范玉宇

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和IPv6技術(shù)的部署實施，各項基于移動網(wǎng)絡(luò)上新的數(shù)據(jù)應(yīng)用層出不窮。當(dāng)移動節(jié)點在不同的子網(wǎng)間隨意移動時，移動IPv6技術(shù)如何保障其正在通信的業(yè)務(wù)不中斷，在網(wǎng)絡(luò)層上完成平滑快速無縫切換，成為移動IP的關(guān)鍵技術(shù)之一。

一、標(biāo)準(zhǔn)MIPv6切換工作原理

1.1 MIPv6中的基本概念

在標(biāo)準(zhǔn)移動IPv6技術(shù)術(shù)語中，常用到以下幾個專有名詞：（1）移動節(jié)點（Mobile Node）：物理上能夠從一個鏈路接入點移動到另一個接入點的移動主機節(jié)點。（2）家鄉(xiāng)鏈路（Home Link）：對應(yīng)于移動節(jié)點家鄉(xiāng)子網(wǎng)前綴的子網(wǎng)鏈路。（3）家鄉(xiāng)地址（Home Address）：在家鄉(xiāng)鏈路上分給移動節(jié)點的唯一可路由單播地址。當(dāng)移動節(jié)點有多個家鄉(xiāng)鏈路網(wǎng)絡(luò)前綴時，一個移動節(jié)點可以使用多個家鄉(xiāng)地址。（4）家鄉(xiāng)代理（Home Agent）：移動節(jié)點家鄉(xiāng)鏈路上的某臺指定路由器。當(dāng)移動節(jié)點離開家鄉(xiāng)時，負(fù)責(zé)截獲家鄉(xiāng)鏈路上發(fā)往移動節(jié)點家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包，封裝后再通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址。（5）外地鏈路（Foreign Link）：除了其家鄉(xiāng)鏈路之外的任何鏈路。（6）通信節(jié)點（Correspondent Node）：所有與移動節(jié)點通信的對端節(jié)點。（7）綁定（Binding）：移動節(jié)點家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的關(guān)聯(lián)以及關(guān)聯(lián)相應(yīng)的生存時間。（8）注冊（Register）：移動節(jié)點向家鄉(xiāng)代理或者通信節(jié)點注冊移動節(jié)點的綁定，通過綁定更新和綁定應(yīng)答實現(xiàn)。進(jìn)一步分為家鄉(xiāng)代理注冊和通信節(jié)點注冊。

1.2 MIPv6的標(biāo)準(zhǔn)切換過程

如果移動節(jié)點處于家鄉(xiāng)鏈路中，配置方式與位置固定的主機相同。當(dāng)移動節(jié)進(jìn)入外地網(wǎng)絡(luò)時，切換的過程主要包括兩個階段：首先是通過底層協(xié)議進(jìn)行L2鏈路層切換；之后是網(wǎng)絡(luò)層即IP層的切換，由于IP層切換技術(shù)相對復(fù)雜，這個過程也是MIPv6的主要研究對象，包括以下步驟：（1）移動節(jié)點通過路由通告消息中的子網(wǎng)前綴獲得一個或多個轉(zhuǎn)交地址，并進(jìn)行重復(fù)地址檢測（DAD）。（2） 如果測得轉(zhuǎn)交地址可用，移動節(jié)點向家鄉(xiāng)代理申請注冊，建立綁定。家鄉(xiāng)代理此后用鄰居通告消息，截獲所有發(fā)往移動節(jié)點家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包，通過隧道發(fā)往移動節(jié)點。（3）移動節(jié)點直接發(fā)送分組給通信對端。當(dāng)通信節(jié)點也支持MIPv6時，使用路由優(yōu)化方法，移動節(jié)點與通信節(jié)點直接注冊自己的轉(zhuǎn)交地址，此后移動節(jié)點和通信節(jié)點直接相互通信，不需要經(jīng)過家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)，解決了MIPv4中三角路由的問題。（4）對端通信節(jié)點給移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，先根據(jù)目的IP地址查詢綁定緩存，如存在綁定匹配，則直接發(fā)給移動節(jié)點。如果沒有綁定匹配，則發(fā)給移動節(jié)點的家鄉(xiāng)地址，仍然將數(shù)據(jù)送到移動節(jié)點的家鄉(xiāng)鏈路上，經(jīng)其家鄉(xiāng)代理通過隧道方式轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點。（5）移動節(jié)點通過收到家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)包，判斷通信節(jié)點沒有自己轉(zhuǎn)交地址的綁定緩存，進(jìn)而可以向通信節(jié)點發(fā)送綁定更新。

二、F-MIPv6切換技術(shù)

為了解決MIPv6中切換延時過長的問題，IETF工作組在RFC4068中提出了F-MIPv6協(xié)議即快速切換技術(shù)。包括預(yù)先注冊快速切換方法和過后注冊快速切換方法。

在標(biāo)準(zhǔn)MIPv6的設(shè)計中，鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層分割明確，只有在完成二層切換后才能進(jìn)行三層切換工作，導(dǎo)致了移動IP的固有時延。預(yù)先注冊快速切換方法允許移動節(jié)點在還沒有完成L2層的切換時就可以啟用L3層切換的部分操作，可以由移動節(jié)點或先前接入路由器（PAR）發(fā)起。

以移動節(jié)點發(fā)起切換為例，切換流程如下：（1）移動節(jié)點向先前接入路由器（PAR）發(fā)起路由器代理請求消息。（2）PAR返回路由器代理通告消息，在消息中含帶了新的接入路由器（NAR）的消息，包括網(wǎng)絡(luò)地址、前綴、鏈路層地址等信息。（3）移動節(jié)點生成新的轉(zhuǎn)交地址，向PAR發(fā)出快速綁定更新消息。（4）PAR收到該消息后在新、舊轉(zhuǎn)交地址間建立隧道，向NAR發(fā)切換發(fā)起消息。（5）NAR對新的轉(zhuǎn)交地址進(jìn)行重復(fù)地址檢測（DAD），若重復(fù)則重新分配新轉(zhuǎn)交地址并在切換確認(rèn)消息中將結(jié)果告知PAR。（6）PAR向NAR和移動節(jié)點回復(fù)快速綁定確認(rèn)消息，然后通過隧道把發(fā)往原轉(zhuǎn)交地址的數(shù)據(jù)送到NAR，NAR將這些數(shù)據(jù)暫存。（7）移動節(jié)點到達(dá)新的子網(wǎng)，向NAR發(fā)送快速鄰居通告消息，從NAR接受緩存和新來的數(shù)據(jù)。

在L2的切換完成之前，預(yù)先注冊快速切換方法不一定保證能夠完成，此時可以采用過后注冊快速切換方法。該機制允許PAR和NAR之間通過二層信息，建立雙向隧道，移動節(jié)點在新的子網(wǎng)中仍然使用舊的轉(zhuǎn)交地址建立連接，減少對實時應(yīng)用的影響。過后注冊快速切換方法是對預(yù)先注冊快速切換方法的備份和必要補充。

三、H- MIPv6切換技術(shù)

H-MIPv6即層次型移動IPv6，它的主要思想是將區(qū)域劃分，在每個區(qū)域中由一個指定的“移動錨點”（MAP）進(jìn)行管理。MAP是移動節(jié)點在外地鏈路中的路由器，它可以位于移動網(wǎng)絡(luò)的任意層次中。

支持H-MIPv6的移動節(jié)點以無狀態(tài)自動配置方式獲取鏈路轉(zhuǎn)交地址（LCoA）和區(qū)域轉(zhuǎn)交地址（RCoA）。LCoA是基于當(dāng)前接入路由器默認(rèn)的路由器通告產(chǎn)生的移動節(jié)點地址，RCoA是基于錨點的網(wǎng)絡(luò)前綴配置形成的地址。移動節(jié)點在同一MAP域的不同接入路由器鏈路下，具有相同的RCoA和不同的LCoA。

只有當(dāng)移動節(jié)點在不同的MAP域間進(jìn)行切換時，才需要更換RCoA，向MAP、家鄉(xiāng)代理、通信節(jié)點進(jìn)行綁定更新。

應(yīng)用H- MIPv6技術(shù)，當(dāng)移動節(jié)點進(jìn)行MAP域內(nèi)切換時，網(wǎng)絡(luò)上總開銷減少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和丟包率都有所減小。但由于增加了網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，當(dāng)移動節(jié)點進(jìn)行MAP域間切換時，總開銷、延時和丟包率反而高于標(biāo)準(zhǔn)MIPv6。在部署了多MAP的H-MIPv6網(wǎng)絡(luò)中，如果MAP點設(shè)計得不合理，將使MAP成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。因此，人們又提出了基于自適應(yīng)算法的MAP自動選擇機制。

四、F-H-MIPv6切換技術(shù)

以上兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點，F(xiàn)-MIPv6比標(biāo)準(zhǔn)MIPv6減少切換的時間，但注冊過程仍產(chǎn)生較多額外開銷。H-MIPv6雖然減少了部分切換的開銷，但增大了網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)和路由算法復(fù)雜度，甚至增加了切換時間。人們將兩者優(yōu)點相結(jié)合，提出了F-H-MIPv6技術(shù)，既在結(jié)構(gòu)上分層，又在切換時采取預(yù)判注冊及緩存隧道機制，將F-MIPv6的預(yù)注冊方法應(yīng)用于H-MIPv6的結(jié)構(gòu)之上。F-H-MIPv6技術(shù)在不同的MAP區(qū)域之間進(jìn)行切換時，與F-MIPv6的區(qū)別是：在建立快速存貯轉(zhuǎn)發(fā)隧道時，是在MAP與新的接入路由器（NAR）之間建立隧道，即原MAP起到PAR的作用。

五、小結(jié)與展望

以MIPv6為基礎(chǔ)的下一代移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，吸取了IPv4移動技術(shù)的經(jīng)驗，通過改進(jìn)和拓展，滿足大規(guī)模移動用戶發(fā)展的需求，解決有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和訪問技術(shù)的移動性問題，支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下固網(wǎng)和移動接入網(wǎng)絡(luò)之間的隨時切換。

隨著移動IP技術(shù)研究的不斷深入，不僅切換過程中的時延和丟包率會趨近于固網(wǎng)水平，切換過程中信令交互帶來的的額外負(fù)載開銷也將盡量減少，對移動IP的管理水平也將精細(xì)化，為各項移動通信業(yè)務(wù)的QOS保障提供更加合理均衡的服務(wù)。