MIPv6基本原理與仿真

賈方

【摘要】 本文簡述MIPv6（移動IPv6）的原理。在MIPv4基礎上對MIPv6的原理進行了對比分析，并通過NS3仿真平臺對基于RFC6275標準的開源協議UMIPv6進行了仿真，對比分析了其特點。

【關鍵詞】 MIPv6 NS3 RFC6275

The Basic Principle and Simulation of MIPv6 Jia Fang ECAPF

Abstract This paper describes MIPv6 （Mobile IPv6） principle. And comparative analysis the principles ofMIPv6 based on MIPv4， then simulated RFC6275 which is a open source protocol by NS3， and comparative analysis of their characteristics.

Keywords Mobile IPv6（MIPv6） NS3 UMIPv6

一、引言

移動互聯網時代，為更好支持互聯網上的移動設備，IETF倡導開發了MIP（移動IP）技術[1]。MIP支持移動節點用在網絡之間移動時可以進行無縫的網絡切換。在2002年提交的RFC3220中，定義了IPv4對主機移動的支持。但MIPv4存在的一些問題諸如三角路由問題、部署問題、入口過濾問題、認證和授權等，最明顯的一點即是地址空間數量有限，這樣在移動節點數量巨大時，尤其當物聯網廣泛應用時，可能會產生地址難以分配的情況，從而降低了MIPv4的擴展性。鑒于移動IPv4的不足，移動IP工作組重點研究MIPv6技術[2]。

二、基本原理

2.1 MIPv6協議

MIPv6沿用了MIPv4中的一些基本概念，其基本原理是：1.移動節點獲知當前網絡的信息（主要是網絡前綴）；2.如果移動節點判斷自己當前處于家鄉網絡，那么不需要任何移動管理操作，正常通信；3.如果移動節點檢測到已經漫游到外地網絡，則建立L2連接，然后采用IPv6中的地址自動配置方法，或者直接由外地代理分配，得到該網絡的IP地址，即轉交地址；4.MN發送注冊消息給家鄉代理，建立該MN的家鄉地址一轉交地址關聯；5.對于CN來說，MN的移動是透明的，它依舊發送MN家鄉地址的數據包，這些數據包在MN家鄉網絡被隧道封裝，外部目的地址設定為MN的轉交地址，經雙向隧道傳輸；6.獲悉了MN轉交地址的CN，可以直接利用IPv6中定義的第2類路由首部將數據分組發送到MN；7.反過來，MN發送數據包的時候，源地址為當前轉交地址，這些數據包無需繞到家鄉網絡，而是直接發送到CN。

2.2 MIPv4和MIPv6比較

1.優化路由。當CN知道MN的當前轉交地址，那么從CN發送給MN的數據分組就可以直接發送到MN的轉交地址，當目的地址為任意lPv6地址時，CN首先檢查緩存中的家鄉地址一轉交地址信息，如果匹配成功，那么CN將數據分組的首部換成新的IPv6首部，將其發送到相應的轉交地址。通過以上方式，能夠使MN和CN直接通信，免去了在家鄉代理處的中轉，這樣一方面可以減少數據包經歷的路徑從而減少了發送的時間延遲，另一方面減輕了家鄉代理的負擔，較好地解決了MIPv4中出現的“三角路由”問題，這是MIPv6中較大的一處改進。

2.轉交地址。MIPv4中地址空間的不夠用，所以使用外地代理轉交地址；但在MIPv6協議中，巨大的地址空間足夠給每個MN在其接入到的每個外地網絡中都分配到惟一的IP地址，所以可以取消外地代理。同時在MIPv6中，引進了“家鄉地址選項”，這種機制能夠讓MN在發送多播數據包的時候使用家鄉地址，同時也不會為多播路由尋址增加負擔。

3.安全。網絡在給人們帶來巨大便利的同時，也潛藏著各式各樣不可預知的安全隱患，移動IP的安全問題一直是學者們研究的熱點。MIPv6協議吸收了IPv4協議中應用成效顯著的IPSec協議，將其和IPv6協議結合起來，保護移動通信中信息傳輸的安全。

三、仿真分析

3.1仿真環境

這次仿真使用NS-3-DCE 來仿真UMIP6協議。DCE（直接執行代碼）是NS-3的一個框架，它在NS-3下可執行用戶空間和系統內核已存在的網絡協議和實現應用，而無需更改源代碼。UMIP是基于Linux的MIPv6和NEMO的開源實現，在GPLv2許可下發布。它支持以下IETF RFC：RFC6275（移動IPv6），RFC3963（NEMO），RFC3776并RFC4877（IPsec和IKEv2協議）。UMIP是基于最新的MIPv6標準編寫的。網絡情景設定為：MN為移動節點，AR1為接入路由器1，AR2為接入路由器2，HA為家鄉代理，CN為與MN通信的通信對端。MN從AR1到AR2移動，并使用轉交地址。

3.2結果分析

首先通過NS-3的網絡仿真可視化模塊PyViz來檢查網絡結構，觀察各節點的通信情況和移動模型效果。仿真情況如圖2，綠色部分表示通信狀況。通過仿真網絡的拓撲結構和節點的位置及移動都符合情景設置，節點間的通信情況也能夠動態的觀察。除此之外，仿真還產生了pcap文件。我們通過Wireshark軟件對這些數據進行分析。

用Wireshark讀取pcap記錄文件，如圖3所示，可以清楚的看到網絡節點數據的發送時間，協議類型和源地址及目標地址，通過分析可以看出，在MIPv6協議下，進行L2切換時間約為200ms，進行L3切換時間約為3000ms，切換時間延遲減少，通信中的丟包率也會降低。同時解決了存在三角路由的問題，提高了效率。

參 考 文 獻

[1]C. E. Perkins， Mobile networking through mobile IP [J]；IEEE Internet Computing， pp. 58-69， Jan/Feb， 1998.

[2]Rfc3775， C. Perkins， “Mobility Support in IPv6” [S]； June 2004.

[3]Rfc2460 Internet Protocol， Version 6 （IPv6） Specification，[S]； 1998

[4]Rfc4443/2463 Internet Control Message Protocol （ICMPv6），[S]； 1998

[5]Rfc2462/4862 IPv6 Stateless Address Autoconfiguration[S]； 2007

[6]Rfc2461/4861 Neighbor Discovery for IP Version 6[S]； 2007

[7]N. Montavont and T. Noel， “Handover Management for Mobile Nodes in IPv6 Networks，[J]； IEEE Comm.Mag.， Aug. 2002.

[8]蔣亮，郭建；下一代網絡移動IPv6技術[M]；北京：機械工業出版社，2005年

[9]馬嚴，趙曉宇；IPv4向IPv6過渡技術綜述[J]；北京郵電大學學報；2002年04期