下一代無線移動(dòng)通信IP協(xié)議:Mobile IPv6

張偉翼

摘要：隨著全球?qū)o線移動(dòng)通信的研究不斷升級(jí)，下一代必將向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，因此Mobile IPv6 將成為下一代無線移動(dòng)通信的核心技術(shù)。本文從多方面分析了現(xiàn)有IP協(xié)議下的無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)存在的弊端，最終通過Mobile IPv6來解決相關(guān)的問題。

關(guān)鍵詞：下一代無線移動(dòng)通信；Mobile IPv6；IP協(xié)議

1 引言

IPv4在設(shè)計(jì)之初并沒有考慮到終端設(shè)備的移動(dòng)性，所以連網(wǎng)設(shè)備移動(dòng)時(shí)需要從互聯(lián)網(wǎng)上斷開，而在另外一個(gè)地方重新連接時(shí)，還需要重新配置系統(tǒng)的新的IP地址、正確的子網(wǎng)掩碼和新的默認(rèn)路由器（網(wǎng)關(guān)）才能繼續(xù)通信。

這種新的IP地址就是Mobile IP（移動(dòng)IP）。Mobile IP有兩種：一種是移動(dòng)Mobile IPv4（簡(jiǎn)寫MIPv4），另一種是Mobile IPv6（簡(jiǎn)寫MIPv6）。為了支持互聯(lián)網(wǎng)上的移動(dòng)設(shè)備，IETF（Internet Engineering Task Force：Internet工程任務(wù)組）推出了移動(dòng)IP的新標(biāo)準(zhǔn)（Mobile IPv6）來使用戶保留不變的永久IP地址，而不管他們是否連接在網(wǎng)上。

2 工作原理

2.1 MIPv4工作原理

基于IPv4的移動(dòng)IP定義三種功能實(shí)體：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（Mibile Node）、歸屬代理（Home Agent，也可稱之家鄉(xiāng)代理或本地代理）和外埠代理（Foreign Agent也可稱為外地代理）。歸屬代理和外埠代理又統(tǒng)稱為移動(dòng)代理。MIPv4技術(shù)的基本通信流程如下：

（1）遠(yuǎn)程通信實(shí)體通過標(biāo)準(zhǔn)IP路由機(jī)制，向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)IP數(shù)據(jù)包；

（2）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬代理截獲該數(shù)據(jù)包，將該包的目標(biāo)地址與自己移動(dòng)綁定表中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬地址比較，若與其中任一地址相同，繼續(xù)下一步，否則丟棄；

（3）歸屬代理用封裝機(jī)制將該數(shù)據(jù)包封裝，采用隧道操作發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)地址；

（4）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的拜訪地代理收到該包后，去其包封裝，采用空中信道發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；

（5）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，用標(biāo)準(zhǔn)IP路由機(jī)制與遠(yuǎn)程通信實(shí)體建立連接。

在MIPv4協(xié)議中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在“歸屬鏈路”上都有一個(gè)唯一的“歸屬地址”。與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)稱為“通信節(jié)點(diǎn)” CN（Correspondent Node），通信節(jié)點(diǎn)可以是移動(dòng)的，也可以是靜止的。與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，通信節(jié)點(diǎn)總是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬地址，而不考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置情況。一個(gè)歸屬代理可同時(shí)為多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

在MIPv4網(wǎng)絡(luò)中，MN移動(dòng)到外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)要使用外地代理的IP地址作為MN的轉(zhuǎn)交地址。這樣，當(dāng)通信對(duì)端（CN）向MN發(fā)送分組時(shí)，分組按IPv4 的尋路機(jī)制首先到達(dá)MN的歸屬本地網(wǎng)絡(luò)。本地代理（HA）攔截后用隧道技術(shù)將分組轉(zhuǎn)發(fā)給MN的轉(zhuǎn)交地址，外地代理解隧道封裝后再將分組轉(zhuǎn)發(fā)給MN，而MN發(fā)給CN的分組通過標(biāo)準(zhǔn)的IP尋路機(jī)制直接轉(zhuǎn)發(fā)給CN，形成CN與MN通信中的“三角路由”問題，嚴(yán)重影響了分組轉(zhuǎn)發(fā)的效率。

2.2 MIPv6工作原理

移動(dòng)IPv6（MIPv6）在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址（home address），這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí)，通過一個(gè)轉(zhuǎn)交地址（care-of address）來提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。移動(dòng)設(shè)備每次改變位置，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對(duì)應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。在家鄉(xiāng)以外的地方，移動(dòng)設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，通常在IPv6報(bào)頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。

移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在家鄉(xiāng)以外的地方發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，使用一個(gè)家鄉(xiāng)地址目標(biāo)選項(xiàng)。目的是通過這個(gè)選項(xiàng)把移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址告訴給包的接收者。由于在該數(shù)據(jù)包里包含家鄉(xiāng)地址的選項(xiàng)，接收方通信節(jié)點(diǎn)在處理這個(gè)包時(shí)就可以用這個(gè)家鄉(xiāng)地址替換包內(nèi)的轉(zhuǎn)交地址。因此發(fā)送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的IPv6包就透明地選路到該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址處。對(duì)通信節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)交地址之間的路由進(jìn)行優(yōu)化就使網(wǎng)絡(luò)的利用率更高。

通信過程則如圖2所示。

（1）MN采用IPv6版的路由器搜索確定它的轉(zhuǎn)交地址。

（2）MN將它獲得的轉(zhuǎn)交地址通知給HA。

（3）MN將它的轉(zhuǎn)交地址通知它的CN。

（4）MIPv6采用隧道和源路由技術(shù)向連接在外地鏈路上的MN傳送數(shù)據(jù)包

（5）在相反方向，MN送出的數(shù)據(jù)包采用特殊的機(jī)制被直接路由到它們的目的地。

在轉(zhuǎn)交地址和歸屬代理的幫助下，MN經(jīng)過以上過程，將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的地，從而完成了數(shù)據(jù)發(fā)送的全部過程。

3 兩者比較

3.1概念比較

如表1所示：

3.2 技術(shù)比較

從技術(shù)層面上對(duì)比，主要有以下方面：

（1）地址數(shù)量

IPv4地址空間為32位，地址數(shù)量有限，而IPv6為128位，IPv6有著巨大的地址空間，將為全球用戶提供足夠多的地址，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）將不再使用，這將使MIPv6的部署更加直接簡(jiǎn)單。IPv6網(wǎng)絡(luò)中IP地址將會(huì)實(shí)現(xiàn)實(shí)名制。

（2）安全性更好

IPv4是通過疊加的解決方案來實(shí)現(xiàn)安全。而IPv6是將安全作為標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)組成部分，其中IPv6中的IPsec（IP安全協(xié)議）可以對(duì)IP層上（也就是運(yùn)行在IP層上的所有應(yīng)用）的通信提供加密/授權(quán)。

（3）地址自動(dòng)配置

MIPv6通信節(jié)點(diǎn)采用鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制自動(dòng)獲取獨(dú)一無二的全球可路由地址，這種即插即用的地址配置方式不需要用戶或者運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行人工干預(yù)，非常符合移動(dòng)設(shè)備的上網(wǎng)要求。

（4）服務(wù)質(zhì)量(QoS)

IPv6與IPv4相比，增加的優(yōu)點(diǎn)是能提供差別服務(wù)，前者能夠確定并區(qū)別對(duì)待某個(gè)IP地址的數(shù)據(jù)流，還可以通過提供永遠(yuǎn)連接、防止服務(wù)中斷以及提高網(wǎng)絡(luò)性能，而更好的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)質(zhì)量將改善客戶的滿意度。

（5）移動(dòng)IPv6的移動(dòng)性更好

移動(dòng)IP需要為每個(gè)設(shè)備提供一個(gè)全球唯一的IP地址。IPv4沒有足夠的地址空間可以為在公共互聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行的每個(gè)移動(dòng)終端分配一個(gè)這樣的地址。從另外的角度講，MIPv6能夠通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了完整的IP層的移動(dòng)性，滿足大規(guī)模移動(dòng)用戶的需求，能在全球范圍內(nèi)解決有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和訪問技術(shù)之間的移動(dòng)性問題。

（6）MIPv6的結(jié)構(gòu)部署比MIPv4更加簡(jiǎn)單并且容易

由于每個(gè)IPv6的主機(jī)都必須具備通信節(jié)點(diǎn)（CN）的功能，當(dāng)與運(yùn)行MIPv6的主機(jī)通信時(shí)，每個(gè)MIPv6主機(jī)都可以執(zhí)行路由的優(yōu)化，從而避免“三角路由” 問題。另外，與MIPv4不同的是，MIPv6中不再需要外地代理(FA)。IPv6地址的自動(dòng)配置還簡(jiǎn)化了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)Care-of-Address(CoS)的分配。

4 結(jié)論

伴隨IPv6與移動(dòng)技術(shù)密切結(jié)合，MIPv6技術(shù)必將給我們帶來更加廣闊的應(yīng)用前景，使人們更好地利用移動(dòng)設(shè)備通信辦公娛樂。MIPv6還有很多的關(guān)鍵技術(shù)，如移動(dòng)無縫切換、移動(dòng)安全、移動(dòng)管理和AAA問題等都還需要進(jìn)一步的研究。相信不用多久，IPv6 能與移動(dòng)通信更好的結(jié)合來解決移動(dòng)性應(yīng)用的一些關(guān)鍵問題，使我們盡情地享受移動(dòng)的有效可靠性和便捷性。

參考文獻(xiàn)

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