移動IP技術(shù)要點課件

移動IP技術(shù)大連理工大學2015.4.1移動IP技術(shù)大連理工大學移動IP技術(shù)移動IP概貌移動IP的工作過程

移動IP的優(yōu)化

IPv6概述及展望移動IP技術(shù)問題提出的背景隨著IP網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，人們不再滿足于單一的、固定的因特網(wǎng)接入方式，而是希望能夠提供靈活的上網(wǎng)方式。無線互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，要求IP網(wǎng)絡(luò)能夠提供對移動性的良好支持。個人通信時代的到來，要求用戶在任何地方都可以利用自己的一個專有地址上網(wǎng)。在未來的IPv6網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的概念不只局限在傳統(tǒng)的主機，還包括各種智能設(shè)備，如汽車等，加上IPv6對移動IP的良好支持，移動IP將大有用武之地。問題提出的背景隨著IP網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，人們不再滿足于單一的、當一個節(jié)點的位置發(fā)生改變后，有哪些解決方案呢？改變節(jié)點的IP地址如果節(jié)點移動到另一個網(wǎng)絡(luò)的過程中通信正在進行，改變節(jié)點地址會造成通信的中斷；采用特定主機路由路由表高度膨脹，給路由表的更新造成很大的負擔，對路由查詢極為不利。

當一個節(jié)點的位置發(fā)生改變后，有哪些解決方案呢？移動IP的優(yōu)勢不必改變地址就可以實現(xiàn)不間斷的通信；不必采用主機路由，不會造成路由表的膨脹等問題；可以在多種媒介之間提供移動功能；可以實現(xiàn)任意大范圍內(nèi)對移動性的支持。移動IP的優(yōu)勢不必改變地址就可以實現(xiàn)不間斷的通信；移動IP概述移動IP是為了滿足移動節(jié)點在移動中保持其連接性而設(shè)計的。最簡單的說，移動IP技術(shù)就是讓計算機在互聯(lián)網(wǎng)及局域網(wǎng)中不受任何限制的即時漫游，也稱移動計算機技術(shù)如何解決移動計算機能夠方便的介入網(wǎng)絡(luò)的問題，IETF（internet工程任務(wù)組）為此設(shè)計了一個解決方案，克服了原來IP尋址模式的一些限制。這就是移動IP技術(shù)移動IP概述移動IP是為了滿足移動節(jié)點在移動中保持其連接性而移動IP的歷史移動IP由IETF的移動IP小組mobileip(IPRoutingforWireless/mobileHosts)制定，于1996年11月公布為建議標準(建議標準是一個協(xié)議從因特網(wǎng)草案發(fā)展成因特網(wǎng)標準的第一個重要步驟)主要內(nèi)容RFC2002：定義了移動IP協(xié)議RFC2003、2004:定義的移動IP使用的隧道技術(shù)RFC2005：敘述了移動IP的應用RFC2006：定義了移動IP的管理信息庫MIB關(guān)于優(yōu)化、對IPv6的支持等問題的草案(draft)詳見：/html.charters/mobileip-charter.html移動IP的歷史移動IP由IETF的移動IP小組mobile移動IP的本質(zhì)移動IP是一個支持主機移動的網(wǎng)絡(luò)層解決方案同IP一樣，移動IP對下層傳輸媒體不做任何要求，可以在不同媒介的網(wǎng)絡(luò)間提供主機移動功能移動IP向上層屏蔽了主機移動的細節(jié)現(xiàn)有因特網(wǎng)的上層協(xié)議和應用都無須改動解決通信對端和移動主機間IP報文的發(fā)送問題通信對端如何將IP報文發(fā)送給移動主機移動主機如何將IP報文發(fā)送給通信對端移動IP通過隧道技術(shù)來實現(xiàn)移動IP的本質(zhì)移動IP是一個支持主機移動的網(wǎng)絡(luò)層解決方案移動IP的設(shè)計要求可以在全球因特網(wǎng)上提供主機移動功能具有可擴展性和安全性移動主機切換鏈路時，應能保持正在進行的通信移動主機可以用一個永久IP地址連接到任何鏈路上移動主機應能與不具備移動IP功能的計算機通信移動IP應該提供安全保證，移動主機不應該比因特網(wǎng)上的其它主機面臨更多的安全威脅支持子網(wǎng)的整體移動移動IP的設(shè)計要求可以在全球因特網(wǎng)上提供主機移動功能相關(guān)術(shù)語(1)移動節(jié)點(MobileNode)指一個移動的計算機或路由器，移動后仍能用原來的IP地址進行通信通信對端(CorrespondentNode)與移動節(jié)點通信的計算機家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)(HomeNetwork)移動節(jié)點的歸屬網(wǎng)絡(luò)家鄉(xiāng)地址(HomeAddress)分配給移動節(jié)點的永久IP地址，不隨節(jié)點位置的變化而改變相關(guān)術(shù)語(1)移動節(jié)點(MobileNode)相關(guān)術(shù)語(2)家鄉(xiāng)鏈路(HomeLink)移動節(jié)點家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的鏈路家鄉(xiāng)代理(HomeAgent)運行在移動節(jié)點家鄉(xiāng)鏈路上的路由器，它截獲發(fā)送給移動節(jié)點的報文，將報文轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點外地鏈路(ForeignLink)移動節(jié)點所在的外地網(wǎng)絡(luò)的鏈路外地代理(ForeignAgent)運行在外地網(wǎng)絡(luò)上的路由器，是移動節(jié)點發(fā)送報文的缺省路由器相關(guān)術(shù)語(2)家鄉(xiāng)鏈路(HomeLink)移動IP的實體因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)鏈路外地代理外地代理外地鏈路外地鏈路移動節(jié)點通信對端移動IP的實體因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)鏈路外地代理外地代理外地鏈路兩個重要概念隧道(Tunnel)一個數(shù)據(jù)包被封裝在另一個數(shù)據(jù)報文的凈荷中進行傳送所經(jīng)過的路徑轉(zhuǎn)交地址(Care-of-Address)移動節(jié)點在外地鏈路上時為標識自己位置而使用的臨時IP地址兩個重要概念隧道(Tunnel)隧道技術(shù)原始IP報文凈荷源IP目的IP被封裝的IP報文源IP目的IP凈荷源IP目的IP通信對端隧道入口隧道出口移動節(jié)點隧道隧道技術(shù)原始IP報文凈荷源IP目的IP被封裝的IP報文源IP移動IP的主要思想移動節(jié)點移動到外地鏈路上，得到一個轉(zhuǎn)交地址移動節(jié)點將轉(zhuǎn)交地址報告給家鄉(xiāng)代理通信對端將報文發(fā)送到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)鏈路家鄉(xiāng)代理截獲報文，通過隧道將報文轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點移動節(jié)點要發(fā)送報文時，將外地鏈路上的路由器作為缺省網(wǎng)關(guān)移動IP的主要思想移動節(jié)點移動到外地鏈路上，得到一個轉(zhuǎn)交地址移動IP的主要思想因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)通信對端外地代理外地鏈路移動節(jié)點報告位置發(fā)送數(shù)據(jù)移動IP的主要思想因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)通信對端外地代理外地轉(zhuǎn)交地址的特點轉(zhuǎn)交地址用于標識移動節(jié)點的當前位置轉(zhuǎn)交地址與移動節(jié)點所在的外地鏈路相關(guān)每次移動節(jié)點改變外地鏈路，轉(zhuǎn)交地址也將隨之改變送往轉(zhuǎn)交地址的IP報文可以通過現(xiàn)有的路由機制傳送轉(zhuǎn)交地址是連接家鄉(xiāng)代理和移動節(jié)點的隧道的出口轉(zhuǎn)交地址的特點轉(zhuǎn)交地址用于標識移動節(jié)點的當前位置轉(zhuǎn)交地址的分類外地代理轉(zhuǎn)交地址(ForeignAgentCare-of-Address)是外地代理的某個IP地址由外地代理分配多個移動節(jié)點可以使用同一個外地代理轉(zhuǎn)交地址節(jié)省地址空間(推薦使用)配置轉(zhuǎn)交地址(CollocatedCare-of-Address)是所在外地網(wǎng)絡(luò)的某個IP地址一個配置轉(zhuǎn)交地址只能同時被一個移動節(jié)點使用當外地鏈路上沒有外地代理時，移動節(jié)點可以使用這種轉(zhuǎn)交地址轉(zhuǎn)交地址的分類外地代理轉(zhuǎn)交地址(ForeignAgent移動IP概貌總結(jié)移動節(jié)點通過家鄉(xiāng)地址標識，家鄉(xiāng)地址不隨物理位置的變化而改變當移動節(jié)點移動到外地網(wǎng)絡(luò)時，轉(zhuǎn)交地址提供它現(xiàn)在的位置信息轉(zhuǎn)交地址隨移動節(jié)點物理位置的不同而變化家鄉(xiāng)代理記錄移動節(jié)點的當前轉(zhuǎn)交地址，每次轉(zhuǎn)交地址的變化都要向家鄉(xiāng)代理匯報外地代理轉(zhuǎn)交地址是由外地代理分配的，而配置轉(zhuǎn)交地址是通過某種配置規(guī)程得到的（比如：DHCP或手工配置）移動IP概貌總結(jié)移動節(jié)點通過家鄉(xiāng)地址標識，家鄉(xiāng)地址不隨物理位移動IP概貌總結(jié)(續(xù))通信對端發(fā)給移動節(jié)點的報文由家鄉(xiāng)代理截取，通過隧道方式轉(zhuǎn)發(fā)。移動節(jié)點在家鄉(xiāng)鏈路上時，與普通固定節(jié)點完全相同移動節(jié)點在外地網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送報文時，將外地鏈路上的路由器當作缺省網(wǎng)關(guān)移動IP概貌總結(jié)(續(xù))通信對端發(fā)給移動節(jié)點的報文由家鄉(xiāng)代理截移動IP的工作過程第一階段：代理搜索移動節(jié)點主動發(fā)起移動節(jié)點被動接收第二階段：注冊注冊請求注冊應答第三階段：報文發(fā)送和接收移動IP的工作過程第一階段：代理搜索代理搜索家鄉(xiāng)代理和外地代理周期性地廣播代理廣播(AgentAdvertisement)消息移動節(jié)點收到代理廣播消息后，檢測自己是處于外地網(wǎng)絡(luò)還是家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)。如果是外地網(wǎng)絡(luò)，檢查是否移動到了新的外地網(wǎng)絡(luò)如果移動節(jié)點沒有收到代理廣播消息時，它主動發(fā)送代理請求(AgentSolicitation)消息。代理收到此消息后立即響應代理廣播消息代理搜索家鄉(xiāng)代理和外地代理周期性地廣播代理廣播(Agent注冊請求移動節(jié)點從外地代理的代理廣播消息中得到一個外地代理轉(zhuǎn)交地址移動節(jié)點向外地代理發(fā)送注冊請求（RegistrationRequest）消息外地代理對注冊請求消息做有效性檢查。如果沒有問題，將該消息轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理。如果有問題，外地代理向移動節(jié)點回送注冊應答（RegistrationReply）消息指示注冊失敗如果使用外地代理轉(zhuǎn)交地址注冊請求移動節(jié)點從外地代理的代理廣播消息中得到一個外地代理轉(zhuǎn)注冊請求移動節(jié)點根據(jù)某種配置規(guī)程獲得一個配置轉(zhuǎn)交地址移動節(jié)點將外地鏈路上的路由器作為缺省網(wǎng)關(guān)，直接向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求消息。如果使用配置轉(zhuǎn)交地址注冊請求移動節(jié)點根據(jù)某種配置規(guī)程獲得一個配置轉(zhuǎn)交地址如果使用注冊---家鄉(xiāng)代理的處理收到注冊請求消息后，做有效性檢查。如果消息有效。家鄉(xiāng)代理綁定移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址，并回送注冊應答消息指示注冊成功。開始準備作為隧道入口封裝發(fā)送給移動節(jié)點的報文。如果消息無效，向轉(zhuǎn)交地址回送注冊應答消息指示注冊失敗。注冊---家鄉(xiāng)代理的處理收到注冊請求消息后，做有效性檢查。注冊應答外地代理收到注冊應答消息后做有效性檢查如果檢查通過，外地代理更新來訪移動節(jié)點列表，將應答消息轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點，并準備作為隧道出口拆封數(shù)據(jù)報文如果檢查沒有通過，外地代理發(fā)送注冊應答消息給移動節(jié)點，指示注冊失敗移動節(jié)點收到注冊應答消息如果注冊成功，就可以開始正常工作如果注冊失敗，可以根據(jù)錯誤信息調(diào)整后重新注冊如果使用外地代理轉(zhuǎn)交地址注冊應答外地代理收到注冊應答消息后做有效性檢查如果使用外地代注冊應答移動節(jié)點收到注冊應答消息如果注冊成功，正常工作如果注冊失敗，可以根據(jù)錯誤信息做相應的調(diào)整后重新發(fā)起注冊請求如果使用配置轉(zhuǎn)交地址注冊應答移動節(jié)點收到注冊應答消息如果使用配置轉(zhuǎn)交地址報文發(fā)送和接收家鄉(xiāng)代理對移動節(jié)點進行注冊后，開始在本地鏈路上發(fā)送代理ARP消息通信對端按照正常的路由策略向移動節(jié)點發(fā)送報文報文被路由到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)家鄉(xiāng)代理截獲該報文，將注冊的轉(zhuǎn)交地址作為隧道出口，將自己的IP地址作為隧道入口，對報文進行封裝后發(fā)送。報文發(fā)送和接收家鄉(xiāng)代理對移動節(jié)點進行注冊后，開始在本地鏈路上報文發(fā)送和接收(續(xù))如果使用外地代理轉(zhuǎn)交地址，作為隧道的出口的外地代理對數(shù)據(jù)進行拆封，檢查訪問者列表，將報文轉(zhuǎn)交給移動節(jié)點如果使用配置轉(zhuǎn)交地址，移動節(jié)點本身是隧道的出口，直接對數(shù)據(jù)進行拆封移動節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)報文時如果有外地代理，將外地代理作為缺省網(wǎng)關(guān)如果沒有外地代理，選擇外地鏈路上的某個路由器作為缺省網(wǎng)關(guān)報文發(fā)送和接收(續(xù))如果使用外地代理轉(zhuǎn)交地址，作為隧道的出口使用外地代理轉(zhuǎn)交地址因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)通信對端外地代理外地鏈路移動節(jié)點注冊消息發(fā)送數(shù)據(jù)隧道使用外地代理轉(zhuǎn)交地址因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)通信對端外地代理外使用配置轉(zhuǎn)交地址因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)通信對端路由器外地鏈路移動節(jié)點注冊消息發(fā)送數(shù)據(jù)隧道使用配置轉(zhuǎn)交地址因特網(wǎng)家鄉(xiāng)代理家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)通信對端路由器外地鏈路實體的功能--通信對端移動節(jié)點的位置對于通信對端來說是透明的。不管移動節(jié)點移動到何處，通信對端都按照正常的路由策略發(fā)送報文，這些報文被路由到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)鏈路實體的功能--通信對端移動節(jié)點的位置對于通信對端來說是透明的實體的功能--家鄉(xiāng)代理定期廣播自己的存在，使移動節(jié)點知道自己是處在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)接受來自移動節(jié)點的注冊消息，對移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址進行注冊使用代理ARP廣播對移動節(jié)點家鄉(xiāng)地址的可達性，吸引發(fā)給移動節(jié)點的報文截獲所有發(fā)往移動節(jié)點的數(shù)據(jù)包，使用自己的IP地址和移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址作為隧道的入口和出口，對原始數(shù)據(jù)報文進行封裝和轉(zhuǎn)發(fā)實體的功能--家鄉(xiāng)代理定期廣播自己的存在，使移動節(jié)點知道自己實體的功能--外地代理定期廣播自己的存在，使移動節(jié)點知道自己是處于外地網(wǎng)絡(luò)為移動節(jié)點分配外地代理轉(zhuǎn)交地址使用外地代理轉(zhuǎn)交地址時幫助移動節(jié)點向它的家鄉(xiāng)代理匯報自己的轉(zhuǎn)交地址處理來自家鄉(xiāng)代理的注冊應答消息，記錄注冊成功的移動節(jié)點作為隧道的出口，對封裝的數(shù)據(jù)報文拆封，并把拆封后的報文轉(zhuǎn)交給移動節(jié)點作為移動節(jié)點在外地鏈路上的缺省網(wǎng)關(guān)，為移動節(jié)點發(fā)送的報文尋路實體的功能--外地代理定期廣播自己的存在，使移動節(jié)點知道自己實體的功能--移動節(jié)點監(jiān)聽代理的廣播消息，確定自己處在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)還是外地網(wǎng)絡(luò)如果是在外地鏈路上，移動節(jié)點將它的轉(zhuǎn)交地址向自己的家鄉(xiāng)代理匯報使用代理轉(zhuǎn)交地址：通過外地代理匯報使用配置轉(zhuǎn)交地址：直接向家鄉(xiāng)代理匯報如果使用配置轉(zhuǎn)交地址，移動節(jié)點本身成為了隧道的出口，需對報文進行拆封使用缺省網(wǎng)關(guān)(外地代理或路由器)發(fā)送數(shù)據(jù)報文移動節(jié)點回到家鄉(xiāng)鏈路后，要向家鄉(xiāng)代理請求注銷注冊的轉(zhuǎn)交地址（通過注冊請求消息）實體的功能--移動節(jié)點監(jiān)聽代理的廣播消息，確定自己處在家鄉(xiāng)網(wǎng)移動IP的優(yōu)化路由優(yōu)化切換優(yōu)化移動IP的優(yōu)化路由優(yōu)化三角路由問題外地代理家鄉(xiāng)代理通信對端移動節(jié)點因特網(wǎng)通信對端能否直接將報文發(fā)給移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址？三角路由問題外地代理家鄉(xiāng)代理通信對端移動節(jié)點因特網(wǎng)通信對端能綁定緩存策略通信對端維護一個綁定緩存，存儲它要訪問的移動節(jié)點的<家鄉(xiāng)IP地址，轉(zhuǎn)交地址>對當通信對端要向移動節(jié)點發(fā)送報文時，它檢查自己的緩存，找到移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址，直接將報文通過隧道發(fā)給移動節(jié)點由于移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址是隨著節(jié)點位置的變化而變化的，所以通信對端要對綁定緩存進行維護綁定緩存策略通信對端維護一個綁定緩存，存儲它要訪問的移動節(jié)點綁定緩存的建立家鄉(xiāng)代理截獲一個目的地址為移動節(jié)點的報文時，它知道通信對端沒有關(guān)于移動節(jié)點的綁定信息，就向通信對端發(fā)送綁定更新消息，通知它移動節(jié)點的家鄉(xiāng)IP地址和轉(zhuǎn)交地址通信對端可以主動向移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理發(fā)送綁定請求消息，家鄉(xiāng)代理使用綁定更新消息將移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址送給通信對端綁定緩存的建立家鄉(xiāng)代理截獲一個目的地址為移動節(jié)點的報文時，它綁定緩存的維護采用定時更新機制，刪除過老的綁定信息如果外地代理通過隧道收到一個消息，但對應的移動節(jié)點已不在自己的訪問列表中。這表明通信對端的綁定信息已經(jīng)不正確外地代理向移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理發(fā)送綁定警告消息（包含通信對端的地址）收到綁定警告消息后，家鄉(xiāng)代理使用綁定更新消息通知通信對端移動節(jié)點的新轉(zhuǎn)交地址綁定緩存的維護采用定時更新機制，刪除過老的綁定信息切換帶來的問題在新的轉(zhuǎn)交地址注冊成功之前，已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)腎P報文將被發(fā)送到原外地鏈路。如果不采取措施，這些報文將被丟棄，造成報文丟失如果移動節(jié)點在兩個外地代理之間頻繁切換，比如在分屬兩個外地代理的相鄰小區(qū)之間來回移動。當切換的頻繁程度與注冊所需時間可比時，報文的丟失現(xiàn)象將更加嚴重切換帶來的問題在新的轉(zhuǎn)交地址注冊成功之前，已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)念l繁切換問題的解決不同外地代理間相鄰小區(qū)的頻繁切換可以用使用多重綁定技術(shù)來解決家鄉(xiāng)代理為移動節(jié)點存儲多個轉(zhuǎn)交地址要轉(zhuǎn)交報文時，家鄉(xiāng)代理同時向這些轉(zhuǎn)交地址發(fā)送報文頻繁切換問題的解決報文丟失問題的解決--平滑切換如果使用外地代理轉(zhuǎn)交地址移動節(jié)點到達新的外地代理后，它請求新外地代理將自己的新轉(zhuǎn)交地址告訴給自己的前外地代理原外地代理在移動節(jié)點移走后，負責將發(fā)送給移動節(jié)點的報文轉(zhuǎn)交給新的外地代理如果使用配置轉(zhuǎn)交地址將無法實現(xiàn)平滑切換舊外地鏈路沒有實體可以接收并轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送給原配置轉(zhuǎn)交地址的報文報文丟失問題的解決--平滑切換如果使用外地代理轉(zhuǎn)交地址平滑切換的詳細步驟移動節(jié)點到達新外地代理后，在注冊消息中包含“前外