新的移動IPv6有關(guān)的技術(shù)應(yīng)用

楊曉非 秦忠蘭 重慶郵電學(xué)院

摘要：本文對IPv6協(xié)議涉及移動通信技術(shù)作了相關(guān)的闡述，并結(jié)合國內(nèi)外通信業(yè)對IPv6實施和推廣。

關(guān)鍵詞：移動互聯(lián) 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 IPv6接點

一、前言

　　移動互聯(lián)網(wǎng)有許多新穎而精彩的服務(wù)。IPv6將是實現(xiàn)這些服務(wù)的關(guān)鍵。IPv6協(xié)議的諸多優(yōu)越性為互聯(lián)網(wǎng)提供有效的支持。永遠在線（a1ways-on）特征的移動設(shè)備需要大量的IP地址。移動電子商務(wù)需要良好的安全性。實時保持能力，開機既可以自動獲得地址，移動設(shè)備全球漫游，隨時隨地的移動計算等。IPv6有龐大的地址空間，對移動的良好的支持，服務(wù)質(zhì)量保證機制，安全性和地址自動分配等優(yōu)越性很好的滿足下一代網(wǎng)絡(luò)的需要。很多知名廠商正致力于構(gòu)建基于IPv6的全IP核心網(wǎng)（all-IP core）

二、移動IPv6的技術(shù)概要

　　IPv6從移動IPv4中借鑒了許多概念和術(shù)語。IPv6中仍有移動節(jié)點和家鄉(xiāng)代理，但沒有外地代理，家鄉(xiāng)地址、家鄉(xiāng)鏈路、轉(zhuǎn)交地址和外地鏈路的概念。移動IPv6中同時采用隧道和源路由技術(shù)向連接在外地鏈路上的移動節(jié)點傳送數(shù)據(jù)包，移動IPv6的高層功能的三大元素為：代理搜索、注冊和選路。

1．如何確定移動節(jié)點的位置

（1）ICMPv6路由器搜索

　　ICMPv6路由器搜索與移動IPv4中的代理搜索十分相似。IPv6鄰節(jié)點搜索[RFC 1970]中定義的路由器搜索包括兩條報文：路由器請求（Router Solicitations）和路由器廣播（Router Advertisements）。

（2）移動節(jié)點如何得到轉(zhuǎn)交地址

　　移動節(jié)點確定它正連接在外地鏈路上時，得到轉(zhuǎn)交地址有兩種方法。由于移動IPv6中沒有外地代理，因此移動IPv6中唯一的一種轉(zhuǎn)交地址是配置轉(zhuǎn)交地址。移動節(jié)點用接收到的路由器廣播報文中的M比特來決定采用哪一種方法。如果M比特為0，移動節(jié)點采用被動地址自動配置，否則采用主動地址自動配置。

①被動地址自動配置

　　移動節(jié)點可以通過被動地址自動配置得到轉(zhuǎn)交地址。在這種方法中，移動節(jié)點只是向服務(wù)器申請一個地址，并將這個地址當作自己的轉(zhuǎn)交地址。與IPv4的情況相對應(yīng)，IPv6中的“被動”地址分配協(xié)議是動態(tài)主機配置協(xié)議DHCPv6（Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6）[draft-ietf-dhc-chcpv6-10.txt］。另外，PPP的IPv6配置協(xié)議（PPP’s IPv6 Configuration Protocol）［RFC 2023］也提供了一種服務(wù)器向移動節(jié)點提供轉(zhuǎn)交地址的方法。

②主動地址自動配置

　　移動節(jié)點還可以通過主動地址自動配置得到轉(zhuǎn)交地址。主動地址自動配置[RFC 1971]是IPv6中新增加的，在IPv4中沒有類似的功能。主動地址自動配置是這樣工作的：

·移動節(jié)點首先形成一個接口標記，與鏈路有關(guān)，用來標識移動節(jié)點上與外地鏈路相連的接口。

·移動節(jié)點檢查路由器廣播報文中的前綴信息可選項（Prefix Information Options）以決定當前鏈路上有效的網(wǎng)絡(luò)前綴。

·移動節(jié)點將一個有效網(wǎng)絡(luò)前綴和接口標記相連形成自己的轉(zhuǎn)交地址。

　　無論是被動配置方式還是主動配置方式，自動地址配置都包含一種檢查機制，移動節(jié)點可用它來檢查得到的地址是否被鏈路上其它節(jié)點使用。如果有這樣的地址重復(fù)出現(xiàn)，那么自動配置協(xié)議還定義了節(jié)點得到唯一地址的方法。

2．如何將轉(zhuǎn)交地址告訴別的節(jié)點

　　IPv6采用布告（Notification）方式，在IPv6中的移動節(jié)點用目的地址可選項（Destination Options）來通知其它節(jié)點它的轉(zhuǎn)交地址。

（1）布告

　　移動IPv6的布告是移動節(jié)點將它的轉(zhuǎn)交地址告訴家鄉(xiāng)代理和各個通信伙伴的方法：同移動IPv4一樣，家鄉(xiāng)代理將轉(zhuǎn)交地址作為隧道出口來將數(shù)據(jù)包送給連接在外地鏈路上的移動節(jié)點。另外，通信對端也可能利用轉(zhuǎn)交地址將數(shù)據(jù)包直接路由給移動節(jié)點，而無需將數(shù)據(jù)包路由到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理處。因此，移動IPv6本身集成了對路由優(yōu)化的支持。當移動節(jié)點回到家鄉(xiāng)鏈路時，它還必須通知它們的家鄉(xiāng)代理。與移動IPv4的注冊相似，布告過程也包括一個簡單的消息交換。移動IPv6的布告采用IPv6報頭的一個擴展來實現(xiàn)消息交換。

（2）布告中用到的消息

　　移動IPv6布告使用綁定更新、綁定應(yīng)答和綁定請求三條消息。這些消息都被放在目的地可選報頭（Destination Options Header，IPv6的一個擴展報頭）中，表明這些消息都只被最終目的節(jié)點檢查。

①綁定更新

　　綁定更新是移動節(jié)點發(fā)出的用來通知家鄉(xiāng)代理或通信伙伴當前的轉(zhuǎn)交地址，其可選項可以放在一個單獨的IPv6（即包中不再包含其它用戶數(shù)據(jù)）中，也可以放在一個現(xiàn)有的IPv6包（包中還有其它用戶數(shù)據(jù)）中。為簡單起見，我們將綁定更新定義成任一個包含綁定選項的IPv6包，無論它是否包含其它用戶數(shù)據(jù)。和IPv4注冊消息一樣，綁定更新要求進行認證。移動IPv6采用IP認證報頭[RFC 1826］來傳送認證數(shù)據(jù)。同樣，所有移動IPv6的實現(xiàn)可能都支持采用手工密鑰分配的Keyed-MDS認證機制。

②綁定應(yīng)答

　　綁定應(yīng)答是由家鄉(xiāng)代理或任何通信伙伴送給移動節(jié)點的，用于表明它已成功地收到了移動節(jié)點的綁定更新。與綁定更新一樣，綁定應(yīng)答可以在單獨的IPv6包中發(fā)送，也可以與別的數(shù)據(jù)一起在IPv6包中發(fā)送。向移動節(jié)點發(fā)送綁定應(yīng)答的方法與向移動節(jié)點發(fā)送其它數(shù)據(jù)包時一樣。

③綁定請求

　　通信伙伴向移動節(jié)點發(fā)送綁定請求來要求移動節(jié)點送給它一個綁定更新，也就是說，綁定請求表明通信伙伴想知道移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址。當先前的綁定更新消息中的生存時間域?qū)⒁�過期，而通信伙伴又相信它還會繼續(xù)向移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，可發(fā)送綁定請求。綁定請求應(yīng)與其它用戶數(shù)據(jù)一起放在一個IPv6包中發(fā)送。

3．數(shù)據(jù)包的選路

　　知道移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址的通信伙伴可利用IPv6選路報頭直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給移動節(jié)點，這些包不需要經(jīng)過移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理，它們將經(jīng)過從始發(fā)點到移動節(jié)點的一條優(yōu)化路由。

　　如果通信伙伴不知道移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址，那么它就像向其它任何固定節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包那樣，向移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包。這時，通信伙伴只是將移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址（也是它知道的唯一地址）放入目的IPv6地址域中，并將它自己的地址放在源IPv6地址域中，然后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到合適的下一跳上（由它的IPv6路由表決定）。這樣發(fā)送的一個數(shù)據(jù)包將被送往移動節(jié)點的家鄉(xiāng)鏈路，就像移動IPv4中那樣。在家鄉(xiāng)鏈路上，家鄉(xiāng)代理截獲這個數(shù)據(jù)包，并將它通過隧道送往移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址。移動節(jié)點將包拆封，發(fā)現(xiàn)內(nèi)層數(shù)據(jù)包的目的地是它的家鄉(xiāng)地址，于是將內(nèi)層數(shù)據(jù)包交給高層協(xié)議處理。

　　當移動節(jié)點連接在外地鏈路上時，它必須有一種方法來決定可以為它發(fā)出的數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)的一臺路由器，這在移動IPv6中要比在移動IPv4中容易。因為所有IPv6路由器都要求實現(xiàn)路由器搜索（在IPv4中則不是），因此，移動節(jié)點可以從那些它已收到路由器廣播消息的外地鏈路上的路由器中任選一臺，并據(jù)此配置它的路由表，這樣它發(fā)出的所有數(shù)據(jù)包就會送到那臺路由器上。

三、IPv6的安全措施

　　防火墻問題在移動IPv6中可以允許移動節(jié)點與具有“入口過濾”功能的路由器同時存在并有效工作而不互相影響。在移動IPv4中，當連接在外地鏈路的移動節(jié)點向通信節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，某些情況下為了保證位置的透明性，移動節(jié)點對所要發(fā)送數(shù)據(jù)包的源地址必須設(shè)置成自己的家鄉(xiāng)地址。由于家鄉(xiāng)地址具有與外地鏈路不同的子網(wǎng)前綴，所以當這些數(shù)據(jù)包通過具有“入口過濾”功能的路由器時，將被路由器過濾掉。在移動IPv6中移動節(jié)點可以使用轉(zhuǎn)交地址作為它所發(fā)送數(shù)據(jù)包的r包頭中的源地址，這樣，數(shù)據(jù)包就能正常的通過具有“入口過濾”功能的路由器。移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址被攜帶在數(shù)據(jù)包的“家鄉(xiāng)地址”目的地選項中，當通信節(jié)點接收到包含這樣選項的數(shù)據(jù)包時，能夠自動地把數(shù)據(jù)包的源地址替換成“家鄉(xiāng)地址”目的地選項中的家鄉(xiāng)地址，這樣就使得轉(zhuǎn)交地址的使用對IP以上各層是透明的。所有IPv6節(jié)點都必須能夠正確處理數(shù)據(jù)包中的“家鄉(xiāng)地址”選項。

　　在安全性方面，移動IPv6使用IPSec來滿足更新綁定時的所有安全需求（發(fā)送者認證，數(shù)據(jù)完整性保護，重傳保護等），也就是說移動IPv6的安全性是建立在IPv6的安全機制之上的，這樣對移動IPv6就可以省去用來應(yīng)付安全性的工作。當移動節(jié)點在當前位置與它的缺省路由器進行通信時，移動IPv6的“移動檢測”機制為移動節(jié)點提供了雙向認證的能力（雙向是指從路由器向移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包和從移動節(jié)點向路由器發(fā)送數(shù)據(jù)包）。在某些鏈路上路由器和移動節(jié)點之間的鏈路在雙向上工作狀況可能不一樣，這種情形可能存在于某些無線環(huán)境中，如移動節(jié)點已經(jīng)移出了好的無線傳輸范圍。如果移動節(jié)點到它當前路由器的鏈路工作狀況不是很好，那么移動節(jié)點可以試圖發(fā)現(xiàn)一個新的路由器并使用一個新的轉(zhuǎn)交地址。相反，在移動IPv4中僅僅“前向”（從路由器向移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包）的消息傳送被認可；例如，如果移動節(jié)點接收不到從路由器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，而移動節(jié)點發(fā)送到路由器的數(shù)據(jù)包即使路由器接收到，也不能對移動節(jié)點進行認可，即移動節(jié)點與路由器失去了聯(lián)系。

四、移動IPv6在國外的發(fā)展

　　NTT東日本于2002年3月宣布，將開始與15家團體、大學(xué)和企業(yè)聯(lián)手開展旨在驗證IPv6實用技術(shù)的實驗，將使用由NTT東日本構(gòu)建的IPv6網(wǎng)絡(luò)。以東京都和神奈川縣為實驗對象地區(qū)，通過WIDE計劃的主于網(wǎng)連接建立在各個地區(qū)的NTT東日本的IPv6網(wǎng)絡(luò)。NTT東日本除負責(zé)IPv6網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、運用管理之外，還將驗證使IPv6的數(shù)據(jù)在IPv4網(wǎng)絡(luò)上通過的IP信道，以及完成IPv6與IPv4互相轉(zhuǎn)換的IP轉(zhuǎn)換器的實用性。其它合作單位將驗證WIDE計劃在該計劃的活動中及教育一線的異地多方會議及遠程授課等IPv6應(yīng)用。其實驗中有關(guān)WIDE計劃的協(xié)調(diào)工作由東京大學(xué)負責(zé)。協(xié)同參與此次實驗的還有“日立制作所”（負責(zé)移動終端上IPv6的使用）、“慶應(yīng)義塾大學(xué)”（授課中IPv6的使用）、“凸版印刷”（向IPv6環(huán)境的內(nèi)容發(fā)送）、“日商電子與Juniper網(wǎng)絡(luò)”（支持IPv6的高可靠性路由器）、NEC（支持IPv6的直播攝像機）、富士通（異地多方會議系統(tǒng)）、松下電器產(chǎn)業(yè)與松下電送系統(tǒng)（支持IPv6的映像服務(wù)器及主網(wǎng)關(guān)）、雅馬哈（支持IPv6的小型路由器）、POWERPLAY（向IPv6環(huán)境的內(nèi)容即時發(fā)送）、橫河電機（IPv6與IPv4的轉(zhuǎn)換技術(shù)）。日本微軟（IPv6中使用的Peer to Peer多媒體通信軟件）等。

　　愛立信于1999年購買了丹麥一家生產(chǎn)了世界第一臺支持IPv6路由器的公司，并于2000年12月，與全球首家推出WAP服務(wù)的經(jīng)營商香港數(shù)碼通公司和BT Wireless公司在移動互聯(lián)網(wǎng)上成功進行世界首項端對端IPv6測試。由于3GPP已經(jīng)接受IPv6為必選協(xié)議，當運營商要建立第三代移動通信系統(tǒng)的時候，就要參照國際標準，采用支持IPv6的產(chǎn)品進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，愛立信計劃于今年年底將推出支持IPv6的產(chǎn)品。

　　2001年4月，諾基亞（中國）投資有限公司舉辦了第二屆中國IPv6高級研討會，并展示了其移動IPv6演示系統(tǒng)。此前，在1999年下半年，諾基亞在中國聯(lián)合CERNET建立了Inernet-6合作項目，在全國范圍內(nèi)使用諾基亞提供的IP路由器和IPv6軟件建立實驗網(wǎng)絡(luò)，力圖使其成為全球首個最先進的全國性IPv6網(wǎng)絡(luò)。今年春天諾基亞已經(jīng)推出了全球第一臺全IP概念的IPv6產(chǎn)品。諾基亞在日本千葉市幕張Messe國際會展中心舉行的“NetWorld＋1nterop 2001 Tokyo”上演示了支持IPv6的移動通信技術(shù)“MobileIPv6”。歐洲的通信運營商和通信設(shè)備制造商目前正在促進將IPv6運用到移動電話上的“All-IP”開發(fā)。諾基亞此次也正是利用MobileIPv6的演示來展示All-IP技術(shù)方面進展的。

　　目前，在使用IPv4的通信終端因漫游而需要與別的網(wǎng)絡(luò)連接時，用來維持終端向漫游地網(wǎng)絡(luò)接入以及與原網(wǎng)絡(luò)的進行通信的環(huán)境協(xié)議是“MobileIP”。而MobileIPv6則是該協(xié)議的IPv6版。盡管目前該版本的標準還沒有完成，但除了諾基亞外，英國電信（BT）和瑞典愛立信等著名制造商正在依據(jù)該協(xié)議的草案推出新型產(chǎn)品。并分別于2000年下半年開始在香港和歐洲進行實地實驗。

五、移動IPv6在中國的發(fā)展

　　實現(xiàn)移動信息社會，這就要求互聯(lián)網(wǎng)和移動技術(shù)在所有層面進行融合。在未來，不僅多媒體移動通信會基于IP，語音通信也會向IP方向發(fā)展，這其中IPv6是一個關(guān)鍵的技術(shù)。IPv6的發(fā)展首先要保證與IPv4的兼容，并考慮如何實現(xiàn)兩種技術(shù)的并存，其次需要有國家政策的扶持。制定出本國的符合國際標準的IPv6協(xié)議，要求所有國外廠商制造的產(chǎn)品都要符合中國的標準，這既是對民族產(chǎn)業(yè)的扶持，也是對國家信息安全很好的保證。

　　另外，目前中國手機用戶的數(shù)量已經(jīng)超過了PC機，IEFT認為亞洲將是IPv6市場最先興起的地區(qū)，移動互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模市場很有可能在中國掀起。

　　北京佳訊飛鴻公司與北方交大共同成立IPv6實驗室，并投資500萬人民幣與其成立了合資公司，共同進行IPv6技術(shù)的研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化。佳訊稱，該公司已率先推出國內(nèi)第一款支持IPv6的路由器，并與CERNET6互聯(lián)互通。

　　2000年11月，北京一諾基亞推出了世界上第一個支持IPv6的端到端的GPRS網(wǎng)絡(luò)，從而鞏固了其在GPRS領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。諾基亞的GPRS網(wǎng)絡(luò)將使網(wǎng)絡(luò)運營商從基于IPv4的服務(wù)向基于IPv6的服務(wù)平滑過渡。在過渡期間，基于IPv6和IPv4的服務(wù)可以在網(wǎng)絡(luò)中共存，而且只需通過軟件對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行升級就可以使GPRS網(wǎng)絡(luò)支持IPv6。諾基亞GPRS解決方案包括了行業(yè)中的GPRS核心系統(tǒng)，包含有應(yīng)用咨詢和系統(tǒng)集成專業(yè)指導(dǎo)，將GPRS核心網(wǎng)絡(luò)集成到現(xiàn)有的服務(wù)提供和計費環(huán)境。諾基亞已經(jīng)為歐洲、美國、亞洲和中國的著名網(wǎng)絡(luò)運營商提供和交付了50多個GPRS核心網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)交付數(shù)量領(lǐng)先于其它任何廠商。

六、IPv6應(yīng)用前景分析

　　IPv6的廣泛部署依賴于未來因特網(wǎng)的良好發(fā)展，目前IPv6的規(guī)范大部分已完成但廣泛部署的條件尚未成熟，對營運商和開發(fā)商來說，原有的IPv4技術(shù)可以保證其豐厚的利潤來源，沒有必要急于采用新技術(shù)而耗費大量的開發(fā)成本。

　　對我國而言，IPv6是一個契機，作為互連網(wǎng)和移動通信大國，應(yīng)在下一代互連網(wǎng)標準和資源分配中力爭更大的發(fā)言權(quán)。IPv6既是我們解決地址匾乏問題的關(guān)健，也是我們在互連網(wǎng)領(lǐng)域施展身手，趕超先進國家的重大機遇，從全局觀點來看，IPv6也許是比3G更為重要的一次機遇，利用這次機遇，建立起強大的互連網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，以IPv6為核心，推動網(wǎng)絡(luò)的融合。

摘自《數(shù)據(jù)通信》