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下一代網(wǎng)絡(luò)的移動性支持是比較寬泛的問題，而移動IPv6又是一個設(shè)計(jì)精巧的協(xié)議，本文研究了移動IPv6的通信機(jī)制，對通信過程中的各個階段進(jìn)行了詳盡的分析，形成了在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商所提供的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施的一整套網(wǎng)絡(luò)方案。

如果移動終端要在三層網(wǎng)絡(luò)切換的過程中保持通信暢通，就必須保證移動對于通信應(yīng)用的透明度，即通信應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)層識別——IPv6地址保持不變?；ヂ?lián)網(wǎng)路由模式是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層目的地址來進(jìn)行選路，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到該目的地址所在的網(wǎng)絡(luò)，從而到達(dá)該目的地址所代表的節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)層移動必須對通信應(yīng)用全程使用不變的IPv6地址，對于路由使用節(jié)點(diǎn)當(dāng)前所在網(wǎng)段可達(dá)的IPv6地址，移動IPv6巧妙地解決了這個問題。

移動IPv6的協(xié)議中，從三角路由到路由優(yōu)化的通信過程包含了移動檢測、獲取轉(zhuǎn)交地址、轉(zhuǎn)交地址注冊、隧道轉(zhuǎn)發(fā)等機(jī)制，往返可路由等信令過程等。

1.移動檢測。移動檢測分為二層移動檢測以及三層移動檢測。移動IPv6中依靠路由通告來確定是否發(fā)生了三層移動。移動節(jié)點(diǎn)在家鄉(xiāng)網(wǎng)段的時候，在規(guī)定的時間間隔內(nèi)能夠周期性收到路由前綴通告；移動節(jié)點(diǎn)從家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)移動到外地網(wǎng)絡(luò)的時候，在規(guī)定的時間間隔內(nèi)不會再收到家鄉(xiāng)網(wǎng)段的路由通告，移動節(jié)點(diǎn)認(rèn)為發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)層移動。

2.獲取轉(zhuǎn)交地址。當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)切換時，就需要分配當(dāng)前網(wǎng)段可達(dá)的轉(zhuǎn)交地址。獲得轉(zhuǎn)交地址的方式可以是任何傳統(tǒng)的IPv6地址分配方式，如無狀態(tài)自動配置方式，或者是有狀態(tài)配置模式。

3.轉(zhuǎn)交地址注冊。移動節(jié)點(diǎn)獲得轉(zhuǎn)交地址后需要將轉(zhuǎn)交地址與家鄉(xiāng)地址的綁定關(guān)系分別通知給家鄉(xiāng)代理以及正在與移動節(jié)點(diǎn)通信的通信節(jié)點(diǎn)，這個過程分別稱為家鄉(xiāng)代理注冊以及通信節(jié)點(diǎn)注冊。轉(zhuǎn)交地址的注冊主要通過綁定更新、確認(rèn)消息來實(shí)現(xiàn)。

4.隧道轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制、三角路由。移動節(jié)點(diǎn)已經(jīng)完成家鄉(xiāng)代理注冊但是還沒有向通信節(jié)點(diǎn)注冊時，通信節(jié)點(diǎn)發(fā)往移動節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層仍然使用移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址。家鄉(xiāng)代理會截取這些數(shù)據(jù)包，并根據(jù)已知的移動節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交地址與家鄉(xiāng)地址的綁定關(guān)系，通過IPv6 in IPv6隧道將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點(diǎn)。移動節(jié)點(diǎn)可以直接回復(fù)給通信節(jié)點(diǎn)。

5.往返可路由過程。往返可路由過程主要目的在于保證通信節(jié)點(diǎn)接收到綁定更新的真實(shí)性和可靠性，由兩個并發(fā)過程組成：家鄉(xiāng)測試過程和轉(zhuǎn)交測試過程。

6.動態(tài)家鄉(xiāng)代理地址發(fā)現(xiàn)過程。通常家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的前綴和家鄉(xiāng)代理的地址是固定的，但是也可能因?yàn)楣收匣蚱渌虺霈F(xiàn)重新配置。

移動終端和移動子網(wǎng)是移動互聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)動主體，連接到接入網(wǎng)上，通過接入網(wǎng)再連接到核心網(wǎng)上，可以看作是接入網(wǎng)的外延部分。核心網(wǎng)負(fù)責(zé)維護(hù)互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息，為接入網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的交換路由，接入網(wǎng)為異質(zhì)異構(gòu)的移動終端和移動子網(wǎng)提供統(tǒng)一的接入服務(wù)。圖 1 表示了移動互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。

圖1 移動互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該圖描述了移動子網(wǎng)和移動終端離開家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)后的情形。移動互聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體包括移動終端、移動子網(wǎng)、移動路由器、移動終端和移動子網(wǎng)各自的家鄉(xiāng)代理、外地鏈路的接入路由器等。

從網(wǎng)絡(luò)接入的情形來看，可以分為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營商接入網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)和運(yùn)營商之間不存在隸屬關(guān)系，也就是說企業(yè)網(wǎng)絡(luò)不屬于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。如果由企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供接入，就需要解決企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的計(jì)費(fèi)問題和安全問題，那么運(yùn)營商就可以借助企業(yè)網(wǎng)已有的物理網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)移動。

運(yùn)營商提供接入網(wǎng)絡(luò)，限于公共設(shè)施，如機(jī)場、醫(yī)院、圖書館等，這種情況下要解決的問題相對簡單。無線接入技術(shù)包括固定無線接入（FWA）和移動無線接入技術(shù)兩大類。

當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)改變網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)時，數(shù)據(jù)包經(jīng)過的中間網(wǎng)絡(luò)域可能發(fā)生變化，需要在移動節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包上提供適當(dāng)?shù)姆?wù)質(zhì)量支持，當(dāng)移動主機(jī)從一個子網(wǎng)移動到另一個子網(wǎng)時，允許移動主機(jī)在當(dāng)前位置的路徑上建立和維持預(yù)留資源。

移動節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)鏈路上所有的路由器都配置為“Mobile-IPv6 anycast address”，移動節(jié)點(diǎn)把“家鄉(xiāng)代理地址發(fā)現(xiàn)請求”消息發(fā)到“Mobile-IPv6 anycast address”，所有的家鄉(xiāng)代理都收到了這條消息，但是有且僅有一個家鄉(xiāng)代理對此做出響應(yīng)。圖2是移動IP的示意圖，可以說明這種情況。

圖2 移動IP示意

通信主機(jī)與移動主機(jī)通信時，通信主機(jī)總是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動主機(jī)的家鄉(xiāng)地址，而不考慮移動主機(jī)的當(dāng)前位置情況。在家鄉(xiāng)鏈路上，每個移動主機(jī)必須有一個“家鄉(xiāng)代理”來為自己維護(hù)當(dāng)前位置信息。這個位置由“轉(zhuǎn)交地址”來確定，移動主機(jī)的家鄉(xiāng)地址與它當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址的聯(lián)合稱為“移動綁定”，或簡稱為“綁定”。

每當(dāng)一個移動主機(jī)得到一個新的轉(zhuǎn)交地址時，必須生成一個新的綁定來向家鄉(xiāng)代理注冊，以使家鄉(xiāng)代理即時了解移動主機(jī)的當(dāng)前位置信息。一個家鄉(xiāng)代理可以同時為多個移動主機(jī)提供服務(wù)。

通常情況下，移動主機(jī)使用“代理發(fā)現(xiàn)”協(xié)議在外地鏈路上發(fā)現(xiàn)一個“外地代理”，然后移動主機(jī)向這個外地代理進(jìn)行注冊，并使用此外地代理的IP地址作為自己的轉(zhuǎn)交地址。外地代理的主要功能是為這個移動主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

移動節(jié)點(diǎn)通過常規(guī)的IPv6無狀態(tài)或有狀態(tài)的自動配置機(jī)制，獲得一個或多個轉(zhuǎn)交地址。移動節(jié)點(diǎn)在獲得轉(zhuǎn)交地址后，向家鄉(xiāng)代理申請注冊，為移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址在家鄉(xiāng)代理上建立綁定。

移動節(jié)點(diǎn)可以直接發(fā)送分組給通信對端，設(shè)置分組的源地址為移動節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址，家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)中是移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址。

通信對端發(fā)送分組給移動節(jié)點(diǎn)時，首先根據(jù)分組目的IP地址查詢它的綁定緩存，如果在綁定中存在匹配，則直接發(fā)送分組給移動節(jié)點(diǎn)。如果不存在這樣的匹配，則將分組發(fā)送到其家鄉(xiāng)地址。發(fā)送給家鄉(xiāng)地址的分組被路由到移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)鏈路，然后經(jīng)過家鄉(xiāng)代理的隧道轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)移動節(jié)點(diǎn)。

移動節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)的IPv6分組判斷通信對端沒有自己的綁定緩存，因而向通信對端發(fā)送綁定更新建立綁定。移動節(jié)點(diǎn)離開家鄉(xiāng)后，家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)可能進(jìn)行了重新配置，原來的家鄉(xiāng)代理被其他路由器取代。移動IPv6提供了“動態(tài)代理地址發(fā)現(xiàn)”機(jī)制，允許移動節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)家鄉(xiāng)代理的IP地址，從而正確注冊其主轉(zhuǎn)交地址。

對于企業(yè)網(wǎng)作為接入網(wǎng)部分的情況，應(yīng)該由企業(yè)自己來決策可以擁有的安全策略；網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)問題，可以由運(yùn)營商出資在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部安裝外地代理來解決，從企業(yè)網(wǎng)進(jìn)出的流量，也就是數(shù)據(jù)流量，是計(jì)費(fèi)過程中的一個重要參數(shù)。

通常在這種情況下，由計(jì)費(fèi)中心進(jìn)行計(jì)費(fèi)過程。運(yùn)營商會將部署在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的外地代理所搜集的流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息傳送給計(jì)費(fèi)中心。影響網(wǎng)速的兩個因素一個是帶寬，一個是CPU對數(shù)據(jù)的處理能力，當(dāng)帶寬不足或者是CPU處理能力不足時，網(wǎng)絡(luò)時延將會增大，網(wǎng)絡(luò)流量隨之降低。

假定代理移動IPv6 域是由N 個相等的子網(wǎng)構(gòu)成，子網(wǎng)均為圓形，同樣大小，構(gòu)成連續(xù)區(qū)域。子網(wǎng)切換就是移動接入網(wǎng)關(guān)切換。定義移動節(jié)點(diǎn)以平均速度а移動，運(yùn)動方向在[0， 2 ] π均勻分布。定義ε、η、θ分別為移動節(jié)點(diǎn)移動出一個子網(wǎng)的速度，移動節(jié)點(diǎn)在一個域內(nèi)移動到相鄰子網(wǎng)的速度，移動節(jié)點(diǎn)從一個域移動到另外一個域的速度。定義移動節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)停留時間為t ，δ為子網(wǎng)區(qū)域大小。運(yùn)動速度ε、η、θ和子網(wǎng)停留時間t 可分別由方程（1）（2）得到。

定義狀態(tài)i（0≤i≤N）為移動節(jié)點(diǎn)在一個域停留的子網(wǎng)數(shù)，狀態(tài)0表示停留在一個域之外的狀態(tài)。假定狀態(tài)i 的穩(wěn)定狀態(tài)概率為P，則P可由方程（3）得出。

總的看來，移動互聯(lián)目前面臨的一大難題是安全問題，應(yīng)用代理服務(wù)器與分組過濾路由器結(jié)合的防火墻是未來技術(shù)的發(fā)展方向。本文提出在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)建立虛擬家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中心，通過運(yùn)營商之間建立信任關(guān)系，構(gòu)成大網(wǎng)絡(luò)之間的平行關(guān)系，大網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部層次關(guān)系的移動性網(wǎng)絡(luò)格局。

除此之外，移動IPv6在協(xié)議上還需要改進(jìn)的有QoS、增強(qiáng)TCP以支持移動IP等，在移動方面還面臨AAA(Authentication、Authorization、Accounting)以及與無線通信技術(shù)融合等技術(shù)挑戰(zhàn)。