移动IP技术

移动技术大作业–1–移动技术大作业学院（系）：软件学院专业：软件工程班级：学生姓名：学号：完成日期：2015年4月大连理工大学DalianUniversityofTechnology移动技术大作业–2–移动IP技术前言随着人们生活节奏的加快和对信息量的巨大需求，传统的固定IP节点之间的相互通信的数据传输方式已经很难满足人们在移动过程中的办公需求；同时，网络向全IP方向的快速发展和便携式终端的广泛应用，使得在IP网络中实现对移动性的支持变得越来越重要。这种重要性推动了业界对移动终端在网络层接入的研究，促使了移动IP技术的产生。一．移动IP的相关概念1.1移动IP提出的背景随着IP网络的迅速发展，人们不再满足于单一的、固定的因特网接入方式，而是希望能够提供灵活的上网方式。无线互联网的发展，要求IP网络能够提供对移动性的良好支持。个人通信时代的到来，要求用户在任何地方都可以利用自己的一个专有地址上网。因特网的飞速发展和移动设备（笔记本电脑，掌上电脑）的大量涌现，推动了移动计算机接入网络的研究，移动计算机用户希望能够和桌面固定用户一样接入同样的网络，共享网络资源和服务。根据IP地址和寻址地址模式的特点，每一个ＩＰ地址都归属一个网络，共享网络资源和服务。根据ＩＰ地址结构和寻址模式的特点，每一个ＩＰ地址都归属一个网络，当把一台桌面计算机从一个网络移动到令一个网络是，首先要从原网络上断开，在连接到新的网络上，并且还要重新配置ＩＰ地址。这样的方式对于一个需要频繁移动的移动计算机来说，显然不能适用。当一个节点的位置发生改变后，有哪些解决方案呢？1.改变节点的IP地址：修改IP地址要切断现有的连接，因为TCP和UDP都是基于SOCKET的，无法保持现有的通信；DNS系统记录的信息相对稳定，移动主机移动造成的对IP地址的频繁修改会加重DNS的负担；通信对端必须意识到，从DNS得到的IP地址随时都可能改变，这只能进一步增加访问DNS的次数；DNS信息更新的安全性无法保证；修改IP地址无法解决访问权限受限问题移动技术大作业–3–2.采用特定主机路由：一个主机移动需要诸多中间路由器增加、删除或修改基于特定主机的路由，代价太大；当移动主机的数目增加时，路由表的大小、参与的中间路由器数目、路由表的修改频率都将增加，开销也会随之增大；要提供特定主机路由，需要相应的路由维护机制和安全管理机制，这要修改现有的路由协议。1.2移动IP概述移动IP是为了满足移动节点在移动中保持其连接性而设计的。最简单的说，移动IP技术就是让计算机在互联网及局域网中不受任何限制的即时漫游，也称移动计算机技术。移动IP应用于所有基于TCP/IP网络环境中，它为人们提供了无限广阔的网络漫游服务。譬如：在用户离开北京总公司，出差到上海分公司时，只要简单地将移动节点(例如：笔记本电脑、PDA设备)连接至上海分公司网络上，那么用户就可以享受到跟在北京总公司里一样的所有操作。用户依旧能使用北京总公司的共享打印机，或者可以依旧访问北京总公司同事电脑里的share文件及相关数据库资源；诸如此类的种种操作，让用户感觉不到自己身在外地，同事也感觉不到你已经出差到外地了。换句话说：移动IP的应用让用户网络随处可以安“家”，不再忍受移动节点因“出差”带来的所有不便之苦等等。移动IP由IETF的移动IP小组mobileip(IPRoutingforWireless/mobileHosts)制定，于1996年11月公布为建议标准(建议标准是一个协议从因特网草案发展成因特网标准的第一个重要步骤)。移动IP是一个支持主机移动的网络层解决方案。同IP一样，移动IP对下层传输媒体不做任何要求，可以在不同媒介的网络间提供主机移动功能。移动IP向上层屏蔽了主机移动的细节，现有因特网的上层协议和应用都无须改动，解决通信对端和移动主机间IP报文的发送问题。移动IP技术的设计具有以下要求：可以在全球因特网上提供主机移动功能；具有可扩展性和安全性；移动主机切换链路时，应能保持正在进行的通信；移动主机可以用一个永久IP地址连接到任何链路上；移动主机应能与不具备移动IP功能的计算机通信；移动IP应该提供安全保证，移动主机不应该比因特网上的其它主机面临更多的安全威胁；支持子网的整体移动。1.3移动IP相关概念解释移动节点(MobileNode)：指一个移动的计算机或路由器，移动后仍能用原来的IP地址进行通信。通信对端(CorrespondentNode)：与移动节点通信的计算机。家乡网络(HomeNetwork)：移动节点的归属网络。移动技术大作业–4–家乡地址(HomeAddress)：分配给移动节点的永久IP地址，不随节点位置的变化而改变。家乡链路(HomeLink)：移动节点家乡网络的链路。家乡代理(HomeAgent)：运行在移动节点家乡链路上的路由器，它截获发送给移动节点的报文，将报文转发给移动节点。外地链路(ForeignLink)：移动节点所在的外地网络的链路。外地代理(ForeignAgent)：运行在外地网络上的路由器，是移动节点发送报文的缺省路由器。图1.1移动IP的实体隧道(Tunnel)：一个数据包被封装在另一个数据报文的净荷中进行传送所经过的路径。转交地址(Care-of-Address)：移动节点在外地链路上时为标识自己位置而使用的临时IP地址。外地代理转交地址(ForeignAgentCare-of-Address)：是外地代理的某个IP地址，由外地代理分配，多个移动节点可以使用同一个外地代理转交地址，节省地址空间(推荐使用)配置转交地址(CollocatedCare-of-Address)：是所在外地网络的某个IP地址，一个配置转交地址只能同时被一个移动节点使用，当外地链路上没有外地代理时，移动节点可以使用这种转交地址。移动技术大作业–5–1.4移动IP的概貌移动节点移动到外地链路上，得到一个转交地址，移动节点将转交地址报告给家乡代理，通信对端将报文发送到移动节点的家乡链路，家乡代理截获报文，通过隧道将报文转发给移动节点，移动节点要发送报文时，将外地链路上的路由器作为缺省网关。其中，转交地址用于标识移动节点的当前位置，转交地址与移动节点所在的外地链路相关，每次移动节点改变外地链路，转交地址也将随之改变，送往转交地址的IP报文可以通过现有的路由机制传送，转交地址是连接家乡代理和移动节点的隧道的出口。移动节点通过家乡地址标识，家乡地址不随物理位置的变化而改变，当移动节点移动到外地网络时，转交地址提供它现在的位置信息，转交地址随移动节点物理位置的不同而变化，家乡代理记录移动节点的当前转交地址，每次转交地址的变化都要向家乡代理汇报，外地代理转交地址是由外地代理分配的，而配置转交地址是通过某种配置规程得到的（比如：DHCP或手工配置）。通信对端发给移动节点的报文由家乡代理截取，通过隧道方式转发。移动节点在家乡链路上时，与普通固定节点完全相同。移动节点在外地网络上发送报文时，将外地链路上的路由器当作缺省网关。二．移动IP的工作过程移动IP工作过程可分为三个阶段：代理搜索：移动节点主动发起，移动节点被动接收;注册：注册请求，注册应答;报文发送和接收。本部分将着重讲一下这三个工作过程，以及用到的隧道技术。2.1代理搜索家乡代理和外地代理周期性地广播代理广播(AgentAdvertisement)消息，移动节点收到代理广播消息后，检测自己是处于外地网络还是家乡网络。如果是外地网络，检查是否移动到了新的外地网络。如果移动节点没有收到代理广播消息时，它主动发送代理请求(AgentSolicitation)消息。代理收到此消息后立即响应代理广播消息。2.2注册如果使用外地代理转交地址时，移动节点从外地代理的代理广播消息中得到一个外地代理转交地址，移动节点向外地代理发送注册请求（RegistrationRequest）消息，外地代理对注册请求消息做有效性检查：如果没有问题，将该消息转发到移动节点的家乡代理；如果有问题，外地代理向移动节点回送注册应答（RegistrationReply）消息指示注册失败。移动技术大作业–6–如果使用配置转交地址：移动节点根据某种配置规程获得一个配置转交地址，移动节点将外地链路上的路由器作为缺省网关，直接向家乡代理发送注册请求消息。收到注册请求消息后，做有效性检查。如果消息有效。家乡代理绑定移动节点的家乡地址和转交地址，并回送注册应答消息指示注册成功。开始准备作为隧道入口封装发送给移动节点的报文。如果消息无效，向转交地址回送注册应答消息指示注册失败。如果使用外地代理转交地址，外地代理收到注册应答消息后做有效性检查，如果检查通过，外地代理更新来访移动节点列表，将应答消息转发给移动节点，并准备作为隧道出口拆封数据报文。如果检查没有通过，外地代理发送注册应答消息给移动节点，指示注册失败。移动节点收到注册应答消息：如果注册成功，就可以开始正常工作；如果注册失败，可以根据错误信息调整后重新注册。如果使用配置转交地址，移动节点收到注册应答消息：如果注册成功，正常工作；如果注册失败，可以根据错误信息做相应的调整后重新发起注册请求。2.3报文的接受与发送家乡代理对移动节点进行注册后，开始在本地链路上发送代理ARP消息，通信对端按照正常的路由策略向移动节点发送报文，报文被路由到移动节点的家乡网络，家乡代理截获该报文，将注册的转交地址作为隧道出口，将自己的IP地址作为隧道入口，对报文进行封装后发送。如果使用外地代理转交地址，作为隧道的出口的外地代理对数据进行拆封，检查访问者列表。将报文转交给移动节点。如果使用配置转交地址，移动节点本身是隧道的出口，直接对数据进行拆封。移动节点要发送数据报文时，如果有外地代理，将外地代理作为缺省网关，如果没有外地代理，选择外地链路上的某个路由器作为缺省网关。2.4隧道技术隧道技术在移动IP中非常重要。移动IP使用IP的IP封装、最小封装和通用路由封装（GRE）三种隧道技术。（1）IP的IP封装由RFC2003定义，用于将IPv4包放在另一个IPv4包的净荷部分。其过程非常简单，只需把一个IP包放在一个新的IP包的净荷中。采用IP的IP封装的隧道对穿过的数据包来说，犹如一条虚拟链路。移动IP要求归属代理和外埠代理实现IP的IP封装，以实现从归属代理到转交地址的隧道。移动技术大作业–7–（2）IP的最小封装由RFC2004定义，是移动IP中的一种可选隧道方式。目的是减少实现隧道所需的额外字节数，通过去掉IP的IP封装中内层IP报头和外层IP的报头的冗余部分完成。与IP的IP封装相比，它可节省字节（一般8byte）。但当原始数据包已经过分片时，最小封装就无能为力了。在隧道内的每台路由器上，由于原始包的生存时间域值都会减小，以使归属代理在采用最小封装时，移动节点不可到达的概率增大。（3）由RFC1701定义，是移动IP采用的最后一种隧道技术。除了IP协议外，GRE还支持其它网络层协议，它允许一种协议的数据包封装在另一种协议数据包的净荷中。在某些应用中，GRE防止递归封装的机制也非常有吸引力。三．移动IP的优化3.1三角路由问题通信主机发往移动主机的分组必须经过本地代理，而从移动主机发往通信主机的分组是直接发送的，两个方向的通信不是同一路径，产生“三角路由”问题，这在移动主机远离本地代理，通信主机与本地代理相邻的情况下效率尤其低下。绑定缓存策略可以对这一问题进行优化：通信对端维护一个绑定缓存，存储它要访问的移动节点的家乡IP地址，转交地址对，当通信对端要向移动节点发送报文时，它检查自己的缓存，找到移动节点的转交地址，直接将报文通过隧道发给移动节点，由于移动节点的转交地址是随着节点位置的变化而变化的，所以通信对端要对绑定缓存进行维护。家乡代理截获一个目的地址为移动节点的报文时，它知道通信对端没有关于移动节点的绑定信息，就向通信对端发送绑定更新消息，通知它移动节点的家乡IP地址和转交地址。通信对端可以主动向移动节点的家乡代理发送绑定请求消息，家乡代理使用绑定更新消息将移动节点的转交地