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1 基于IPv4的移動(dòng)IP
1.1 基本通信流程
基于IPv4的移動(dòng)IP定義三種功能實(shí)體：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（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(tǒng)稱為移動(dòng)代理。移動(dòng)IP技術(shù)的基本通信流程如下：
（1）遠(yuǎn)程通信實(shí)體通過標(biāo)準(zhǔn)IP路由機(jī)制，向移動(dòng)結(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)IP數(shù)據(jù)包；
（2）移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的歸屬代理截獲該數(shù)據(jù)包，將該包的目標(biāo)地址與自己移動(dòng)綁定表中移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的歸屬地址比較，若與其中任一地址相同，繼續(xù)下一步，否則丟棄；
（3）歸屬代理用封裝機(jī)制將該數(shù)據(jù)包封裝，采用隧道操作發(fā)給移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)地址；
（4）移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的拜訪地代理收到該包后，去其包封裝，采用空中信道發(fā)給移動(dòng)結(jié)點(diǎn)；
（5）移動(dòng)結(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，用標(biāo)準(zhǔn)IP路由機(jī)制與遠(yuǎn)程通信實(shí)體建立連接。
在移動(dòng)IP協(xié)議中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在“歸屬鏈路”上都有一個(gè)唯一的“歸屬地址”。與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)稱為“通信節(jié)點(diǎn)”，通信節(jié)點(diǎn)可以是移動(dòng)的，也可以是靜止的。與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，通信節(jié)點(diǎn)總是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬地址，而不考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置情況。
在歸屬鏈路上，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)“歸屬代理”，用于維護(hù)自己的當(dāng)前位置信息。這個(gè)位置由“轉(zhuǎn)交地址”確定，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬地址與當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址的聯(lián)合稱為“移動(dòng)綁定”（簡(jiǎn)稱“綁定”）。每當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)得到新的轉(zhuǎn)交地址時(shí)，必須生成新的綁定，向歸屬代理注冊(cè)，以使歸屬代理及時(shí)了解移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置信息。一個(gè)歸屬代理可同時(shí)為多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。
當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在歸屬鏈路上（即鏈路的網(wǎng)絡(luò)前綴與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置地址的網(wǎng)絡(luò)前綴相等）時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就和固定節(jié)點(diǎn)或路由器一樣工作，不必運(yùn)用任何其它移動(dòng)IP功能；當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在外埠鏈路上時(shí)，通常使用“代理發(fā)現(xiàn)”協(xié)議發(fā)現(xiàn)一個(gè)“外埠代理”，然后將此外埠代理的IP地址作為自己的轉(zhuǎn)交地址，并通過注冊(cè)規(guī)程通知?dú)w屬代理。當(dāng)有發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸屬地址的數(shù)據(jù)包時(shí)，歸屬代理便截取該包，并根據(jù)注冊(cè)的轉(zhuǎn)交地址，通過隧道將數(shù)據(jù)包傳送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包則可直接選路到目的節(jié)點(diǎn)上，無需隧道技術(shù)。
為了支持移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，移動(dòng)IP應(yīng)解決代理發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)和隧道封裝三項(xiàng)技術(shù)。
1.2 代理發(fā)現(xiàn)
移動(dòng)IP通過擴(kuò)展現(xiàn)有的“ICMP路由器發(fā)現(xiàn)”機(jī)制來實(shí)現(xiàn)代理發(fā)現(xiàn)。代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制檢測(cè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并檢測(cè)它是否返回歸屬鏈路。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到一個(gè)新的外埠鏈路時(shí)，代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制也能幫助它發(fā)現(xiàn)合適的外埠代理。
（1）代理布告（agent advertisement）
在所連接的網(wǎng)絡(luò)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(kuò)展，它包含路由器IP地址和代理布告擴(kuò)展信息。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)刻監(jiān)聽代理布告消息，以判斷自己是否漫游出本地網(wǎng)絡(luò)。若移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從自己的歸屬代理接收到一個(gè)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(cè)，否則移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將選擇是保留當(dāng)前的注冊(cè)，還是向新的外埠代理進(jìn)行注冊(cè)。
（2）代理請(qǐng)求（agent solicitation）
拜訪地代理周期性地發(fā)送代理布告消息，若移動(dòng)節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)需獲得代理信息，它可發(fā)送一個(gè)ICMP“代理請(qǐng)求”消息。任何代理收到代理請(qǐng)求消息后，應(yīng)立即發(fā)送。代理請(qǐng)求與ICMP路由器請(qǐng)求消息格式相同，只是它要求將IP的TTL域置為1。
1.3 注冊(cè)
移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)從一條鏈路切換到另一鏈路時(shí)，就要進(jìn)行注冊(cè)。另外，由于注冊(cè)信息有一定的生存時(shí)間，所以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在沒有發(fā)生移動(dòng)時(shí)也要注冊(cè)。移動(dòng)IP的注冊(cè)功能是：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可得到外埠鏈路上外埠代理的路由服務(wù)；可將其轉(zhuǎn)交地址通知?dú)w屬代理；可使要過期的注冊(cè)重新生效。另外，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在回到歸屬鏈路時(shí)，需要進(jìn)行反注冊(cè)。
注冊(cè)的其它功能是：可同時(shí)注冊(cè)多個(gè)轉(zhuǎn)交地址，此時(shí)歸屬代理通過隧道，將發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸屬地址的數(shù)據(jù)包發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)轉(zhuǎn)交地址；可在注銷一個(gè)轉(zhuǎn)交地址的同時(shí)保留其它轉(zhuǎn)交地址；在不知道歸屬代理的情況下，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可通過注冊(cè)，動(dòng)態(tài)獲得歸屬代理地址。
移動(dòng)IP的注冊(cè)過程一般在代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制完成之后進(jìn)行。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)已返回歸屬鏈路時(shí)，就向歸屬代理注冊(cè)，并開始象固定節(jié)點(diǎn)或路由器那樣通信，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于外埠鏈路時(shí)，能得到一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，并通過外埠代理向歸屬代理注冊(cè)這個(gè)地址。
移動(dòng)IP的注冊(cè)操作使用UDP數(shù)據(jù)報(bào)文，包括注冊(cè)請(qǐng)求和注冊(cè)應(yīng)答兩種消息。移動(dòng)結(jié)點(diǎn)通過這兩種注冊(cè)消息，向歸屬網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)新的轉(zhuǎn)發(fā)地址。
1.4 隧道技術(shù)
隧道技術(shù)在移動(dòng)IP中非常重要。移動(dòng)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(shù)。
（1）IP的IP封裝
由RFC2003定義，用于將IPv4包放在另一個(gè)IPv4包的凈荷部分。其過程非常簡(jiǎn)單，只需把一個(gè)IP包放在一個(gè)新的IP包的凈荷中。采用IP的IP封裝的隧道對(duì)穿過的數(shù)據(jù)包來說，猶如一條虛擬鏈路。移動(dòng)IP要求歸屬代理和外埠代理實(shí)現(xiàn)IP的IP封裝，以實(shí)現(xiàn)從歸屬代理到轉(zhuǎn)交地址的隧道。
（2）IP的最小封裝
由RFC2004定義，是移動(dòng)IP中的一種可選隧道方式。目的是減少實(shí)現(xiàn)隧道所需的額外字節(jié)數(shù)，通過去掉IP的IP封裝中內(nèi)層IP報(bào)頭和外層IP的報(bào)頭的冗余部分完成。與IP的IP封裝相比，它可節(jié)省字節(jié)（一般8byte）。但當(dāng)原始數(shù)據(jù)包已經(jīng)過分片時(shí)，最小封裝就無能為力了。在隧道內(nèi)的每臺(tái)路由器上，由于原始包的生存時(shí)間域值都會(huì)減小，以使歸屬代理在采用最小封裝時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不可到達(dá)的概率增大。
（3）由RFC1701定義，是移動(dòng)IP采用的最后一種隧道技術(shù)。除了IP協(xié)議外，GRE還支持其它網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它允許一種協(xié)議的數(shù)據(jù)包封裝在另一種協(xié)議數(shù)據(jù)包的凈荷中。在某些應(yīng)用中，GRE防止遞歸封裝的機(jī)制也非常有吸引力。
2 移動(dòng)IP在cdma2000中的應(yīng)用
在3G移動(dòng)通信中，cdma2000核心網(wǎng)可向移動(dòng)用戶提供基于簡(jiǎn)單IP的公網(wǎng)/專網(wǎng)接入業(yè)務(wù)和基于移動(dòng)IP的公網(wǎng)/專網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。
當(dāng)用戶采用簡(jiǎn)單IP方式接入時(shí)，將會(huì)從業(yè)務(wù)接入提供商那里分配到一個(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址。該用戶可在一定地理范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中，保持所分配的IP地址；當(dāng)用戶移動(dòng)出上述地理范圍時(shí)，則不再保持該IP地址。
當(dāng)用戶采用移動(dòng)IP方式接入時(shí)，可使用靜態(tài)IP地址，也可使用動(dòng)態(tài)IP地址，這主要取決于其歸屬IP網(wǎng)絡(luò)。在cdma2000網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)或其它網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，用戶可任意移動(dòng)，并能保持同一IP地址。在cdma2000系統(tǒng)中，移動(dòng)IP應(yīng)用的關(guān)鍵在于要引入一個(gè)支持移動(dòng)IP外埠代理（FA）功能的分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)（PDSN）。
2.1 基于移動(dòng)IP的網(wǎng)絡(luò)參考模型
基于移動(dòng)IP的cdma2000分組核心網(wǎng)絡(luò)包括分組控制功能（PCF）、分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)（PDSN）、認(rèn)證受權(quán)和計(jì)費(fèi)（AAA）以及歸屬代理（HA）。其中，PCF主要用于建立、維護(hù)和終止鏈路層到PDSN的連接，與無線資源控制（RRC）共同請(qǐng)求和管理無線資源，以便在移動(dòng)臺(tái)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。PDSN主要用于建立、維護(hù)和終止鏈路層與移動(dòng)臺(tái)的PPP會(huì)話，執(zhí)行對(duì)移動(dòng)用戶分組數(shù)據(jù)會(huì)話的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)，將移動(dòng)臺(tái)的IP地址映射成唯一的鏈路層連接或標(biāo)識(shí)，按照QoS要求標(biāo)記并處理數(shù)據(jù)包。PDSN還增加FA（外埠代理）功能，負(fù)責(zé)提供隧道出口，并將數(shù)據(jù)解封裝，發(fā)往移動(dòng)臺(tái)。AAA負(fù)責(zé)管理用戶，包括用戶權(quán)限、開通業(yè)務(wù)等信息。目前AAA采用的主要協(xié)議為RADIUS，因此也可稱做RADIUS服務(wù)器。HA負(fù)責(zé)將分組數(shù)據(jù)通過隧道技術(shù)發(fā)送給移動(dòng)用戶，并實(shí)現(xiàn)PDSN之間的宏
移動(dòng)管理。PDSN通過R-P接口連至無線網(wǎng)絡(luò)（RN）。移動(dòng)終端與PDSN之間的鏈路層協(xié)議采用PPP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議則采用IP。
2.2 cdma2000中的移動(dòng)IP技術(shù)
移動(dòng)臺(tái)通過空中接口連至具有PCF的基站。移動(dòng)臺(tái)經(jīng)由PPP連至cdma網(wǎng)絡(luò)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(fā)送一條代理廣播消息到移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)IP注冊(cè)請(qǐng)求；PDSN采用AAA協(xié)議，將該請(qǐng)求消息發(fā)往HA，從歸屬代理返還的消息中，提取移動(dòng)IP注冊(cè)應(yīng)答消息，并將它發(fā)至移動(dòng)臺(tái)。
在同一PDSN內(nèi)，RN之間的切換通過將先存的R-P鏈路轉(zhuǎn)移到新的RN，并終止與原RN的連接實(shí)現(xiàn)，，在不同PDSN之間切換時(shí)，業(yè)務(wù)信道將被轉(zhuǎn)移到新的RN，并在新RN與新PDSN之間，創(chuàng)建一個(gè)新的分組業(yè)務(wù)會(huì)話標(biāo)識(shí)，關(guān)閉舊的PDSN連接。通過會(huì)話標(biāo)識(shí)，新PDSN識(shí)別出這是一個(gè)新的R-P鏈路，而不是原鏈路。若系統(tǒng)支持移動(dòng)IP的路由優(yōu)化，則附帶的更新消息將被發(fā)往相關(guān)主機(jī)，主機(jī)便開始向新的PDSN傳輸數(shù)據(jù)包。
3 移動(dòng)IP協(xié)議的發(fā)展：IPv6
隨著人們對(duì)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需求日益迫切，用戶的入網(wǎng)注冊(cè)、路由選擇、安全防護(hù)以及對(duì)移動(dòng)用戶的支持，已使IPv4協(xié)議的局限性暴露出來，并成為IPv6產(chǎn)生和發(fā)展的必要趨勢(shì)。
移動(dòng)IPv6技術(shù)是在IPv4的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它定義了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)和歸屬代理三種操作實(shí)體。由于IPv6地址空間巨大，而且每臺(tái)路由器都要求實(shí)現(xiàn)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(xiàng)包括綁定更新、綁定認(rèn)可、綁定請(qǐng)求和歸屬地址。為了實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)歸屬代理地址發(fā)現(xiàn)”機(jī)制，IPv6定義了兩種ICMP消息類型：歸屬代理地址發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求消息和歸屬代理地址發(fā)現(xiàn)應(yīng)答消息。另外還定義了兩種“鄰居發(fā)現(xiàn)”選項(xiàng)：宣告消息間隔和歸屬代理信息選項(xiàng)。
在移動(dòng)IPv6技術(shù)中，在與外埠鏈路連接的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上，可同時(shí)采用隧道和源路由技術(shù)傳送數(shù)據(jù)包。另外，移動(dòng)IPv6的高層功能也包括代理搜索、注冊(cè)和選路。
移動(dòng)IPv6通過ICMPv6路由器搜索，確定它的轉(zhuǎn)交地址。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不僅將轉(zhuǎn)交地址告訴歸屬代理，而且還告訴各通信伙伴，以使它們發(fā)出的數(shù)據(jù)包可也移動(dòng)IPv6中一樣路由，實(shí)現(xiàn)路由優(yōu)化，而不全是三邊路由。移動(dòng)IPv6選路報(bào)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(jiǎn)化到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由選擇，還保證路由優(yōu)化的安全性。
4 結(jié)束語
因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的最初預(yù)想，快速地影響著人們的日常生活。到2004年，每10人中會(huì)有4人使用移動(dòng)電話上網(wǎng)沖浪。分組型的GPRS、EDGE和cdma2000-1X都僅僅是通向全移動(dòng)多媒體的第一步，WCDMA和cdma2000-3X的3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到2Mb/s甚至更高。移動(dòng)世界正大步向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，因特網(wǎng)將被裝入每個(gè)人的口袋之中。
