Mobile IP通讯协议架构

　　Mobile IP的主要目的为可以使得主机使用一个固定的IP地址，和一个暂时地址来连接到网际网络。对于使用者而言，并不会感觉到暂时地址的存在，因此原先所作到一半的事情就不会被干扰而中断。以下我们将简单介绍Mobile IP的运作原理。

　　Mobile IP网络系统架构

　　Mobile IP网络架构与各子系统如下图所示，当中：

　　Mobile Host：

　　在网际网络上，一台主机如果常常改变其对网络的接点(point of attachment)，称为Mobile Host。接点的改变可能发生在网络正在通信中的状态。但是通常假设接点的变化时间比通讯协议反应的时间来得慢。

　　Home Network：

　　对Mobile Host有管理权的网络，对网际网络上的其它主机而言，Mobile Host不论其目前的地址为何，"似乎"是接在此处。

　　Home Address：

　　和其它固定主机的地址一样，此地址是固定的，由Home Network的管理者提供给Mobile Host。当传送资料给Mobile Host时，只须知道此地址，不须知道Mobile Host目前的暂时地址。

　　Home Agent ：

　　在Home Network上的某一台主机，能够使得Mobile Host对网络上的其它主机而言，是随时都可以存取的。

　　Foreign Network ：

　　对任一Mobile Host而言，任一个除了Home Network之外，允许其接上的网络，就称为Foreign Network。

　　Care-of-Address：

　　一个表示当Mobile Host不在Home Network时，在网络上接点的IP地址。

　　Foreign Agent：

　　在Foreign Network上的主机，能使封包传送到Care-of-Address。

　　Register：

　　Mobile Host告知Home Agent其Care-of-Address。

　　基本工作原理

　　Mobile IP是由IETF所制定的RFC 2002, "IP Mobility Support" 作为标准。工作原理其实很简单，但是细节就很复杂了。Mobile IP只用了三个组件─Mobile Host，Home Agent 和Foreign Agent。Mobile IP的好处就是它只需要这三个组件，不须更动网络的其它部分，例如DNS。

当Mobile Host接上网络时，必须先判断其位置是在Home Network或是Foreign Network。Mobile Host可以经由”收听”局部的广播，来达成这件事，或是主动送出讯息给Agent。只要将现有的RFC 1256-Internet Control Message Protocol (ICMP) Router Discovery通讯协议作扩充，就可以达到这个目的。

　　如果Mobile Host收到由Home Agent的广播，表示它是在Home Network，那幺只要经由原本的IP 选择路径的方法，就可以了。但是如果是在Foreign Network，那幺它可以取得一个Care-of-Address(一个在Foreign Network上的IP address)，然后向它的Home Agent注册(Register)。Care-of-Address的取得方法有两种，一种是由Foreign Agent指定，另一种则是透过DHCP通讯协议，动态取得一个IP地址，这种状况时Mobile Host就是自己的Foreign Agent。

　　接下来，当Mobile Host和它的Home Agent达成联系之后，考虑以下的动作：当有一台网际网络上的主机，要传送封包给Mobile Host时，所有传送到Mobile Host的封包，都会由它的Home Agent所收到。在收到后，Home Agent将此封包加上Foreign Agent的地址，然后传送到Foreign Agent。这个加上Foreign Agent的技术称为Encapsulate。Encapsulate有两种方法，分别为RFC 2003 (IP Encapsulation within IP) 和RFC 2004 (Minimal Encapsulation within IP)。这个传送的动作则称为Tunneling。

　　还有另一个相关的问题，就是安全性。Home Agent必须要使用某种方法来认证某一个Mobile Host，不然很有可能被有心人士冒充Mobile Host而取得资料封包。在RFC 2002中，也规定了关于安全性的规范。

　　由以上所述，可以知道Mobile IP并没有使用什幺特殊的技巧，因此可以和现有的IPv4通讯协议完全兼容。以下，将更深入的观察Mobile IP的三个主要过程，就是如何取得、注册、和传送封包到Care-of-Address的方法。

　　取得Care-of-Address (Discovering Care-of-Address)

　　一个Mobile Host取得Care-of-Address的方法，是根据现有的RFC 1256-Internet Control Message Protocol (ICMP) Router Discovery通讯协议作扩充。这个通讯协议原本是用来告诉一个主机它的default routers，但是在此协议上再加上有关于Care-of-Address的信息。

　　Home Agent和Foreign Agent每隔一段时间就会作”广播”这个动作(broadcast)，发出有关于Care-of-Address的封包给LAN上的每个主机，如果LAN上有Mobile Host，就可以取得Care-of-Address。这幺作的原因是如果Mobile Host现在不是在Home Network时，只能收到广播的封包。当然，如果Mobile Host现在是在Home Network时，Home Network可以不提供任何的Care-of-Address。当RFC 1256的Router Advertisement再加上Care-of-Address时，这个讯息称为"Agent Advertisement"。

　　只靠广播这个动作时，有时候Mobile Host会等不及，这时Mobile Host也可以主动的broadcast

或者是multicast一个封包，来侦测现在是否有Home Agent 或Foreign Agent的存在。还有一个情形，就是Mobile Host已经隔一段时间都没有收到任何的Agent Advertisement，就可以假设它现在已经不在这个Foreign Agent的管辖范围。这时，Mobile Host也可以主动的隔一段时间，就送出一个封包。这个封包是使用RFC 1256的Router Solicitation再加上一些信息，例如Mobile Host需要这个Care-of-Address多久的时间，这整个讯息称为"Agent Solicitation"。当Agent收到这个封包时，就必须马上送出Agent Advertisement 的讯息出去。

　　作完以上动作，这时Mobile Host就已经取得了Care-of-Address。但是Home Agent还不知道这个Mobile Host目前的地址，所以还要有以下的步骤：

　　注册Care-of-Address (Registering Care-of-Address)

　　参考下图，可以看到注册的过程如下：Mobile Host向Foreign Agent要求服务(这是上一步─Discovering所作的)，然后由Foreign Agent向Home Agent要求服务。因为在目前，Mobile Host虽然取得了一个Care-of-Address，但是还不能使用它，要等到Home Agent同意后才可使用。Home Agent会告诉Foreign Agent它同意或是不同意，然后Foreign Agent再把这个结果广播给Mobile Host。

　　注册这个动作包括了三个重要的元素：Home address，Care-of-Address，以及Registration Lifetime，这三个元素又合称为Binding。当注册成功时，就产生了Binding。而且Binding是有期限的，超过了这个期限后就要重新注册，重新取得Binding，称为Binding Update。

　　Binding Update这种动作会影响到Home Agent的Routing Table，因此是很危险的。所以为了确保网络的安全性，必须再注册时作认证Authentication 。Mobile IP规定了Home Agent和Mobile Host都要有相同的一组”key”，相同才表示认证通过。这组key是使用Message Digest 5 – MD5 (RFC 1321)编码，为128-bit。但是光使用一组key，还是有可能被有心人士所”猜出来”─replay attack。所以光一组key还不够，另外还再注册时加上一个特别的identification field，在每次认证时它的值都不相同。这个identification field产生的方法主要是使用时间作为注记，因为每次注册的时间都不相同。而Home Agent和Mobile Host必须要能够互相对时才行。

接下来，就是如何真正的来传送资料。

　　Tunneling to the Care-of-Address

　　要怎幺把传送到Home Network的封包，传送到Foreign Network给Mobile Host? 这里使用了Encapsulate 这个技术。Encapsulate有两种方法，一种是IP-within-IP(RFC 2003)，另一种是Minimal Encapsulation(RFC 2004)，下图所示的是前一种。由Home Agent在收到封包后，在封包前加上一个新的标头，但是原本的标头维持不变。这样子，就可以使用原本IP层传送封包的方法，而不须更动路径上其它计算机的设定。Foreign Agent在收到封包之后，再把新加上去的标头删除，传送给Mobile Host。这样子就完成了Mobile IP的所有动作

　　如果是Mobile Host想要传送封包给网络上的主机时，则可以依照原本的IP择路方式来传。如果是网络上的主机想要传送封包给Mobile Host时，其资料传送途径则需经过Home Agent与Foreign Agent。由于此两种传送资料路径 的不相同，会造成传送路径是三角形(Triangular Routing of Data，见下图) 的情形。这种路径虽然是有效的路径，但是却没什幺效率。当Mobile Host改变其位置时，在Mobile Host向Home Agent注册前，所有的封包会送到旧的路径而遗失。一直到注册成功后，产生了一个新的Binding，这时所有的封包就会依循新的路径来传送。

来源：wlanchina