移动ip协议关键问题研究毕业论文(编辑修改稿)

移动ip协议关键问题研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

持已有的各种通信，这种在不同网络间移动同时保持已有通信的功能是移动 IP的重要标志。 IP设计的要求及目标 移动 IP的主要设计目标就是移动节点在改变网络接入点时，不必改变其 IP地址，就能够在移动 的过程中保持通信的连续性，对上层协议保持透明性，与其它移动节点或不具有移动 IP功能的节点能够进行正常的通信。 具体来说，移动 IP协议的设计应该满足如下的要求： （ 1） 移动节点在改变数据链路层接入点以后，应该能够保持与 Inter 上其它节点的连续通信； （ 2） 移动节点无论连接到任何接入点，应该能够用原来的 IP地址进行通信； （ 3） 移动节点应该能够与不具有移动 IP 功能的其它节点进行通信，并且不需要修改这些节点的协议； （ 4） 移动节点不应该比 Inter上的其它节点面临更多的安全威胁。 另外，由于移 动节点通过无线链路连接到 Inter上，无线链路具有低带宽、高误码率的特点，长消息容易出错，以及移动节点通常由能量少的电池供电，减少通信中的能量消耗非常重要。 因此，设计移动 IP 时要考虑移动节点接入时发送的管理消息数目应该尽可能少，消息长度也应该尽可能短。 IP的基本概念 IP的功能实体和基本术语 移动 IP的功能实体： 移动节点：能够从一条链路切换到另一条链路，接入因特网而仍然保持正在进行的通信，并且2020 级电子信息科学技术专业毕业论文 第 5 页 共 22 页 保持它的家乡地址不变的节点。 家乡代理：与移动节点家乡链路相连的路由器。 它保留有移 动节点的家乡地址，该路由器的功能是当移动节点离开家乡网络时，家乡代理通过隧道机制将发往移动节点的家乡网络的数据包转发到移动节点的当前位置上，并维护反映移动节点当前位置的信息。 外地代理：移动节点当前所在网络上的路由器，它向已登记的移动节点提供路由服务。 当使用外地代理转交地址时，外地代理负责解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点。 对于那些由移动节点发出的数据包而言，外地代理可作为已登记的移动节点的缺省路由器使用。 移动 IP的基本术语： 家乡地址：移动节点在家乡网络上使用的 IP地址，就 像分配给固定的路由器或主机一样的“永久”的 IP地址，不管移动节点连接到网络何处，其家乡地址保持不变。 通信对端：指与移动节点通信的对等实体，可简称为通信对端，它可以是移动节点或者是位置固定的节点。 转交地址：指移动节点离开家乡链路后，它被赋予的反映其当前链路接入点的临时地址。 家乡网络：指与移动节点家乡地址具有相同前缀的网络，可以是一个不存在的虚拟网络。 发往移动节点家乡地址的 IP分组会被标准的 IP 路由机制转发到其家乡网络上。 外地网络：指除移动节点家乡网络外的任何网络，也就是网络前缀与移动节点家乡地址与网络前缀不同的网络。 隧道：当一个数据分组被封闭在另一个数据分组的载荷中进行传送时，所经过的路径。 移动绑定：指由家乡代理维护的移动节点的家乡地址和转交地址的关联，还包括关联的剩余生存期等其它相关信息。 各实体之间的关系所构成的移动 IP工作机制可参看图 21。 移 动 节 点通 信 对 端I n t e r n e t家 乡 代 理外 地 代 理①②④家 乡 网 络外 地 网 络③正 常 路 由I P i n I P 隧 道 图 21 移动 IP的工作机制 赵成聪：移动 IP 协议关键问题研究 第 6 页 共 22 页 IP的基本操作 下面通过分析移动节点移动到外地网络时，如何收到其它节点发送给它的分组以及它如何发送分组给其它节点，简单地介绍了移动 IP的基本操作，可参 看图 21。 1) 代理发现：  家乡代理和外地代理周期性在它们作为移动代理的链路上，多播或广播称为代理通告的 消息，通告它们与相应链路上的连接关系。  移动节点根据收到的代理通告消息，判断它是在家乡链路网络上还是在外地链路网络上。 当连接在家乡链路上时，移动节点就像固定节点一样的进行工作，不再利用移动 IP功能。 当移动节点检测到它从家乡链路网络移动到外地链路网络，或从一个外地链路网络移动到新的外地链路网络上时，它就要向家乡代理进行注册。 2) 注册：  当移动节点连接在外地链路网络时，它需要一个代理它当前所在位置的转交地址。 移动 节点可从外地代理通告消息中获得外地代理转交地址，还可以通过动态配置协议或手工配置等方法获得配置转交地址。  移动主机在获得转交地址后，通过移动 IP定义的消息向家乡代理请求注册。 家乡代理确 认后，将家乡地址和相应的转交地址存放在绑定缓存中，完成家乡地址和转交地址的绑定，并向移动节点发送注册应答。 在注册的过程中，如果移动节点使用外地代理转交地址，就要通过外地代理进行注册请求和注册应答。 3) 分组路由 [10]：  家乡代理和家 乡链路网络上的其它路由器通过与外地链路网络上的路由器交换路由信 息，使得发送给移动节点家乡地址的分组被正确转发到家乡链路上。 家乡代理通过地址解析协议来截取发往移动节点家乡地址的 IP分组。 图 22是移动 IP的三角路由，图 23是移动 IP的优化路由。 移 动 节 点通 信 对 端I n t e r n e t家 乡 代 理 外 地 代 理 图 22 移动 IP的三角路由 2020 级电子信息科学技术专业毕业论文 第 7 页 共 22 页 移 动 节 点通 信 对 端I n t e r n e t家 乡 代 理 外 地 代 理 图 23 移动 IP的优化路由。  家乡代理根据分组的 IP目地址查找绑定缓存，获得移动节点注册的转交地址 ，然后通过 隧道发送分组到移动节点的转交地址。 如果转交地址是外地代理转交地址，隧道末端的外地代理拆封得到原始分组后，再转发给移动节点。 如果转交地址是配置较交地址，封装的数据分组直接发送到移动节点。  移动节点使用外地链路网络的路由器作为默认的路由器，它发送的分组通过外地链路网 络路由器直接发送给通信对端，不需要采用隧道机制。 通信对端发送的分组通过移动节点的家乡代理转发给移动节点，移动节点的分组直接发送通信对端，形成基本移动 IPv4的三角路由现象。 三角路由不是优化的路由，而移动 IPv6的路由就是优化的路由，即移 动节点和通信对端进行直接的通信。 4) 注销：  移动节点根据收到的代理通告消息，如果判断它返回到家乡链路网络上，那么移动节点 必须直接注册到家乡代理完成注销。 注销后，移动节点就像固定节点一样工作。 赵成聪：移动 IP 协议关键问题研究 第 8 页 共 22 页 3 移动 IP 中的切换研究 IP切换的基本概念 移动 IP的切换问题 移动 IP是一种简单有效的网络层移动性解决方案，但它同时也带来两个方面的问题：三角路由和切换 [11]。 其中的切换问题是指从移动主机离开原先的外地网 络开始，到家乡代理接收到移动主机的新的注册请求为止的这段时间内，由于家乡代理不知道移动主机的最新的转交地址，所以它仍然将属于移动主机的 IP包通过隧道发送到原先的外地网络，导致这些 IP包会被丢弃，使得移动主机与通信对端间的通信受到影响，特别切换频繁或者从移动主机到家乡代理的距离很远时，整个切换过程分为两个阶段：移动检测阶段移动主机需要进行移动检测以判断自己是否更换了接入的子网，这段时间称为移动检测时延；重新注册阶段移动主机判断出发生移动之后，从移动主机向家乡代理发送注册请求，到家乡代理收到请求为止的这段时间， 其长短取决于移动主机到家乡代理的距离长度。 完成上述的两个阶段后，移动主机可以和通信对端继续通信，但是在这段时间内的数据包丢失可能会与高层协议相互作用，进一步恶化通信性能，最典型的是和 TCP 的相互作用。 TCP 是目前Inter中事实上的可靠传输协议的标准，它的一个基本假设是所有的数据包丢失都是由网络拥塞引起的，每次检测到数据包丢失， TCP 都要启动相应的拥塞控制机制。 这个假设在固定网络中工作得很好，但是在移动 IP环境下，这个假设就不成立，由切换导致的数据包丢失会使得 TCP连接的中断时间更长，使 TCP性能恶 化。 相关资料的研究表明，由于移动 IP切换引起的 TCP连接中断时间可以达到 6 s，最严重的可以到 12 s左右，其间有多次的超时重传。 总而言之，移动检测、重新注册以及与上层协议的相互作用三个因素共同决定了移动主机进行切换时的通信性能。 移动 IP切换注册过程 移动 IP的注册过程一般是在代理发现机制完成之后进行的。 一旦移动节点发现它的网络接入点从一条链路切换到另一条链路时，它就要进行注册。 另外，由于注册信息有一定的生存时间，即使移动节点没有发生移动也要进行重新注册。 移动 IP 的注册过程 [12]是： 1) 移动主机可以通过注册得到外地链路上的外地代理的路由服务； 2) 移动主机可以通知家乡代理它的转交地址； 3) 可以使一个要过期的注册重新生效； 4) 移动主机在回到家乡链路上时要进行注销。 注册的一些功能还包括：  同时注册多个转交地址，家乡代理将送往移动主机家乡地址的数据包通过隧道送往每个转 交地址；  可以在注销一个转交地址的同时保留其它转交地址；  在先前不知道它的家乡代理的情况下，移动主机可以通过注册动态地得到一个可能的家乡 代理的地址。 移动 IP注册包括两种注册消息：注册请求和注册应答。 注册消息放在 UDP的数据部分， UDP数2020 级电子信息科学技术专业毕业论文 第 9 页 共 22 页 据段则放在 IP包的净荷中。 移动 IP的注册过程是用于通知家乡代理通过隧道向移动节点发送数据包的。 如果不采用安全保障措施，又有一个恶意主机用户故意发送一条假注册请求消息给家乡代理，那么所有的数据包就有可能全部送到恶意用户那里。 因此安全性问题就成为移动 IP技术中的重要组成部分，它通过注册消息结构中的扩展字段对注册消息进行安全认证。 IPv4低延迟切换技术 切换：指当前正在进行通信的移 动节点与通信节点之间的通信链路从当前接入路由器转移到新的接入路由器的过程。 2层触发：是来自 2层的信息，这些信息在 2层切换前后通知 3层特定的事件。 2 层切换：当移动节点由一个网络接入点改接到另一个接入点（可能同属于一个网络，也可能分属不同的网络）时，首先需要进行数据链路层的切换。 这一层的切换过过程是由各个子网所使用的底层通信技术决定的。 3层切换：当移动节点判断出自己已经移动到新的外地子网时，首先从外地子网获得转交地址，并发送注册请求向家乡代理注册新的转交地址。 家乡代理收到注册请求后给移动节点发送注册应答，这样就完成了一次新的注册过程。 之后，家乡代理开始将目的地址为移动节点的数据包通过隧道发送到移动节点的当前位置，隧道的出口即为新的转交地址，从而完成了一次完整的切换。 为了使移动网络得到最广泛的适用性，移动 IP最初被设计为对链路层保持独立。 这种设计的优点在于将协议栈的二层和三层明确分割，但是这种设计也给切换延迟带来的负面的影响。 固有延时： 第二层和第三层的严格分离导致了下面的固有延迟 [13]。 1) 移动主机只能与直接连接的 外地代理通信，即移动主机只有在与新的外地代理的第二层切换完成后，才能开始注册过程。 2) 注册过程的持续时间非零。 在这段时间内，移动主机不能发送和接收 IP分组。 相应的解决措施： 针对上面存在的固有延迟问题，可从下面两个方面考虑，提出了减小移动 IP固有延迟的一些方法。 1) 移动主机在当前外地网络时，在发生切换之前就与新的外地网络上的外地代理通信。 这可以让移动主机在二层切换之前就在新的外地代理上建立它的注册状态，加快切换的进程。 2) 在新的外地网络上正式注册过程完成之前，移动主机继续使用前一个外地网络上的转交地址，通过前一 个外地网络上的外地代理维持正在进行的通信连接。 这样，可以减少了移动主机在网络切换过程中的通信中断时间。 预先注册切换方法允许移动主机参与即将发生的第三层切换。 在网络支持下，移动主机在没有完成第二层切换时，就启动第三层切换的部分操作。 第三层切换可以是移动发起的，也可以是网络发起的。 赵成聪：移动 IP 协议关键问题研究 第 10 页 共 22 页 预先注册切换方法基于移动 IP协议中描述的移动切换最初的概念。  移动主机接收外地代理的通告；  通告允许移动主机执行移动检测；  移动主机向外地代理注册。 根据二层触发的位置不同，预先注册切换方法允许移动主机 和外地代理发起切换，分别可称为移动发起和网络发起。 如图 31总结了预先注册切换的机制，下面介绍具体的操作过程： 家 乡 代 理旧 外 地 代 理移 动 节 点新 外 地 代 理4 . R e g R e g 消 息 5 . R e g R e p l y 消 息 1 a . R t S o l 消 息1 b . R t A d v 消 息3 . ( R e g ) R e g R e g 消 息2b.ProxyRtAdv消息2a.ProxyRtSol消息移 动 方 向。