移動IP技術(shù)

移動IP技術(shù)
    目前世界傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)每年的增長率為8％，而數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)增長率卻超過100％，
尤其是Internet，進(jìn)入90年代中期以來其業(yè)務(wù)量一直以300％的速率在爆炸性增長。
“數(shù)據(jù)為王”已成為眾多電信業(yè)務(wù)運(yùn)營商和設(shè)備供應(yīng)商的共識，紛紛將其投資的重點(diǎn)
轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備上。因此，IP技術(shù)將最終戰(zhàn)勝其他各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而成為網(wǎng)
絡(luò)競爭的大贏家。
    與此同時(shí)，能與Internet的發(fā)展相提并論的只有移動通信。移動通信技術(shù)的發(fā)展
首先改變了人們語音通信的方式和觀念，使語音的移動通信變得司空見慣，人類進(jìn)入
了個(gè)人通信的初級階段。
    現(xiàn)在，IP技術(shù)和移動通信技術(shù)的完美結(jié)合，正使得數(shù)據(jù)通信發(fā)生與語音通信一樣
的變革。它將締造人類個(gè)人通信的美好藍(lán)圖：人類將實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、在任何地點(diǎn)、
可以用任何一種媒體與任何一個(gè)人進(jìn)行通信的夢想。
    研究移動IP技術(shù)已成為數(shù)據(jù)通信界和移動通信界共同研究的重點(diǎn)。ITU在IMT－20
00中已明確規(guī)定第三代移動通信系統(tǒng)必須支持移動IP分組業(yè)務(wù)。而IETF也正在擴(kuò)展因
特網(wǎng)協(xié)議，開發(fā)一套用于移動IP的技術(shù)規(guī)范，目前已制訂完成了RFC2002（IP移動性
支持）、RFC2003（IP內(nèi)的IP封裝）RFC2004（IP內(nèi)的最小封裝）、RFC2290（用于PPP 
IPCP的移動IPv4配置選項(xiàng)），其他協(xié)議正在制訂中。
    一、移動IP與傳統(tǒng)IP之間的主要區(qū)別
    使用傳統(tǒng)IP技術(shù)的主機(jī)使用固定的IP地址和TCP端口號進(jìn)行相互通信，在通信期
間它們的IP地址和TCP端口號必須保持不變，否則IP主機(jī)之間的通信將無法繼續(xù)。而
移動IP的基本問題是IP主機(jī)在通信期間可能需要在網(wǎng)路上移動，它的IP地址也許經(jīng)常
會發(fā)生變化。而IP地址的變化最終會導(dǎo)致通信的中斷。
    如何解決因節(jié)點(diǎn)移動（即IP地址的變化）而導(dǎo)致通信中斷的問題？蜂窩移動電話
提供了一個(gè)非常好的解決問題的先例。因此，解決移動IP問題的基本思路與處理蜂窩
移動電話呼叫相似，它將使用漫游、位置登記。隧道技術(shù)、鑒權(quán)等技術(shù)。從而使移動
節(jié)點(diǎn)使用固定不變的IP地址，一次登錄即可實(shí)現(xiàn)在任意位置（包括移動節(jié)點(diǎn)從一個(gè)IP
（子）網(wǎng)漫游到另一個(gè)IP（子）網(wǎng)時(shí)）上保持與IP主機(jī)的單一鏈路層連接，使通信持
續(xù)進(jìn)行。
    二、移動IP中使用的傳輸技術(shù)
    目前實(shí)現(xiàn)移動IP的最有競爭力的傳輸技術(shù)至少有以下三種：①無線分組共享一個(gè)
無線頻點(diǎn)／信道；②擴(kuò)頻技術(shù)；③紅外發(fā)射。
    無線分組技術(shù)與局域網(wǎng)情況類似，它只不過用共享無線信道來替代共享一根電纜。
但是由于本地發(fā)射的信號比遠(yuǎn)程信號要強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級，要實(shí)現(xiàn)“沖突檢測”而進(jìn)行“
在發(fā)送中監(jiān)聽”幾乎不可能。因此，人們不能使用典型的載波監(jiān)聽多路訪問／沖突檢
測協(xié)議（CSMA／CD）去實(shí)現(xiàn)“發(fā)送前監(jiān)聽，發(fā)送中監(jiān)聽”，需要對傳統(tǒng)的CSMA／CD協(xié)
議進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?br />    由于無線信道可能存在各種各樣的干擾，雖然通過減少蜂窩區(qū)域的大小可部分解
決干擾問題，但這會增加基站的數(shù)量，增加網(wǎng)絡(luò)成本。擴(kuò)頻技術(shù)則很好地解決了這個(gè)
問題。它將待發(fā)送數(shù)據(jù)包的每一位都分隔成極小的時(shí)間片和頻率，至于如何分布則由
每個(gè)發(fā)送者決定。通過同樣的方法反向運(yùn)算得到信號后，接收方可以從各種不同的噪
聲中準(zhǔn)確地復(fù)原正確的信息。
    在一些組織內(nèi)部的移動IP系統(tǒng)中，紅外發(fā)射是一個(gè)較為理想的選擇。
    三、移動IP的幾個(gè)重要概念
    ·移動代理：
    移動代理分歸屬代理和外區(qū)代理兩類，它們是移動的IP服務(wù)器或路由器。
    其中歸屬代理是歸屬網(wǎng)上的移動代理。當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)離開歸屬網(wǎng)進(jìn)行漫游時(shí)。歸屬
代理需要截收發(fā)往移動節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，并使用“隧道技術(shù)”將這些數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動
節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交節(jié)點(diǎn)。另外，歸屬代理還負(fù)責(zé)維護(hù)移動節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置信息。
    外區(qū)代理位于移動節(jié)點(diǎn)當(dāng)前連接的外區(qū)網(wǎng)上，它向已登記的移動節(jié)點(diǎn)提供選路服
務(wù)。當(dāng)使用外區(qū)代理微地址時(shí)，外區(qū)代理負(fù)責(zé)解除原始數(shù)據(jù)包的隧道封裝，取出原始
數(shù)據(jù)包，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到該移動節(jié)點(diǎn)。對于那些由移動節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包而言，外區(qū)代
理可作為已登記的移動節(jié)點(diǎn)的缺省路由器使用。
    ·移動IP地址：
    移動IP節(jié)點(diǎn)擁有兩個(gè)IP地址。
    第一個(gè)地址稱為歸屬地址，這是用來識別端到瑞連接的靜態(tài)地址，也是移動節(jié)點(diǎn)
與歸屬網(wǎng)連接時(shí)使用的地址。不管移動節(jié)點(diǎn)連至網(wǎng)絡(luò)何處，其歸屬地址保持不變；
    第二個(gè)地址是轉(zhuǎn)交地址，轉(zhuǎn)交地址就是隧道終點(diǎn)地址。它可能是“外區(qū)代理轉(zhuǎn)交
地址”也可能是“駐留本地的轉(zhuǎn)交地址”。
    當(dāng)轉(zhuǎn)交地址為外區(qū)代理轉(zhuǎn)交地址時(shí)，它實(shí)際上就是外區(qū)代理的一個(gè)地址，移動節(jié)
點(diǎn)利用它進(jìn)行登記。在謝地址模式中，外區(qū)代理就是隧道的終點(diǎn)，它接收隧道數(shù)據(jù)包，
解除數(shù)據(jù)包的隧道封裝，然后將原始數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點(diǎn)。由于這種地址模式可使
很多移動節(jié)點(diǎn)共享同一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，而且不對有限的IP v4地址空間提出不必要的要求，
所以這種地址模式被優(yōu)先使用。
    而駐留本地的轉(zhuǎn)交地址是一個(gè)臨時(shí)分配給移動節(jié)點(diǎn)的地址，可通過DHCP等機(jī)制獲
得。移動節(jié)點(diǎn)將其與自身的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)。當(dāng)使用這種地址模式時(shí)，移動節(jié)點(diǎn)
自身就是隧道的終點(diǎn)，執(zhí)行解除隧道功能，取出原始數(shù)據(jù)包。一個(gè)“駐留本地的轉(zhuǎn)交
地址”僅能被一個(gè)移動節(jié)點(diǎn)使用。
    轉(zhuǎn)交地址是僅供數(shù)據(jù)包選路使用的動態(tài)地址，也是移動節(jié)點(diǎn)與外區(qū)網(wǎng)連接時(shí)使用
的臨時(shí)地址。每當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)接入到一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)交地址就發(fā)生變化。
    四、移動IP中的位置登記／注冊機(jī)制
    移動節(jié)點(diǎn)必須將其位置信息向其歸屬代理進(jìn)行登記（或注冊），以便被找到。在
移動IP技術(shù)中，依賴于不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式，有兩種不同的登記規(guī)程。一種是通過外
區(qū)代理，即移動節(jié)點(diǎn)向外區(qū)代理發(fā)送“登記請求”報(bào)文，外區(qū)代理接收并處理“登記
請求”報(bào)文，然后將報(bào)文中繼到移動節(jié)點(diǎn)的歸屬代理；歸屬代理處理完“登記請求”
報(bào)文后向外區(qū)代理發(fā)送“登記答復(fù)”報(bào)文（接受或拒絕登記請求），外區(qū)代理處理“
登記答復(fù)”報(bào)文，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點(diǎn)。另一種是直接向歸屬代理進(jìn)行登記，即移
動節(jié)點(diǎn)向其歸屬代理發(fā)送“登記請求”報(bào)文，歸屬代理處理后向移動節(jié)點(diǎn)發(fā)送“登記
答復(fù)”報(bào)文（接受或拒絕登記請求）�！暗怯浾埱蟆焙汀暗怯洿饛�(fù)”報(bào)文使用用戶數(shù)
據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）進(jìn)行傳送。
    當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)收到來自其歸屬代理的“代理通告”報(bào)文時(shí)，它可判斷其已返回到歸
屬網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)，移動節(jié)點(diǎn)應(yīng)向歸屬代理注銷其登記的位置信息。在試圖注銷登記之前，
移動節(jié)點(diǎn)應(yīng)配置適用于其歸屬網(wǎng)絡(luò)的路由表。
    五、移動IP中的代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制
    為了隨時(shí)隨地與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，移動節(jié)點(diǎn)必須首先找到一個(gè)移動代理，并獲
得轉(zhuǎn)交地址。移動IP中定義了兩種發(fā)現(xiàn)移動代理的方法。方法一：被動發(fā)現(xiàn)，即移動
節(jié)點(diǎn)等待本地移動代理周期性地廣播“代理通告”報(bào)文；方法二：主動發(fā)現(xiàn)，即移動
節(jié)點(diǎn)廣播一條“請求代理”的顯式報(bào)文。方法一雖然是一種簡單、有效的方法，但它
會較多地占用寶貴的無線帶寬。
    使用以上任何一種方法都可使移動節(jié)點(diǎn)識別出移動代理并獲得轉(zhuǎn)交地址，獲悉移
動代理可提供的任何服務(wù)，并確定其連至歸屬網(wǎng)還是某一外區(qū)網(wǎng)上。使用“代理發(fā)現(xiàn)”
可使移動節(jié)點(diǎn)檢測到它何時(shí)從一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）漫游到另一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）。
    所有移動代理（不管其能否被鏈路層協(xié)議所發(fā)現(xiàn)）都應(yīng)具備“代理通告”功能，
并對“代理請求”作出響應(yīng)。所有移動節(jié)點(diǎn)必須具備“代理請求”功能。但是，移動
節(jié)點(diǎn)只有在沒有收到移動代理的“代理通告”以及無法通過鏈路層協(xié)議或其他方法獲
得轉(zhuǎn)交地址的情況下，方可發(fā)送“代理請求”報(bào)文。
    六、移動IP中的隧道技術(shù)
    當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)在外區(qū)網(wǎng)上時(shí)，歸屬代理需要將原始數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給已登記的外區(qū)代理。
這時(shí)，歸屬代理使用“IP隧道技術(shù)”，即將原始IP數(shù)據(jù)包（作為凈負(fù)荷）封裝在轉(zhuǎn)發(fā)
的IP數(shù)據(jù)包中，從而使原始IP數(shù)據(jù)包原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)到處于隧道終點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址。在
轉(zhuǎn)交地址處，解除隧道，取出原始數(shù)據(jù)包，并將原始數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動節(jié)點(diǎn)。（注：
當(dāng)轉(zhuǎn)交地址為“駐留本地的轉(zhuǎn)交地址”時(shí)，移動節(jié)點(diǎn)本身就是隧道的終點(diǎn)，它自身進(jìn)
行解除隧道，取出原始數(shù)據(jù)包的工作）。
    IETF RFC2003和RFC 2004各自定義了一種利用隧道封裝數(shù)據(jù)包的技術(shù)。
    在RFC2003中，為了實(shí)現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)包中封裝作為凈負(fù)荷的原始IP數(shù)據(jù)包，需要在原
始數(shù)據(jù)包的現(xiàn)有頭標(biāo)前插入一個(gè)外層IP頭標(biāo)。外層頭標(biāo)中的源地址和目的地址分別標(biāo)
識隧道的兩個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)。內(nèi)層IP頭標(biāo)（即原始lP頭標(biāo)）中的源地址和目的地址則分別
標(biāo)識原始數(shù)據(jù)包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)。除了減少TTL值之外，封裝節(jié)點(diǎn)不改變內(nèi)層
的IP頭標(biāo)。內(nèi)存IP頭標(biāo)在被傳送到隧道出口節(jié)點(diǎn)期間保持不變。從而使原始IP數(shù)據(jù)包
原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)到處于隧道終點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址。
    而使用RFC 2004定義的IP內(nèi)的最小封裝”有一個(gè)前提條件，就是當(dāng)原始數(shù)據(jù)包被
分片時(shí)，不能使用這種封裝技術(shù)。也就是說，數(shù)據(jù)包在封裝之前不能被分片。因此，
對移動IP技術(shù)來講，最小封裝技術(shù)是可選的。為了使用最小封裝技術(shù)來封裝數(shù)據(jù)包，
需要在原始數(shù)據(jù)包經(jīng)修改的IP頭標(biāo)和未修改的凈負(fù)荷之間插入“最小轉(zhuǎn)發(fā)”頭標(biāo)。顯
然，最小封裝技術(shù)比RFC 2003定義的封裝技術(shù)節(jié)省開銷。
    當(dāng)拆裝數(shù)據(jù)包時(shí)，隧道的出口節(jié)點(diǎn)將最小轉(zhuǎn)發(fā)頭標(biāo)的字段保存到IP頭標(biāo)中，然后
移走這個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)頭標(biāo)。
    七、移動IP基本工作原理
    移動IP協(xié)議的工作原理大致如下：
    ·移動代理（即外區(qū)代理和歸屬代理）通過“代理通告”報(bào)文廣播其存在。移動
節(jié)點(diǎn)通過“代理請求”報(bào)文，可有選擇地向本地移動代理請求“代理通告”報(bào)文。
    ·移動節(jié)點(diǎn)收悉這些“代理通告”后，決定其在歸屬網(wǎng)上，還是在某一外區(qū)網(wǎng)上。
    ·當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)檢測到它位于歸屬網(wǎng)上時(shí)，那么它不需要移動性服務(wù)就可工作。假
如移動節(jié)點(diǎn)從登記的其它外區(qū)網(wǎng)返回歸屬網(wǎng)時(shí)，通過交換其隨帶的“登記請求”和“
登記答復(fù)”報(bào)文，移動節(jié)點(diǎn)需要向其歸屬代理注銷其外區(qū)網(wǎng)登記信息。
    ·當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)檢測到其已漫游到某一外區(qū)網(wǎng)時(shí)，它獲得該外區(qū)網(wǎng)上的一個(gè)轉(zhuǎn)交地
址。這個(gè)轉(zhuǎn)交地址可能通過外區(qū)代理的通告獲得，也可能通過外部分配機(jī)制獲得，如
DHCP（一個(gè)駐留本地的轉(zhuǎn)交地址）。
    ·然后，離開歸屬網(wǎng)的移動節(jié)點(diǎn)通過交換其隨帶的“登記請求”和“登記答復(fù)”
報(bào)文向歸屬代理登記其別的轉(zhuǎn)交地址，也可能借助于外區(qū)代理向歸屬代理進(jìn)行登記。
    ·發(fā)往移動節(jié)點(diǎn)歸屬地址的數(shù)據(jù)包被其歸屬代理截收，歸屬代理利用隧道技術(shù)封
裝該數(shù)據(jù)包，并將封裝后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址，由隧道終點(diǎn)（外區(qū)代
理或移動節(jié)點(diǎn)本身）接收，解除封裝，并最終傳送到移動節(jié)點(diǎn)。
    ·在相反方向，使用標(biāo)準(zhǔn)的IP選路機(jī)制，移動節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包被傳送到其目的
地，無需通過歸屬代理的轉(zhuǎn)發(fā)。
    無論移動節(jié)點(diǎn)在歸屬網(wǎng)內(nèi)還是在外區(qū)網(wǎng)中，IP主機(jī)與移動節(jié)點(diǎn)之間的所有數(shù)據(jù)包
都使用移動節(jié)點(diǎn)的歸屬地址，轉(zhuǎn)交地址僅用于與移動代理的聯(lián)系，而不被IP主機(jī)所覺
察。
    八、移動IP技術(shù)存在不足
    由于移動IP是一種新興的技術(shù)，目前該技術(shù)存在以下不足：
    ·移動節(jié)點(diǎn)連至Internet的鏈路通常是無線鏈路。這種鏈路與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相
比，其帶寬明顯低得多，其誤碼率明顯高得多。
    ·由于采用IP隧道封裝技術(shù)，使得封裝后的數(shù)據(jù)包大于源路由數(shù)據(jù)包。
    ·必須事先知道隧道的出口節(jié)點(diǎn)能解除封裝，取出原始數(shù)據(jù)包，否則IP隧道封裝
技術(shù)無法使用。
    ·移動IP每節(jié)點(diǎn)的成本明顯高于有線IP網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)成本。
    ·移動節(jié)點(diǎn)可能是電池供電，如何減小功耗是一個(gè)急需解決的問題。
    ·某些防火墻可能會阻斷IP隧道，因?yàn)樗鼈儥z驗(yàn)每個(gè)數(shù)據(jù)包的源地址域，而移
動節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包歸屬地址與外區(qū)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址不一樣，從而導(dǎo)致防火墻阻截IP隧道數(shù)
據(jù)包。
    ·目前因特網(wǎng)上的大多數(shù)設(shè)備和ISP不支持移動IP業(yè)務(wù)。