及歸屬代理（HA）。其中，PCF主要用于建立、維護和終止鏈路層到PDSN的連接，與無線資源控制（RRC）共同請求和管理無線資源，以便在移動臺之間轉發數據包。PDSN主要用于建立、維護和終止鏈路層與移動臺的PPP會話，執行對移動用戶分組數據會話的認證、授權和計費，將移動臺的IP地址映射成唯一的鏈路層連接或標識，按照QoS要求標記并處理數據包。PDSN還增加FA（外埠代理）功能，負責提供隧道出口，并將數據解封裝，發往移動臺。AAA負責管理用戶，包括用戶權限、開通業務等信息。目前AAA采用的主要協議為RADIUS，因此也可稱做RADIUS服務器。HA負責將分組數據通過隧道技術發送給移動用戶，并實現PDSN之間的宏移動管理。PDSN通過R-P接口連至無線網絡（RN）。移動終端與PDSN之間的鏈路層協議采用PPP協議，網絡層協議則采用IP。

　　　　2.2cdma2000中的移動IP技術

　　　　移動臺通過空中接口連至具有PCF的基站。移動臺經由PPP連至cdma網絡后，它與PDSN之間的鏈路層連接宣告建立。PPP連接初始化后，PDSN發送一條代理廣播消息到移動臺，移動臺產生移動IP注冊請求；PDSN采用AAA協議，將該請求消息發往HA，從歸屬代理返還的消息中，提取移動IP注冊應答消息，并將它發至移動臺。　　

　　在同一PDSN內，RN之間的切換通過將先存的R-P鏈路轉移到新的RN，并終止與原RN的連接實現，，在不同PDSN之間切換時，業務信道將被轉移到新的RN，并在新RN與新PDSN之間，創建一個新的分組業務會話標識，關閉舊的PDSN連接。通過會話標識，新PDSN識別出這是一個新的R-P鏈路，而不是原鏈路。若系統支持移動IP的路由優化，則附帶的更新消息將被發往相關主機，主機便開始向新的PDSN傳輸數據包。　　

　　3移動IP協議的發展：IPv6

　　　　隨著人們對移動通信業務的需求日益迫切，用戶的入網注冊、路由選擇、安全防護以及對移動用戶的支持，已使IPv4協議的局限性暴露出來，并成為IPv6產生和發展的必要趨勢。

　　　　移動IPv6技術是在IPv4的基礎上發展起來的。它定義了移動節點，通信節點和歸屬代理三種操作實體。由于IPv6地址空間巨大，而且每臺路由器都要求實現路由器搜索，所以不再有外埠代理的概念。四種新的IPv6目的地選項包括綁定更新、綁定認可、綁定請求和歸屬地址。為了實現“動態歸屬代理地址發現”機制，IPv6定義了兩種ICMP消息類型：歸屬代理地址發現請求消息和歸屬代理地址發現應答消息。另外還定義了兩種“鄰居發現”選項：宣告消息間隔和歸屬代理信息選項。

　　　　在移動IPv6技術中，在與外埠鏈路連接的移動節點上，可同時采用隧道和源路由技術傳送數據包。另外，移動IPv6的高層功能也包括代理搜索、注冊和選路。

　　　　移動IPv6通過ICMPv6路由器搜索，確定它的轉交地址。移動節點不僅將轉交地址告訴歸屬代理，而且還告訴各通信伙伴，以使它們發出的數據包可也移動IPv6中一樣路由，實現路由優化，而不全是三邊路由。移動IPv6選路報頭以及AH、ESP等基于SKIP和基于ISAKMP/Oakley的穿越放火墻方案，不但簡化到移動節點的路由選擇，還保證路由優化的安全性。

　　　　4結束語

　　　　因特網的迅猛發展遠遠超出人們的最初預想，快速地影響著人們的日常生活。到2004年，每10人中會有4人使用移動電話上網沖浪。分組型的GPRS、EDGE和cdma2000-1X都僅僅是通向全移動多媒體的第一步，WCDMA和cdma2000-3X的3G移動網絡將使數據傳輸速率提高到2Mb/s甚至更高。移動世界正大步向全IP網絡演進，因特網將被裝入每個人的口袋之中。

摘自《電信快報》2002.3

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