下一代無線移動通信IP協(xié)議:Mobile IPv6

張偉翼

摘要：隨著全球?qū)o線移動通信的研究不斷升級，下一代必將向全IP網(wǎng)絡方向發(fā)展，因此Mobile IPv6 將成為下一代無線移動通信的核心技術。本文從多方面分析了現(xiàn)有IP協(xié)議下的無線移動通信網(wǎng)絡存在的弊端，最終通過Mobile IPv6來解決相關的問題。

關鍵詞：下一代無線移動通信；Mobile IPv6；IP協(xié)議

1 引言

IPv4在設計之初并沒有考慮到終端設備的移動性，所以連網(wǎng)設備移動時需要從互聯(lián)網(wǎng)上斷開，而在另外一個地方重新連接時，還需要重新配置系統(tǒng)的新的IP地址、正確的子網(wǎng)掩碼和新的默認路由器（網(wǎng)關）才能繼續(xù)通信。

這種新的IP地址就是Mobile IP（移動IP）。Mobile IP有兩種：一種是移動Mobile IPv4（簡寫MIPv4），另一種是Mobile IPv6（簡寫MIPv6）。為了支持互聯(lián)網(wǎng)上的移動設備，IETF（Internet Engineering Task Force：Internet工程任務組）推出了移動IP的新標準（Mobile IPv6）來使用戶保留不變的永久IP地址，而不管他們是否連接在網(wǎng)上。

2 工作原理

2.1 MIPv4工作原理

基于IPv4的移動IP定義三種功能實體：移動節(jié)點（Mibile Node）、歸屬代理（Home Agent，也可稱之家鄉(xiāng)代理或本地代理）和外埠代理（Foreign Agent也可稱為外地代理）。歸屬代理和外埠代理又統(tǒng)稱為移動代理。MIPv4技術的基本通信流程如下：

（1）遠程通信實體通過標準IP路由機制，向移動節(jié)點發(fā)出一個IP數(shù)據(jù)包；

（2）移動節(jié)點的歸屬代理截獲該數(shù)據(jù)包，將該包的目標地址與自己移動綁定表中移動節(jié)點的歸屬地址比較，若與其中任一地址相同，繼續(xù)下一步，否則丟棄；

（3）歸屬代理用封裝機制將該數(shù)據(jù)包封裝，采用隧道操作發(fā)給移動節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)地址；

（4）移動節(jié)點的拜訪地代理收到該包后，去其包封裝，采用空中信道發(fā)給移動節(jié)點；

（5）移動節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，用標準IP路由機制與遠程通信實體建立連接。

在MIPv4協(xié)議中，每個移動節(jié)點在“歸屬鏈路”上都有一個唯一的“歸屬地址”。與移動節(jié)點通信的節(jié)點稱為“通信節(jié)點” CN（Correspondent Node），通信節(jié)點可以是移動的，也可以是靜止的。與移動節(jié)點通信時，通信節(jié)點總是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動節(jié)點的歸屬地址，而不考慮移動節(jié)點的當前位置情況。一個歸屬代理可同時為多個移動節(jié)點提供服務。

在MIPv4網(wǎng)絡中，MN移動到外地網(wǎng)絡時要使用外地代理的IP地址作為MN的轉(zhuǎn)交地址。這樣，當通信對端（CN）向MN發(fā)送分組時，分組按IPv4 的尋路機制首先到達MN的歸屬本地網(wǎng)絡。本地代理（HA）攔截后用隧道技術將分組轉(zhuǎn)發(fā)給MN的轉(zhuǎn)交地址，外地代理解隧道封裝后再將分組轉(zhuǎn)發(fā)給MN，而MN發(fā)給CN的分組通過標準的IP尋路機制直接轉(zhuǎn)發(fā)給CN，形成CN與MN通信中的“三角路由”問題，嚴重影響了分組轉(zhuǎn)發(fā)的效率。

2.2 MIPv6工作原理

移動IPv6（MIPv6）在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性。每個移動設備設有一個固定的家鄉(xiāng)地址（home address），這個地址與設備當前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關。當設備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時，通過一個轉(zhuǎn)交地址（care-of address）來提供移動節(jié)點當前的位置信息。移動設備每次改變位置，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對應的通信節(jié)點。在家鄉(xiāng)以外的地方，移動設備傳送數(shù)據(jù)包時，通常在IPv6報頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。

移動節(jié)點在家鄉(xiāng)以外的地方發(fā)送數(shù)據(jù)包時，使用一個家鄉(xiāng)地址目標選項。目的是通過這個選項把移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址告訴給包的接收者。由于在該數(shù)據(jù)包里包含家鄉(xiāng)地址的選項，接收方通信節(jié)點在處理這個包時就可以用這個家鄉(xiāng)地址替換包內(nèi)的轉(zhuǎn)交地址。因此發(fā)送給移動節(jié)點的IPv6包就透明地選路到該節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址處。對通信節(jié)點和轉(zhuǎn)交地址之間的路由進行優(yōu)化就使網(wǎng)絡的利用率更高。

通信過程則如圖2所示。

（1）MN采用IPv6版的路由器搜索確定它的轉(zhuǎn)交地址。

（2）MN將它獲得的轉(zhuǎn)交地址通知給HA。

（3）MN將它的轉(zhuǎn)交地址通知它的CN。

（4）MIPv6采用隧道和源路由技術向連接在外地鏈路上的MN傳送數(shù)據(jù)包

（5）在相反方向，MN送出的數(shù)據(jù)包采用特殊的機制被直接路由到它們的目的地。

在轉(zhuǎn)交地址和歸屬代理的幫助下，MN經(jīng)過以上過程，將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的地，從而完成了數(shù)據(jù)發(fā)送的全部過程。

3 兩者比較

3.1概念比較

如表1所示：

3.2 技術比較

從技術層面上對比，主要有以下方面：

（1）地址數(shù)量

IPv4地址空間為32位，地址數(shù)量有限，而IPv6為128位，IPv6有著巨大的地址空間，將為全球用戶提供足夠多的地址，網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換（NAT）將不再使用，這將使MIPv6的部署更加直接簡單。IPv6網(wǎng)絡中IP地址將會實現(xiàn)實名制。

（2）安全性更好

IPv4是通過疊加的解決方案來實現(xiàn)安全。而IPv6是將安全作為標準的有機組成部分，其中IPv6中的IPsec（IP安全協(xié)議）可以對IP層上（也就是運行在IP層上的所有應用）的通信提供加密/授權(quán)。

（3）地址自動配置

MIPv6通信節(jié)點采用鄰居發(fā)現(xiàn)機制自動獲取獨一無二的全球可路由地址，這種即插即用的地址配置方式不需要用戶或者運營商進行人工干預，非常符合移動設備的上網(wǎng)要求。

（4）服務質(zhì)量(QoS)

IPv6與IPv4相比，增加的優(yōu)點是能提供差別服務，前者能夠確定并區(qū)別對待某個IP地址的數(shù)據(jù)流，還可以通過提供永遠連接、防止服務中斷以及提高網(wǎng)絡性能，而更好的網(wǎng)絡和服務質(zhì)量將改善客戶的滿意度。

（5）移動IPv6的移動性更好

移動IP需要為每個設備提供一個全球唯一的IP地址。IPv4沒有足夠的地址空間可以為在公共互聯(lián)網(wǎng)上運行的每個移動終端分配一個這樣的地址。從另外的角度講，MIPv6能夠通過簡單的擴展，實現(xiàn)了完整的IP層的移動性，滿足大規(guī)模移動用戶的需求，能在全球范圍內(nèi)解決有關網(wǎng)絡和訪問技術之間的移動性問題。

（6）MIPv6的結(jié)構(gòu)部署比MIPv4更加簡單并且容易

由于每個IPv6的主機都必須具備通信節(jié)點（CN）的功能，當與運行MIPv6的主機通信時，每個MIPv6主機都可以執(zhí)行路由的優(yōu)化，從而避免“三角路由” 問題。另外，與MIPv4不同的是，MIPv6中不再需要外地代理(FA)。IPv6地址的自動配置還簡化了移動節(jié)點Care-of-Address(CoS)的分配。

4 結(jié)論

伴隨IPv6與移動技術密切結(jié)合，MIPv6技術必將給我們帶來更加廣闊的應用前景，使人們更好地利用移動設備通信辦公娛樂。MIPv6還有很多的關鍵技術，如移動無縫切換、移動安全、移動管理和AAA問題等都還需要進一步的研究。相信不用多久，IPv6 能與移動通信更好的結(jié)合來解決移動性應用的一些關鍵問題，使我們盡情地享受移動的有效可靠性和便捷性。

參考文獻

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