移動(dòng)IP路由器技術(shù)的基本原理與工作過(guò)程

劉宏英 趙晨

　　互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用、移動(dòng)用戶的不斷增加，使移動(dòng)IP路由技術(shù)的研究顯得特別重要。IETF的建議提供了移動(dòng)IP協(xié)議，但卻沒(méi)有提供優(yōu)化路由，它存在路由的“三角形”問(wèn)題。因此，只有解決IETF建議的路由“三角形”問(wèn)題及其復(fù)雜性問(wèn)題，移動(dòng)IP路由技術(shù)才可以有效地同現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)兼容，實(shí)現(xiàn)真正的移動(dòng)優(yōu)化路由。

　　移動(dòng)IP路由技術(shù)還處于發(fā)展階段，許多技術(shù)還有待于深入研究和探討，這里從目前使用的移動(dòng)IP路由技術(shù)出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹移動(dòng)IP路由技術(shù)的基本原理和工作過(guò)程，并對(duì)路由優(yōu)化進(jìn)行分析總結(jié)。

　　移動(dòng)IP路由技術(shù)

　　技術(shù)背景

　　1996年IETF提出了RF2002移動(dòng)IP協(xié)議。它提出的背景是由于當(dāng)時(shí)盛行的IP協(xié)議并不能滿足用戶以移動(dòng)方式接入企業(yè)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的要求。因?yàn)樵贗P協(xié)議中，假定任何一個(gè)端點(diǎn)的設(shè)備都是固定的（即IP地址唯一），那么在通信時(shí)，只要將目的端的IP地址嵌入目的地址域，與數(shù)據(jù)包一同打包封裝，然后傳送到目的端即可。但在移動(dòng)環(huán)境中，若通信端點(diǎn)的一方為移動(dòng)用戶，IP協(xié)議就無(wú)法準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包送到移動(dòng)主機(jī)。移動(dòng)IP協(xié)議的出現(xiàn)，使該問(wèn)題迎刃而解。

　　移動(dòng)IP協(xié)議的基本思想是：將IP地址標(biāo)志與尋址功能分開，用兩個(gè)IP地址分別表示。用于標(biāo)志移動(dòng)主機(jī)的IP地址為本地代理地址，用于標(biāo)志主機(jī)當(dāng)前所在位置的IP地址為接管地址CoA（CareofAddress）。那么移動(dòng)主機(jī)如何進(jìn)行路由尋址，又用到了哪些路由技術(shù)？下面作詳細(xì)分析。

　　運(yùn)用協(xié)議要經(jīng)常談到幾個(gè)通信實(shí)體：移動(dòng)主機(jī)MH（MainHost）、本地網(wǎng)絡(luò)HN（HomeNetwork）、外地網(wǎng)絡(luò)FN（For�瞖ignNetwork）、本地代理HA（HomeA�瞘ent）、外地代理FA（ForeignAgent）及接管地址CoA（CareofAddress）。這里我們僅對(duì)接管地址CoA進(jìn)行詳細(xì)分析。

　　CoA地址的作用與獲取

　　路由技術(shù)最基本的原理是移動(dòng)主機(jī)（MH）登記到本地代理（HA），在本地代理（HA）與外地代理（FA）之間建立數(shù)據(jù)通道來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的路由功能。接管地址（CoA）是指移動(dòng)主機(jī)漫游到外地網(wǎng)絡(luò)（FN）后所獲得的臨時(shí)地址，為移動(dòng)主機(jī)和本地網(wǎng)絡(luò)（HN）通信提供了一個(gè)通道，它是通道的終點(diǎn)。因此正確獲取接管地址（CoA）是關(guān)鍵的步驟。要獲得接管地址通常有兩種渠道：一是直接以外地代理（FA）的IP地址作為接管地址（CoA），移動(dòng)主機(jī)利用它來(lái)登記，此時(shí)，F(xiàn)A就是通道的終點(diǎn)，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包、解除封裝、再發(fā)給移動(dòng)主機(jī)。這種地址模式可以使多個(gè)移動(dòng)主機(jī)共享一個(gè)CoA，使用率較高。二是臨時(shí)分配給移動(dòng)主機(jī)的IP地址。它是通過(guò)外部（如DHCP）獲得的外地網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)暫時(shí)地址。此時(shí)移動(dòng)主機(jī)自身是通道終點(diǎn)，自行解除封裝，取出數(shù)據(jù)包。在這種模式下，一個(gè)CoA僅能被一個(gè)移動(dòng)主機(jī)使用，使用率較低。CoA是數(shù)據(jù)包路由的核心，但它是一種動(dòng)態(tài)的地址，也就是說(shuō)當(dāng)移動(dòng)主機(jī)更換網(wǎng)絡(luò)時(shí)，CoA也就隨即改變。

　　尋找移動(dòng)代理

　　當(dāng)移動(dòng)主機(jī)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須找到一個(gè)移動(dòng)代理以便獲得最新的CoA。移動(dòng)主機(jī)有兩種尋找代理的方法：一是被動(dòng)發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)主機(jī)等待移動(dòng)代理周期性的廣播代理通告報(bào)文。二是主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)主機(jī)廣播一條請(qǐng)求代理的報(bào)文。兩種方法中的任何一種都可使移動(dòng)主機(jī)識(shí)別出代理，并獲得CoA。但第二種方法只有在移動(dòng)主機(jī)沒(méi)有收到代理通告報(bào)文，并且無(wú)法獲得CoA時(shí)才使用。

　　登記規(guī)程

　　有了CoA，移動(dòng)主機(jī)必須向本地代理（HA）登記當(dāng)前的CoA，以便HA能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，登記規(guī)程在不同網(wǎng)絡(luò)中有不同方式。一種是通過(guò)FA進(jìn)行登記，移動(dòng)主機(jī)向FA發(fā)送登記請(qǐng)求報(bào)文，F(xiàn)A處理請(qǐng)求報(bào)文，并轉(zhuǎn)發(fā)至HA，HA處理登記請(qǐng)求，發(fā)送登記答復(fù)給FA，F(xiàn)A處理答復(fù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至移動(dòng)主機(jī)；另一種是移動(dòng)主機(jī)直接向HA請(qǐng)求登記，HA處理后向移動(dòng)主機(jī)發(fā)送登記答復(fù)。

　　移動(dòng)IP的工作過(guò)程

　　移動(dòng)主機(jī)在不同子網(wǎng)間漫游，其數(shù)據(jù)包的通信過(guò)程如下：

　　（1）本地代理和外地代理不停地向網(wǎng)上發(fā)送代理廣告（AgentAdvertise�瞞ent）消息，以聲明自己的存在。

　�。�2）移動(dòng)主機(jī)收到這些消息，確定自己是在本地網(wǎng)還是在外地網(wǎng)。

　　（3）如果移動(dòng)主機(jī)發(fā)現(xiàn)自己仍在本地網(wǎng)，即收到的是本地代理發(fā)來(lái)的消息，則不啟動(dòng)移動(dòng)功能。如果是從外地網(wǎng)絡(luò)重新返回的，則向本地代理發(fā)出取消注冊(cè)的消息，聲明自己回到了本地網(wǎng)。

　�。�4）當(dāng)移動(dòng)主機(jī)檢測(cè)到它移動(dòng)到外地網(wǎng)時(shí)，則獲得接管地址（CoA）。

　　（5）然后移動(dòng)主機(jī)向本地代理登記，表明自己已離開本地網(wǎng)，把所獲得的接管地址通知本地代理。

　�。�6）登記完畢后，所有發(fā)給移動(dòng)主機(jī)的數(shù)據(jù)包被本地代理截獲，經(jīng)本地代理封裝后，通過(guò)隧道發(fā)到外地網(wǎng)絡(luò)的外地代理FA（第一種CoA地址）或移動(dòng)主機(jī)自身（第二種CoA地址）。第一種情況下，外地代理再把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)主機(jī)。此時(shí)，數(shù)據(jù)包在不同子網(wǎng)間傳送成功。

　�。�7）移動(dòng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到一般的IP主機(jī)時(shí)，按正常的IP尋址方法發(fā)送，不必通過(guò)本地代理。出現(xiàn)的問(wèn)題

　　在上述工作過(guò)程中，有效地解決了移動(dòng)主機(jī)在子網(wǎng)間漫游通信的問(wèn)題。但是，卻在路由上存在著問(wèn)題。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不管它是在本地網(wǎng)絡(luò)還是在外地網(wǎng)絡(luò)，它始終保留了它的本地網(wǎng)絡(luò)地址，當(dāng)它發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，可以用通常的IP協(xié)議發(fā)送。反之，當(dāng)一般IP主機(jī)給移動(dòng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，首先到達(dá)移動(dòng)主機(jī)的本地代理（HA），HA再根據(jù)收到的移動(dòng)主機(jī)當(dāng)前的接管地址CoA（假定為第一種地址），將數(shù)據(jù)包發(fā)往外地網(wǎng)絡(luò)，由外地代理最終將數(shù)據(jù)包發(fā)給移動(dòng)主機(jī)，這就出現(xiàn)了路由的“三角問(wèn)題”。最差的情況是當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)包的一般IP主機(jī)靠近移動(dòng)主機(jī)所在的外地網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)主機(jī)已經(jīng)漫游到發(fā)送主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包卻仍要先到達(dá)移動(dòng)主機(jī)的本地代理，再由本地代理發(fā)到外地代理，最后到達(dá)移動(dòng)主機(jī)，這不僅增大了傳輸延遲，同時(shí)對(duì)一些延遲敏感的業(yè)務(wù)如音頻、視頻等造成極大的損害。其次，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源，增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。優(yōu)化路由

　　為了減小傳輸延遲、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，必須對(duì)路由進(jìn)行優(yōu)化。一種最具代表意義的思想是隧道技術(shù)。隧道技術(shù)本身是指移動(dòng)主機(jī)登記后，發(fā)送主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包到本地網(wǎng)絡(luò)，本地代理截獲數(shù)據(jù)包后，將它作為凈負(fù)荷封裝在轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包中，生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)部分是凈負(fù)荷，報(bào)頭中，以本地代理的IP地址作為源地址，以接管地址CoA作為目的地址，完成封裝，然后按常規(guī)的IP路由方式，通過(guò)隧道轉(zhuǎn)發(fā)到處于隧道終點(diǎn)的接管地址處，解除隧道封裝后，取出原始數(shù)據(jù)包，再發(fā)送至移動(dòng)主機(jī)。當(dāng)接管地址是臨時(shí)分配的駐留地址時(shí)，移動(dòng)主機(jī)自己是隧道終點(diǎn)，它自身解除隧道封裝，取出原始的數(shù)據(jù)包。

　　在路由優(yōu)化中如果將隧道技術(shù)應(yīng)用到發(fā)送數(shù)據(jù)包的一般IP主機(jī)上，執(zhí)行各種工作，那么就會(huì)省去本地代理的轉(zhuǎn)發(fā)，解決了“三角形”問(wèn)題。也就是說(shuō)當(dāng)本地代理收到IP主機(jī)發(fā)往移動(dòng)主機(jī)的數(shù)據(jù)后，向IP主機(jī)發(fā)出綁定請(qǐng)求，通知IP主機(jī)關(guān)于移動(dòng)主機(jī)的捆綁信息（包括本地代理地址、CoA和注冊(cè)生存時(shí)間），隨后，IP主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，并建立與CoA處的隧道，數(shù)據(jù)包在隧道中透明傳輸，到達(dá)隧道終點(diǎn)后，解除封裝，傳給移動(dòng)主機(jī)。如果移動(dòng)主機(jī)又移動(dòng)了，新的CoA實(shí)體會(huì)把更新的捆綁信息傳給老的CoA實(shí)體，而且本地代理也隨后得到更新的捆綁信息，它再通知IP主機(jī)新的捆綁信息，之后傳送的數(shù)據(jù)包直接由IP主機(jī)發(fā)往新的CoA處。這樣保證了數(shù)據(jù)包的網(wǎng)間通信，同時(shí)，減少了轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)節(jié)，消除了路由三角形，實(shí)現(xiàn)了路由的優(yōu)化。

　　這一思想是優(yōu)化路由的基本思想，但如果在實(shí)踐中應(yīng)用會(huì)遇到許多問(wèn)題，如對(duì)IP主機(jī)要求條件太高，它必須具有能夠獲取捆綁信息、能夠封裝數(shù)據(jù)及能夠建立隧道的能力，對(duì)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)用戶而言，實(shí)現(xiàn)難度太大。另外，外地代理的平滑切換、網(wǎng)絡(luò)安全等也都是亟待解決的問(wèn)題。

　　另一種路由優(yōu)化的思想是引入一個(gè)新的通信代理CA（CommunicateAgent），專門負(fù)責(zé)管理IP主機(jī)與移動(dòng)主機(jī)通信時(shí)的尋址、隧道建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鳌Ｋ�大大縮短了傳輸路徑，減小了傳輸延遲，減輕了IP主機(jī)的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，對(duì)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)用戶而言，不必進(jìn)行太大的改動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP的功能，應(yīng)用前景廣闊。

摘自《人民郵電報(bào)》