移动IP

移动IP隧道技术

外区网代理位于移动节点当前连接的外区网络上，它向已登记的移动节点提供选路服务。当使用外区代理转交地址时，外区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，外区代理可作为已登记的移动节点的缺省路由器使用。 当移动节点在外区网上时，归属代理需要将原始数据报转发给已登记的外区代理。这是，归属代理使用IP隧道技术，将原始IP数据包封装在转发的IP数据包中，从而使原始IP数据包原封不动的转发到处于隧道终点的转交地址处。在转交地址处解除隧道，取出原始数据包，并将原始数据包发送到移动节点。当转交地址为主流本地的转交地址时，移动节点本身就是隧道的终点，它自身进行解除隧道，取出原始数据包的工作。RFC2003和RFC2004中分别定义了两种隧道封装技术，

移动IP存在的问题

——一个是三角形路径问题。移动IP协议执行时常会遇到三角形路径问题，即通信节点发送数据包到移动节点时，需要通过其归属代理，而移动节点根据标准IP路由规则将数据包直接发送到通信节点。三角形路径问题会引起一些潜在的危害，例如增加引入流量的时延容易引起归属代理处的路由瓶颈。如果通信节点知道移动节点的转交地址，通信节点就能通过隧道技术直接发送数据包到移动节点，不需要归属代理的帮助。现在的问题是Internet上的通信节点一般不能提供接收和存储移动节点转交地址的信息，也就是不能执行任何隧道技术。对基本移动IP协议的改进将有助于这个问题的解决。

——另一个问题是外区代理间的光滑切换。由于移动主机的频率可能很高，与移动节点通信的每个主机可能来不及收到移动主机的地址更新消息，在主机离开一个子网而进入另一个子网期间，有可能在网络上有以移动节点为目的的分组。因此保证这些分组的安全是网络实现在于网间光滑漫游的主要问题。

——另外移动节点连至Internet的链路通常是无线链路，这种链路与传统的有线网络相比，其带宽明显低得多，误码率高得多；某些防火墙也可能会阻断IP隧道，因为它们检验每个数据包的源地址，而移动节点的数据包归属地址与外区网的网络地址不一样，从而导致防火墙阻截IP隧道数据包；且移动节点可能是电池供电，如何减小功耗是一个急需解决的问题。

移动IP主要有三方面的应用：公众服务、个人信息服务和商业应用。

1.在学校校园网中各个院系及学校后勤、学校领导等各自为相互独立的局域网。按照传统的以太网络技术，不能实现各个院系的移动终端不能实现跨网漫游的功能。而在校园内，移动办公的需求日益增加。可以利用移动IP例如：管理学院的一名教授到计算机学院或人文学院进行学术交流，在学术研讨的同时需要实时访问自己管理学院的相关资料。这样，他就可以轻松实现移动办公，甚至连他自己都感觉不道已经出了管理学院的网络环境

2.总部与分公司。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。

 

 三 .移动IP中的低时延切换技术

在移动IP中，当移动节点连续三次未收到注册代理的代理公告后，就会与新的代理发起网络层的切换，为了减少这个切换时延，最简单的方法就是提高代理公告的频率，但提高代理公告的频率后又会使更多的网络资源被代理公告所占用，而减少了带宽的利用率。因此，IETF工作组提出了L2 Trigger，即提前通知三层即将发生三层切换，使三层提前做好准备，以减少额外开销，降低时延。并在此基础上提出了三种低时延切换技术，以更好的满足在移动IP中传播实时业务。下面分别对这三种切换技术进行介绍：

3.1 切换中的术语介绍
切换：指当前正在进行的移动节点与通信节点之间的通信链路从当前AR转移到新的AR 的过程。
L2 trigger：是来自2层的信息，这些信息在2层切换前后通知3层特定的事件。
2层切换：当移动节点由一个网络接入点改接到另一个接入点（可能同属一个子网，也可能分属不同子网）时，首先需要进行数据链路层的切换。这一层的切换过程是由各个子网所使用的底层通信技术决定的。
3层切换：当移动节点判断出自己已经移动到新的外地子网时，首先从外地子网获得转交地址，并发送注册请求向HA注册新的转交地址。HA收到注册请求后给移动节点发送注册应答，这样就完成了一次新的注册过程。之后，HA开始将目的地址为移动节点的IP包通过隧道发送到移动节点的当前位置，隧道的出口即为新的转交地址，从而完成了一次完整的切换。

3.2 提前注册切换法
提前注册切换法允许移动节点发起一个提前切换，移动节点在网络的辅助之下可以在一个L2切换完成之前执行一个L3切换。这个L3切换既可以由网络发起也可以由移动节点发起,相应地，移动节点和外地代理利用L2 triggers触发特定的L3切换事件,两种情况都允许移动节点选择外地代理进行注册。提前注册既支持常规的移动IP注册模型又支持区域性注册模型，在常规的移动IP注册模型中，移动节点从家乡代理接收数据包，在区域性注册模型中，移动节点从一个外地代理网关接收数据包。下面详细介绍一下它的操作过程：（操作图如下）
（1） 报文1a是一个从旧外地代理到新外地代理的路由请求（RtSol），报文1b是一个从新外地代理到旧外地代理的路由广播（RtAdv）。为了不延迟切换，这两个报文一般应该在提前注册切换之前产生。
（2）报文2a是一个代理路由请求（ProxyRtSol），它和常规的路由请求不同，因为它实际上是在向一个不同于接收这个报文的路由器的路由器请求一个广播。如果切换由移动节点发起，它首先向旧外地代理发送一个代理路由请求报文（ProxyRtSol），旧外地代理在收到这个请求后，必须返回一个包含代理路由广播的2b报文。如果切换由网络发起，旧外地代理直接向移动节点发送这个2b报文。不管什么情况，2b报文仅仅是新外地代理的代理广播。
（3）移动节点在进行移动性检测接收到一个请求的或非请求的代理广播后，它就向新外地代理发送一个报文3（注册请求报文RegReq或者区域性注册请求报文RegRegReq）。因为在二层切换之前移动节点和新外地代理并不是直接连接的，所以报文3通过旧外地代理确定路由。
（4）报文4和5完成标准的移动IP注册或区域性注册。如果注册成功，移动节点的数据包将通过隧道从家乡代理（或外地代理网关）发送到移动节点已经移动到的新外地代理。提前注册切换法不依赖区域注册扩展，然而如果家乡代理距离新外地代理很远的位置，那么本地外地代理网关的使用将减少切换过程完成所需要的时间。

3.3 过后注册切换法
过后注册切换法建议对MIP协议做出扩展以使新旧外地代理可以利用L2 triggers在新旧外地代理之间建立一条双向隧道，从而使移动节点在新外地代理的子网上时仍然可以继续使用外地代理。其操作过程如下：
（1）当移动节点和旧外地代理之间进行一个成功的移动IP注册后，旧外地代理就变成了移动节点的移动性锚点，我们称之为锚外地代理（aFA）。当移动节点从旧外地代理向新外地代理移动的时候，移动节点能够推迟三层切换并继续利用它的锚外地代理，而不是在无线链路上发送信号向新外地代理注册。
（2）如果移动节点在向新外地代理注册之前向第三个外地代理移动，第三个外地代理就向锚外地代理发送信号通知锚外地代理把双向边缘隧道的无线链路末端从新外地代理移向它。双向边缘隧道的网络方末端仍然保持锚接在锚外地代理直到移动节点进行完移动IP注册。
（3）在L2同新的外地代理之间的连接建立之后，移动节点最终必须进行一个正式的移动IP注册，但是它可以按移动节点或外地代理的需要被推迟。直到移动节点进行注册时，外地代理才按需建立和迁移双向隧道以使移动节点具有连续的连通性。

3.4 联合切换法
联合切换法可以同时运行一个提前注册法和一个过后注册法。如果提前注册切换可以在L2切换完成之前进行，联合切换法实际上就是一个提前注册切换。然而，如果不能在L2切换完成之前进行，旧外地代理就会为移动节点到外地代理启动一个转发通信，就像过后注册切换法中规定的那样。当一个提前注册切换不能保证在L2切换完成之前完成时，这种方法就提供了一种有用的备用机制。

3.5 几种切换技术的比较
提前注册切换法必须要求L2触发有足够的时间让提前注册切换在二层切换完成之前完成。它要求外地代理或者移动节点能在一个未决的二层切换之前获得L2触发信息。
过后注册切换法主要是支持相同无线接入技术的外地代理之间的切换。它允许外地代理与临近的未决定切换的外地代理之间直接通信，所以它不需要发送任何IP层报文或来自MN的L2触发事件。过后注册切换法一般适合用在此种情况下：在网络上可利用二层触发机制来表明oFA和nFA之间的切换未决定。
提前注册切换法要求在二层切换完成之前完成注册过程，而过后注册切换法则是在二层切换完成之后再进行一个注册过程。联合切换法是综合考虑两种情况。

以上几种切换技术主要是为了满足移动IP中传播实时业务的需要，它对减少数据报的丢失也起到了很好的作用。但是，如果移动节点在几个外地代理之间频繁移动，而每次切换都要向家乡代理注册，由家乡代理来维护移动节点的移动绑定，这样势必在网络中引发大量的注册报文的传输，从而严重影响了网络的性能。并且造成了较大的切换延迟，尤其是移动节点离家乡代理较远的时候，问题更严重，还会引起数据报的丢失，从而降低了通信吞吐量。这些问题都值得我们进一步去研究。

4 小结
移动网络和无线网络的发展使得移动IP成为近两年IETF最重要的研究协议之一。而切换是移动IP中最为关键的技术之一，也是IETF工作组研究的重点内容，同时还有很多个人和单位都在进行这方面的研究。目前，移动IP的切换还存在很多问题，如何尽量减少数据报的丢失，尽量减小切换延迟是我们努力的目标。