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摘 要 介紹了移動(dòng)IP技術(shù)在CDMA中的應(yīng)用原理,講述了移動(dòng)IP和CDMA結(jié)合后給移動(dòng)用戶帶來(lái)的便利,并簡(jiǎn)要論述了移動(dòng)IP的安全實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞 移動(dòng)IP 簡(jiǎn)單IP CDMA 無(wú)線IP
1 背景
在CDMA One的網(wǎng)絡(luò)中,一般通過(guò)IWF為用戶提供分組接入服務(wù),它主要有以下一些缺點(diǎn):移動(dòng)臺(tái)和IWF之間采用的是電路交換方式,網(wǎng)絡(luò)資源的利用率比較低;分等級(jí)服務(wù)實(shí)現(xiàn)比較困難;分組接入的速率比較低,而且費(fèi)用也比較高。
針對(duì)這些缺點(diǎn),作為CDMA One的后續(xù)版本,cdma2000 1x引入了真正意義上的分組接入方式。cdma2000 1x提供了簡(jiǎn)單IP和移動(dòng)IP兩種分組服務(wù)接入方式。
簡(jiǎn)單IP(Simple IP)方式:類似于傳統(tǒng)的撥號(hào)接入,分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN,Packet Data Serving Node)為移動(dòng)臺(tái)動(dòng)態(tài)分配一個(gè)IP地址,該IP地址一直保持到該移動(dòng)臺(tái)移出該PDSN的服務(wù)范圍,或者移動(dòng)臺(tái)終止簡(jiǎn)單IP的分組接入。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)跨PDSN間切換時(shí),該移動(dòng)臺(tái)的所有通信將重新建立,通信中斷。移動(dòng)臺(tái)在其歸屬地和拜訪地都可以采用簡(jiǎn)單IP接入方式。
移動(dòng)IP(Mobile IP)方式:移動(dòng)臺(tái)使用的IP地址是其歸屬網(wǎng)絡(luò)分配的,不管移動(dòng)臺(tái)漫游到哪里,它的歸屬IP地址均保持不變,這樣移動(dòng)臺(tái)就可以用一個(gè)相對(duì)固定的IP地址和其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信了。簡(jiǎn)單地說(shuō),移動(dòng)IP提供了一種特殊的IP路由機(jī)制,使得移動(dòng)臺(tái)可以以一個(gè)永久的IP地址連接到任何鏈路上。
2 移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)
針對(duì)移動(dòng)IP業(yè)務(wù)的IMT-2000網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP業(yè)務(wù)主要涉及的功能實(shí)體有:移動(dòng)臺(tái)(MS)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)、歸屬代理(HA)、鑒權(quán)、授權(quán)與計(jì)賬服務(wù)器(AAA)。就網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而言,簡(jiǎn)單IP僅比移動(dòng)IP少一個(gè)HA。
移動(dòng)臺(tái)(Mobile Station,MS):移動(dòng)用戶的終端設(shè)備。移動(dòng)臺(tái)使用移動(dòng)IP接入時(shí),可以將接入因特網(wǎng)的位置從一條鏈路切換到另一條鏈路上,同時(shí)仍然保持所有正在進(jìn)行的通信,并且只使用它的歸屬地址。
歸屬代理(Home Agent,HA):它實(shí)際上是MS在歸屬網(wǎng)中的一個(gè)路由器,用于維護(hù)移動(dòng)臺(tái)的位置信息。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離開(kāi)注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)后,需要向HA進(jìn)行登記,HA在收到發(fā)往移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)包時(shí),通過(guò)HA與MS的轉(zhuǎn)交地址之間的隧道將數(shù)據(jù)包送往MS,完成移動(dòng)IP功能。
外地代理(Foreign Agent,FA):移動(dòng)臺(tái)拜訪網(wǎng)絡(luò)的代理路由器。cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)中PDSN承擔(dān)著FA的功能,它為cdma2000移動(dòng)臺(tái)提供訪問(wèn)Internet或Intranet的服務(wù)。PDSN除提供移動(dòng)IP接入方式外,它還可以為移動(dòng)臺(tái)提供簡(jiǎn)單IP接入服務(wù),同時(shí)PDSN也完成對(duì)用戶的鑒權(quán)、授權(quán)和記賬等功能。
AAA服務(wù)器(Authentication,Authorization,Accounting Server,AAA服務(wù)器):即鑒權(quán)、授權(quán)與記賬服務(wù)器。AAA服務(wù)器對(duì)分組數(shù)據(jù)呼叫用戶進(jìn)行鑒權(quán),判決用戶的合法性以及哪類業(yè)務(wù)對(duì)用戶是開(kāi)放的,AAA服務(wù)器還完成分組數(shù)據(jù)呼叫記賬功能。
3 工作原理
3.1 引入移動(dòng)IP的原因
(1) 許多應(yīng)用的配置數(shù)據(jù)庫(kù)都是以IP地址為基礎(chǔ)的(而不是以主機(jī)名),如果主機(jī)的IP地址改變,那么這些應(yīng)用就會(huì)中斷。
(2) 路由問(wèn)題。在IP網(wǎng)絡(luò)中,路由器的路由表達(dá)通常是基于網(wǎng)路前綴來(lái)實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)一個(gè)用戶漫游到外地時(shí),如果它還繼續(xù)使用它歸屬網(wǎng)絡(luò)的IP地址,則就會(huì)出現(xiàn)漫游用戶的IP地址和拜訪網(wǎng)絡(luò)的路由器路由條目不一致的情況。在路由器上增加移動(dòng)用戶的主機(jī)路由信息是解決這個(gè)用戶的路由問(wèn)題的權(quán)宜之計(jì),但在出現(xiàn)大規(guī)模的移動(dòng)用戶的網(wǎng)絡(luò)中支持主機(jī)路由是極其不明智的。
(3) 移動(dòng)臺(tái)作為被叫的問(wèn)題。移動(dòng)臺(tái)采用簡(jiǎn)單IP接入時(shí),每次PDSN或AAA服務(wù)器為MS分配的IP地址都是變化的,每當(dāng)MS發(fā)生PDSN間的切換時(shí),MS的所有通信必須重新建立,這就很難把移動(dòng)臺(tái)作為被叫設(shè)備。
3.2 基本思想
移動(dòng)IP的基本思想就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)MS要發(fā)送數(shù)據(jù)給CN時(shí),該分組報(bào)文首先被發(fā)送到PDSN/FA那里,如果FA判斷出是發(fā)往HA對(duì)應(yīng)的歸屬網(wǎng)絡(luò),FA?xí)趫?bào)文的外層封裝一個(gè)隧道報(bào)頭,隧道報(bào)頭的信源地址是FA,信屬地址是HA,隧道報(bào)文通過(guò)沿途的各個(gè)路由器到達(dá)HA,HA解封裝掉外層的隧道報(bào)頭后,把里層的IP報(bào)文發(fā)送給CN,這樣MS發(fā)出的IP報(bào)文就可以被轉(zhuǎn)發(fā)到CN了。CN發(fā)送報(bào)文給MS的處理過(guò)程剛好相反。
所描述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中,MS申請(qǐng)了反向隧道(FA→HA)的服務(wù),如果沒(méi)有反向隧道的話,則FA在轉(zhuǎn)發(fā)MS發(fā)出的報(bào)文時(shí)會(huì)把報(bào)文直接發(fā)到Internet上,而不采用隧道的封裝。不管有沒(méi)有反向隧道的服務(wù),HA都必須把歸屬網(wǎng)上所有發(fā)往MS的報(bào)文通過(guò)FA轉(zhuǎn)發(fā)給MS。
移動(dòng)IP技術(shù)中有一個(gè)重要的地址,即轉(zhuǎn)交地址(Care-of Address,簡(jiǎn)稱CoA)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)不在歸屬網(wǎng)絡(luò)時(shí),轉(zhuǎn)交地址則通往移動(dòng)臺(tái)的隧道終點(diǎn)。轉(zhuǎn)交地址分為外地代理轉(zhuǎn)交地址(FA-CoA)和配置轉(zhuǎn)交地址(Co-located Care-of Address,Co-CoA)兩類。
3.3 移動(dòng)IP的建立過(guò)程
。桑停裕玻埃埃跋到y(tǒng)的移動(dòng)IP和基于普通以太網(wǎng)的移動(dòng)IP在實(shí)現(xiàn)原理上基本一致,但在某些細(xì)節(jié)上還存在一些差別,這是由IMT-2000系統(tǒng)的特性所決定的。
在以太網(wǎng)中,移動(dòng)臺(tái)通過(guò)ICMP路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議(ICMP Router Discovery Protocol,IRDP)檢查其是否在自己的歸屬網(wǎng)絡(luò)中,協(xié)議利用路由廣播和路由請(qǐng)求消息發(fā)現(xiàn)路由器的服務(wù)子網(wǎng)。如果移動(dòng)臺(tái)發(fā)現(xiàn)自己在歸屬網(wǎng)絡(luò)中,那么它就不需要為接收數(shù)據(jù)包做特殊的事情;如果移動(dòng)臺(tái)收到的IRDP廣播包是由外地代理發(fā)送來(lái)的,那么移動(dòng)臺(tái)將采用移動(dòng)IP技術(shù)通過(guò)FA向HA注冊(cè)。普通以太網(wǎng)中的移動(dòng)臺(tái)在歸屬網(wǎng)絡(luò)中并不需要啟動(dòng)移動(dòng)IP,只有漫游到外地時(shí)才需要啟動(dòng)移動(dòng)IP,在這一點(diǎn)上,cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)IP與普通以太網(wǎng)中的移動(dòng)IP是不一樣的。簡(jiǎn)單地說(shuō),就是移動(dòng)臺(tái)在無(wú)線接入時(shí)首先需要決定是采用簡(jiǎn)單IP接入方式,還是移動(dòng)IP接入方式,不能等到IRDP以后再?zèng)Q定。
。ǎ保 MS為了獲得分組數(shù)據(jù)服務(wù),而向無(wú)線服務(wù)網(wǎng)中的BS發(fā)送一個(gè)IS-2000 Origination Message,該消息中附帶一個(gè)分組數(shù)據(jù)服務(wù)選項(xiàng)。如果正常的語(yǔ)音服務(wù)認(rèn)證通過(guò)的話(主要是驗(yàn)證移動(dòng)臺(tái)的合法性),BS將為MS分配空中信道,此后RN(指PCF)和PDSN之間建立RP連接。
(2) MS和PDSN之間建立PPP連接,此時(shí)在PPP的IPCP階段不會(huì)協(xié)商MS的IP地址(如果在IPCP階段協(xié)商IP地址,那么說(shuō)明移動(dòng)臺(tái)申請(qǐng)的是簡(jiǎn)單IP接入方式,這就是為什么移動(dòng)臺(tái)一開(kāi)始接入時(shí)就要選擇好接入方式的原因)。
(3)由于MS采用的是移動(dòng)IP接入方式,PDSN/FA主動(dòng)向MS發(fā)布外地代理布告,因此MS通過(guò)該布告可以獲知FA-CoA和FAC(Foreign A?鄄gent Challenge),每次MS進(jìn)行移動(dòng)IP注冊(cè)時(shí)必須把剛才為其發(fā)布的FAC帶回來(lái)(FAC是1個(gè)最少為253字節(jié)的隨機(jī)字符串)。PDSN在收到MS發(fā)出的代理請(qǐng)求報(bào)文時(shí),也會(huì)發(fā)布外地代理布告消息。
(4) MS向PDSN發(fā)送MIP-RRQ(Mobile IP Registration Request),在MIP-RRQ中包含有在外地代理布告中發(fā)布的FAC和FA-CoA。另外,如果MS希望歸屬網(wǎng)絡(luò)為它動(dòng)態(tài)分配一個(gè)IP地址,則可以把自己的IP地址設(shè)成0.0.0.0,否則就把自己靜態(tài)指定的IP地址設(shè)置到MIP-RRQ中。每次移動(dòng)IP注冊(cè)都帶有一個(gè)移動(dòng)IP生存時(shí)間,即在生存時(shí)間內(nèi)移動(dòng)臺(tái)必須為剛才注冊(cè)的移動(dòng)IP進(jìn)行注冊(cè)刷新,否則HA就會(huì)認(rèn)為移動(dòng)臺(tái)已經(jīng)失去聯(lián)系并終止對(duì)移動(dòng)臺(tái)維護(hù)的移動(dòng)IP綁定。如果移動(dòng)IP的注冊(cè)請(qǐng)求中的生存時(shí)間為“0”,則表示移動(dòng)臺(tái)要注銷移動(dòng)IP。
。ǎ担 PDSN自身是無(wú)法識(shí)別MS的合法性的。作為AAA服務(wù)器的客戶端,PDSN向本地的AAA服務(wù)器發(fā)出認(rèn)證請(qǐng)求,拜訪AAA服務(wù)器,如果發(fā)現(xiàn)該MS是外地用戶,它將通過(guò)RADIUS協(xié)議讓歸屬AAA服務(wù)器完成最終的認(rèn)證工作。拜訪AAA服務(wù)器和歸屬AAA服務(wù)器之間進(jìn)行通信時(shí)可能還需要沿途的中間AAA服務(wù)器的參與。
(6) 歸屬AAA服務(wù)器把認(rèn)證結(jié)果傳回給拜訪AAA服務(wù)器,拜訪AAA服務(wù)器再把報(bào)文傳給PDSN,這樣就完成了對(duì)MS的認(rèn)證工作。
。ǎ罚 如果通過(guò)對(duì)MS的認(rèn)證,并且PDSN/FA和HA之間在此之前沒(méi)有建立安全關(guān)聯(lián),那么在歸屬AAA服務(wù)器的參與下,在FA和HA之間將建立一條安全的關(guān)聯(lián),該安全關(guān)聯(lián)將被用于以后移動(dòng)IP隧道報(bào)文的認(rèn)證。
。ǎ福 若通過(guò)對(duì)MS移動(dòng)IP的認(rèn)證,PDSN將對(duì)MS發(fā)出的MIP-RRQ做一定的修改后轉(zhuǎn)發(fā)給HA。
。ǎ梗 HA在完成對(duì)MS的認(rèn)證后,將向FA回應(yīng)一個(gè)MIP-RRP(Mobile IP Registration Reply),在MIP-RRP中包含認(rèn)證結(jié)果以及給MS分配的IP地址等信息。隨后,HA再主動(dòng)向本地網(wǎng)絡(luò)發(fā)布一條免費(fèi)的ARP報(bào)文,在該代理ARP報(bào)文中,IP地址是MS的IP地址,而MAC地址卻是HA的地址,歸屬網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)在接收到該欺騙信息后,將把發(fā)往MS的IP報(bào)文發(fā)給HA,通過(guò)這種方式,HA吸引到了發(fā)往MS的報(bào)文。
(10) PDSN/FA通過(guò)空中鏈路將MIP-RRP傳送給MS。在MIP-RRP中,PDSN還為MS分配了一個(gè)新的FAC。
自此,MS和通信對(duì)端(CN)就可以進(jìn)行通信了。
3.4 路由技術(shù)
移動(dòng)IP提供的路由機(jī)制可以使移動(dòng)臺(tái)以永久的IP地址連接到任何鏈路上,而不需要改變路由沿途的各個(gè)路由器。整個(gè)路由鏈路上起最重要作用的是FA和HA,隧道技術(shù)是移動(dòng)IP路由的關(guān)鍵。在移動(dòng)IP中,隧道的封裝類型有3種,分別是IP-in-IP封裝、最小封裝和通用路由封裝(GRE),其中IP-in-IP封裝應(yīng)用得最廣泛。
(1) 單播數(shù)據(jù)報(bào)文的路由
不管MS使用FA-CoA,還是使用Co-CoA,它都必須把為其提供接入服務(wù)的PDSN作為自己的缺省路由器,也就是說(shuō),MS發(fā)出的所有報(bào)文都必須由PDSN路由出去。如果MS使用的是FA-CoA,則隧道的封裝和解封裝就由FA完成;如果使用的是Co-CoA,則隧道的封裝和解封裝就由移動(dòng)臺(tái)來(lái)完成,此時(shí)的FA僅提供路由功能,僅為隧道報(bào)文提供轉(zhuǎn)發(fā)。
FA在收到發(fā)往MS或者MS發(fā)出的報(bào)文時(shí),首先檢查本地接入的移動(dòng)臺(tái)登記的訪問(wèn)列表項(xiàng),如果報(bào)文合法,FA將提供路由,否則將丟棄報(bào)文。
。龋潦褂么恚粒遥泻兔赓M(fèi)ARP等方法攔截所有發(fā)往移動(dòng)臺(tái)的報(bào)文。如果MS漫游到了外地,并且MS在HA進(jìn)行了移動(dòng)IP注冊(cè),那么HA將負(fù)責(zé)把攔截到的發(fā)往MS報(bào)文隧道封裝并發(fā)送到轉(zhuǎn)交地址,由轉(zhuǎn)交地址對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)解封裝后轉(zhuǎn)給MS。
(2) 廣播數(shù)據(jù)報(bào)文的路由
如果MS希望收到歸屬網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的廣播報(bào)文,那么MS在進(jìn)行移動(dòng)IP注冊(cè)時(shí)會(huì)設(shè)置移動(dòng)IP注冊(cè)報(bào)文中的‘B’位,否則HA不會(huì)為MS轉(zhuǎn)發(fā)廣播報(bào)文。
MS使用FA-CoA?xí)r和使用Co-CoA?xí)r,HA的處理方法是不一樣的。如果MS使用Co-CoA,那么HA直接把廣播報(bào)文封裝成目標(biāo)地址為Co-CoA的隧道報(bào)文中。如果MS使用FA-CoA,那么HA首先把廣播報(bào)文封裝成單播報(bào)文,該單播報(bào)文的信宿地址是MS的歸屬地址,然后再按移動(dòng)IP的要求把單播報(bào)文封裝成隧道包,該隧道包的信宿地址是FA。FA在收到該隧道報(bào)文并解隧道封裝后,發(fā)現(xiàn)是MS的單播包,則會(huì)把報(bào)文發(fā)送給MS,MS去掉外層的單播報(bào)頭后就可得到原始的廣播報(bào)文了。
(3) 組播數(shù)據(jù)報(bào)的路由
MS若想獲取組播服務(wù),必須加入組播組。加入組播組的方法有兩種,一種是通過(guò)拜訪網(wǎng)絡(luò)的FA提供,另一種是通過(guò)歸屬網(wǎng)絡(luò)的HA提供。
如果PDSN支持組播,那么MS可以加入PDSN提供的組播組來(lái)獲取組播服務(wù)。如果MS使用配置轉(zhuǎn)交地址,那么IGMP報(bào)文的信源地址就必須是該配置轉(zhuǎn)交地址,否則就使用MS的歸屬地址。
如果HA支持組播,那么MS可以通過(guò)雙向隧道加入到HA提供的組播組中。此時(shí)HA對(duì)組播報(bào)文的處理和廣播報(bào)文一樣。
4 移動(dòng)IP的特殊性
由于商用的CDMA系統(tǒng)中為分組接入的用戶分配的IP地址大都是動(dòng)態(tài)分配的,絕大部分用戶不能靜態(tài)地指定自己的歸屬IP地址,因此移動(dòng)臺(tái)將無(wú)法采用移動(dòng)IP技術(shù)中常用的兩種移動(dòng)檢測(cè)機(jī)制:基于生存時(shí)間域的算法和基于網(wǎng)絡(luò)前綴的算法。移動(dòng)臺(tái)在分組接入前需要先指定好自己的分組接入方式,即使是在歸屬地,移動(dòng)臺(tái)一樣可以使用移動(dòng)IP接入,它無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能的選擇。
無(wú)線通信中最寶貴的資源是無(wú)線頻譜資源,無(wú)線頻譜資源的擴(kuò)充有時(shí)不是通過(guò)投資就能得到的。為節(jié)約空中資源,PDSN在發(fā)布代理廣播報(bào)文時(shí)不會(huì)像以太網(wǎng)中那樣定時(shí)地廣播,它只有在收到移動(dòng)臺(tái)的代理請(qǐng)求后才發(fā)送,或者在移動(dòng)臺(tái)剛剛接入時(shí)發(fā)送。
移動(dòng)臺(tái)在歸屬地也有可能使用移動(dòng)IP,如果在這種情況下,PDSN/FA還像平常一樣把所有的分組報(bào)文通過(guò)隧道封裝發(fā)送給HA就顯得有點(diǎn)浪費(fèi)了,因此PDSN/FA通常在轉(zhuǎn)發(fā)隧道報(bào)文前需要判斷移動(dòng)臺(tái)是否是本地接入用戶。
5 安全問(wèn)題
移動(dòng)IP的安全威脅主要有拒絕服務(wù)攻擊、假冒攻擊以及未被授權(quán)的訪問(wèn)。移動(dòng)IP主要通過(guò)對(duì)報(bào)文的認(rèn)證和加密來(lái)保證報(bào)文的安全、可靠的傳輸,常用的加密算法有DES、3DES等,認(rèn)證方法有MD5、HMAC-MD5等,用于認(rèn)證、加密的密鑰有預(yù)共享密鑰、數(shù)字簽名和共享密鑰等。
移動(dòng)IP報(bào)文的安全主要是通過(guò)各種安全認(rèn)證擴(kuò)展來(lái)保證的,常見(jiàn)的擴(kuò)展有MN-HA、MN-AAA、FA-HA、MN-FA等之間的安全關(guān)聯(lián),這些擴(kuò)展的出現(xiàn)次序也是固定的,不能隨意更改,否則將影響對(duì)報(bào)文的認(rèn)證。
6 結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和IP技術(shù)的融合是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì),cdma2000也不例外。就目前而言,移動(dòng)用戶使用最多的還是簡(jiǎn)單IP的接入方式,例如通過(guò)簡(jiǎn)單IP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)瀏覽、收發(fā)E-Mail等,這類用戶的位置相對(duì)固定,即使由PDSN間的切換而導(dǎo)致通信中斷也無(wú)關(guān)緊要。移動(dòng)IP的最大優(yōu)勢(shì)在于移動(dòng)用戶在PDSN間切換時(shí),網(wǎng)絡(luò)通信不會(huì)中斷,通過(guò)移動(dòng)IP接入方式,移動(dòng)用戶可以方便地獲得定位業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)被叫、移動(dòng)ICQ、移動(dòng)電子商務(wù)等服務(wù)。由于簡(jiǎn)單IP技術(shù)本身的局限性,隨著新業(yè)務(wù)的推廣,移動(dòng)IP技術(shù)在CDMA的分組接入中的比重將越來(lái)越大。
----《電信技術(shù)》