第7章移动IP技术、移动互联网(最新版-修订)

,7.1 移动IP的基本概念,移动IP问题的提出 随着移动通信技术的广泛应用，人们希望通过笔记本计算机、手机或其它移动设备，在移动的任何地方、任何时间都能够方便地访问Internet。 移动结点是指从一个链路移动到另一个链路、或一个网络移动到另一个网络的主机或路由器。移动IP称为 Mobile IP。 当移动结点在不同的网络或在不同的传输介质之间移动时，随着接入位置的变化，接入点会不断改变。最初分配给它的IP地址已经不能表示出它目前所在的网络位置，如果使用原来的IP地址，那么路由选择算法已经不能够为移动结点提供正确的路由服务，因此需要考虑新的网络层处理方法。 (注：这里指的是移动互联网支持的单个终端的移动，叫移动IP。当支持小、中规模的运动子网的移动时，如运动中的军队、火车、汽车等主体上的子网在Internet中也进行移动时，称为移动网络, 简称NEMO(Network Mobility)，IETF提出的RFC 3963专门解决此类问题。本章讨论前者，即移动IP，后者不在本章讨论范围内),要解决移动路由，用什么方法？,法1：每一次改变接入点时也随着改变IP地址 传统的路由算法不能保持通信的连续性 移动结点IP地址不断在变化，将导致移动结点无法与 其它用户主机通信 法2：接入点改变时 IP地址不变 每次在整个Internet中加入到该主机的特定主机路由， 路由表将急剧膨胀 传统的路由算法处理该主机特定地址的负荷将大大增 加路由器的负载 要寻找一种新的机制来解决主机在不同网络间移动的问题!,移动 IPv4 的研究,1992年：IETF成立移动IP工作组(IP Routing for Wireless /Mobile Hosts)，并在开始制定移动 IPv4 的标准草案 文档主要包括： RFC 2002（定义了移动IPv4协议） RFC 1701、2003与2004（定义了移动 IPv4 中的 3 种 隧道技术） RFC 2005（定义了移动IPv4的应用） RFC 2006（定义了移动IPv4的管理信息库 MIB） 1996年6月：IESG通过了移动IP标准草案 1996年11月：公布了建议标准,移动 IP 的设计目标,移动结点在改变接入点时，无论是在不同的网络之间，或者是在不同的链路之间移动时，都不必改变其IP地址，可以在移动过程中保持已有通信的连续性。 在网络层需要提供支持移动功能 网络层协议要支持移动结点IP分组转发,移动 IP 协议应能满足的基本要求,移动节点在改变接入点之后应能继续与其他节点通信 移动节点只要与接入点连接就能用原来的IP地址通信 移动节点应该能与不具有移动IP功能的其他节点通信 移动节点不应该比其他节点的安全性差 考虑到移动结点通常是使用无线方式接入，涉及无线信道带宽、误码率与电池供电等因素，应尽量简化协议，减少协议开销，提高协议效率。,移动 IP 协议的基本特征,作为网络层的一种协议，移动IP应具备以下特征: 移动 IP 要与现有的 Internet 协议兼容； 移动 IP 协议与底层所采用的物理层协议类型无关； 移动 IP 协议对传输层及以上的高层协议是透明的； 移动 IP 协议应该具有良好的可扩展性、可靠性和安全性。,移动 IP 结构示意图,简化后为：,移动IP的四个功能实体,移动结点（mobile node, MN） 家乡代理（home agent, HA） 外地代理（foreign agent, FA） 通信对端 (correspondent node, CN),移动IP基本术语,家乡地址（home address） 转交地址（care-of address, CoA） 家乡网络（home network） 家乡链路（home link） 外地链路（foreign link） 移动绑定（mobility binding） 隧 道（tunnel）,移动IPv4基本工作过程,代理发现(agent discovery), 得到CoA 注册(registration), 使HA进行移动绑定 数据分组路由(packet routing)传输 注销(de-registration), HA撤销移动绑定,1、代理发现,2、注册,3、分组路由，进行通信,移动结点在外地网络上接收单播分组：,移动结点在外地网络上发送单播分组,或：,多播数据分组的路由,移动结点接收多播数据分组：,或：,移动结点发送多播数据分组,或：,移动IPv4中移动结点和通信对端的基本操作,注册后，通信对端向移动结点发送数据分组时,前面方法为间接路由，走了一个三角，可以进一步改进为直接路由方法,通信过程进行中，若一个外地网络中的移动结点又移动到另一个新的外地网络时 通过锚FA,移动IP协议研究需要进一步解决的问题,移动IP协议的安全问题： 从物理层与数据链路层角度看，无线链路容易遭受窃听、重放或其他攻击； 从网络层移动IP协议角度看，代理发现机制很容易遭到一个恶意结点攻击，移动注册机制很容易受到拒绝服务攻击与假冒攻击； 家乡代理、外地代理与通信对端，以及代理发现、注册与隧道机制都可能成为攻击的目标。,移动IP的服务质量QoS问题,移动结点在相邻区域间的切换引起分组传输路径的变化，对通信服务质量会造成重要的影响； 移动结点转交地址的变化，会引起传输路径上的某些结点不能满足数据分组传输所需要的服务质量要求； 目前IP网络提出的集成服务(IntServ)和区分服务(DiffServ)机制不能适合于移动环境； 移动IP服务质量解决方案需要考虑切换期间通信连接的中断时间，有效确定切换过程中原有路径中的重建，切换完成后要能够及时释放原有路径上的服务质量状态和己分配资源等因素； 目前研究较多的解决方案都基于资源预留协议RSVP； 移动网络服务质量保证机制中服务质量的协商机制是致关重要的。,移动IPv6与移动IPv4的比较,IPv6对移动结点的支持： IPv6的结点自动配置功能使得结点在改变网络接入点之后，根据外地网络上路由器通告，能自动生成转交地址CoA； IPv6协议的移动选项可以放在新的扩展报头之中。 移动IPv6协议定义的三种数据结构： 绑定缓存 - 每个家乡代理、通信对端结点 都有 (放各移动结点的转交地址与家乡地址的绑定记录) 绑定更新列表 - 每个移动结点都有(记录了它所发出的所有绑定更新) 家乡代理列表 - 每个家乡链路都有(每个家乡链路上可能接有多个作为 家乡代理的路由器，放在列表中),移动IPv6与移动IPv4协议的不同之处,移动 IPv6 协议中没有“外地代理”的概念，只定义了一种“转交地址” ； 移动 IPv6 允许通信对端发出的数据分组可以不经过家乡代理，而直接路由到移动结点 ； 移动 IPv6 中的移动检测可以实现对移动结点和默认路由器之间的双向通信的认证 ； 移动 IPv6 家乡代理在家乡网络上截取发送给离开家乡网络的移动结点的分组，使用的是“邻结点发现机制”； 移动 IPv6 使用ICMPv6协议，而不需要使用ICMPv4的“隧道软状态” ； 移动 IPv4 使用分组广播机制，每个家乡代理都需要向移动结点返回一个应答，而移动IPv6有动态家乡代理发现机制，通过 IPv6 任播地址，仅需向移动结点返回一个应答。,移动 IPv6 基本操作,1. 移动结点确定位置和移动检测,IPv6定义了两条路由器发现报文：路由器请求报文和路由器通告报文。首先，移动结点检查接收到的路由器通告报文中的网络前缀： 如果其中的一个前缀与移动结点的家乡地址匹配，可以确定在家乡链路上。 如果没有一个前缀与家乡地址的网络前缀匹配，那么移动结点就是连接在外地链路上。 移动结点将最近接收到的和先前接收的通告中的前缀相比较，判断是否移动了。 如果移动结点确实移动了，那么它在新链路上得到一个转交地址。,2. 移动结点转交地址的获取,移动结点每切换到一条新的外地链路时，都将得到一个新的转交地址。当移动结点根据外地链路的 ICMPv6 路由器通告报文中的M比特，确定移动结点应该使用哪一种方法获取转交地址CoA： 若M=0，则采用有状态地址自动配置获得CoA，使用动态主机配置协议DHCPv6 ； 否则，采用无状态地址自动配置获得CoA，用ICMPv6邻结点发现机制中的无状态地址自动配置机制。 当移动结点进行多次切换后，会获得一个以上的转交地址，但是它只能使用一个转交地址向家乡代理注册。用于注册的转交地址被称为首选转交地址。 移动结点的家乡代理将拦截的分组都发往移动结点的首选转交地址，但移动结点可以使用任意一个当前的转交地址接收分组。,3. 动态家乡代理地址发现机制,移动结点外出漫游期间，家乡网络可能重新配置，原来的家乡代理也许会被其它路由器代替，这时移动结点就不知道谁是家乡代理，另外，家乡链路上可能有多个作为家乡代理的路由器。 移动IPv6提供了一个动态家乡代理地址发现机制，使得移动结点能动态地发现家乡代理的IP地址，从而之后可以向这个家乡代理注册它的转交地址。 移动结点发送ICMPv6家乡代理地址发现请求报文，目的地址为移动IPv6家乡代理的任播地址(使用移动结点的家乡网络前缀组成的任播地址)，源地址是移动结点转交地址。 收到这个请求报文后，家乡链路上的其中一个家乡代理会给移动结点返回ICMPv6家乡代理地址发现应答报文，包含家乡链路上所有家乡代理的全球单播地址列表。 收到该应答后，移动结点后续会发送绑定更新报文，发送给如下家乡代理：(1)应答报文的家乡代理发送者；或：(2)应答报文中的家乡代理列表列出的任何一个全球单播地址指定的结点。,移动结点任播发出的ICMPv6本地代理地址发现请求分组,家乡代理发送到移动结点的ICMPv6本地代理地址发现应答分组,4. 移动节点家乡地址与转交地址绑定(注册),移动IPv6结点用注册报文通知家乡代理或其它结点它的当前转交地址。 在移动IPv4中，移动结点通过UDP/IP分组中携带的注册报文将它的转交地址告诉家乡代理。在移动IPv6中，新定义了一个IPv6移动扩展首部，支持移动结点的注册功能。 当移动结点漫游到外地网络时，它用转交地址向它的家乡代理注册。具体的操作是：移动结点向家乡代理发送一个绑定更新报文，家乡代理回送一个绑定确认报文。之后，家乡代理会维护存放了移动结点转交地址与家乡地址关联的绑定缓存。 通信对端结点中也有绑定缓存，动态地学习和更新移动结点的地址绑定信息。这是移动结点通过向通信对端结点发送一个绑定更新报文，通信对端回送一个绑定确认报文得到的。 最后，移动结点回到它的家乡链路，要告诉家乡代理，它已经不再连接在外地链路上了，需要注销原来的转交地址。,移动结点向家乡代理发送绑定更新分组,家乡代理发向移动结点的绑定维持分组(确认),5. 通信对端与移动结点之间数据分组的收发,移动结点与通信对端需要通信时，要区分两种情况： 通信对端发起通信请求，移动结点发现通信对端的IP分组是其家乡代理通过隧道发送过来的； 移动结点首先发起通信请求，移动结点直接使用转交地址。如果通信对端没有移动结点的当前转交地址的绑定，会通知移动结点不承认它当前的转交地址。 对于这两种情况，移动结点都会直接向通信对端发起绑定更新请求。通信对端接收到绑定更新请求报文，并认证其合法性后，向移动节点发送绑定确认，并更新自己的绑定缓存。 通信对端绑定完成后，再向移动节点发送IP分组时，就直接发送给移动节点的转交地址。这一过程也称为路由优化。 通信对端在发送任何数据分组前，应该先查看它的绑定高速缓存，查找是否有数据分组目的地址所对应的匹配表项。是否查找到匹配表项，对之后IPv6分组的转发过程会有所不同。,从移动结点发