移动IPv6低延迟切换技术分析(共18页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：移动IPv6低延迟切换技术分析姓 名 赵庆红 学 号 院 系 物理与电子工程系 专 业 电子信息工程技术 年 级 2011级 指导教师 李在林 2014年4月25日专心-专注-专业目 录摘 要在移动IP 技术中，移动IP 切换是关键。所以，怎样提高移动IP 技术的切换性能成为移动IP 研究领域的热点。目前对切换的研究工作主要包括：对切换时延的研究、对用户行为的研究、对切换决策的研究等。本文介绍了IPv6的工作原理、专业术语，分析了其存在的不足，最后对切换延迟进行分析。关键词 ： IPv6;切换技术;工作原理ABSTRACTI

2、n mobile IP technology, mobile IP switch is the key. So, how to improve the switching performance of mobile IP technology for mobile IP hotspots in the field of study. At present the study of switching work mainly includes: the study of switching delay, the study of user behavior, the study of decis

3、ion making, etc. This paper introduces the working principle of IPv6, professional terms, analyzes its existence insufficiency, and finally comparing with IPv4 technology.Key words: switch ;IPv6 ;technology works前 言当前信息技术的快速发展,互联网和移动通信是通信领域的两大发展趋势。然而,由于当前网络主要是固定的访问方式来访问互联网,每个主机分配一个唯一的IP地址或动态IP地址。互联网

4、是基于网络前缀路由、IP数据包路由到第一个IP地址前缀对应的段,然后转发到目标节点。当移动主机不同网络之间移动,原来的IP地址,它再也不能称其物理网络地址,发送到移动主机包无法正确转发到目标节点,所以移动主机不能正常访问互联网web服务。和人们的生活是相关的,经常需要随时随地接入互联网,因此传统的固定IP协议已经不能完全满足人们的需求。人们都渴望实现在传统IP网络移动性支持,这些潜在的巨大需求,互联网带来了新的机遇,移动IP原始IP协议的基础上,为了解决这些问题,提出解决方案。 主要设计目标是移动节点在移动IP改变网络接入点时,不能改变IP地址,并保持沟通,在移动的过程中,上层协议的透明度。为

5、此,国际标准化组织互联网工程任务组IETF(Internet Engineering Task Force)开发基于IP协议IPv4和IPv6两个不同版本的移动IP协议。 1996年10月,IETF移动IPv4协议的相关标准,提出了IPv4的短缺的原因,如缺乏IP地址,安全是不好的在IPv4网络基于移动IPv4应用困难。IPv6采用丰富的地址空间,更高的安全性和服务质量和良好的流动性支持,使得IPv6已广泛应用于移动通信领域1。第1章 IPv6概述1.1相关术语 移动IPv6中定义了一些术语,其中的一些与移动IPv4是有区别的。 移动节点:是指移动Pl从一个链接移动另一个连接点,仍能 通过其家

6、乡地址被访问的节点。 通信对端:是指所有的节点和移动通信,通信对端可以固定或移动。 家乡代理:指的是移动节点链接路由器的故乡,允许移动节点的转移注册当前地址,当移动节点离开家,移动节点捕获它链接的目的地址是家庭地址,通过隧道转发到移动节点地址注册。 移动节点、家乡代理和通信对端是移动IPv6中最重要的三类功能实体。这种分类只是概念上的,它们只是存在于IPv6节点上的功能实体,并非对IPv6节点的分类定义。比如,移动节点同时可能是其他节点的通信对端,家乡代理也可能是移动节点的通信对端等。 家乡地址:IP地址分配给移动节点。它属于移动节点的主链接,IP路由机制的标准将家庭地址的数据包发送到移动节点

7、的链接。 转交地址:指的是移动节点接入外部链接得到地址。IP地址的子网前缀是外地子网前缀。移动节点传输可以同时获得多个地址的注册代理人的家乡地址说为主转移到地址。 移动:指移动节点改变其到Internet连接点的行为。如果移动节点当前不在它的家乡链路上,则称为离开家乡。 家乡子网前缀:指对应于移动节点家乡地址的IP子网前缀。家乡链路:移动节点的家乡子网前缀对应链接。标准IP路由机制移动节点到目标地址是家庭地址的数据包转发到移动节点的链接。外地子网前缀:对于-个移动节点而言,指除了其家乡链路之外的任何IP子网前缀。 外地链路:对于一个移动节点而言,指除了其家乡链路之外的任何链路。 绑定:指的是移

8、动节点之间的联系的家庭地址和转移。家代理通过链接发送到链接属于移动节点的数据包转发其当前位置,通信终端通过这个协会也可以知道当前的访问点的移动节点,从而实现通信的路由优化。 绑定过程:由移动节点发起,通知通信对端或家乡代理关于本节点当前绑定的过程。 绑定授权:绑定过程需要授权,使得接收者相信发送者有权乡我新的绑定2。1.2协议工作原理 移动IPv6提供了移动节点在不同子网漫游通信能力。每个移动节点都有一个永久的家乡地址,无论节点移动到哪里，家乡地址是相同的。当移动节点位于本地网络,它根据传统的通信方式和通信节点。当移动节点的位置移动,需要改变访问路由器,切换到其他子网切换操作基于移动IPv6。

9、标准的移动IPv6的转换和路由优化可以分为不支持模式和支持路由优化模型。 在不支持路由优化模式中,MN在家庭网络,进入另一个子网后,首先,根据公告消息收到路由器网络前缀将新地址配置,取决于可用的地址地址检测后,锰会通过网络发送到国内代理绑定更新,通知代理把他们家地址和地址绑定关系,国内代理在收到更新消息从移动节点绑定,MN与 CN 进行通信的数据包都将通过 HA 进行中转。3 支持路由优化模式下与不支持路由优化模式的区别在于 HA 与 MN 的隧道建立完成后，MN 还将向 CN 发送绑定更新消息，CN 收到消息后，将在绑定缓存中也创建或更新与 MN 的绑定条目，这样以后的数据将不再经过 HA

10、的中转，可以由 CN（MN）直接发送给 MN（CN）4。第2章 移动IPv6存在的缺点2.1 移动IPv6的不足一个是三角形的路由问题。移动IP协议经常遇到三角形路由问题,即通信节点发送数据包到移动节点,需要通过其所有权代理,移动节点根据标准IP路由规则直接将数据包发送到通信节点。三角形路由问题将导致一些潜在的危害,比如增加流量的引入路由延迟瓶颈属于该机构。如果通信节点知道移动节点地址,通信节点可以将数据包发送到移动节点通过直接隧道技术,不需要属于代理的帮助。现在的问题是在互联网上足够的通信节点一般不能接收和存储信息的移动节点地址,也不能执行任何隧道技术。改进的基本移动P协议将有助于解决这个问

11、题7。另一个问题是，外区之间的平滑切换代理。由于移动主机频率可能很高,每个主机与移动通信节点可能来不及接收移动主机地址更新消息,在主机子网到另一个子网时,可能为目的的移动节点网络中的主机。因此确保这些团体的安全是一个主要的子网之间的网络实现平滑漫游的问题。此外，移动节点连接到互联网链接通常是一个无线链接,链接与有线网络系统相比,其带宽明显低得多,误比特率要高得多；一些防火墙可以阻止IP隧道,因为他们检查每个包的源地址,和移动节点的数据包属于外的地址不同于LAN网络地址,导致防火墙阻止数据包:隧道和移动节点可能是电池供电,如何降低能耗是一个需要解决的问题5。2.2 移动IPv6的缺点 互联网用户

12、数量的激增和新的应用需求,移动IPv4协议逐渐呈现较大的缺陷。在1990年代初,互联网刚刚开始迅速发展,人们开始研究下一代IP协议。在很多情况下,IPv6协议被认为是现有IPv4协议最可能的替代者,许多著名通信公司正在积极推动IPv6的研发和产品化的工作。未来的网络协议必须支持移动性,允许主机在不同IP网络之间的无缝漫游。EITF MboeliIP工作小组对移动IPv4进行研究的同时,对移动IPv6投入大量的精力。P所有的IPv6节点必须实现移动IPv6定义的功能6。第3章 切换延迟分析3.1移动IPv6工作原理在基本移动IPv6协议中，移动节点在不同子网间切换时需要经过移动检测、新地址配置、

13、重复地址检测、绑定注册过程，造成了很大的切换延时，其切换过程如下图1所示。图1 移动IPv6工作原理 移动节点在家乡网络获得的地址称为家乡地址，在外地网络获得的地址称为转交地址，移动节点在家乡网络中通过家乡地址通信，当移动节点漫游到其它网络或者在不同网络间切换的时候，移动节点检测到已经切换到新网络后，配置当前网络的转交地址，经过重复地址检测验证地址唯一后，向家乡代理发送绑定更新，家乡代理收到更新信息返回一个确认信息，以后家乡代理可以方便的与移动节点直接建立连接。在基本移动IPv6协议中，移动节点在切换过程中存在切换延迟大，数据丢失率高和信令负载大等问题，鉴于此，人们从各个角度进行研究分析并提出

14、许多改进方案。现今，最典型的方案有以下几类：快速切换类方案，层次切换类方案，层次快速切换类方案，基于MPLS和流标签类方案。以上每类方案分别从不同角度进行改进，并且也都有自身的优缺点，因此，我们评价一个方案的好坏，要从切换延迟、数据包丢失、信令负载和设计复杂度等方面综合考虑。在不同的需求下，我们应根据具体情况来选用，尽可能满足需要9。3.2 FMIPv6 切换延迟分析 主要有四点：网络切换延迟（TL，包括网络层和网络层延迟），移动检测延迟（TMD），地址自动配置延迟（TCoA），重复地址检测延迟（TDAD）和注册延迟（TBU）。如下图2所示: 图2 FMIPv6 切换延迟移动节点在进行切换时，

15、首先是网络切换。整个网络延迟为 TL。通常情况下，TL一般在 50-60ms 之间，占整个切换延迟的很小一部分。基本上采用一些网络优化方案可以减少网络延迟，常用的一种方案是让两个位置相近的无线网络接入点的无线信号重叠。即移动节点移动的过程中，收到的原接入点的无线信号越来越弱，而新接入点的无线信号越来越强，当信噪比值低于原接入点的门限值时，移动节点会自动选择门限值较高的接入点，这样就完成了网络切换4。3.3 HMIPv6 切换延迟分析HMIPv6 采用层次型结构，定义了新功能实体 “移动锚点”（MAP），将移动分为宏移动和微移动，注册延迟有了改进。微移动时，移动节点本地注册功能取代了远程绑定更新

16、，减少了注册延迟。然而移动检测延迟和 DAD 操作延迟并没有变化，而且注册延迟在整个切换延迟中占的比例有非常小，单独减少注册延迟对整个切换没有起到太大作用。所以 HMIPv6在微移动时的切换延迟相比于 MIPv6 并没有较大减少，微移动延迟 TMicro-mobility=TMD+TDAD+TLBU。其中 TLBU为本地注册延时。宏移动时，增加了本地 MAP 的注册延迟 TLBU和区域转交地址的 DAD 检测延迟 TRCoA，所以 HMIPv6 宏移动切换延迟为：TMacro-mobility= TMD+TDAD+TBU+ TLBU+TRCoA。3.4 FHMIPv6 切换延迟分析FHMIPv

17、6 将快速切换与层次切换融合为一体，因此继承了两者的优点。微移动时，FHMIPv6 与 HMIPv6 的操作完全一致，因此在微移动时的延迟与HMIPv6 完全一样，TMicro-mobility= TMD+TDAD+TLBU。其中 TLBU为本地注册延时。宏移动时，因为在切换过程中使用了快速切换技术，因此移动检测延迟 TMD=0，其它操作与 HMIPv6 完全一致。所以 TMacro-mobility= TDAD+TBU+ TLBU+ TRCoA5。3.5低延迟切换方案低延迟切换的主要设计思想是通过引入链路层移动预测或者链路层触发等机制，修改基本移动IPv6协议中的移动检测、新转交地址配置、重

18、复地址检测等过程，来提高切换性能。此类方案的优点在于有效的降低了切换延迟和数据丢失率，但却增加了新的信令负载。目前，低延迟切换中的典型方案为移动IPv6快速切换方案（FMIPv6）。为了进一步提高切换性能，增强转发方案（EFWD）和基于路由器的切换方案被提出，前者的设计思想是通过引入链路层触发机制和在新旧网络之间建立隧道来减小切换延迟和数据丢失。后者的设计是想是利用接入路由器代替移动节点做移动检测、转交地址配置和重复地址检测工作。FMIPv6基本操作过程如图3所示：（1）当移动节点（MN）由于第二层触发意识到要进入新的子网时，便发送一个路由器请求代理消息RtSolPr给旧路由器。（2）旧路由器

19、收到以后返回一个切换发起消息HI给新接入路由器。（3）新接入路由器收到消息以后，便发送一个切换确认消息HACK。（4）作为对路由器请求代理消息的回应，旧接入路由器会送一个代理路由器通告消息PrRtAdv给MN，MN收到以后就得到转交地址。（5）MN收到旧路由器发送过来的代理路由器通告消息后，向旧接入路由器发送一个快速绑定更新消息F-BU，旧接入路由器收到更新消息后，在新旧接入路由器之间建立一个隧道，然后，返回一个快速绑定确认消息F-BACK给MN和旧接入路由器所在的网络，并且还要通过隧道发送到新接入路由器所在的网络。（6）当MN达到新的子网，并且已经与新的子网建立起第二层连接后，MN发出一条快

20、速邻居通告消息F-NA，新接入路由器就可以向MN转发数据。图3 FMIPv6切换过程 通过上述切换过程分析可得，FMIPv6切换延迟比基本移动IPv6小，数据丢失率低，但增加了信令交互负载，同时也增加了协议设计和实现复杂度4。第4章 移动IPv6与移动IPv4的比较移动IPv6和移动IPv4有许多相同或相似的概念，如移动节点和房屋代理、家庭住址和转让,等等,然而,没有外国代理移动IPv6概念,也只定义了一个转移地址:移动节点配置是通过自动地址配置机制来解决。移动IPv6设计移动IPv4的发展的经验和使用IPv6协议提供的新功能,但和IP IPv4补充协议,移动IPv6协议是IP协议成为一个不可

21、或缺的部分,但也为移动IPv4有很多明显改善。 外地代理:移动IPv6,外部网络,不喜欢移动IPv4需要配置路由器,专业代理。移动节点使用IPv6特性,如邻居发现和自动地址配置,等等,没有外部网络上的路由器的功能提供特殊支持。路由优化:路由优化是移动IPv6协议的基本功能,而不是像移动IPv4是可选的。移动IPv6允许通信结束包直接路由到移动节点,不需要通过国内代理转发,基本移动IPv4 问题解决。即使没有预设安全相关的移动IPv6的路由优化机制同样是安全的,并且可以为任何移动节点在全球范围内和终端之间的通信路由优化。输入过滤:路由优化功能在移动IPv6输入滤波器与路由器可以共存。集团把地址和

22、家庭地址,通过一个输入滤波器使组织正常功能的路由器。 组播分组的发送:在移动IPv6中,移动节点作为发送者的组播分组,不再必须由家乡代理进行转发。移动检测:IPv6运动检测机制,提供了移动节点之间的双向通信能力和默认路由器,以及保证移动节点可以接收的路由器组,也可以确保路由器可以接收来自移动节点的数据包。截取分组:家代理在移动IPv6拦截离开家,当移动节点分组,使用你的邻居发现机制而不是移动IPv4 AR的协议。邻居发现机制像ARP不需要关心链路层的具体情况,不仅简化了实现移动IP和具有更好的鲁棒性。 隧道封装:在移动IPv6,除了带回家代理组织,大多数组织使用IPv6路头直接发送到移动节点,

23、不需要使用隧道封装,和移动IPv4需要封装所有的组。使用方法可以减少相对于封装的端到端移动IP包传输开销。隧道软状态:移动IPv6使用IPv6封装和路头,不需要软状态0 /隧道,由于IPv4忙MP协议限制的移动PvIv4管理隧道软刁的状态需要从隧道CIMP错误消息转发到群原始的发送者,和移动使用CIMPv6 IPv6,不再需要使用软状态的隧道。 家乡代理地址发现:动态家乡代理地址发现机制使用IPv6泛播地址,仅返回单个应答给移动节点,而移动IPv4使用广播分组机制,家乡链路上的每个家乡代理都给移动节点返回一个应答。由于实际上只有一个应答分组返回到移动节点,移动IPv6机制更加高效和可靠,并且不

24、存在应答爆炸问题8。第5章 总结 两个不同的子网之间的移动主机移动会产生开关。移动主机获得新的转移新子网地址,它需要代理注册重新绑定以及通信。由于协议处理和信号强度等原因,可能导致移动主机切换在一定的时间内不能发送和接收数据包,和移动通信终端之间的通信主机将会暂时中断。移动Pl标准给出了移动检测、采集和传输地址设置绑定的基本过程,在此基础上,人们提出不同的目的和不同的交换技术,为了减少切换造成的中断时间,维持或提高现有的连接通信服务的质量。、低延迟开关主要目的是使移动主机通信链路切换的过程中尽量减少中断时间,平稳过渡的主要目的是丢失或延误的数量降至最低,团体,无缝切换是实现低延迟、低损耗的开关

25、。移动IP技术需要解决一些特殊问题,如移动主机之间快速来回移动两个子网,和移动主机在整个网络也在移动等等。参考文献1肖长水,沈萍萍.移动IPv6切换技术综述 J.计算机应用与软件.Apr2004.5:104-1072肖曙光.移动IPv6的切换机制及其关键技术研究D.湖南大学.2008.3朱璇.移动IPv6的切换技术 D.北京邮电大学.2007.4刘宏月,马建峰,杨凯.基于分层移动的移动IPv6快速切换方案J.华南理工大学学报.Feb 2011.025李向丽,孙晓林,高艳红,王伟峰,刘大伟.层次移动IPv6宏切换优化方案J.计算机应用.Jun 2011.6陈魏鑫,韩国栋等.基于快速DAD的分层移

26、动IPv6切换算法 J通信学报，2008.29(1)：115-120.7乔鹏,周春华.一种改进快速移动IPv6性能的方法J.网络应用.2010.11:23-25.8黄化吉,冯蕙力,秦丽娇,陆宏治.NS网络模拟和协议仿真M.人民邮电出版社.May 2010.9赵庆林 ,李忠诚,冯丽等.移动 IP 切换特征分析J.软件学报 .2005. 致 谢大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校新乡学院给了我我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢张村民的老师和同学们三年来的关心和鼓励。

27、老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师李在林老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做得就是向；李在林老师寻求帮助，而李在林老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。 我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 同时，本片毕业论文的写作也得到了化民、刘志坚等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！