移動IP路由器技術的基本原理與工作過程

2019-11-05 02:29:14

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　　互聯網的廣泛應用、移動用戶的不斷增加，使移動ip路由技術的研究顯得非凡重要。IETF的建議提供了移動IP協議，但卻沒有提供優化路由，它存在路由的“三角形”問題。因此，只有解決IETF建議的路由“三角形”問題及其復雜性問題，移動IP路由技術才可以有效地同現有的網絡兼容，實現真正的移動優化路由。
　　
　　移動IP路由技術還處于發展階段，許多技術還有待于深入研究和探討，這里從目前使用的移動IP路由技術出發，簡要介紹移動IP路由技術的基本原理和工作過程，并對路由優化進行分析總結。
　　
　　移動IP路由技術
　　技術背景
　　
　　1996年IETF提出了RF2002移動IP協議。它提出的背景是由于當時盛行的IP協議并不能滿足用戶以移動方式接入企業網和互聯網的要求。因為在IP協議中，假定任何一個端點的設備都是固定的（即IP地址唯一），那么在通信時，只要將目的端的IP地址嵌入目的地址域，與數據包一同打包封裝，然后傳送到目的端即可。但在移動環境中，若通信端點的一方為移動用戶，IP協議就無法準確地將數據包送到移動主機。移動IP協議的出現，使該問題迎刃而解。
　　
　　移動IP協議的基本思想是：將IP地址標志與尋址功能分開，用兩個IP地址分別表示。用于標志移動主機的IP地址為本地代理地址，用于標志主機當前所在位置的IP地址為接管地址CoA（CareofAddress）。那么移動主機如何進行路由尋址，又用到了哪些路由技術？下面作具體分析。
　　
　　運用協議要經常談到幾個通信實體：移動主機MH（MainHost）、本地網絡HN（HomeNetwork）、外地網絡FN（For?eignNetwork）、本地代理HA（HomeA?gent）、外地代理FA（ForeignAgent）及接管地址CoA（CareofAddress）。這里我們僅對接管地址CoA進行具體分析。
　　
　　CoA地址的作用與獲取
　　路由技術最基本的原理是移動主機（MH）登記到本地代理（HA），在本地代理（HA）與外地代理（FA）之間建立數據通道來實現數據包的路由功能。接管地址（CoA）是指移動主機漫游到外地網絡（FN）后所獲得的臨時地址，為移動主機和本地網絡（HN）通信提供了一個通道，它是通道的終點。因此正確獲取接管地址（CoA）是要害的步驟。要獲得接管地址通常有兩種渠道：一是直接以外地代理（FA）的IP地址作為接管地址（CoA），移動主機利用它來登記，此時，FA就是通道的終點，負責接收數據包、解除封裝、再發給移動主機。這種地址模式可以使多個移動主機共享一個CoA，使用率較高。二是臨時分配給移動主機的IP地址。它是通過外部（如DHCP）獲得的外地網絡中的一個暫時地址。此時移動主機自身是通道終點，自行解除封裝，取出數據包。在這種模式下，一個CoA僅能被一個移動主機使用，使用率較低。CoA是數據包路由的核心，但它是一種動態的地址，也就是說當移動主機更換網絡時，CoA也就隨即改變。
　　
　　尋找移動代理
　　當移動主機進入網絡時，必須找到一個移動代理以便獲得最新的CoA。移動主機有兩種尋找代理的方法：一是被動發現，移動主機等待移動代理周期性的廣播代理通告報文。二是主動發現，移動主機廣播一條請求代理的報文。兩種方法中的任何一種都可使移動主機識別出代理，并獲得CoA。但第二種方法只有在移動主機沒有收到代理通告報文，并且無法獲得CoA時才使用。
　　
　　登記規程
　　有了CoA，移動主機必須向本地代理（HA）登記當前的CoA，以便HA能準確地轉發數據包，登記規程在不同網絡中有不同方式。一種是通過FA進行登記，移動主機向FA發送登記請求報文，FA處理請求報文，并轉發至HA，HA處理登記請求，發送登記答復給FA，FA處理答復，并轉發至移動主機；另一種是移動主機直接向HA請求登記，HA處理后向移動主機發送登記答復。
　　
　　移動IP的工作過程
　　移動主機在不同子網間漫游，其數據包的通信過程如下：
　　
　?。?）本地代理和外地代理不停地向網上發送代理廣告（AgentAdvertise?ment）消息，以聲明自己的存在。
　　
　?。?）移動主機收到這些消息，確定自己是在本地網還是在外地網。
　　
　?。?）假如移動主機發現自己仍在本地網，即收到的是本地代理發來的消息，則不啟動移動功能。假如是從外地網絡重新返回的，則向本地代理發出取消注冊的消息，聲明自己回到了本地網。
　　
　?。?）當移動主機檢測到它移動到外地網時，則獲得接管地址（CoA）。
　　
　?。?）然后移動主機向本地代理登記，表明自己已離開本地網，把所獲得的接管地址通知本地代理。
　　
　?。?）登記完畢后，所有發給移動主機的數據包被本地代理截獲，經本地代理封裝后，通過隧道發到外地網絡的外地代理FA（第一種CoA地址）或移動主機自身（第二種CoA地址）。第一種情況下，外地代理再把數據包轉發給移動主機。此時，數據包在不同子網間傳送成功。
　　
　?。?）移動主機發送數據到一般的IP主機時，按正常的IP尋址方法發送，不必通過本地代理。出現的問題
　　
　　在上述工作過程中，有效地解決了移動主機在子網間漫游通信的問題。但是，卻在路由上存在著問題。當移動主機發送數據時，不管它是在本地網絡還是在外地網絡，它始終保留了它的本地網絡地址，當它發送數據包時，可以用通常的IP協議發送。反之，當一般IP主機給移動主機發送數據包時，首先到達移動主機的本地代理（HA），HA再根據收到的移動主機當前的接管地址CoA（假定為第一種地址），將數據包發往外地網絡，由外地代理最終將數據包發給移動主機，這就出現了路由的“三角問題”。最差的情況是當發送數據包的一般IP主機靠近移動主機所在的外地網絡或移動主機已經漫游到發送主機所在的網絡時，發送的數據包卻仍要先到達移動主機的本地代理，再由本地代理發到外地代理，最后到達移動主機，這不僅增大了傳輸延遲，同時對一些延遲敏感的業務如音頻、視頻等造成極大的損害。其次，數據包在網絡中運行時間過長，浪費了網絡資源，增加了網絡負擔。優化路由
　　
　　為了減小傳輸延遲、減輕網絡負擔，必須對路由進行優化。一種最具代表意義的思想是隧道技術。隧道技術本身是指移動主機登記后，發送主機發送數據包到本地網絡，本地代理截獲數據包后，將它作為凈負荷封裝在轉發的數據包中，生成一個新的數據包，該數據包數據部分是凈負荷，報頭中，以本地代理的IP地址作為源地址，以接管地址CoA作為目的地址，完成封裝，然后按常規的IP路由方式，通過隧道轉發到處于隧道終點的接管地址處，解除隧道封裝后，取出原始數據包，再發送至移動主機。當接管地址是臨時分配的駐留地址時，移動主機自己是隧道終點，它自身解除隧道封裝，取出原始的數據包。
　　
　　在路由優化中假如將隧道技術應用到發送數據包的一般IP主機上，執行各種工作，那么就會省去本地代理的轉發，解決了“三角形”問題。也就是說當本地代理收到IP主機發往移動主機的數據后，向IP主機發出綁定請求，通知IP主機關于移動主機的捆綁信息（包括本地代理地址、CoA和注冊生存時間），隨后，IP主機對數據包進行封裝，并建立與CoA處的隧道，數據包在隧道中透明傳輸，到達隧道終點后，解除封裝，傳給移動主機。假如移動主機又移動了，新的CoA實體會把更新的捆綁信息傳給老的CoA實體，而且本地代理也隨后得到更新的捆綁信息，它再通知IP主機新的捆綁信息，之后傳送的數據包直接由IP主機發往新的CoA處。這樣保證了數據包的網間通信，同時，減少了轉發環節，消除了路由三角形，實現了路由的優化。
　　
　　這一思想是優化路由的基本思想，但假如在實踐中應用會碰到許多問題，如對IP主機要求條件太高，它必須具有能夠獲取捆綁信息、能夠封裝數據及能夠建立隧道的能力，對現有的互聯網用戶而言，實現難度太大。另外，外地代理的平滑切換、網絡安全等也都是亟待解決的問題。
　　
　　另一種路由優化的思想是引入一個新的通信代理CA（CommunicateAgent），專門負責治理IP主機與移動主機通信時的尋址、隧道建立、數據傳輸等工作。它大大縮短了傳輸路徑，減小了傳輸延遲，減輕了IP主機的負擔，實現起來簡單，對現有的互聯網用戶而言，不必進行太大的改動，就可以實現移動IP的功能，應用前景廣闊。

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