移動(dòng)IPv6為移動(dòng)終端配置原籍代理

中山大學(xué)電子系 鄭允光 張光昭

　　摘要：本文從移動(dòng)IPv6的基本原理和分級(jí)管理機(jī)制出發(fā)，結(jié)合移動(dòng)終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)操作的主動(dòng)性和階段性，討論了移動(dòng)終端不一定必需擁有永久原籍地址，并提出了為移動(dòng)IPv6終端動(dòng)態(tài)配置原籍代理的新設(shè)想，以期消除網(wǎng)絡(luò)上的大量信令開銷。

　　關(guān)鍵詞：移動(dòng)IPv6 移動(dòng)終端 原籍代理HA 動(dòng)態(tài)配置

一、引言

　　本文討論的移動(dòng)終端是指一般的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，并不是網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器，不提供網(wǎng)絡(luò)資源，是網(wǎng)絡(luò)資源使用者。因此，移動(dòng)終端總是主動(dòng)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)操作，并且有階段性的使用網(wǎng)絡(luò)資源，事實(shí)上，絕大多數(shù)接入LAN或Internet的移動(dòng)設(shè)備，都屬于移動(dòng)終端。本文基于移動(dòng)終端的這些特性，并考慮到移動(dòng)IPv6中原籍代理對(duì)于移動(dòng)到外部網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)主要是起分組重定向（通過(guò)隧道）的作用，而這個(gè)功能不要求移動(dòng)終端的原籍代理具有永久性，從而提出了動(dòng)態(tài)配置移動(dòng)終端的原籍代理的設(shè)想。這樣，當(dāng)移動(dòng)終端隨著移動(dòng)過(guò)程中在不同網(wǎng)絡(luò)之間切換時(shí)，不需要不斷地向固定的代理交換綁定更新和確認(rèn)信息。從而消除了網(wǎng)絡(luò)上的大量信令開銷。

二、Mobile IPv6對(duì)移動(dòng)終端的支持

　　IPv6作為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，是針對(duì)IPv4現(xiàn)在面臨的問(wèn)題提出的。由于移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，移動(dòng)PC的不斷推廣，移動(dòng)終端接入互聯(lián)網(wǎng)成為迫切的要求，移動(dòng)IPv6成為IETF的移動(dòng)IP工作組研究的主要課題，以最終取代過(guò)渡時(shí)期的移動(dòng)IPv4。

　　由于IPv6對(duì)移動(dòng)性的支持，IPv6對(duì)于IPv4有了很大的改進(jìn)，除了提供更大的地址空間外，還包括：解決了移動(dòng)IPv4的三角路由問(wèn)題，優(yōu)化了移動(dòng)IP的路由；允許移動(dòng)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)帶入口過(guò)濾的路由器；不再需要移動(dòng)IPv4中的外部代理；可以利用IPv6的IPSec進(jìn)行安全保護(hù)；允許控制信息由IPv6分組捎帶傳送。

　　為了保證端到端的連接不會(huì)因?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)的接入點(diǎn)改變而改變，網(wǎng)絡(luò)通信中標(biāo)識(shí)一個(gè)Socket的IP地址和端口號(hào)在移動(dòng)過(guò)程中不能改變，即移動(dòng)IP對(duì)于上層是透明的。為此，必須為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)分配兩個(gè)IP地址，一個(gè)作為它的固定標(biāo)識(shí)，稱為原籍地址（Home Address，HAddr），另一個(gè)作為移動(dòng)時(shí)的臨時(shí)標(biāo)識(shí)，稱為移交地址（Care-of Address，CoA）。

　　當(dāng)通信對(duì)端（Corresponding Node，CN）開始向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（Mobile Node，MN）發(fā)送分組時(shí)，如果MN在原籍網(wǎng)絡(luò)，則分組被路由到MN的原籍網(wǎng)絡(luò)并被MN接收；若MN已經(jīng)移動(dòng)到外部網(wǎng)絡(luò)，則MN會(huì)向原籍網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)原籍代理（Home Agent，HA）注冊(cè)綁定信息，告訴MN當(dāng)前的CoA，HA代表MN截獲自CN的分組并通過(guò)隧道轉(zhuǎn)發(fā)到MN的CoA，這樣，MN就可以在外部網(wǎng)絡(luò)接收到CN的分組。

　　MN接收到HA轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的分組，說(shuō)明CN不知道MN已經(jīng)移動(dòng)到外部網(wǎng)絡(luò)了。MN向CN發(fā)送綁定信息，告知CN其CoA，此后，CN和MN的通信將直接通過(guò)MN的CoA，而不再經(jīng)過(guò)HA。此時(shí)，CN發(fā)送到MN的分組，目的地址是MN的CoA，而利用IPv6中的路由頭部（Routing Header，RH）攜帶一個(gè)0類的RH，RH中是MN的HAddr，這樣當(dāng)MN接收到這個(gè)分組并發(fā)現(xiàn)了0類的RH時(shí)，把RH中的HAddr和目的地址中的CoA互換，并把分組交給上層協(xié)議棧，這樣，對(duì)于Socket通信來(lái)說(shuō)，其IP地址仍然是MN的HAddr，端到端的連接沒(méi)有中斷。

　　當(dāng)MN又一次發(fā)生移動(dòng)時(shí)，它從新的外部網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)路由器（AR2）獲得一個(gè)新的CoA，再向HA和CN更新綁定信息，這樣CN可以用新的CoA繼續(xù)和MN通信。同時(shí)，為了保證在兩個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)間切換時(shí)來(lái)自CN的分組不丟失，MN在移動(dòng)前先請(qǐng)求iH的外部網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)路由器（AR1）緩存分組，移動(dòng)完成后再請(qǐng)求ARI將緩存的分組經(jīng)過(guò)隧道轉(zhuǎn)送到MN的新CoA。

三、分級(jí)Mobile IPv6管理

　　當(dāng)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)MN遠(yuǎn)離原籍網(wǎng)絡(luò)時(shí)，MN的每一次移動(dòng)都要向HA和所有CN更新綁定信息，頻繁的移動(dòng)會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)上過(guò)多的信令開銷。因此IETF的移動(dòng)IP組提出了分級(jí)移動(dòng)IPv6移動(dòng)管理機(jī)制（Hierarchical MIPv6 mobility management，HMIPv6）。

　　HMIPv6機(jī)制向HA和CN隱藏了MN的局部移動(dòng)，從而使綁定更新等信令局部化，減少了網(wǎng)絡(luò)上的信令開銷。HMIPv6把鄰近的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分為一個(gè)域，每一個(gè)域由一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)錨點(diǎn)（Mobility Anchor Point，MAP）來(lái)管理，MAP作為MN的一個(gè)局部HA，MN在一個(gè)MAP所管理的域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，它有兩個(gè)CoA，一個(gè)是區(qū)域CoA （Regional CoA，RCoA），一個(gè)是鏈路CoA（on-Link CoA，LCoA）。MN在不同的無(wú)線訪問(wèn)路由器（AR）中有不同的LCoA，但是只要它在該域內(nèi)，它的RCoA不變。這樣，當(dāng)MN移動(dòng)時(shí)，只需要向MAP更新LCoA，而對(duì)于HA和CN來(lái)說(shuō)，MN仍然以RCoA來(lái)通信。MAP每次都為MN截獲來(lái)自CN和HA的分組，并根據(jù)RCoA從綁定信息中找到MN當(dāng)前的LCoA，然后轉(zhuǎn)交給MN。只有當(dāng)MN在不同的MAP管理的域之間切換時(shí)，才向MN和CN更新HAddr和RCoA的綁定。

四、為移動(dòng)終端動(dòng)態(tài)配置原籍代理

1．移動(dòng)終端的主動(dòng)性和階段性

　　在移動(dòng)接入用戶中，大部分MN不是服務(wù)器，因此大部分網(wǎng)絡(luò)操作是由MN首先發(fā)起的，這樣MN就沒(méi)有在原籍網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)；并且根據(jù)動(dòng)態(tài)原籍代理地址發(fā)現(xiàn)機(jī)制（Dynamic Home Agent Address Discovery），一個(gè)MN只要知道了“移動(dòng)IPv6原籍代理”任播地址（“Mobile IPv6 Home-Agent”anycast address），并且能夠通過(guò)認(rèn)證，它就可以在該網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)一個(gè)原籍代理（HA）。即當(dāng)一個(gè)MN在某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中得到認(rèn)證，無(wú)論該網(wǎng)絡(luò)在哪里，都可以把該網(wǎng)絡(luò)作為MN的原籍網(wǎng)絡(luò)�；�于以上理由，MN保持一個(gè)永久的原籍地址（HAddr）是沒(méi)有必要的。

　　舉例說(shuō)明，當(dāng)MN不是服務(wù)器時(shí)，因?yàn)镸N不提供網(wǎng)絡(luò)資源，沒(méi)有其它節(jié)點(diǎn)主動(dòng)訪問(wèn)它，故大部分網(wǎng)絡(luò)操作是由MN首先發(fā)起，體現(xiàn)了移動(dòng)終端的主動(dòng)性。另外，移動(dòng)終端的階段性一般表現(xiàn)為兩種情況：（1）移動(dòng)終端的應(yīng)用層使用網(wǎng)絡(luò)的階段性，即MN建立的所有端到端連接不會(huì)持續(xù)不斷。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用結(jié)束，再重新開始另一個(gè)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，如果MN發(fā)生了移動(dòng)并切換到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)由于MN不再保留和原來(lái)的任何CN的端到端通信，因此不再需要HA轉(zhuǎn)發(fā)分組；（2）移動(dòng)終端本身的移動(dòng)階段性，即MN不可能處于持續(xù)不斷的移動(dòng)之中。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶打算在原籍網(wǎng)絡(luò)以外的某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中停留較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，一旦與所有CN的端到端通信結(jié)束后，也不再需要HA為它轉(zhuǎn)發(fā)分組。

2．動(dòng)態(tài)配置原籍代理的好處

　　MN移動(dòng)到新的網(wǎng)絡(luò)后，離它最近的網(wǎng)絡(luò)是它移動(dòng)前所在的網(wǎng)絡(luò)。因此，MN向所在網(wǎng)絡(luò)或?qū)⒁�移�?dòng)到的網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)一個(gè)新的HA，對(duì)于遠(yuǎn)離原HA的MN，能減少信令傳輸?shù)木嚯x，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)開銷和傳輸時(shí)延，有利于移動(dòng)IPv6快速切換的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，可以防止MN因?yàn)樵�籍網(wǎng)絡(luò)的HA失效而無(wú)法繼續(xù)網(wǎng)絡(luò)通信的問(wèn)題（例如得不到HA的綁定確認(rèn)）。

3．選擇臨時(shí)原籍代理

　　MN在不同的訪問(wèn)路由器（AR）之間的切換相對(duì)頻繁，因此把所連接的AR作為新的HA是不實(shí)際的，下面考慮在HMIPv6的域中選擇HA。

　　在前面的HMIPv6機(jī)制中，MAP充當(dāng)了MN的局部HA的角色。MAP在所在域中一般是較高級(jí)的，它比其他路由器更接近域的邊緣，甚至是該域的邊緣路由器。如果在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候（舊的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)束后），MN把所在域的MAP注冊(cè)為新的原籍代理。這樣，當(dāng)MN的移動(dòng)不超出本域的時(shí)候，其所有分組都能經(jīng)過(guò)最佳或近似最佳的路由：CN-MAP（HA）-MN。而當(dāng)MN切換到另一個(gè)MAP所在的域時(shí)，MN通過(guò)舊的MAP作為HA為它轉(zhuǎn)發(fā)分組，直到舊的通信結(jié)束，并且不打算立刻進(jìn)行下一次切換，則又把本域中的MAP注冊(cè)為新的HA。由于MAP在域中網(wǎng)絡(luò)的較高級(jí)，由它來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組，不會(huì)引起很大的迂回路由，同時(shí)MAP本身就充當(dāng)局部HA的角色，因此不會(huì)對(duì)MAP有很大的改動(dòng)。

五、小結(jié)

　　本文基于移動(dòng)IPv6的基本原理，討論了移動(dòng)IPv6中移動(dòng)終端使用永久原籍代理的必要性，認(rèn)為對(duì)于不提供網(wǎng)絡(luò)資源的移動(dòng)終端，由于具有網(wǎng)絡(luò)操作的主動(dòng)性和階段性，因而沒(méi)有必要使用永久原籍代理，并提出采用動(dòng)態(tài)配置原籍代理的設(shè)想。在考慮選擇臨時(shí)原籍代理時(shí)，根據(jù)分級(jí)移動(dòng)IPv6機(jī)制中MAP的特殊地位，提出在MAP所管理的域中選擇MAP作為臨時(shí)原籍代理的方案。

　　摘自《數(shù)據(jù)通信》