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1 引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了許多的多媒體應(yīng)用，如電視會議、遠程教學(xué)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都需要把數(shù)據(jù)包從一個源地址發(fā)送到多個目的地址，多播(Multicast)這種點對多點的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)運而生。傳統(tǒng)的多播技術(shù)處理的都是針對固定節(jié)點的情況，而在移動IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)多播，不僅要考慮到動態(tài)的成員關(guān)系，還要考慮到成員的動態(tài)的位置關(guān)系。每當(dāng)成員發(fā)生移動時，如果都需要重新計算多播分發(fā)樹，網(wǎng)絡(luò)開銷較大;但如果不更改多播分發(fā)樹，又可能導(dǎo)致多播包路由不正確，甚至導(dǎo)致移動節(jié)點無法接收數(shù)據(jù)包。因此，隨著移動IP的逐漸成熟和完善，該網(wǎng)絡(luò)模型下如何較好地實現(xiàn)多播，成為人們迫切要解決的問題。
2 移動IP的基本原理
移動IP通過引入兩個網(wǎng)絡(luò)實體：家鄉(xiāng)代理(HA)和外地代理(FA)來進行移動性管理。這兩個代理分別在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)和外地網(wǎng)絡(luò)通過發(fā)送廣播消息來向移動節(jié)點(MN)通知自己的存在。MN依據(jù)代理廣播消息來判斷自己是在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)還是在外地網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)MN在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)時，它使用正常的IP通信。當(dāng)它進入外地網(wǎng)絡(luò)后，需要獲得一個新的IP地址，稱為轉(zhuǎn)交地址(Care of Address，CoA)。MN要么通過FA，要么直接向HA發(fā)送注冊請求消息，告訴HA它的當(dāng)前位置(CoA)。
通信節(jié)點(CN)發(fā)送給MN的數(shù)據(jù)包通過正常的IP路由到達MN的HA。HA替MN截獲這些數(shù)據(jù)包，將他們重新封裝，添加新的IP包頭，其目的地址為CoA，源地址為HA的地址，HA將封裝過的IP包通過隧道技術(shù)(Tunneling)轉(zhuǎn)發(fā)到MN的當(dāng)前位置(CoA)，再由FA或MN自己將原來的IP包恢復(fù)出來。從MN到CN的數(shù)據(jù)包則采用正常的IP路由協(xié)議。從中可以看出，移動IP中存在著三角路由的問題，即從CN到MN的數(shù)據(jù)包需要經(jīng)過HA的轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過的路徑不是最佳路由，路由效率低。特別是當(dāng)CN和MN的距離很近，離HA很遠的時候，三角路由問題對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懜鼮橥怀觥?/p>
3 移動IP中的多播實現(xiàn)
3.1 雙向隧道方案
所謂雙向隧道是指MN收發(fā)多播包都通過隧道進行，該方案要求HA具有多播功能，MN通過HA來加入或離開多播組，發(fā)送和接收多播包。當(dāng)MN在外地網(wǎng)絡(luò)時，它通過隧道向HA發(fā)送多播請求消息，請求加入多播組。HA將自身加入到多播分發(fā)樹中，替MN接收數(shù)據(jù)包，并通過隧道將多播包發(fā)送給MN。這樣，MN的移動性對于其他多播成員來說是透明的，各個成員的位置關(guān)系是固定的，即使MN發(fā)生移動，多播樹也不用更新。
該方案的優(yōu)點是移動節(jié)點MN的移動性對于其他多播成員來說是透明的，即使MN發(fā)生移動，多播成員之間的關(guān)系仍然是固定的，多播樹也不用更新和重建。但是，該方案中移動節(jié)點MN收發(fā)數(shù)據(jù)都要通過隧道來完成，因此路由優(yōu)化問題沒有得到解決，路由效率低。并且當(dāng)有大量屬于同一多播組的MN，通過同一個FA通信時，由于各個移動節(jié)點具有不同的HA(即使具有相同的HA，同一多播包也需要復(fù)制多份，然后逐個發(fā)送到同一個FA)，存在“隧道匯聚”的問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源利用率不高。針對“隧道匯聚”的問題，人們提出了許多解決辦法，如家鄉(xiāng)代理路由、外地代理路由以及移動多播等，請參閱有關(guān)的文獻。
3.2 遠程訂閱方案
此方案要求FA具有多播功能。當(dāng)移動節(jié)點MN在外地網(wǎng)絡(luò)時，直接向FA發(fā)送多播請求消息，請求加入多播組，外地網(wǎng)絡(luò)中的多播路由器FA會加入到多播分發(fā)樹中。當(dāng)MN切換到另外的網(wǎng)絡(luò)，它需要重新進行上述的過程，而原來的多播樹枝可能會因為超時而被刪除。在這種方案中，多播分發(fā)樹的更新頻率是與MN的切換頻率相關(guān)的。
該方案的優(yōu)點是從源地址到多播組各個成員的數(shù)據(jù)不需要通過HA的轉(zhuǎn)交，路由都是最佳的，因此它的效率很高，并且不存在“隧道匯聚”問題。此方案的缺點是每當(dāng)MN發(fā)生移動到另一個外地網(wǎng)絡(luò)，多播分發(fā)樹都需要重新計算，這樣網(wǎng)絡(luò)開銷會很大;并且當(dāng)MN在不同的外地網(wǎng)絡(luò)之間切換時，由于需要重新建立多播樹，會造成數(shù)據(jù)傳輸時延較大并有可能使數(shù)據(jù)丟失，這對于許多實時業(yè)務(wù)來說，是不允許的。
3.3 分級策略多播方案
為徹底解決“隧道匯聚”以及MN切換時延過長等問題，人們提出了一種基于分級策略的多播解決方案。該方案引入了新的功能實體RootFA——根外地代理，并要求其具有多播功能，MN的本地注冊過程也可以通過根外地代理完成(如圖5所示)。該方案可以分別與雙向隧道和遠程訂閱方案相結(jié)合。
首先看與雙向隧道方案相結(jié)合的情況。此時，如果MN想加入多播組并接收多播包，必然先向最接近的外地代理(例如FA5)發(fā)送多播加入請求消息。FA5獲得多播加入請求消息后，把該消息送往上一級FA2，直到送至Root FA1。根外地代理通過分析多播請求加入消息，獲得MN的轉(zhuǎn)交地址，并把該消息送往MN的HA。HA獲得該消息后，同時獲得MN的轉(zhuǎn)交地址，并把自己加入多播組，替MN接收多播包。并通過HA至Root FA1之間的隧道向根外地代理Root FA1傳送一份多播包(因為Root FA1具有多播功能)，這樣就從本質(zhì)上解決了隧道匯聚問題。并且根外地代理獲得多播包后，同樣可通過隧道或下級具有多播功能的外地代理來向移動節(jié)點MN傳送此多播包。
單純的遠程訂閱方案，雖然不存在隧道匯聚的問題，但是，無法克服大量移動節(jié)點在不同的外地代理之間切換時，給網(wǎng)絡(luò)帶來的巨大開銷，并且切換時延和丟包率也較大。當(dāng)與分級策略方案相結(jié)合時，由于Root FA具有多播和本地注冊的功能，因此能較好地克服遠程訂閱的缺點。因此，基于分級策略的移動IP多播方案能從根本上解決“隧道匯聚”問題，并且當(dāng)移動節(jié)點MN在不同的網(wǎng)路之間切換時，由于根外地代理的作用，切換時延及丟包率都有明顯的改善。但是該方案系統(tǒng)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)成本較高，只適合于大型高速移動IP網(wǎng)絡(luò)。
3.4 明確指示多播方案
所謂明確指示多播方案是指在多播包中明確列出多播目的地址的一種多播解決方案，多播包的傳送可以通過單播路由協(xié)議來傳送，是上述多播方案的一種有益補充。圖6給出了明確指示多播和雙向隧道方案相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)模型。由圖可見，HA送往FA的明確指示多播包中明確列出MN的轉(zhuǎn)交地址(CoA1、CoA2、CoA3)，F(xiàn)A獲得多播包后通過分析多播包中的多播地址，從而把多播包送往不同的移動節(jié)點(MN1、MN2、MN3)。當(dāng)然，明確指示多播也可以和遠程訂閱以及分級策略的多播方案相結(jié)合，以提高這些解決方案的靈活性，并可進一步達到“軟化”這些方案的目的。
明確指示多播方案的優(yōu)點是，不需要分配多播地址，不需要單獨的多播路由協(xié)議支持，多播路由器中無需保存多播路由表，并且可以“軟方式”解決三角路由問題，可充分利用有效的網(wǎng)絡(luò)資源，并能自動支持一般的路由協(xié)議。由于多播地址明確列出，因此提高了網(wǎng)絡(luò)多播功能的簡單性和安全性，并且使多播技術(shù)較容易嫁接到其他的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，使多播這種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有了較強的伸縮性。但是該多播方案最大的缺點是由于明確列出多播地址而導(dǎo)致的多播包頭過長問題，這必然增加包頭的處理時間。并且隨著多播組成員數(shù)量的增加，其多播包頭的長度呈線性增加，因此不適合于具有數(shù)量較大的移動節(jié)點組成的多播網(wǎng)絡(luò)，僅僅是其他移動IP多播解決方案的有益補充。
4 結(jié)論
移動IP技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來的新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以為網(wǎng)絡(luò)提供主機移動性的解決方案，成為下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。針對移動IP網(wǎng)絡(luò)的特點，人們提出了許多基于移動IP的多播實現(xiàn)機制，但由前面的分析可知，各種多播算法仍然存在這樣那樣的問題，并且大多處于試驗階段，離算法的真正實用仍有很長的路要走。因此，研究有效實用的多播算法，仍然是移動IP網(wǎng)絡(luò)下一步研究的一個重要方向。并且隨著移動IP技術(shù)的不斷成熟和完善，多播算法的安全性和可靠性也越來越成為算法研究必需要解決的問題。
來源：中國數(shù)據(jù)通信
