面向固定終端移動IPv6 協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

潘 艷,陳 姝

（1.渤海大學(xué)，遼寧錦州,121000；2.遼寧省基礎(chǔ)測繪院,遼寧錦州,121000）

0 引言

隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6 以及嵌入式技術(shù)的成熟，對功能、成本及執(zhí)行速度等都有嚴(yán)格要求的小型固定終端嵌入式設(shè)備也得到了廣泛應(yīng)用，它們對網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的需求日益增長，如智能家電，醫(yī)療儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控等，人們可以利用智能手機(jī)等移動終端設(shè)備對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而它們不需要支持移動節(jié)點和家鄉(xiāng)代理的功能，只是需要與移動終端進(jìn)行通信，因此在這種設(shè)備上運行目前已經(jīng)實現(xiàn)了支持包括移動節(jié)點和家鄉(xiāng)代理所有實體功能的移動IPv6 協(xié)議，顯然是對資源的一種浪費。

1 固定終端移動IPv6 協(xié)議的分析

固定終端節(jié)點與移動終端節(jié)點的通信過程主要有以下五個過程：第一，從移動節(jié)點接收數(shù)據(jù)包，主要包括接收帶有家鄉(xiāng)地址選項的數(shù)據(jù)包的操作和對移動頭消息的處理操作；第二，返回路徑可達(dá)過程，包括家鄉(xiāng)和轉(zhuǎn)交地址測試初始消息的接收和家鄉(xiāng)和轉(zhuǎn)交地址測試消息發(fā)送；第三，綁定的處理過程，主要包括接收處理綁定更新、請求注冊一個綁定、請求刪除一個綁定、發(fā)送綁定確認(rèn)、發(fā)送綁定刷新請求和發(fā)送綁定錯誤消息操作；第四，向移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，主要檢驗綁定緩存中是否包含此目的地址的綁定條目以及使用第2 類路由頭將數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動節(jié)點的操作；第五，接收ICMPv6（第六版網(wǎng)絡(luò)控制報文協(xié)議）錯誤消息。

2 固定終端移動IPv6 模塊的設(shè)計

針對固定終端與移動節(jié)點相互通信的操作過程，固定終端節(jié)點除了要提供對擴(kuò)展頭處理模塊和ICMPv6 處理模塊的修改支持外，還要提供全新的移動頭處理模塊和綁定處理模塊的支持?？傮w模塊圖如圖1 所示。

圖1 固定終端移動IPv6 總體模塊圖

3 固定終端移動IPv6 模塊的實現(xiàn)

3.1 擴(kuò)展頭處理模塊的實現(xiàn)

擴(kuò)展頭處理模塊的實現(xiàn)主要包括以下幾個內(nèi)容：

（1）家鄉(xiāng)地址選項（HAO）和第2 類路由頭選項（RT2）的定義。

（2）接收處理家鄉(xiāng)地址選項（HAO）。

（3）第2 類路由頭選項（RT2）的添加。

（4）對要發(fā)出去的數(shù)據(jù)包選項進(jìn)行修改。

3.2 移動頭處理模塊的實現(xiàn)

3.2.1 移動頭消息及選項的定義

在移動IPv6 中新定義了移動頭消息及選項，主要包括移動頭、綁定刷新請求信息、家鄉(xiāng)和轉(zhuǎn)交地址測試初始、家鄉(xiāng)和轉(zhuǎn)交地址測試、綁定更新、綁定確認(rèn)、綁定錯誤和各個移動選項的定義。

3.2.2 接收移動頭消息

當(dāng)接收到移動節(jié)點發(fā)來的帶有移動頭的消息時，由mh_rcv()處理函數(shù)進(jìn)行處理，首先會對檢驗和和移動頭長度進(jìn)行檢驗，通過檢驗后再判斷下一個報頭字段是否為59，若不是59 則發(fā)送代碼為0 的頭部錯誤的ICMPv6 參數(shù)錯誤報文。否則，判斷消息類型的有效性，若不合法則發(fā)送status 為2 的未知移動頭消息類型的BE 報文。否則，若類型不空則轉(zhuǎn)向相應(yīng)的綁定更新處理或者地址測試初始處理程序。

3.2.3 返回路徑可達(dá)過程的處理

當(dāng)移動節(jié)點MN 接收到通過家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)來的固定終端通信節(jié)點發(fā)來的信息后，就會發(fā)送家鄉(xiāng)和轉(zhuǎn)交地址測試初始，而相應(yīng)的固定終端通信節(jié)點會立即發(fā)送家鄉(xiāng)和轉(zhuǎn)交地址測試來進(jìn)行回應(yīng)，從而開始綁定過程之前的返回路徑可達(dá)過程。

3.2.4 綁定更新消息的處理

當(dāng)進(jìn)行完返回路徑可達(dá)過程之后，移動節(jié)點就會發(fā)送綁定更新消息給固定終端通信節(jié)點，通知其現(xiàn)在的所處的位置信息，主要包括家鄉(xiāng)地址Homeaddr 和轉(zhuǎn)交地址CoA 以及用于設(shè)定這個家鄉(xiāng)地址與轉(zhuǎn)交地址對的生存期的生存時間，固定終端節(jié)點通過這些信息，在綁定緩存中為此移動節(jié)點生成一個綁定條目，以便后繼的數(shù)據(jù)包的發(fā)送不經(jīng)過移動節(jié)點的家鄉(xiāng)代理以隧道的方式發(fā)送。

3.2.5 綁定回應(yīng)消息的發(fā)送

（1）發(fā)送綁定確認(rèn)BA

當(dāng)固定終端通信節(jié)點接收了移動節(jié)點發(fā)來的綁定更新消息，并為其生成或者修改了一個綁定緩存條目，綁定更新中的確認(rèn)位A 位被置位，那么發(fā)送綁定確認(rèn)的狀態(tài)域必須設(shè)置為小于128。若A 位沒置位，則不會發(fā)送綁定確認(rèn)消息。當(dāng)固定終端通信節(jié)點拒絕了這個綁定更新，沒有為移動節(jié)點生成或修改一個綁定緩存條目，那么即使綁定更新中的確認(rèn)位沒有被設(shè)置，接收節(jié)點也必須發(fā)送綁定確認(rèn)信息，并且狀態(tài)值域要設(shè)置成大于或等于128。

（2）綁定錯誤BE

當(dāng)固定終端通信節(jié)點從移動節(jié)點接收到帶有家鄉(xiāng)地址目的選項的數(shù)據(jù)包，若它的下一個報頭不為移動頭135 并且檢驗綁定緩存中不存在這樣的綁定條目，或者存在這樣的綁定條目但是它的轉(zhuǎn)交地址與綁定緩存中的地址不一致，則會發(fā)送status 為1的錯誤的使用HAO 的BE 消息。當(dāng)固定終端通信節(jié)點接收到的移動頭中的移動消息類型不合法時，則發(fā)送status 為2 的不能識別移動頭的BE 消息。

（3）綁定刷新請求BRR

當(dāng)一個移動節(jié)點的綁定緩存條目快到期，但此節(jié)點還在與這個移動節(jié)點相互通信時，則發(fā)送綁定刷新請求BRR 給移動節(jié)點來延續(xù)生命時間。發(fā)送的最大數(shù)目為3，發(fā)送間隔為1s，并且一旦接收到了移動節(jié)點發(fā)來的地址測試初始消息就會停止發(fā)送綁定刷新請求。

3.2.6 發(fā)送移動頭消息

首先，計算移動頭、移動消息的長度，并分配空間，設(shè)置上層來的信息，然后查看第2 類路由頭的地址是否為空，若不空則使用第2 類路由頭發(fā)送信息，否則按正常方式發(fā)送。然后分配所有擴(kuò)展頭選項的空間，將原有的選項添加到這個空間中，若轉(zhuǎn)交地址不空則添加第2 類路由頭信息，下一步就是對移動頭的各個字段進(jìn)行添加，并計算校驗和，發(fā)送到下層的隊列，從而完成了對移動頭及消息的發(fā)送過程。

3.3 綁定處理模塊的實現(xiàn)

3.3.1 綁定緩存的結(jié)構(gòu)

綁定緩存的設(shè)計，采用了哈希桶加循環(huán)雙鏈表的結(jié)構(gòu)。哈希函數(shù)是通用的哈希桶標(biāo)識的函數(shù)H(key)mod N，這個N 值為哈希桶數(shù)，根據(jù)移動節(jié)點與固定終端節(jié)點同時連接數(shù)的實際情況考慮最大的值設(shè)置為16，將哈希桶數(shù)N 設(shè)置為8。所以將此綁定緩存的哈希函數(shù)設(shè)置為如下：主鍵Key 為移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址表示為homeaddr，為了使計算時間更快，本綁定緩存設(shè)計了一個最簡單的哈希函數(shù)H（homeaddr）＝homeaddr，那么將這個綁定條目所存取的哈希桶數(shù)設(shè)為y，則y ＝homeaddr mod N。

由于綁定緩存中要對過期的綁定條目進(jìn)行刪除處理，所以還設(shè)計了一個以生存時間進(jìn)行排序的鏈表，使此列表的第一個元素總是第一個要過期的元素，從而避免了為每個綁定緩存設(shè)置一個計時器數(shù)。

3.3.2 綁定緩存的操作

（1）綁定緩存的初始化

當(dāng)一個固定終端節(jié)點啟動后就會立即啟動綁定緩存的初始化程序，考慮到小型固定終端設(shè)備的實際應(yīng)用和可擴(kuò)展性，規(guī)定綁定緩存所能允許的最大的綁定緩存條目值為16，當(dāng)緩存條目數(shù)大于這個值時就會采取相應(yīng)的刪除最近一個要過期的綁定緩存條目作為綁定緩存的替換策略。

（2）綁定緩存的查詢

首先，根據(jù)移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址home_addr 和哈希函數(shù)計算出了此綁定緩存條目所要存儲的哈希桶數(shù)y 為H(home_addr)mod 8，并查找到當(dāng)前的這個哈希桶，然后在這個桶的鏈表中根據(jù)MN 的home_addr 關(guān)鍵字進(jìn)行順序查找，若找到，則返回0，否則返回－1。

（3）綁定緩存的添加

當(dāng)移動節(jié)點發(fā)送來的綁定更新消息被確定為添加一個綁定緩存條目的操作后，會調(diào)用此綁定緩存的添加函數(shù)來進(jìn)行注冊一個綁定。在這個過程中又分為兩個操作，添加一個新的綁定條目的操作和更新一個綁定條目的操作。

（4）綁定緩存的刪除

當(dāng)移動節(jié)點發(fā)送來的綁定更新消息被確定為刪除一個綁定緩存條目的操作，或者當(dāng)一個綁定緩存條目的生存時間到期，或者經(jīng)過對接收到的目的地不可達(dá)報文的判斷此綁定已經(jīng)不存在，則會調(diào)用綁定緩存的刪除操作進(jìn)行處理。

（5）時間處理操作

在綁定緩存中由于綁定條目有生存期限，所以當(dāng)綁定緩存條目過期后就要對過期的綁定條目進(jìn)行處理。

（6）綁定緩存的退出

當(dāng)一個固定終端節(jié)點退出了網(wǎng)絡(luò)或者關(guān)機(jī)時，則將綁定緩存的計時器刪除，哈希鏈表結(jié)構(gòu)變量置空，并將排序鏈表和哈希鏈表刪除，釋放綁定緩存的空間，并釋放這個哈希鏈表所占用的空間。

3.4 ICMPv6 處理模塊的實現(xiàn)

首先判斷擴(kuò)展頭中是否有第2 類路由頭選項，若有則說明是發(fā)送給移動節(jié)點的信息，并將目的地址與第2 類路由頭中的家鄉(xiāng)地址進(jìn)行互換，若沒有則說明是一般的目的地不可達(dá)消息，從而退出此過程。然后檢驗綁定緩存中是否存在此綁定條目，若存在，則對目的地不可達(dá)數(shù)進(jìn)行判斷，從而根據(jù)目的地不可達(dá)數(shù)對綁定緩存的條目進(jìn)行修改，若綁定條目中的目的地不可達(dá)數(shù)大于5，則說明這個綁定條目已經(jīng)失效，然后刪除此綁定緩存條目

4 結(jié)論

通過對面向固定終端與移動節(jié)點的通信過程的分析，設(shè)計實現(xiàn)了對資源占有有著嚴(yán)格要求的小型固定終端設(shè)備移動IPv6 協(xié)議，通過對返回路徑可達(dá)過程、綁定過程和綁定后的正常通信過程的測試，基本符合移動IPv6 協(xié)議規(guī)范RFC3775 的要求。

[1] R.Hinden,Internet Protocol Version 6(IPv6) Specification,RFC2460, December 1998.

[2] D.Johnson,C.Perkins,J.Arkko,Mobility Support in IPv6,RFC3775, June 2004.

[3] A.Conta,S.Deering,Internet Control Message Protocol(ICMPv6) for the Internet Protocol Version 6(IPv6) Specification,RFC2463,December 1998.

[4] 孫利民等：移動IP 技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2003.8，88-92。