改進的移動IPv6協議分析

2019-11-03 09:04:46

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供稿：網友

薛蓉蓉，劉宏立
湖南大學電氣與信息工程學院

　　摘　要：在ipv4基礎上發展起來的移動IPv6，比移動IPv4有很多優勢，功能更為強大，更安全，必將在未來的移動互聯領域發揮更大作用。但是當移動節點頻繁移動時，標準移動IPv6協議會在網絡中產生大量的注冊報文，造成較大的注冊延時，降低網絡性能，因此有必要加以改進。本文介紹了兩種改進的移動IPv6協議，并進行了詳細分析。

關鍵詞：移動IPv4；移動IPv6；注冊延時；MAP

　　IPv6的出現是移動計算的一個重要里程碑。移動IPv6比移動IPv4有很多優勢，因為他的設計吸取了移動IPv4發展的經驗，并結合了IPv6的很多新特性。IPv6的這些特性對于未來的移動無線網絡的發展非常重要。

　　標準移動IPv6協議［1］是通過家鄉代理（HA）維護對移動節點（MN）的綁定來實現網絡層的移動性管理，家鄉代理中集成了數據傳輸和移動性管理功能。當MN移動到另外一個IP子網時，他就會獲得另外的轉交地址。MN將通過綁定更新向HA注冊這個新的轉交地址。MN的任何移動都將匯報給HA，由HA來維護MN的移動綁定。在標準移動IPv6中，

　　這種移動性支持方案卻存在著明顯的不足：例如移動節點在外地網絡中每移動一個新的位置就要發送一個綁定更新信息到家鄉代理或通信節點。這樣，將會在主干網絡中引發大量的注冊報文，這些冗余信息占據了帶寬，浪費了寶貴的網絡資源，還會引發網絡沖突，減少有效數據的傳輸。特別是當MN遠離家鄉網絡時，會造成較大的切換延時，從而引起嚴重的包丟失和通信吞吐量的下降。

1　分級移動IPv6

為了解決上述問題，Hesham Soliman，Claude Castelluccia,Karim Ei-Malki和Ludovic Bellier提出了分級移動IPv6（HMIPv6）［2］，從微觀移動性來解決上述問題，核心是移動性管理，減少冗余信息，并將家鄉代理移動性管理的能力下放一部分到代理。

　　分級方案把移動性問題分成了微觀移動（micromobility）和宏觀移動（macro mobilty）。這個協議的重要之處在于他引入了一個新的移動IPv6節點移動錨點（Mobility Anchor Point／MAP）。他通常位于一個網絡的邊界，位于訪問路由器（access Router／AR）的上層。

　　當移動節點（MN）移動到一個新的MAP域并連接到其中一個訪問路由器（AR）時，他通過無狀態自動配置獲得一個本地轉交地址（Regional Care-of Address／RCoA）。同時他也會從這個AR處獲得一個在線轉交地址（on-Link Care-of Address/LCoA)。隨后，移動節點發送綁定更新到MAP，把移動節點的本地轉交地址（RCoA）和在線轉交地址（LCoA）捆綁的家鄉代理和通信節點來告知他目前的本地轉交地址（RCoA）。這些綁定更新是把移動節點的家鄉地址和RCoA捆綁在一起。

　　MAP就像是移動節點的本地家鄉代理。他截獲從家鄉代理和通信節點發往RCoA的數據包，查詢他的綁定緩沖，找到移動節點對應的LCoA，然后把數據包封裝再送往移動節點的LCoA。移動節點解開收到的數據包，并按照正常的方式處理報文。

　　只有移動節點在不同MAP域間移動時，他才需要向家鄉代理和通信節點發送綁定更新，注冊他當前的本地轉交地址（RCoA）。如果移動節點是在同一個MAP域內移動時，由于RCoA不變，他無需向家鄉代理和通信節點發送綁定更新，只要把他目前的在線轉交地址（LCoA）向MAP注冊即可。這樣，主干網絡中冗余的綁定更新報文大大減少，從而減少了網絡沖突，提高了切換速度和有效信息的發送。

2　區域移動IPv6

　　為了有效減少移動節點、家鄉代理和通信對端之間的注冊報文，Kyungjoo Suh針對在不久的將來即將取代IPv4的IPv6網絡，提出了一種新的移動性管理方案區域移動IPv6（RMIPv6）［3］。相對于目前比較熱門的分級移動IPv6，他的性能要更優，更適應于移動性管理。

區域移動IPv6引入了一個新的移動IPv6節點——區域錨點（RAP），他將作為移動節點的本地家鄉代理。RAP是由移動節點動態決定的，因此對于一個具體的移動節點而言，任何訪問路由器（AR）都有可能成為他的RAP；同時，每個移動節點的RAP又可以互不相同。

　　在區域移動IPv6中，區域的大小是由移動節點或RAP根據價值函數動態決定。當移動節點從AR1移動到AR2后，如果AR1支持RAP功能，并且AR1和AR2之間滿足距離限制。那么，移動節點就可以把AR1作為自己的RAP，同時利用從AR1處獲得的轉交地址作為本地轉交地址（RCoA）。隨后，移動節點發送綁定更新到RAP，把自己當前的位置在線轉交地址（LCoA）和本地轉交地址（RCoA）捆綁在一起。

　　這樣，移動節點實際上是再次使用了他在前一個AR處所獲得的本地轉交地址，從而避免了重新獲取轉交地址而產生的不必要的延時。

　　在一定區域內，RAP就充當起移動節點的本地家鄉代理角色。RAP截獲家鄉代理或通信對端送往移動節點的IP包，再通過隧道方式把他們發送到移動節點的在線轉交地址（LCoA）。只有移動節點RAP改變后，他才需要向家鄉代理和通信節點發送綁定更新，注冊他當前的本地轉交地址（RCoA）。然而，在一個RAP區域范圍內，RCoA是不會改變的。因此，如果移動節點只是在同一個區域內改變他的當前位置，他無須向家鄉代理和通信對端注冊，只需把當前地址在線轉交地址向RAP注冊即可。

3　結語

　　在宏移動的情況下，標準移動IPv6提供了對移動節點在全球Internet上的移動支持，安全性較高，與現有網絡之間具有很好的兼容性；但是，在微移動的情況下，會在網絡中產生大量的注冊報文，造成較大的注冊延時，從而降低網絡性能。因此有必要進行改進。

　　與分級移動IPv6相比，區域移動IPv6具有較大的靈活性，更適應于移動性管理。

　　（1）區域移動IPv6不需要假設某種網絡拓撲結構，而分級移動IPv6是基于網絡拓撲是分級結構的。因此，前者更能適應于IPv6支持的任何網絡拓撲。

　　（2）在分級移動IPv6中，每個子網都有一個的固定MAP，所有移動到該子網的移動節點，都必須共享同一個MAP。這樣，如果一個子網內同時接有很多移動節點，容易引起網絡瓶頸。一個MAP失效，將會引起該子網內所有的移動節點不能保持正常通信。而在區域移動IPv6中，對于一個具體的移動節點而言，任何訪問路由器（AR）都有可能成為他的RAP；同時，每個移動節點的RAP又可以互不相同。因此，RAP可以分散于整個網絡中。可見，采用RMIPv6的網絡能防止由于網絡瓶頸或單節點的失敗而導致整個系統無法正常運行。

　　（3）區域移動IPv6的一個特點就是他會再次使用在前一個AR處所獲得的本地轉交地址，從而避免了重新獲取轉交地址而產生的不必要的延時。

　　可見，區域移動IPv6是目前IPv6網絡中比較理想的移動性管理方案。

　　移動性管理是移動通信技術中的一個關鍵問題，對于移動通信網絡的性能具有決定性的作用。因此，在移動通信系統中，設計一個有效的移動性管理方案是非常重要的。在已有的協議的基礎上進一步提高其性能和提出更新的協議將是以后研究移動IPv6的重點之一。

參考文獻

［1］　Johnson D，Perkins C，Arkko J．Mobility support in IPv6[M].draft-ietf-mobileip-ipv6-19.txt,2002.

[2] Hesham Soliman,Claude Castelluccia,Karim El-Malki，et al．Hierarchical Mobile IPv6mobility management（HMIPv6）［M］．IETF Mobile IPWorking Group，2002．

［3］　Kyungjoo Suh．Regional Mobile IPv6 mobility management［M］．draft-suh-rmm-00．txt，2002．

摘自　現代電子技術

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