基于IPv4的移动IP

　　1　基于IPv4的移动IP

　　1.1基本通信流程

　　基于IPv4的移动IP定义三种功能实体：移动节点（mibile node）、归属代理（home agent）和外埠代理（foreign agent）。归属代理和外埠代理又统称为移动代理。移动IP技术的基本通信流程如下：

　　（1）远程通信实体通过标准IP路由机制，向移动结点发出一个IP数据包；

　　（2）移动结点的归属代理截获该数据包，将该包的目标地址与自己移动绑定表中移动结点的归属地址比较，若与其中任一地址相同，继续下一步，否则丢弃；

　　（3）归属代理用封装机制将该数据包封装，采用隧道操作发给移动结点的转发地址；

　　（4）移动结点的拜访地代理收到该包后，去其包封装，采用空中信道发给移动结点；

　　（5）移动结点收到数据后，用标准IP路由机制与远程通信实体建立连接。

　　在移动IP协议中，每个移动节点在“归属链路”上都有一个唯一的“归属地址”。与移动节点通信的节点称为“通信节点”，通信节点可以是移动的，也可以是静止的。与移动节点通信时，通信节点总是把数据包发送到移动节点的归属地址，而不考虑移动节点的当前位置情况。

　　在归属链路上，每个移动节点必须有一个“归属代理”，用于维护自己的当前位置信息。这个位置由“转交地址”确定，移动节点的归属地址与当前转交地址的联合称为“移动绑定”（简称“绑定”）。每当移动节点得到新的转交地址时，必须生成新的绑定，向归属代理注册，以使归属代理及时了解移动节点的当前位置信息。一个归属代理可同时为多个移动节点提供服务。

　　当移动节点连接在归属链路上（即链路的网络前缀与移动节点位置地址的网络前缀相等）时，移动节点就和固定节点或路由器一样工作，不必运用任何其它移动IP功能；当移动节点连接在外埠链路上时，通常使用“代理发现”协议发现一个“外埠代理”，然后将此外埠代理的IP地址作为自己的转交地址，并通过注册规程通知归属代理。当有发往移动节点归属地址的数据包时，归属代理便截取该包，并根据注册的转交地址，通过隧道将数据包传送给移动节点；由移动节点发出的数据包则可直接选路到目的节点上，无需隧道技术。

　　为了支持移动分组数据业务，移动IP应解决代理发现、注册和隧道封装三项技术。

　　1.2代理发现

　　移动IP通过扩展现有的“ICMP路由器发现”机制来实现代理发现。代理发现机制检测移动节点是否从一个网络移动到另一个网络，并检测它是否返回归属链路。当移动节点移动到一个新的外埠链路时，代理发现机制也能帮助它发现合适的外埠代理。

　　（1）代理布告（agent advertisement）

　　在所连接的网络上，归属代理和外埠代理定期广播“代理布告”消息，以宣告自己的存在。代理布告消息是ICMP路由器布告消息的扩展，它包含路由器IP地址和代理布告扩展信息。移动节点时刻监听代理布告消息，以判断自己是否漫游出本地网络。若移动节点从自己的归属代理接收到一个代理布告消息，它就能推断已返回归属，并直接向归属代理注册，否则移动节点将选择是保留当前的注册，还是向新的外埠代理进行注册。

　　（2）代理请求（agent solicitation）

　　拜访地代理周期性地发送代理布告消息，若移动节点争需获得代理信息，它可发送一个ICMP“代理请求”消息。任何代理收到代理请求消息后，应立即发送。代理请求与ICMP路由器请求消息格式相同，只是它要求将IP的TTL域置为1。

　　1.3注册

　　移动节点发现自己的网络接入点从一条链路切换到另一链路时，就要进行注册。另外，由于注册信息有一定的生存时间，所以移动节点在没有发生移动时也要注册。移动IP的注册功能是：移动节点可得到外埠链路上外埠代理的路由服务；可将其转交地址通知归属代理；可使要过期的注册重新生效。另外，移动节点在回到归属链路时，需要进行反注册。

　　注册的其它功能是：可同时注册多个转交地址，此时归属代理通过隧道，将发往移动节点归属地址的数据包发往移动节点的每个转交地址；可在注销一个转交地址的同时保留其它转交地址；在不知道归属代理的情况下，移动节点可通过注册，动态获得归属代理地址。

　　移动IP的注册过程一般在代理发现机制完成之后进行。当移动节点发现已返回归属链路时，就向归属代理注册，并开始象固定节点或路由器那样通信，当移动节点位于外埠链路时，能得到一个转交地址，并通过外埠代理向归属代理注册这个地址。

　　移动IP的注册操作使用UDP数据报文，包括注册请求和注册应答两种消息。移动结点通过这两种注册消息，向归属网络注册新的转发地址。

　　1.4隧道技术

　　隧道技术在移动IP中非常重要。移动IP使用IP的IP封装、最小封装和通用路由封装（GRE）三种隧道技术。

　　（1）IP的IP封装

　　由RFC2003定义，用于将IPv4包放在另一个IPv4包的净荷部分。其过程非常简单，只需把一个IP包放在一个新的IP包的净荷中。采用IP的IP封装的隧道对穿过的数据包来说，犹如一条虚拟链路。移动IP要求归属代理和外埠代理实现IP的IP封装，以实现从归属代理到转交地址的隧道。

　　（2）IP的最小封装

　　由RFC2004定义，是移动IP中的一种可选隧道方式。目的是减少实现隧道所需的额外字节数，通过去掉IP的IP封装中内层IP报头和外层IP的报头的冗余部分完成。与IP的IP封装相比，它可节省字节（一般8byte）。但当原始数据包已经过分片时，最小封装就无能为力了。在隧道内的每台路由器上，由于原始包的生存时间域值都会减小，以使归属代理在采用最小封装时，移动节点不可到达的概率增大。

　　（3）由RFC1701定义，是移动IP采用的最后一种隧道技术。除了IP协议外，GRE还支持其它网络层协议，它允许一种协议的数据包封装在另一种协议数据包的净荷中。在某些应用中，GRE防止递归封装的机制也非常有吸引力。

　　2移动IP在cdma2000中的应用

　　在3G移动通信中，cdma2000核心网可向移动用户提供基于简单IP的公网/专网接入业务和基于移动IP的公网/专网接入业务。

　　当用户采用简单IP方式接入时，将会从业务接入提供商那里分配到一个动态的IP地址。该用户可在一定地理范围内的网络中，保持所分配的IP地址；当用户移动出上述地理范围时，则不再保持该IP地址。

　　当用户采用移动IP方式接入时，可使用静态IP地址，也可使用动态IP地址，这主要取决于其归属IP网络。在cdma2000网络范围内或其它网络范围内，用户可任意移动，并能保持同一IP地址。在cdma2000系统中，移动IP应用的关键在于要引入一个支持移动IP外埠代理（FA）功能的分组数据服务节点（PDSN）。

　　2.1基于移动IP的网络参考模型

　　基于移动IP的cdma2000分组核心网络包括分组控制功能（PCF）、分组数据服务节点（PDSN）、认证受权和计费（AAA）以及归属代理（HA）。其中，PCF主要用于建立、维护和终止链路层到PDSN的连接，与无线资源控制（RRC）共同请求和管理无线资源，以便在移动台之间转发数据包。PDSN主要用于建立、维护和终止链路层与移动台的PPP会话，执行对移动用户分组数据会话的认证、授权和计费，将移动台的IP地址映射成唯一的链路层连接或标识，按照QoS要求标记并处理数据包。PDSN还增加FA（外埠代理）功能，负责提供隧道出口，并将数据解封装，发往移动台。AAA负责管理用户，包括用户权限、开通业务等信息。目前AAA采用的主要协议为RADIUS，因此也可称做RADIUS服务器。HA负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户，并实现PDSN之间的宏移动管理。PDSN通过R-P接口连至无线网络（RN）。移动终端与PDSN之间的链路层协议采用PPP协议，网络层协议则采用IP。

　　2.2cdma2000中的移动IP技术

　　移动台通过空中接口连至具有PCF的基站。移动台经由PPP连至cdma网络后，它与PDSN之间的链路层连接宣告建立。PPP连接初始化后，PDSN发送一条代理广播消息到移动台，移动台产生移动IP注册请求；PDSN采用AAA协议，将该请求消息发往HA，从归属代理返还的消息中，提取移动IP注册应答消息，并将它发至移动台。

　　在同一PDSN内，RN之间的切换通过将先存的R-P链路转移到新的RN，并终止与原RN的连接实现，，在不同PDSN之间切换时，业务信道将被转移到新的RN，并在新RN与新PDSN之间，创建一个新的分组业务会话标识，关闭旧的PDSN连接。通过会话标识，新PDSN识别出这是一个新的R-P链路，而不是原链路。若系统支持移动IP的路由优化，则附带的更新消息将被发往相关主机，主机便开始向新的PDSN传输数据包。

　　3移动IP协议的发展：IPv6

　　随着人们对移动通信业务的需求日益迫切，用户的入网注册、路由选择、安全防护以及对移动用户的支持，已使IPv4协议的局限性暴露出来，并成为IPv6产生和发展的必要趋势。

　　移动IPv6技术是在IPv4的基础上发展起来的。它定义了移动节点，通信节点和归属代理三种操作实体。由于IPv6地址空间巨大，而且每台路由器都要求实现路由器搜索，所以不再有外埠代理的概念。四种新的IPv6目的地选项包括绑定更新、绑定认可、绑定请求和归属地址。为了实现“动态归属代理地址发现”机制，IPv6定义了两种ICMP消息类型：归属代理地址发现请求消息和归属代理地址发现应答消息。另外还定义了两种“邻居发现”选项：宣告消息间隔和归属代理信息选项。

　　在移动IPv6技术中，在与外埠链路连接的移动节点上，可同时采用隧道和源路由技术传送数据包。另外，移动IPv6的高层功能也包括代理搜索、注册和选路。

　　移动IPv6通过ICMPv6路由器搜索，确定它的转交地址。移动节点不仅将转交地址告诉归属代理，而且还告诉各通信伙伴，以使它们发出的数据包可也移动IPv6中一样路由，实现路由优化，而不全是三边路由。移动IPv6选路报头以及AH、ESP等基于SKIP和基于ISAKMP/Oakley的穿越放火墙方案，不但简化到移动节点的路由选择，还保证路由优化的安全性。

　　4结束语

　　因特网的迅猛发展远远超出人们的最初预想，快速地影响着人们的日常生活。到2004年，每10人中会有4人使用移动电话上网冲浪。分组型的GPRS、EDGE和cdma2000-1X都仅仅是通向全移动多媒体的第一步，WCDMA和cdma2000-3X的3G移动网络将使数据传输速率提高到2Mb/s甚至更高。移动世界正大步向全IP网络演进，因特网将被装入每个人的口袋之中。

摘自《电信快报》2002.3