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查IP位址/乙太網技術知識-移動IP技術


簡要介紹

  無線網路技術的發展已經改變了人們語音通信的方式,隨著無線資料協定的發展,資料通信也正發生著與語音通信一樣的變革。人們開始尋求移動的資料業務,研究移動IP技術成為業界研究的重點,而且在IMT2000中已明確規定,第三代移動通信系統必須支援移動IP分組業務。

  

  目前IETF正在開發一套用於移動IP的技術規範,這主要是RFC2002、RFC2003、RFC2004、RFC2290。其中:

  

  RFC2002:IP移動性支援;

  

  RFC2003:IP內的IP封裝;

     RFC2004:IP內的最小封裝;

 
 

  RFC2290:用於PPPIPCP的移動IPv4配置選項。

 

  與傳統IP的區別

 

  傳統IP技術的主機使用固定的IP位址和TCP埠號進行相互通信。在通信期間,它們的IP地址和TCP埠號必須保持不變,否則IP主機之間的通信將無法繼續。

  

  移動IP主機在通信期間可能需要在網路上移動,它的IP位址也許會經常發生變化。若採用傳統方式,IP位址的變化會導致通信中斷。為解決這一問題,移動IP技術引用了處理蜂窩移動電話呼叫的原理,使移動節點採用固定不變的IP位址,一次登錄即可實現在任意位置上保持與IP主機的單一鏈路層連接,使通信持續進行。

  

  重要概念

  

  移動代理(MobilityAgent)

  

  移動代理分歸屬代理(HomeAgent)和外區代理(ForeignAgent)兩類,它們是移動的IP伺服器或路由器,能知道移動節點實際連接在何處。

  

  其中,歸屬代理是歸屬網上的移動IP代理,它至少有一個介面在歸屬網上。其責任是當移動節點離開歸屬網,連至某一外區網時,截收發往移動節點的資料包,並使用隧道技術將這些資料包轉發到移動節點的轉交節點。歸屬代理還負責維護移動節點的當前位置資訊。

  

  外區網代理位於移動節點當前連接的外區網路上,它向已登記的移動節點提供選路服務。當使用外區代理轉交位址時,外區代理負責解除原始資料包的隧道封裝,取出原始資料包,並將其轉發到該移動節點。對於那些由移動節點發出的資料包而言,外區代理可作為已登記的移動節點的缺省路由器使用。

  

  移動IP地址

  

  移動IP節點擁有兩個IP地址。

  

  第一個位址稱為歸屬位址(HomeAddress),這是用來識別端到端連接的靜態位址,也是移動節點與歸屬網連接時使用的位址。不管移動節點連至網路何處,其歸屬位址保持不變。

  

  第二個地址是轉交地址(CareofAddress)。轉交地址就是隧道終點地址。它可能是外區代理轉交位址,也可能是駐留本地的轉交地址。

  

  外區代理轉交位址是外區代理的一個位址,移動節點利用它進行登記。在這種位址模式中,外區代理就是隧道的終點,它接收隧道資料包,解除資料包的隧道封裝,然後將原始資料包轉發到移動節點。由於這種位址模式可使很多移動節點共用同一個轉交位址,而且不對有限的IPv4位址空間提出不必要的要求,所以這種位址模式被優先使用。

  

  轉交位址是一個臨時分配給移動節點的位址。它由外部獲得(如通過DHCP),移動節點將其與自身的一個網路介面相關聯。當使用這種位址模式時,移動節點自身就是隧道的終點,執行解除隧道功能,取出原始資料包。一個駐留本地的轉交位址僅能被一個移動節點使用。轉交位址是僅供資料包選路使用的動態位址,也是移動節點與外區網連接時使用的臨時位址。每當移動節點接入到一個新的網路,轉交位址就發生變化。

  

  位置登記(Registration)

  

  移動節點必須將其位置資訊向其歸屬代理進行登記,以便被找到。在移動IP技術中,依不同的網路連接方式,有兩種不同的登記規程。

  

  一種是通過外區代理,即移動節點向外區代理發送登記請求報文,外區代理接收並處理登記請求報文,然後將報文中繼到移動節點的歸屬代理;歸屬代理處理完登記請求報文後向外區代理發送登記答復報文(接受或拒絕登記請求),外區代理處理登記答復報文,並將其轉發到移動節點。

  

  另一種是直接向歸屬代理進行登記,即移動節點向其歸屬代理發送登記請求報文,歸屬代理處理後向移動節點發送登記答復報文(接受或拒絕登記請求)。登記請求和登記答復報文使用用戶資料報協定(UDP)進行傳送。

  

  當移動節點收到來自其歸屬代理的代理通告報文時,它可判斷其已返回到歸屬網路。此時,移動節點應向歸屬代理撤銷登記。在撤銷登記之前,移動節點應配置適用於其歸屬網路的路由表。

  

  代理發現(AgentDiscovery)

  

  為了隨時隨地與其他節點進行通信,移動節點必須首先找到一個移動代理。移動IP定義了兩種發現移動代理的方法:一是被動發現,即移動節點等待本地移動代理週期性地廣播代理通告報文;二是主動發現,即移動節點廣播一條請求代理的報文。移動IP使用擴展的“ICMPRouterDiscovery”機制作為代理發現的主要機制。

  

  使用以上任何一種方法都可使移動節點識別出移動代理並獲得轉交位址,從而獲悉移動代理可提供的任何服務,並確定其連至歸屬網還是某一外區網上。使用代理發現可使移動節點檢測到它何時從一個IP網路(或子網)漫遊(或切換)到另一個IP網路(或子網)。

  

  所有移動代理(不管其能否被鏈路層協議所發現)都應具備代理通告功能,並對代理請求作出回應。所有移動節點必須具備代理請求功能。但是,移動節點只有在沒有收到移動代理的代理通告,並且無法通過鏈路層協議或其他方法獲得轉交位址的情況下,方可發送代理請求報文。

  

  隧道技術(Tunneling)

  

  當移動節點在外區網上時,歸屬代理需要將原始資料包轉發給已登記的外區代理。這時,歸屬代理使用IP隧道技術,將原始IP資料包(作為淨負荷)封裝在轉發的IP資料包中,從而使原始IP資料包原封不動地轉發到處於隧道終點的轉交地址處。在轉交位址處解除隧道,取出原始資料包,並將原始資料包發送到移動節點。當轉交地址為駐留本地的轉交地址時,移動節點本身就是隧道的終點,它自身進行解除隧道,取出原始資料包的工作。IETFRFC2003和RFC2004各自定義了一種利用隧道封裝資料包的技術,詳見圖2所示。

  

  在RFC2003中規定,為了實現在IP資料包中封裝作為淨負荷的原始IP資料包,需要在原始資料包的現有頭標前插入一個外層IP頭標。外層頭標中的源位址和目的地址分別標識隧道的兩個邊界節點。內層IP頭標(即原始IP頭標)中的源位址和目的地址則分別標識原始資料包的發送節點和接收節點。除了減少TTL值之外,封裝節點不改變內層的IP頭標。記憶體IP頭標在被傳送到隧道出口節點期間保持不變。從而使原始IP資料包原封不動地轉發到處於隧道終點的轉交地址。

  

  使用RFC2004定義的IP內最小封裝有一個前提條件,就是當原始資料包被分片時,不能使用這種封裝技術。也就是說,資料包在封裝之前不能被分片。因此,對移動IP技術來講,最小封裝技術是可選的。為了使用最小封裝技術來封裝資料包,移動IP技術需要在原始資料包經修改的IP頭標和未修改的淨負荷之間插入最小轉發頭標。顯然,這種最小封裝技術比RFC2003定義的封裝技術節省開銷。

  

  當拆裝資料包時,隧道的出口節點將最小轉發頭標的欄位保存到IP頭標中,然後移走這個轉發頭標。

  

  工作原理

  

  移動IP協議的工作原理大致如下:

  

  移動代理(即外區代理和歸屬代理)通過代理通告報文廣播其存在。移動節點通過代理請求報文,可有選擇地向本地移動代理請求代理通告報文。

  移動節點收悉這些代理通告後,分辨其在歸屬網上,還是在某一外區網上。

  當移動節點檢測到自己位於歸屬網上時,那麼它不需要移動服務就可工作。假如移動節點從登記的其他外區網返回歸屬網時,通過交換其隨帶的登記請求和登記答復報文,移動節點需要向其歸屬代理撤銷其外區網登記資訊。

  當移動節點檢測到自己已漫遊到某一外區網時,它獲得該外區網上的一個轉交地址。這個轉交位址可能通過外區代理的通告獲得,也可能通過外部分配機制獲得,如DHCP(一個駐留本地的轉交地址)。

  離開歸屬網的移動節點通過交換其隨帶的登記請求和登記答復報文,向歸屬代理登記其新的轉交位址,另外它也可能借助于外區代理向歸屬代理進行登記。

  發往移動節點歸屬位址的資料包被其歸屬代理截收,歸屬代理利用隧道技術封裝該資料包,並將封裝後的資料包發送到移動節點的轉交位址,由隧道終點(外區代理或移動節點本身)接收,解除封裝,並最終傳送到移動節點。

  在相反方向,使用標準的IP選路機制,移動節點發出的資料包被傳送到目的地,無需通過歸屬代理轉發。

  

  無論移動節點在歸屬網內還是在外區網中,IP主機與移動節點之間的所有資料包都使用移動節點的歸屬位址,轉交位址僅用於與移動代理的聯繫,而不被IP主機所覺察。

  

  不足之處

  

  移動IP是一種新穎技術,它自然存在一些不足之處,這就是:

  

  移動節點連至Internet的鏈路通常是無線鏈路,這種鏈路與傳統的有線網路相比,其帶寬明顯低得多,誤碼率高得多;

  

  由於採用IP隧道封裝技術,使得封裝後的資料包大於源路由資料包;必須事先知道隧道的出口節點能解除封裝,取出原始資料包,否則IP隧道封裝技術無法使用;每個移動IP節點的成本明顯高於有線IP網的節點成本;移動節點可能是電池供電,如何減小功耗是一個急需解決的問題;某些防火牆可能會阻斷IP隧道,因為它們檢驗每個資料包的源位址域,而移動節點的資料包歸屬位址與外區網的網路位址不一樣,從而導致防火牆阻截IP隧道資料包;目前Internet上的大多數設備和ISP不支援移動IP業務。

  

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