[建议]移动IP技术概况

山东网通

移动IP技术概况  

南京邮电学院 李书德 张孝强 李标庆  



  事实上，移动IP不过是现有的IP协议的扩展，它允许计算机从一个无线IP子网漫游到另一个子网时，不用重新建立连接而透明地收发IP数据包。



移动IP的概念



移动IP与传统IP的区别

传统IP技术的主机使用固定的IP地址和TCP端口号进行通信。在通信过程中，其IP地址和TCP端口号必须保持不变，否则IP主机之间的通信将无法进行下去。

移动IP主机在通信期间可能需要在网络上移动，其IP地址也许会经常发生变化。如果采用传统方式，IP地址的变化将会导致通信中断。为解决这一问题，移动IP技术引用了处理蜂窝移动电话呼叫的原理，使移动节点采用固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置上保持与IP主机的单一链路层连接，使通信持续进行。

图1描绘了移动IP的网络结构。



移动IP的功能实体

如图2所示，移动IP主要由三个功能实体组成：移动节点MN（Mobile Node）、本地代理HA（Home Agent）和外地代理FA（Foreign Agent）。

移动节点：从一个移动子网移到另一移动子网的通信节点(主机或路由器)。

本地代理：一个移动子网路由器，它是移动节点本地（不变）IP所属网络（本地网络）的代理，其任务是当移动节点离开本地网，接入某一外地网时，截收发往移动节点的数据包，并使用隧道技术将这些数据包转发到移动节点的转发节点。本地代理还负责维护移动节点的当前位置信息。

外地代理：外地代理位于移动节点当前连接的外地网络上，它向已登记的移动节点提供选路服务。当使用外地代理关照地址时，外地代理负责解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点。对于那些由移动节点发出的数据包而言，外地代理可作为已注册的移动节点的默认路由器使用。



移动IP协议

移动代理（本地代理和外地代理）通过代理广告信息广播它的存在，而移动节点则通过代理请求信息，要求它所在的区域内的所有移动代理发出代理广告信息。

移动节点接收一个代理广告并判断它所处的位置是属于本地网络还是外地网络。

如果移动节点发现它所处位置是本地网络，则直接由本地代理提供路由服务。如果移动节点是由外地网络漫游到本地网络，则它必须先由本地代理通过一个注册变更程序，注销它在外地网络注册过的记录。

如果移动节点发现它处于一个外地网络，它将获得由外地代理提供的一个关照地址或协同定位关照地址。

移动节点漫游出本地网络时，它通过外地代理向本地代理交换注册请求和注册应答信息，从而向网络注册其新的关照地址。

发往移动节点的本地IP地址的数据包被其本地代理截获，然后再转发给移动节点的关照地址（外地代理或移动节点本身），最终传给移动节点。

由移动节点发出的数据包，不需经过本地代理而根据标准的IP路由机制向外发送。





移动IP的实现机制



移动IP规范扩展了IP协议的能力，它允许移动节点在计算机网络中透明地传输数据。每一个移动节点都由一个本地地址唯一标识，不管该节点漫游到哪一个无线子网区域，该地址都不会改变。一旦一台移动计算机脱离本地网络而与其它网络相连时，它就会把它的新位置（或者关照地址）告诉它的本地代理。本地代理将截取所有目的地址为移动节点的本地地址的数据包，然后把它们转发到移动节点当前的关照地址，这样，就使得在移动节点链路层的连接性改变的情况下，也能确保与移动节点通信的网络继续相连。这种通知过程在移动IP术语中称为注册，可以通过直接和间接的方式实现。对于直接的方式，移动计算机通过一种诸如动态主机配置协议（DHCP）的机制在其访问的外地网络中获得一个临时的IP地址（或关照地址）；对于间接的方式，移动计算机通过外地代理向本地代理注册其新的位置。外地代理是移动节点到访的网络中的一些计算机，他们可以提供移动IP服务，向移动节点的本地代理转交注册请求和应答信息。如果移动节点不能获得一个协同定位地址，它将把一个外地代理的IP地址作为其关照地址，在这种情况下，本地代理将在本地网络截取发向移动节点的数据包并通过封装和隧道技术将其发给外地代理，外地代理再使用移动节点的链路层地址把数据包分发给它。



代理发现机制

RFC 1256定义的移动IP代理发现机制是根据网际控制信息协议（ICMP）路由器的发现机制而设计的。允许计算机通过广播或多播的方式发现本地路由器的IP地址。这种机制使用两种ICMP信息：路由器请求信息与路由器广告信息。当一台主机启动时，其多播路由器请求信息以获得路由器广告信息，相反地，路由器周期性地在其本地链路上广播其路由器广告信息。

在代理发现机制中，相应的两种信息被称为代理广告信息和代理请求信息。

移动代理广告信息扩展了ICMP路由器广告信息，移动代理通过广播宣布其在一个链路上提供代理服务。



注册机制

注册是在一定的注册时间内完成的，在本地代理生成或修改一个移动性捆绑，使得移动节点的本地地址（在本地网络的固定地址）与当前的关照地址发生关联。当移动节点回到本地网络时，它也可以用注册信息来更新移动性捆绑以终止或注销外地代理。

移动节点漫游到外地网络时可以通过两种途径完成注册：一种是通过外地代理向本地代理转交注册信息；另一种是直接向本地代理注册。根据下面的情形选择确定的途径：

1．如果移动节点使用了外地代理的关照地址，它必须通过外地代理注册；

2．移动代理在其广告信息指定了经由外地代理时要通过外地代理注册；

3．移动节点返回本地网络时，必须直接访问本地代理的注册表；

4．如果移动节点只获得外地代理的协同定位关照地址，则它应直接向本地代理发注册信息。

移动IP注册机制采用UDP分发注册请求和应答信息。注册信息包含一个时间字段来标识其寿命周期，一旦它变为零，移动节点就被注销。



其它相关的网络机制

如前面所描述，在移动IP的实现中，还要用到隧道技术和封装技术，其中包括IP-IN-IP封装和最小封装。当然还要用到ARP、Proxy ARP、Gratuitous ARP等协议机制。



移动IP的扩展



上面描述了移动IP的一般概念与实现机制，但是并没有定义当移动节点离开本地网络（或越区切换）时，如何选择一个新的外地代理。事实上，对于无线网络的某一物理点，一般有多个外地代理能够覆盖到。如果移动节点不是随机地选取一个外地代理，而是通过某一合理的策略作出选择，它将会改善其Internet连接和提高吞吐量。据有关实验报告，这样会使移动节点的吞吐量至少提高20%。外地代理的选择策略：

1．根据外地代理的广告速率作出选择；

2．根据外地代理访问列表中已关联的移动节点的数目选择；

3．根据移动节点与待选代理的链路延迟选择；

4．根据外地代理的通信信道的信号强度选择；

5．根据外地代理通信信道的信号强度的变更选择；

6． 根据外地代理通信信道的信噪比选择；

上面提到的六种策略，后三种是针对无线通信信道的特性提出的，它们的机理相近，但又各不相同，它们要收集的外地代理的信息格式是不一样的。以上策略，可根据实际需要，选择一种或几种作为移动IP的扩展，以稍微增加移动IP复杂性的代价获得移动通信服务更高的可靠性与吞吐量。



本文只是简单地描述了移动IP的一般概念和原理，对移动IP中的外地代理的选择提出了几种策略作为移动IP的扩展。在移动IP中，还有小区分