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(chǔ)上對MIPv6的原理進(jìn)行了對比分析，并通過NS3仿真平臺對基于RFC6275標(biāo)準(zhǔn)的開源協(xié)議UMIPv6進(jìn)行了仿真，對比分析了其特點(diǎn)。

【關(guān)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(lián)網(wǎng)時代，為更好支持互聯(lián)網(wǎng)上的移動設(shè)備，IETF倡導(dǎo)開發(fā)了MIP（移動IP）技術(shù)[1]。MIP支持移動節(jié)點(diǎn)用在網(wǎng)絡(luò)之間移動時可以進(jìn)行無縫的網(wǎng)絡(luò)切換。在2002年提交的RFC3220中，定義了IPv4對主機(jī)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(rèn)證和授權(quán)等，最明顯的一點(diǎn)即是地址空間數(shù)量有限，這樣在移動節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大時，尤其當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用時，可能會產(chǎn)生地址難以分配的情況，從而降低了MIPv4的擴(kuò)展性。鑒于移動IPv4的不足，移動IP工作組重點(diǎn)研究MIPv6技術(shù)[2]。

二、基本原理

2.1 MIPv6協(xié)議

MIPv6沿用了MIPv4中的一些基本概念，其基本原理是：1.移動節(jié)點(diǎn)獲知當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信息（主要是網(wǎng)絡(luò)前綴）；2.如果移動節(jié)點(diǎn)判斷自己當(dāng)前處于家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，那么不需要任何移動管理操作，正常通信；3.如果移動節(jié)點(diǎn)檢測到已經(jīng)漫游到外地網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)的IP地址，即轉(zhuǎn)交地址；4.MN發(fā)送注冊消息給家鄉(xiāng)代理，建立該MN的家鄉(xiāng)地址一轉(zhuǎn)交地址關(guān)聯(lián)；5.對于CN來說，MN的移動是透明的，它依舊發(fā)送MN家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包在MN家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)被隧道封裝，外部目的地址設(shè)定為MN的轉(zhuǎn)交地址，經(jīng)雙向隧道傳輸；6.獲悉了MN轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)分組發(fā)送到MN；7.反過來，MN發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候，源地址為當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址，這些數(shù)據(jù)包無需繞到家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，而是直接發(fā)送到CN。

2.2 MIPv4和MIPv6比較

1.優(yōu)化路由。當(dāng)CN知道MN的當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址，那么從CN發(fā)送給MN的數(shù)據(jù)分組就可以直接發(fā)送到MN的轉(zhuǎn)交地址，當(dāng)目的地址為任意lPv6地址時，CN首先檢查緩存中的家鄉(xiāng)地址一轉(zhuǎn)交地址信息，如果匹配成功，那么CN將數(shù)據(jù)分組的首部換成新的IPv6首部，將其發(fā)送到相應(yīng)的轉(zhuǎn)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(xiāng)代理處的中轉(zhuǎn)，這樣一方面可以減少數(shù)據(jù)包經(jīng)歷的路徑從而減少了發(fā)送的時間延遲，另一方面減輕了家鄉(xiāng)代理的負(fù)擔(dān)，較好地解決了MIPv4中出現(xiàn)的“三角路由”問題，這是MIPv6中較大的一處改進(jìn)。

2.轉(zhuǎn)交地址。MIPv4中地址空間的不夠用，所以使用外地代理轉(zhuǎn)交地址；但在MIPv6協(xié)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(wǎng)絡(luò)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(jìn)了“家鄉(xiāng)地址選項”，這種機(jī)制能夠讓MN在發(fā)送多播數(shù)據(jù)包的時候使用家鄉(xiāng)地址，同時也不會為多播路由尋址增加負(fù)擔(dān)。

3.安全。網(wǎng)絡(luò)在給人們帶來巨大便利的同時，也潛藏著各式各樣不可預(yù)知的安全隱患，移動IP的安全問題一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。MIPv6協(xié)議吸收了IPv4協(xié)議中應(yīng)用成效顯著的IPSec協(xié)議，將其和IPv6協(xié)議結(jié)合起來，保護(hù)移動通信中信息傳輸?shù)陌踩?/p>

三、仿真分析

3.1仿真環(huán)境

這次仿真使用NS-3-DCE 來仿真UMIP6協(xié)議。DCE（直接執(zhí)行代碼）是NS-3的一個框架，它在NS-3下可執(zhí)行用戶空間和系統(tǒng)內(nèi)核已存在的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，而無需更改源代碼。UMIP是基于Linux的MIPv6和NEMO的開源實(shí)現(xiàn)，在GPLv2許可下發(fā)布。它支持以下IETF RFC：RFC6275（移動IPv6），RFC3963（NEMO），RFC3776并RFC4877（IPsec和IKEv2協(xié)議）。UMIP是基于最新的MIPv6標(biāo)準(zhǔn)編寫的。網(wǎng)絡(luò)情景設(shè)定為：MN為移動節(jié)點(diǎn)，AR1為接入路由器1，AR2為接入路由器2，HA為家鄉(xiāng)代理，CN為與MN通信的通信對端。MN從AR1到AR2移動，并使用轉(zhuǎn)交地址。

3.2結(jié)果分析

首先通過NS-3的網(wǎng)絡(luò)仿真可視化模塊PyViz來檢查網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，觀察各節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)的位置及移動都符合情景設(shè)置，節(jié)點(diǎn)間的通信情況也能夠動態(tài)的觀察。除此之外，仿真還產(chǎn)生了pcap文件。我們通過Wireshark軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送時間，協(xié)議類型和源地址及目標(biāo)地址，通過分析可以看出，在MIPv6協(xié)議下，進(jìn)行L2切換時間約為200ms，進(jìn)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(xiàn)

[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(wǎng)絡(luò)移動IPv6技術(shù)[M]；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年

[9]馬嚴(yán)，趙曉宇；IPv4向IPv6過渡技術(shù)綜述[J]；北京郵電大學(xué)學(xué)報；2002年04期