基于MIP的网络移动的实现:5g网络4g手机能用吗
[摘要]主要探讨基于移动IP的网络移动性的实现方法,重点研究移动网络的路由机制,分析在不同情况下路由的实现,并且进一步探讨路由的优化方法和嵌套移动网络的问题。 [关键词]移动网络移动路由器路由优化嵌套移动网络
中图分类号:TN915文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210085-02
一、问题的提出
设想一个存在于轮船、火车或者飞机上的计算机网络,如果这些交通工具在行进之中,那么这时就出现了整个网络移动的问题。而它们上面的用户又想上因特网,这时就不是普通的移动主机的问题,因为整个网络都在移动,因此也不能用普通的设定主机的家乡代理和外地代理的方法来实现移动性。这时必须引入移动路由器(MR)的概念,因为这时这些交通工具上的网络路由器相对于固定的因特网都是移动的。
二、移动网络中的路由问题的解决
引入了移动路由器的概念后,移动网络中的相对于移动路由器来说固定的主机的路由问题就比较容易解决了。这时移动路由器和移动结点一样都有一个家乡地址(HoA),移动路由器的家乡地址的网络前缀与它的家乡链路的网络前缀很可能相等。当连在家乡链路上的时候,移动路由器和家乡代理只是相邻的路由器,根据动态路由协议,它们将交换路由更新信息。当移动路由器连接在外地链路上时,路由器之间将仍然互相交换路由更新信息,但是这时是通过一条双向的隧道。
具体的分析有两种情况,第一种情况就是当移动路由器在家乡链路上时,见图1,这里给出了一个只包含一条链路的移动网络,这条链路的移动网络前缀(MNP)为7.7.7,一个连接在这条链路上的主机具有IP地址7.7.7.1,而移动路由器的家乡地址为6.6.6.1,它的家乡代理(HA)的IP地址为6.6.6.2,移动路由器广播了对7.7.7的可达性,而家乡代理广播了对其他地址的可达性。这时移动路由器就和其它固定路由器一样工作,此时的移动路由器和家乡代理是邻接的路由器,它们之间互相转发数据包,并交换路由信息。所以当移动路由器连接在它的家乡链路上时,这些数据包只是简单地在家乡代理和移动路由器之间转发,不需要隧道,就像在固定的路由器中一样。
图1家乡链路
图2外地链路
第二种情况就是当移动路由器连接在外地链路上时,如图2,移动路由器和家乡代理仍然交换路由更新信息并转发数据包,但这时是通过一条双向的隧道。这时,送往移动网络上的主机的数据包被通过隧道送到移动路由器的转交地址(CoA),在那里被拆封,并转发到移动网络上的主机。移动路由器可以采用配置转交地址或者外地代理(FA)转交地址,只是这时要求家乡代理采用多重封装。在相反的方向上,移动路由器可以将外地代理作为移动网络上的主机产生的数据包的缺省路由器。
现在,我们再来研究移动路由器连接在不同链路上时,家乡代理和移动路由器的路由表,也分两种情况。第一种情况就是当移动路由器在家乡链路上时,如图1。此时家乡代理的路由表项是:(1)去往6.6.6.0/24(家乡链路上的所有结点),通过无线端口a直接相连;(2)去往7.7.7.0/24(移动网络上的所有结点),通过无线端口a经6.6.6.1(移动路由器)到达;(3)去往5.5.5.0/24(外地代理的无线链路),通过有线端口b经4.4.4.1(外地代理)到达。
相似的,在移动路由器的路由表中,到家乡链路上的所有结点和移动网络中所有的结点也有直接路由和网络前缀路由。移动路由器还有一个通过家乡代理到达所有结点的缺省路由,此时移动路由器的路由表项是:(1)去往6.6.6.0/24(家乡链路上的所有结点),通过无线端口a直接相连;(2)去往7.7.7.0/24(移动网络上的所有结点),通过以太网端口b直接到达;(3)去往0.0.0.0/0(其他),通过无线端口a经6.6.6.2(家乡代理)到达。
当一个要去往7.7.7.1的移动网络上的数据包到达家乡代理时,家乡代理在其路由表中的表项②找到一条匹配的路由,并将该数据包通过无线的家乡链路送给移动路由器,移动路由器收到这个数据包,在自己的路由表中的表项②找到一条匹配的路由,然后将数据包通过物理端口“b”送到目的主机。
在相反的方向上,由移动网络上产生的数据包,要去往不在移动网络上的结点,这些数据包先被转发到移动路由器上。移动路由器根据包的目的地址,对送往家乡链路上的结点的包采用网络前缀路由,或通过缺省路由通过家乡代理将这些数据包转发到最终目的地。
第二种情况就是当移动路由器离开家乡链路时,如图2。此时的移动路由器连在外地链路上,情况就复杂了。我们假设移动路由器向家乡代理注册了IP地址5.5.5.1为配置转交地址,当注册成功后,家乡代理和移动路由器必须改变它们的路由表,以完成双向隧道。此时家乡代理的路由表项是:(1)去往6.6.6.0/24(家乡链路上的所有结点),通过无线端口a直接相连;(2)去往6.6.6.1/32(移动路由器),通过α(隧道虚拟端口)经5.5.5.1(转交地址)到达;(3)去往7.7.7.0/24(移动网络上的所有结点),通过α(隧道虚拟端口)经5.5.5.1(转交地址)到达;(4)去往5.5.5.0/24(外地代理的无线链路),通过有线端口b经4.4.4.1(外地代理)到达。可以看到,与移动主机时的情况相似,家乡代理将增加一条通过转交地址和虚拟端口到达移动路由器的特定主机路由。另外,家乡代理必须改变那些下一跳为移动路由器的表项,将它们修改成指向移动路由器的转交地址和虚拟端口。
类似的,此时移动路由器也必须改变它的一些表项。移动路由器将把以前指向家乡链路的路由改成通过隧道到达家乡代理。另外,移动路由器必须增加一条到达家乡代理的特定主机路由,这条路由通过外地代理(本文例子设为5.5.5.2)在外地链路上的物理端口(本文例子设为无线端口a),再经过外地代理到达。所以此时移动路由器的路由表项是:(1)去往6.6.6.0/24(家乡链路上的所有结点),通过α(隧道虚拟端口)经6.6.6.2(家乡代理)到达;(2)去往6.6.6.2/32(家乡代理),通过a(无线端口)经5.5.5.2(外地代理)到达;(3)去往7.7.7.0/24(移动网络上的所有结点),通过以太网端口b直接到达;(4)去往0.0.0.0/0(其他),通过α(隧道虚拟端口)经6.6.6.2(家乡代理)到达。
当一个要去往7.7.7.1的移动网络上的结点的数据包到达家乡代理时,具体的步骤如下:
1.家乡代理在其路由表中发现一条匹配的路由表项(3),于是将数据包进行封装送入移动路由器的转交地址。封装后的数据包的目的IP地址为5.5.5.1。
2.外地代理发现数据包是送往5.5.5.1的,这是一个在外地链路上的地址,于是将包转发给移动路由器。
3.经过封装的数据包经过无线链路到达移动路由器,在这里数据包被拆封,移动路由器检查内层的目的IP地址,然后根据自己的路由表指示的路由表项(3)将数据包转发到目的主机。
在相反的方向上,移动网络上产生的数据包,如果是送往不在移动网络上的结点,这个数据包也将被送到移动路由器上。假设数据包不是送往家乡代理的,那么移动路由器将用它的路由表中的表项(1)或表项(4)来转发数据包。这时移动路由器应将数据包封装进一个新包中,该新包的目的IP地址为家乡代理的地址。然后移动路由器再采用它的路由表中的表项(2)的特定主机路由将经过封装的数据包通过外地链路送给外地代理,外地代理将经过封装的包转发给家乡代理,在那里,数据包被拆封,然后路由到它的最终目的地。
三、进一步研究
从上面的分析,我们已经看到移动网络的复杂性,尽管我们还没有考虑网络路由的优化。对于移动网络来说,还存在一个更加复杂的问题:嵌套移动网络的问题。主要指当一个移动网络接入一个另一个较大的移动网络时,集成在一起分层化的多级移动网络。此时简单的双向隧道机制并不合适,IETF的移动网络工作组(NEMO)提出了ARO方法来支持扩展网络移动。
ARO(Access Router Option):增加了一个新的移动头选项,即接入路由器选项,允许移动结点通知HA或者CN其当前接入的路由器的家乡地址,从而消除移动网络中的嵌套隧道。如图3所示,MR2-发送的路由器通告中包含路由器全球地址项,用于携带MR2的HoA。MR1-在接收到MR2的路由器通告后,获得MR2的HoA和MR1的新CoA,MR1-发送绑定更新给HA1,在ARO选项中携带MR2的HoA以通知HA1它当前的接入路由器。HA1利用扩展的第二类路由头RH2,通过MR2的HoA向MR1返回绑定确认消息。HA2拦截该BA,通过HA2MR2隧道发给MR2的CoA。MR2-处理扩展RH2头,了解到HA1还没有缓存MR2的CoA,发送绑定更新给HA1。于是HA1与MR1之间建立了MR1-MR2-HA1的通路,而无须再经过MR2HA2隧道。由分析可知,ARO支持嵌套网络和路由优化。
图3ARO绑定过程
四、总结
目前的MIP(IPv4和IPv6)都能很好的支持结点的移动性,进行一些改进以后对于网络的移动性也同样可以支持,但是对于一些具体的问题还有待于进一步的研究改善。
参考文献:
[1]James D.Solomon:Mobile IP:The Internet Unplugged,Prentice Hall.
[2]Devarapalli V.Network Mobility Basic Support Protocol,draft-ietf-nemo-basic-support-03.txt,Jun 2004.
[3]杨丰瑞、李方伟等著,《移动IP》,人民邮电出版社.
作者简介:
陈金权(1970-),南京邮电学院通信工程专业硕士毕业,江苏海事职业技术学院副教授,主要研究方向为:无线数据,移动计算网络,IMS等。