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移动IPv6关键路由技术分析

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来源: 作者: 2018-12-07 18:43:41

作者:李军

随着Internet技术的迅猛发展,为满足不断增长的用户需求,TCP/IP正从IPv4向下一代互连协议IPv6逐步演进,作为络层协议的移动IP将在IPv6中为络节点提供更加完善的移动性支持。

目前,IETF(InternetEngineeringTaskForce)移动工作组将把制定移动IPv6标准作为移动IP工作组议程的主要研究课题,并取得了一系列的进展。

1 移动IPv6的基本工作机制

移动IPv6是在继承移动IPv4诸多优点的基础上,利用IPv6协议族中增加的许多新特点而进行设计的。在移动Ipv6路由机制中沿用了许多移动IIPv4的基本概念,如继续采用移动主机、家乡代理、家乡地址、转交地址、家乡链路和外地链路,但不再采用外地代理的概念。移动IPv6的路由技术在高层功能上基本与移动IPV4相似,都具有代理发现、注册、隧道技术和数据包选路等主要功能。移动IPv6基本工作流程如下:

(1)当移动主机连任家乡链路上时,采用通常的IP寻址机制对发往移动主机的数据包或由移动主机发出的数据包进行选路。

(2)移动主机采用IPv6版的路由器发现(RouterDiscovery)机制来判断移动主机当前的位置和移动主机是否发生链路切换。

(3)当移动主机移动到外地链路时,通过采用移动IPv6定义的地址自动配置方法获得外地链路的转交地址。

(4)移动主机将最新转交地址通知家乡代理和相关的通信节点。

(5)知道转交地址的通信节点直接将数据包发往移动主机,不知道转交地址的其发送数据包的机制与移动IPV4路由机制相同,即将数据包先路由到家乡代理,再经隧道转发至移动主机。

(6)当位于外地链路的移动主机发送数据包时,移动主机通过ICMPv6路由器发现机制获得一台默认路由器,通过该路由器转发数据包至目的主机。

2 移动IPv6的关键路由技术

1.移动IPv6代理发现

移动IPv6利用IPv6邻节点搜索功能中ICMPv6路由器发现机制,来完成以下主要功能:

*判定移动主机当前的位置,是位于家乡链路还是外地链路;

*判定移动主机是否存在链路切换;

*移动主机移动至外地络时获得转交地址。

在该路由器发现机制中定义了两条报文:路由器请求和路由器广播。在路由器广播报文中包括IPv6报头、ICMPv6路由器广播(固定部分)和前缀信息可选项三大部分,从可选项的络前缀域可以判断移动主机当前位置和进行移动检测。移动主机检查接收到的广播消息中的络前缀,如果与移动主机家乡地址前缀相同,则移动主机连接在家乡络,此时应通知家乡代理已返回家乡链路;如果没有一个络前缀与移动主机的家乡络相同,则移动主机就一定连在外地链路上,此时移动主机从最近接收的广播消息中的刚络前缀与先前收到的对比,来决定移动主机位置是否移动。

2.获得转交地址

由于移动IPv6中没有外地代理的既念,所以移动主机只能采用配置转交地址。移动主机可以通过两种方法获得转交地址:被动地址自动配置和主动地址自动配置。通过ICMPv6路由器广播报文中定义的M比特的取值来选择采用哪种方法:

*M=0时,采用被动地址自动配置,通过DHCPv6和PPP的IPv6配置协议由服务器向移动主机提供转交地址;

*M=1时,采用主动地址自动配置,从ICMPv6路由器广播报文中得到外地链路的络前缀,再加上移动主机与外地链路的接口标记(48bit的物理地址或MAC地址)相连,形成自己的转交地址。

移动主机可以同时拥有一个或多个转交地址,但仅有一个转交地址被注册为“主转交地址”。

3.绑定管理

移动主机的家乡地址和转交地址之间的关联称作移动主机的一个绑定(Binding)。在移动IPv6绑定管理机制中定义了三种消息:“绑定更新”、“绑定认可”和“绑定请求”,都放在目的地可选报头(IPv6的一个扩展报头)中。这三种消息用于移动主机和家乡代理或通信节点之间进行通信,也能使通信节点及时了解和缓存与移动主机转交地址之间的绑定。

当一个移动主机配置了一个新的转交地址并决定要使用该地址作为它的主转交地址时,移动主机通过发送给家乡代理一个“绑定更新”消息来注册这个新的绑定。移动主机周期性地重发“绑定更新”消息,直到家乡代理发回应答消息。

通信节点可以主动发送一个“绑定请求”消息到移动主机,要求移动主机向它发送“绑定更新”消息,以得到移动主机的当前转交地址和缓存最新绑定。以后通信节点就可以利用移动主机的主转交地址直接向移动主机发送数据包,而不必经过家乡代理转发。

4.动态家乡代理地址发现

当移动主机向家乡代理注册“主转交地址”时,它可能不知道家乡链路上能够具有家乡代理功能的路由器的地址。或者当移动主机离开家乡链路之后,原来的家乡代理出现故障或路由器出现重新配置。为此,移动主机向家乡络发送“ICMP家乡代理地址发现请求”消息,该数据包IP报头的源地址字段中使用移动主机的转交地址。在家乡链路上接收到请求消息的家乡代理将返回“家乡代理地址发现应答”消息,在消息中给出自己的IP地址,另外也给出了家乡链路上其他家乡代理IP地址的列表。

移动主机在接收到“ICMP家乡代理地址发现应答”消息之后,就向发送此消息的家乡代理源地址发送“绑定更新”以进行注册;另外,由于移动主机能够从应答消息中得到家乡链路上其他家乡代理的地址,所以移动主机将按着家乡代理的列表顺序来发送“绑定更新”消息。

如果家乡链路上的某个家乡代理上有一个合法的注册,那么移动主机在进行新的注册时,必须首先对这个家乡代理进行注册更新。如果这个注册过程失败或被拒绝,那么移动主机就要向家乡链路上其他的家乡代理进行注册。如果移动主机不知道家乡链路上其他家乡代理的地址,那么它将执行“动态家乡代理地址发现”机制。

5.数据包选路

(1)通信节点向移动主机发送数据包。当通信节点中缓存移动主机转交地址的绑定时,就可以利用IPv6选路报头中目的可选项直接将数据包发往移动主机。此时采用的是从源节点到移动主机的一条优化路径。

当通信节点不知道移动主机的转交地址时,路由数据包的方法与移动IPv4相同,即家乡代理截获数据包,然后通过隧道技术发送到移动主机。

(2)移动主机向通信节点发送数据包。所有的IPv6路由器都具有ICMPv6路由器发现功能。当移动主机位于外地链路时,可以从路由器广播消息中任选一台作为默认路由器,配置相应的路由表,所发出的数据包均通过该路由器选路。

络中许多路由器都具有入口过滤规则的限制:不允许源地址不正确的数据包通过。当移动主机在外地发送数据包时,通常它将使用当前的转交地址作为数据包报头中的源地址,按照传统规则这些数据包将会被丢弃。而在移动IPv6定义了一个附加的IPv6目的地选项即“家乡地址”选项,使采用转交地址作为IPv6报头的源地址的数据包将正常通过。

3 移动IPv6对IPv6通信节点和路由器的要求

作为IPv6协议栈的一部分,移动IPv6路由技术的实现对IPv6的通信节点和路由器提出了一些特殊的要求:

1.对IPv6通信节点的要求

每个IPv6节点在任何时刻都可能成为一个移动主机的通信节点;每个IPv6节点必须能够处理包含在IPv6数据包中目的地可选项即“家乡地址”选项;每个IPv6节点应能处理接收到的“绑定更新”选项,并能返回“绑定应答”选项;每个IPv6节点应能进行绑定管理。

2.对IPv6路由器的要求

每个IPv6路由器都支持邻节点搜索功能,支持ICMPv6路由器发现机制;每个IPv6路由器应能够以更快的速率发送“路由器广播消息”;在移动主机的家乡链路上至少应该有一个路由器作为它的家乡代理。

4 结束语

本文深入讨论了移动IPv6的基本工作机制和关键路由技术。由此可见,移动IPv6的实现在汲取了移动IPv4的设计经验和诸多优点的基础上,利用了IPv6协议族中许多的新思想、新特征,发展成为IPv6协议不可分割的一部分,从而为Internet提供了更加完善的移动性支持。移动IPv6路由技术的提出也为全IP络建设提供新的思路和途径,在IMT-2000标准中已明确规定,第三代移动通信系统必须支持移动IPv6分组业务。这将促使IP技术和无线通信技术在深层次上的融合,即在统一IP通信络平台上传输话音、数据、视频、图像、消息等综合业务,真正实现话音和数据在业务上的融合,创造难以估量的产业机会和商业前景。(尹阜琪)

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