基于MIP的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

[摘要]主要探討基于移動(dòng)IP的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的實(shí)現(xiàn)方法,重點(diǎn)研究移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制,分析在不同情況下路由的實(shí)現(xiàn),并且進(jìn)一步探討路由的優(yōu)化方法和嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的問題。

[關(guān)鍵詞]移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)路由器路由優(yōu)化嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào):TN915文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1210085-02

一、問題的提出

設(shè)想一個(gè)存在于輪船、火車或者飛機(jī)上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),如果這些交通工具在行進(jìn)之中,那么這時(shí)就出現(xiàn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)的問題。而它們上面的用戶又想上因特網(wǎng),這時(shí)就不是普通的移動(dòng)主機(jī)的問題,因?yàn)檎麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)都在移動(dòng),因此也不能用普通的設(shè)定主機(jī)的家鄉(xiāng)代理和外地代理的方法來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性。這時(shí)必須引入移動(dòng)路由器(MR)的概念,因?yàn)檫@時(shí)這些交通工具上的網(wǎng)絡(luò)路由器相對(duì)于固定的因特網(wǎng)都是移動(dòng)的。

二、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的路由問題的解決

引入了移動(dòng)路由器的概念后,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)于移動(dòng)路由器來說固定的主機(jī)的路由問題就比較容易解決了。這時(shí)移動(dòng)路由器和移動(dòng)結(jié)點(diǎn)一樣都有一個(gè)家鄉(xiāng)地址(HoA),移動(dòng)路由器的家鄉(xiāng)地址的網(wǎng)絡(luò)前綴與它的家鄉(xiāng)鏈路的網(wǎng)絡(luò)前綴很可能相等。當(dāng)連在家鄉(xiāng)鏈路上的時(shí)候,移動(dòng)路由器和家鄉(xiāng)代理只是相鄰的路由器,根據(jù)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議,它們將交換路由更新信息。當(dāng)移動(dòng)路由器連接在外地鏈路上時(shí),路由器之間將仍然互相交換路由更新信息,但是這時(shí)是通過一條雙向的隧道。

具體的分析有兩種情況,第一種情況就是當(dāng)移動(dòng)路由器在家鄉(xiāng)鏈路上時(shí),見圖1,這里給出了一個(gè)只包含一條鏈路的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),這條鏈路的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)前綴(MNP)為7.7.7,一個(gè)連接在這條鏈路上的主機(jī)具有IP地址7.7.7.1,而移動(dòng)路由器的家鄉(xiāng)地址為6.6.6.1,它的家鄉(xiāng)代理(HA)的IP地址為6.6.6.2,移動(dòng)路由器廣播了對(duì)7.7.7的可達(dá)性,而家鄉(xiāng)代理廣播了對(duì)其他地址的可達(dá)性。這時(shí)移動(dòng)路由器就和其它固定路由器一樣工作,此時(shí)的移動(dòng)路由器和家鄉(xiāng)代理是鄰接的路由器,它們之間互相轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,并交換路由信息。所以當(dāng)移動(dòng)路由器連接在它的家鄉(xiāng)鏈路上時(shí),這些數(shù)據(jù)包只是簡(jiǎn)單地在家鄉(xiāng)代理和移動(dòng)路由器之間轉(zhuǎn)發(fā),不需要隧道,就像在固定的路由器中一樣。

圖1家鄉(xiāng)鏈路

圖2外地鏈路

第二種情況就是當(dāng)移動(dòng)路由器連接在外地鏈路上時(shí),如圖2,移動(dòng)路由器和家鄉(xiāng)代理仍然交換路由更新信息并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,但這時(shí)是通過一條雙向的隧道。這時(shí),送往移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)的數(shù)據(jù)包被通過隧道送到移動(dòng)路由器的轉(zhuǎn)交地址(CoA),在那里被拆封,并轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)。移動(dòng)路由器可以采用配置轉(zhuǎn)交地址或者外地代理(FA)轉(zhuǎn)交地址,只是這時(shí)要求家鄉(xiāng)代理采用多重封裝。在相反的方向上,移動(dòng)路由器可以將外地代理作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包的缺省路由器。

現(xiàn)在,我們?cè)賮硌芯恳苿?dòng)路由器連接在不同鏈路上時(shí),家鄉(xiāng)代理和移動(dòng)路由器的路由表,也分兩種情況。第一種情況就是當(dāng)移動(dòng)路由器在家鄉(xiāng)鏈路上時(shí),如圖1。此時(shí)家鄉(xiāng)代理的路由表項(xiàng)是:(1)去往6.6.6.0/24(家鄉(xiāng)鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)),通過無線端口a直接相連;(2)去往7.7.7.0/24(移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的所有結(jié)點(diǎn)),通過無線端口a經(jīng)6.6.6.1(移動(dòng)路由器)到達(dá);(3)去往5.5.5.0/24(外地代理的無線鏈路),通過有線端口b經(jīng)4.4.4.1(外地代理)到達(dá)。

相似的,在移動(dòng)路由器的路由表中,到家鄉(xiāng)鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點(diǎn)也有直接路由和網(wǎng)絡(luò)前綴路由。移動(dòng)路由器還有一個(gè)通過家鄉(xiāng)代理到達(dá)所有結(jié)點(diǎn)的缺省路由,此時(shí)移動(dòng)路由器的路由表項(xiàng)是:(1)去往6.6.6.0/24(家鄉(xiāng)鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)),通過無線端口a直接相連;(2)去往7.7.7.0/24(移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的所有結(jié)點(diǎn)),通過以太網(wǎng)端口b直接到達(dá);(3)去往0.0.0.0/0(其他),通過無線端口a經(jīng)6.6.6.2(家鄉(xiāng)代理)到達(dá)。

當(dāng)一個(gè)要去往7.7.7.1的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包到達(dá)家鄉(xiāng)代理時(shí),家鄉(xiāng)代理在其路由表中的表項(xiàng)②找到一條匹配的路由,并將該數(shù)據(jù)包通過無線的家鄉(xiāng)鏈路送給移動(dòng)路由器,移動(dòng)路由器收到這個(gè)數(shù)據(jù)包,在自己的路由表中的表項(xiàng)②找到一條匹配的路由,然后將數(shù)據(jù)包通過物理端口“b”送到目的主機(jī)。

在相反的方向上,由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包,要去往不在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn),這些數(shù)據(jù)包先被轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)路由器上。移動(dòng)路由器根據(jù)包的目的地址,對(duì)送往家鄉(xiāng)鏈路上的結(jié)點(diǎn)的包采用網(wǎng)絡(luò)前綴路由,或通過缺省路由通過家鄉(xiāng)代理將這些數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地。

第二種情況就是當(dāng)移動(dòng)路由器離開家鄉(xiāng)鏈路時(shí),如圖2。此時(shí)的移動(dòng)路由器連在外地鏈路上,情況就復(fù)雜了。我們假設(shè)移動(dòng)路由器向家鄉(xiāng)代理注冊(cè)了IP地址5.5.5.1為配置轉(zhuǎn)交地址,當(dāng)注冊(cè)成功后,家鄉(xiāng)代理和移動(dòng)路由器必須改變它們的路由表,以完成雙向隧道。此時(shí)家鄉(xiāng)代理的路由表項(xiàng)是:(1)去往6.6.6.0/24(家鄉(xiāng)鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)),通過無線端口a直接相連;(2)去往6.6.6.1/32(移動(dòng)路由器),通過α(隧道虛擬端口)經(jīng)5.5.5.1(轉(zhuǎn)交地址)到達(dá);(3)去往7.7.7.0/24(移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的所有結(jié)點(diǎn)),通過α(隧道虛擬端口)經(jīng)5.5.5.1(轉(zhuǎn)交地址)到達(dá);(4)去往5.5.5.0/24(外地代理的無線鏈路),通過有線端口b經(jīng)4.4.4.1(外地代理)到達(dá)。可以看到,與移動(dòng)主機(jī)時(shí)的情況相似,家鄉(xiāng)代理將增加一條通過轉(zhuǎn)交地址和虛擬端口到達(dá)移動(dòng)路由器的特定主機(jī)路由。另外,家鄉(xiāng)代理必須改變那些下一跳為移動(dòng)路由器的表項(xiàng),將它們修改成指向移動(dòng)路由器的轉(zhuǎn)交地址和虛擬端口。

類似的,此時(shí)移動(dòng)路由器也必須改變它的一些表項(xiàng)。移動(dòng)路由器將把以前指向家鄉(xiāng)鏈路的路由改成通過隧道到達(dá)家鄉(xiāng)代理。另外,移動(dòng)路由器必須增加一條到達(dá)家鄉(xiāng)代理的特定主機(jī)路由,這條路由通過外地代理(本文例子設(shè)為5.5.5.2)在外地鏈路上的物理端口(本文例子設(shè)為無線端口a),再經(jīng)過外地代理到達(dá)。所以此時(shí)移動(dòng)路由器的路由表項(xiàng)是:(1)去往6.6.6.0/24(家鄉(xiāng)鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)),通過α(隧道虛擬端口)經(jīng)6.6.6.2(家鄉(xiāng)代理)到達(dá);(2)去往6.6.6.2/32(家鄉(xiāng)代理),通過a(無線端口)經(jīng)5.5.5.2(外地代理)到達(dá);(3)去往7.7.7.0/24(移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的所有結(jié)點(diǎn)),通過以太網(wǎng)端口b直接到達(dá);(4)去往0.0.0.0/0(其他),通過α(隧道虛擬端口)經(jīng)6.6.6.2(家鄉(xiāng)代理)到達(dá)。

當(dāng)一個(gè)要去往7.7.7.1的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包到達(dá)家鄉(xiāng)代理時(shí),具體的步驟如下:

1.家鄉(xiāng)代理在其路由表中發(fā)現(xiàn)一條匹配的路由表項(xiàng)(3),于是將數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝送入移動(dòng)路由器的轉(zhuǎn)交地址。封裝后的數(shù)據(jù)包的目的IP地址為5.5.5.1。

2.外地代理發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包是送往5.5.5.1的,這是一個(gè)在外地鏈路上的地址,于是將包轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)路由器。

3.經(jīng)過封裝的數(shù)據(jù)包經(jīng)過無線鏈路到達(dá)移動(dòng)路由器,在這里數(shù)據(jù)包被拆封,移動(dòng)路由器檢查內(nèi)層的目的IP地址,然后根據(jù)自己的路由表指示的路由表項(xiàng)(3)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的主機(jī)。

在相反的方向上,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包,如果是送往不在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn),這個(gè)數(shù)據(jù)包也將被送到移動(dòng)路由器上。假設(shè)數(shù)據(jù)包不是送往家鄉(xiāng)代理的,那么移動(dòng)路由器將用它的路由表中的表項(xiàng)(1)或表項(xiàng)(4)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。這時(shí)移動(dòng)路由器應(yīng)將數(shù)據(jù)包封裝進(jìn)一個(gè)新包中,該新包的目的IP地址為家鄉(xiāng)代理的地址。然后移動(dòng)路由器再采用它的路由表中的表項(xiàng)(2)的特定主機(jī)路由將經(jīng)過封裝的數(shù)據(jù)包通過外地鏈路送給外地代理,外地代理將經(jīng)過封裝的包轉(zhuǎn)發(fā)給家鄉(xiāng)代理,在那里,數(shù)據(jù)包被拆封,然后路由到它的最終目的地。

三、進(jìn)一步研究

從上面的分析,我們已經(jīng)看到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,盡管我們還沒有考慮網(wǎng)絡(luò)路由的優(yōu)化。對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來說,還存在一個(gè)更加復(fù)雜的問題:嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的問題。主要指當(dāng)一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入一個(gè)另一個(gè)較大的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí),集成在一起分層化的多級(jí)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)簡(jiǎn)單的雙向隧道機(jī)制并不合適,IETF的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工作組(NEMO)提出了ARO方法來支持?jǐn)U展網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)。

ARO(Access Router Option):增加了一個(gè)新的移動(dòng)頭選項(xiàng),即接入路由器選項(xiàng),允許移動(dòng)結(jié)點(diǎn)通知HA或者CN其當(dāng)前接入的路由器的家鄉(xiāng)地址,從而消除移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的嵌套隧道。如圖3所示,MR2-發(fā)送的路由器通告中包含路由器全球地址項(xiàng),用于攜帶MR2的HoA。MR1-在接收到MR2的路由器通告后,獲得MR2的HoA和MR1的新CoA,MR1-發(fā)送綁定更新給HA1,在ARO選項(xiàng)中攜帶MR2的HoA以通知HA1它當(dāng)前的接入路由器。HA1利用擴(kuò)展的第二類路由頭RH2,通過MR2的HoA向MR1返回綁定確認(rèn)消息。HA2攔截該BA,通過HA2MR2隧道發(fā)給MR2的CoA。MR2-處理擴(kuò)展RH2頭,了解到HA1還沒有緩存MR2的CoA,發(fā)送綁定更新給HA1。于是HA1與MR1之間建立了MR1-MR2-HA1的通路,而無須再經(jīng)過MR2HA2隧道。由分析可知,ARO支持嵌套網(wǎng)絡(luò)和路由優(yōu)化。

圖3ARO綁定過程

四、總結(jié)

目前的MIP(IPv4和IPv6)都能很好的支持結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,進(jìn)行一些改進(jìn)以后對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性也同樣可以支持,但是對(duì)于一些具體的問題還有待于進(jìn)一步的研究改善。

參考文獻(xiàn):

[1]James D.Solomon:Mobile IP:The Internet Unplugged,Prentice Hall.

[2]Devarapalli V.Network Mobility Basic Support Protocol,draft-ietf-nemo-basic-support-03.txt,Jun 2004.

[3]楊豐瑞、李方偉等著,《移動(dòng)IP》,人民郵電出版社.

作者簡(jiǎn)介:

陳金權(quán)(1970-),南京郵電學(xué)院通信工程專業(yè)碩士畢業(yè),江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)?無線數(shù)據(jù),移動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò),IMS等。