張龍++楊林

摘 要：在當(dāng)前的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中，IP地址包含了身份和位置的雙重含義，IP地址的雙重含義將不利于支持當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，而且對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)核心路由器的擴(kuò)展也帶來(lái)了影響。基于此，提出一種新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)，研究重點(diǎn)是基于用戶身份和位置分離的寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)，以解決當(dāng)前IP地址產(chǎn)生的移動(dòng)性、路由可擴(kuò)展性的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；寬帶網(wǎng)；身份和位置分離；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TN711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）05-00-02

0 引 言

隨著人們生活水平的提高，移動(dòng)產(chǎn)品的使用量正在以指數(shù)形式不停增長(zhǎng)，移動(dòng)設(shè)備為用戶帶來(lái)了其自身固有的隨身性、可鑒性、身份識(shí)別等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但是，由于當(dāng)前的傳統(tǒng)TCP/IP體系模型其自身是基于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，無(wú)法很好地兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，而后續(xù)提出的一些相關(guān)解決方案也沒(méi)有解決目前體系模型的根本問(wèn)題。在目前的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中，當(dāng)前IP地址在語(yǔ)義上既包含了節(jié)點(diǎn)的身份位置，又包含了節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)位置，造成了IP地址語(yǔ)義過(guò)載。IP地址語(yǔ)義過(guò)載不但不利于支持當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，而且還會(huì)影響核心路由器的擴(kuò)展。當(dāng)前存在的這一系列問(wèn)題都將不利于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也給人們對(duì)移動(dòng)產(chǎn)品的使用帶來(lái)了各種各樣的問(wèn)題?；诖耍惹行枰环N新型技術(shù)以便能夠很好地解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性、路由可擴(kuò)展性等問(wèn)題。本文基于以上問(wèn)題提出了一種新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)，其目的是研究基于用戶身份和位置分離的寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)，以解決目前IP地址雙重語(yǔ)義產(chǎn)生的移動(dòng)性、路由可擴(kuò)展性等問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當(dāng)前身份標(biāo)識(shí)與位置標(biāo)識(shí)分離協(xié)議的研究主要分為兩類：第一類方案是基于主機(jī)端來(lái)實(shí)現(xiàn)分離，這類方案通常采用的方式是“重寫(xiě)地址”；第二類方案是基于網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)分離，這類方案通常采用的方式是“映射&封裝”。Hinden R.提出了一個(gè)新計(jì)劃來(lái)解決路由和地址問(wèn)題[1]。不更改主機(jī)，不改變大多數(shù)路由器，沒(méi)有新的路由協(xié)議，沒(méi)有新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，減少路由器中路由表的大小，使用當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)地址結(jié)構(gòu)。

HIP協(xié)議[2]在終端主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層中間添加了一個(gè)新命名的主機(jī)標(biāo)識(shí)層即HIP層，而且引入了新的命名空間HI/HIT，其主要作用是標(biāo)識(shí)出主機(jī)的身份，并通過(guò)引入RVS服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)身份標(biāo)識(shí)和位置標(biāo)識(shí)之間的映射。

LISP協(xié)議[3]是通過(guò)路由器端來(lái)實(shí)現(xiàn)分離IP地址的身份標(biāo)識(shí)和位置標(biāo)識(shí)。LISP協(xié)議保持當(dāng)前終端的主機(jī)和絕大部分路由器端各自的硬件框架和軟件結(jié)構(gòu)基本不變。終端的主機(jī)仍然使用現(xiàn)有IP地址來(lái)綁定應(yīng)用程序，以此來(lái)進(jìn)行連接和收發(fā)數(shù)據(jù)包，這些用來(lái)綁定上層應(yīng)用程序的IP地址被命名為EID，路由器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)還是根據(jù)當(dāng)前IP地址的轉(zhuǎn)發(fā)形式來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

中國(guó)聯(lián)通研究院和北京郵電大學(xué)合作分析當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)存在的問(wèn)題和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備的特點(diǎn)，介紹國(guó)內(nèi)外未來(lái)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究項(xiàng)目的進(jìn)展情況，比較FIND、GENI、FIRE、AKARI、CNGI和高可信網(wǎng)絡(luò)等國(guó)內(nèi)外未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的研究項(xiàng)目，給出未來(lái)網(wǎng)絡(luò)在虛擬化、移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)安全等方面的重點(diǎn)研究建議[4]。

目前基于身份和位置分離思想的網(wǎng)絡(luò)命名和尋址已經(jīng)成為新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要研究方向。本文提出的新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)研究基于用戶身份和位置分離的寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

新型移動(dòng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)是基于身份和位置分離構(gòu)建的模型，該模型分為核心網(wǎng)層和接入網(wǎng)層。如圖1所示，接入網(wǎng)位于核心網(wǎng)的邊緣，接入網(wǎng)通過(guò)ASR（Access Server Router）連接核心網(wǎng)，ASR負(fù)責(zé)所有固定和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入；核心網(wǎng)負(fù)責(zé)通過(guò)不同接入網(wǎng)接入的終端之間的互通路由，還負(fù)責(zé)新型移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的互連工作；核心網(wǎng)與接入網(wǎng)在拓?fù)潢P(guān)系上無(wú)重疊。

每個(gè)用戶終端配有一個(gè)全局唯一的用于標(biāo)識(shí)主機(jī)身份的身份標(biāo)識(shí)（Access Identifier，AID），以及分配一個(gè)用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湮恢玫穆酚蓸?biāo)識(shí)（Routing Identifier，RID）。AID關(guān)聯(lián)用戶的簽約信息，由移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商分配，AID配置到終端，并且在移動(dòng)過(guò)程中保持不變；RID由終端當(dāng)前連接的ASR負(fù)責(zé)分配，用以標(biāo)識(shí)終端當(dāng)前所連接的ASR。在移動(dòng)過(guò)程中，若變更了ASR，則由新的ASR分配一個(gè)新的RID。

圖1 基于身份位置分離原理的新型移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型

核心網(wǎng)劃分為映射平面與廣義轉(zhuǎn)發(fā)平面兩個(gè)邏輯層次：廣義轉(zhuǎn)發(fā)平面包括各種通用路由器，功能是根據(jù)目的端的RID進(jìn)行路由和報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，與現(xiàn)有IP網(wǎng)的行為一致。映射平面主要包含身份位置寄存器（Identifier & Location Register，ILR），主要用于保存MN的AID—RID的映射信息。

AID格式采用IPv4/IPv6地址格式，但不是用來(lái)路由尋址，RID需要被CR（Common Router，通用路由器）用于IP路由尋址，所以RID是一個(gè)可路由的IPv4/IPv6地址，ISR（Interconnect Service Router，互聯(lián)互通路由器）為基于身份位置分離原理的新型移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的網(wǎng)關(guān)。

新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理如圖2所示。

圖2 新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)

3 技術(shù)創(chuàng)新

3.1 無(wú)錨點(diǎn)切入技術(shù)

移動(dòng)終端原來(lái)在ASR1下訪問(wèn)新型寬帶IP承載網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)器，然后終端從ASR1移動(dòng)到ASR2，ASR1和ASR2之間進(jìn)行切換，在切換完成以后，所有的數(shù)據(jù)都從ASR2走，移動(dòng)終端與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的連接保持不變，業(yè)務(wù)不中斷，當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端切換示意圖如圖3所示，移動(dòng)終端切換過(guò)程中上下行數(shù)據(jù)錨點(diǎn)固定，造成嚴(yán)重的路徑迂回。

圖3 當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)切換場(chǎng)景

新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)提出了創(chuàng)新性的移動(dòng)性管理機(jī)制，解決移動(dòng)錨點(diǎn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)路由迂回網(wǎng)絡(luò)。如圖4所示，移動(dòng)終端切換前后都通過(guò)當(dāng)前的ASR進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，沒(méi)有固定錨點(diǎn)。

圖4 新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)切換場(chǎng)景

3.2 高擴(kuò)展性的映射轉(zhuǎn)發(fā)平面

新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)采用基于分布式哈希表的分布式映射數(shù)據(jù)庫(kù)解決系統(tǒng)可擴(kuò)展問(wèn)題，特別是為提高查詢效率，提出了創(chuàng)新的分域單跳DHT映射算法如圖5所示。

圖5 分域單跳DHT算法的分布式映射數(shù)據(jù)庫(kù)圖解

采用映射平面支持報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，解決ASR報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的性能問(wèn)題。采用映射平面流量本地化技術(shù)解決大規(guī)模組網(wǎng)時(shí)跨地域報(bào)文高延時(shí)問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)性和路由擴(kuò)展性方面面臨的一些問(wèn)題，找出當(dāng)前問(wèn)題的根源——IP地址的雙重性。通過(guò)閱讀和參考相關(guān)文獻(xiàn)，并分析了新型寬帶移動(dòng)IP承載網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和具體原理，提出了無(wú)錨點(diǎn)移動(dòng)切入技術(shù)以解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性問(wèn)題，采用基于分布式哈希表的分布式映射數(shù)據(jù)庫(kù)解決系統(tǒng)可擴(kuò)展問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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