移動ＩＰｖ６路由技術研究

[摘要]詳細介紹IPv6的基本工作機制以及關鍵的路由技術，并提出在支持IPv6的路由器中引入快表機制，保存漫游到該路由器所在子網(wǎng)中的移動節(jié)點的相關信息。針對當前移動IPv6技術的的不足提出改進方案。

[關鍵詞]家鄉(xiāng)地址 家鄉(xiāng)代理 三角路由 移動節(jié)點

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310054－01

由于現(xiàn)行的IPv4協(xié)議存在的問題越來越顯著，嚴重影響和制約了互聯(lián)網(wǎng)絡的高速發(fā)展，因此只有通過下一代網(wǎng)絡協(xié)議的替代才能有效和快速解決問題。于是IPv6協(xié)議應運而生了。1999年，IPv6協(xié)議基本確定；2000年5月，3G標準化組織3GPP采納IPv6為多媒體服務的必選協(xié)議。

一、IPv6協(xié)議

IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和不足而提出的，同時它還在許多方面提出了改進，例如路由方面、自動配置方面。

（一）IPv6路由協(xié)議

IPv6協(xié)議是在IPv4協(xié)議的基礎上實現(xiàn)的，因此，采用IPv6協(xié)議構成的網(wǎng)絡與采用IPv4協(xié)議構成的網(wǎng)絡大致類似。但IPv6網(wǎng)絡的地址與IPv4網(wǎng)絡的地址稍有不同，即IPv6網(wǎng)絡的地址實用子網(wǎng)前綴的概念來取代IPv4網(wǎng)絡中網(wǎng)絡掩碼的概念。此處的子網(wǎng)前綴用于表明用多少位來標識一個子網(wǎng)。當帶有IPv6地址的數(shù)據(jù)包到達IPv6路由器時，路由器會根據(jù)它所存儲的路由選擇信息表來轉(zhuǎn)發(fā)相應的數(shù)據(jù)包，這一點和IPV4網(wǎng)絡中的路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包一樣。

（二）IPv6路由算法

無論是內(nèi)部路由器還是外部路由器，它們的所有操作都是基于路由表，通過在兩個路由器之間交換路由信息來實現(xiàn)的，而該路由信息與網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構和網(wǎng)絡的狀態(tài)有關.通常情況下，路由表的獲得即路由的算法有兩種：靜態(tài)路由算法和動態(tài)路由算法。靜態(tài)路由要求網(wǎng)絡管理員手工填寫路由表。動態(tài)路由算法是在網(wǎng)絡中通過一個適當?shù)乃惴ㄗ詣佑嬎愠鼍W(wǎng)絡的最優(yōu)路由。目前最常用的有如下幾種動態(tài)路由算法：距離矢量路由算法、鏈路狀態(tài)路由算法、路徑矢量路由算法、多協(xié)議路由算法。

二、移動IP路由機制

（一）原始IP技術

在原始IP技術中，每個移動節(jié)點(Mobile Node，MN)被分配了兩個IP地址：一個靜態(tài)的家鄉(xiāng)地址(Home Address，HA)用來永久標識移動節(jié)點；一個動態(tài)的轉(zhuǎn)交地址(Care-of Address，CoA)用來代表移動節(jié)點的當前所在位置。在原始移動IP技術中還定義了一個新的網(wǎng)絡實體：家鄉(xiāng)代理(Home Agent，HA)。家鄉(xiāng)代理確認后，將家鄉(xiāng)地址和相應的轉(zhuǎn)交地址存放在綁定緩存中，完成家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的綁定。在移動IPv6中，這一過程被稱為綁定更新。當一個通信對端節(jié)點(Correspondent Node，CN)向移動節(jié)點發(fā)送分組時，這些分組首先被家鄉(xiāng)代理截獲，然后根據(jù)緩存在家鄉(xiāng)代理中的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的映射，家鄉(xiāng)代理將分組通過隧道機制轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點。通信對端發(fā)送的分組通過移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點，移動節(jié)點的分組直接發(fā)送通信對端，形成移動IP的三角路由現(xiàn)象。

（二）移動IPv6 的工作流程

當移動節(jié)點在家鄉(xiāng)網(wǎng)段中時，它與通信節(jié)點之間按照傳統(tǒng)的路由技術進行通信，不需要移動IPv6的介入。當移動節(jié)點移動到外地鏈路時，移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址保持不變，同時獲得一個臨時的IP地址（即轉(zhuǎn)交地址）。移動節(jié)點把家鄉(xiāng)地址與轉(zhuǎn)交地址的映射告知家鄉(xiāng)代理。通信節(jié)點與移動節(jié)點通信仍然使用移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址，數(shù)據(jù)包仍然發(fā)往移動節(jié)點的家鄉(xiāng)網(wǎng)段；家鄉(xiāng)代理截獲這些數(shù)據(jù)包，并根據(jù)已獲得的映射關系通過隧道方式將其轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址。移動節(jié)點則可以直接和通信節(jié)點進行通信。這個過程也叫做三角路由過程。

三、移動IPv6路由技術的改進

（一）三角路由優(yōu)化

三角路由不是優(yōu)化的路由。在三角路由情況下，通信對端每次向移動節(jié)點發(fā)送分組時，都必須先把分組發(fā)送到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理再進行轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)三角形兩邊之和大于第三邊可知，在通信對端和移動節(jié)點之間經(jīng)由家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)分組通常會加大分組的傳輸時延，特別是當通信對端與移動節(jié)點相距較近而與移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理相距較遠時，分組時延就會變得很大，且時延的大部分是無謂的。因此，有必要對移動IP進行路由優(yōu)化。優(yōu)化路由允許通信對端發(fā)出的分組直接路由到移動節(jié)點，不必通過家鄉(xiāng)代理進行轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)化路由是移動IPv6協(xié)議的基本功能部分，而移動IPv4則需要額外的協(xié)議來支持這種功能。移動IPv6的路由優(yōu)化機制是安全的，能夠?qū)θ蚍秶鷥?nèi)任何移動節(jié)點和通信對端之間的通信進行路由的優(yōu)化。

移動IPv6基本上解決了移動IPv4中的“三角路由”問題，實現(xiàn)了從通信節(jié)點到移動節(jié)點的路由優(yōu)化。但是每個通信節(jié)點發(fā)往移動節(jié)點的第一個數(shù)據(jù)包仍然要先發(fā)送到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡，然后被家鄉(xiāng)代理截獲，以移動節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)地址作為封裝IP數(shù)據(jù)包報頭的目的地址，通過隧道傳到移動節(jié)點，這是一條非優(yōu)化路由。通過在支持移動IPv6的路由器中引入快表機制，來保存漫游到路由器所在網(wǎng)絡的移動節(jié)點的綁定信息，對于通信節(jié)點正好是移動節(jié)點所在的異地網(wǎng)絡的通信節(jié)點時，可以一次都不經(jīng)過家鄉(xiāng)代理就能實現(xiàn)兩臺節(jié)點的網(wǎng)內(nèi)通信，提高了移動節(jié)點的切換速度。對于通信節(jié)點和移動節(jié)點不在同一個網(wǎng)絡的情況，完全繼承移動IPv6的路由技術。

（二）三角路由改進方案

當移動節(jié)點漫游到一個異地網(wǎng)絡的時候，通過有狀態(tài)的或無狀態(tài)的“地址自動配置”機制來獲得一個外地鏈路的轉(zhuǎn)交地址，把家鄉(xiāng)地址與之關聯(lián)得到一個移動節(jié)點的綁定。然后通過發(fā)送“綁定更新”消息向家鄉(xiāng)代理注冊，同時利用接收到的路由器通告消息，找到與當前網(wǎng)絡相連的路由器，把移動節(jié)點的綁定傳給它們。在這些路由器的高速緩存寄存器中緩存綁定，把保存了移動節(jié)點家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的高速緩存稱為“快表”?？毂韯討B(tài)維護，當移動節(jié)點從這個網(wǎng)絡漫游到別的網(wǎng)絡的時候，要通知相關路由器刪除相應表項。

當引入快表的路由器接收到一個發(fā)往外網(wǎng)的數(shù)據(jù)包時，取出目的節(jié)點地址，然后采用“雙管齊下”的方法，同時查找路由表和快表。如果目的節(jié)點地址與快表中的某個移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址匹配，路由器就知道該目的節(jié)點已經(jīng)漫游到了當前網(wǎng)絡，就停止路由表的查找，不在向外路由轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，取出快表中移動節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)地址，利用鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議，找到移動節(jié)點的鏈路層地址，把數(shù)據(jù)包封裝成幀傳到移動節(jié)點。然后把移動節(jié)點的綁定傳給通信節(jié)點，通信節(jié)點緩存綁定，后面的數(shù)據(jù)包就利用移動節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)地址與移動節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)高速交換。如果在快表中沒有與目的地址匹配的表項，則繼承移動IPv6的路由機制，通過路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，傳到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡，通過家鄉(xiāng)代理有隧道把數(shù)據(jù)包傳到移動節(jié)點，然后由移動節(jié)點向通信節(jié)點發(fā)送“綁定更新”消息，通信節(jié)點緩存綁定，使用轉(zhuǎn)發(fā)地址實現(xiàn)與移動節(jié)點的直接通信。當移動節(jié)點所在的異地網(wǎng)絡中有多個通信節(jié)點都要與移動節(jié)點通信時，采用該移動IPv6的改進路由方案，可減少通過因特網(wǎng)主干傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，節(jié)省了主干網(wǎng)的網(wǎng)絡資源，減輕了移動節(jié)點家鄉(xiāng)代理的負擔，由于兩者發(fā)送結(jié)點和移動節(jié)點通信可以完全不經(jīng)過家鄉(xiāng)代理和家鄉(xiāng)鏈路，所以家鄉(xiāng)鏈路上的節(jié)點和家鄉(xiāng)鏈路的失敗很少影響移動節(jié)點的通信。同時也加速了移動節(jié)點的切換速度，減少了節(jié)點通信的延遲時間，提高了兩節(jié)點的通信效率。

四、結(jié)束語

通過路由優(yōu)化移動IPv6有效地減小了從通信對端到移動節(jié)點的分組時延。但是這項性能的改進，卻帶來了綁定更新消息數(shù)量的增加。這是因為在路由優(yōu)化機制中，移動節(jié)點每次獲得新的轉(zhuǎn)交地址時，不僅要向它的家鄉(xiāng)代理發(fā)送綁定更新消息進行注冊，還要向它的通信對端發(fā)送綁定更新消息告訴其當前位置。隨著移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和因特網(wǎng)的發(fā)展，IPv6在3G網(wǎng)絡中作為主要協(xié)議必然發(fā)揮重要作用。

參考文獻：

[1]Tan P.Recommendations for achieving seamless IPv6 handover in IEEE802.11networks[EB/OL].http://www.IETF.org.draft-paultan-seamless-ipv6-handoff-802-00.txt，2003-08/2005-03.

[2]劉金生、劉秋菊、劉景匯，移動IPv6路由技術的分析與改進[J].計算機工程與設計，2007.28(10):2355-2357.

[3]周樹清、宋偉，IPv6在移動通信中的應用[J].山東通信技術，2005.25(1):5-8.

[4]蔣亮、郭健，下一代網(wǎng)絡移動IP技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.23-27.

[5]劉耀東、戴冠中，移動IPv6協(xié)議及其安全機制分析[J].計算機應用研究，2005,(5):149-150.

[6]趙厚麟，在中國IPv6峰會上的致辭，In：天地互聯(lián)，eds，第四界全球IPv6高峰論壇會刊，北京：天地互聯(lián)，2005.

作者簡介：

沈根海，男，漢族，浙江桐鄉(xiāng)人，浙江工業(yè)大學在職碩士，主要研究方向：算法，計算機網(wǎng)絡。