移动IPv6为移动终端配置原籍代理

中山大学电子系 郑允光 张光昭

　　摘要：本文从移动IPv6的基本原理和分级管理机制出发，结合移动终端对网络操作的主动性和阶段性，讨论了移动终端不一定必需拥有永久原籍地址，并提出了为移动IPv6终端动态配置原籍代理的新设想，以期消除网络上的大量信令开销。

　　关键词：移动IPv6 移动终端 原籍代理HA 动态配置

一、引言

　　本文讨论的移动终端是指一般的网络接入设备，并不是网络中的服务器，不提供网络资源，是网络资源使用者。因此，移动终端总是主动发起网络操作，并且有阶段性的使用网络资源，事实上，绝大多数接入LAN或Internet的移动设备，都属于移动终端。本文基于移动终端的这些特性，并考虑到移动IPv6中原籍代理对于移动到外部网络的移动节点来说主要是起分组重定向（通过隧道）的作用，而这个功能不要求移动终端的原籍代理具有永久性，从而提出了动态配置移动终端的原籍代理的设想。这样，当移动终端随着移动过程中在不同网络之间切换时，不需要不断地向固定的代理交换绑定更新和确认信息。从而消除了网络上的大量信令开销。

二、Mobile IPv6对移动终端的支持

　　IPv6作为下一代互联网协议，是针对IPv4现在面临的问题提出的。由于移动通信的迅速发展，移动PC的不断推广，移动终端接入互联网成为迫切的要求，移动IPv6成为IETF的移动IP工作组研究的主要课题，以最终取代过渡时期的移动IPv4。

　　由于IPv6对移动性的支持，IPv6对于IPv4有了很大的改进，除了提供更大的地址空间外，还包括：解决了移动IPv4的三角路由问题，优化了移动IP的路由；允许移动结点发出的数据包经过带入口过滤的路由器；不再需要移动IPv4中的外部代理；可以利用IPv6的IPSec进行安全保护；允许控制信息由IPv6分组捎带传送。

　　为了保证端到端的连接不会因为移动节点的接入点改变而改变，网络通信中标识一个Socket的IP地址和端口号在移动过程中不能改变，即移动IP对于上层是透明的。为此，必须为移动节点分配两个IP地址，一个作为它的固定标识，称为原籍地址（Home Address，HAddr），另一个作为移动时的临时标识，称为移交地址（Care-of Address，CoA）。

　　当通信对端（Corresponding Node，CN）开始向移动节点（Mobile Node，MN）发送分组时，如果MN在原籍网络，则分组被路由到MN的原籍网络并被MN接收；若MN已经移动到外部网络，则MN会向原籍网络中的一个原籍代理（Home Agent，HA）注册绑定信息，告诉MN当前的CoA，HA代表MN截获自CN的分组并通过隧道转发到MN的CoA，这样，MN就可以在外部网络接收到CN的分组。

　　MN接收到HA转发过来的分组，说明CN不知道MN已经移动到外部网络了。MN向CN发送绑定信息，告知CN其CoA，此后，CN和MN的通信将直接通过MN的CoA，而不再经过HA。此时，CN发送到MN的分组，目的地址是MN的CoA，而利用IPv6中的路由头部（Routing Header，RH）携带一个0类的RH，RH中是MN的HAddr，这样当MN接收到这个分组并发现了0类的RH时，把RH中的HAddr和目的地址中的CoA互换，并把分组交给上层协议栈，这样，对于Socket通信来说，其IP地址仍然是MN的HAddr，端到端的连接没有中断。

　　当MN又一次发生移动时，它从新的外部网络的访问路由器（AR2）获得一个新的CoA，再向HA和CN更新绑定信息，这样CN可以用新的CoA继续和MN通信。同时，为了保证在两个外部网络间切换时来自CN的分组不丢失，MN在移动前先请求iH的外部网络的访问路由器（AR1）缓存分组，移动完成后再请求ARI将缓存的分组经过隧道转送到MN的新CoA。

三、分级Mobile IPv6管理

　　当移动结点MN远离原籍网络时，MN的每一次移动都要向HA和所有CN更新绑定信息，频繁的移动会引起网络上过多的信令开销。因此IETF的移动IP组提出了分级移动IPv6移动管理机制（Hierarchical MIPv6 mobility management，HMIPv6）。

　　HMIPv6机制向HA和CN隐藏了MN的局部移动，从而使绑定更新等信令局部化，减少了网络上的信令开销。HMIPv6把邻近的无线网络分为一个域，每一个域由一个或多个移动锚点（Mobility Anchor Point，MAP）来管理，MAP作为MN的一个局部HA，MN在一个MAP所管理的域内移动时，它有两个CoA，一个是区域CoA （Regional CoA，RCoA），一个是链路CoA（on-Link CoA，LCoA）。MN在不同的无线访问路由器（AR）中有不同的LCoA，但是只要它在该域内，它的RCoA不变。这样，当MN移动时，只需要向MAP更新LCoA，而对于HA和CN来说，MN仍然以RCoA来通信。MAP每次都为MN截获来自CN和HA的分组，并根据RCoA从绑定信息中找到MN当前的LCoA，然后转交给MN。只有当MN在不同的MAP管理的域之间切换时，才向MN和CN更新HAddr和RCoA的绑定。

四、为移动终端动态配置原籍代理

1．移动终端的主动性和阶段性

　　在移动接入用户中，大部分MN不是服务器，因此大部分网络操作是由MN首先发起的，这样MN就没有在原籍网络中注册；并且根据动态原籍代理地址发现机制（Dynamic Home Agent Address Discovery），一个MN只要知道了“移动IPv6原籍代理”任播地址（“Mobile IPv6 Home-Agent”anycast address），并且能够通过认证，它就可以在该网络中注册一个原籍代理（HA）。即当一个MN在某一个网络中得到认证，无论该网络在哪里，都可以把该网络作为MN的原籍网络。基于以上理由，MN保持一个永久的原籍地址（HAddr）是没有必要的。

　　举例说明，当MN不是服务器时，因为MN不提供网络资源，没有其它节点主动访问它，故大部分网络操作是由MN首先发起，体现了移动终端的主动性。另外，移动终端的阶段性一般表现为两种情况：（1）移动终端的应用层使用网络的阶段性，即MN建立的所有端到端连接不会持续不断。当一个应用结束，再重新开始另一个应用的网络连接时，如果MN发生了移动并切换到另一个网络，此时由于MN不再保留和原来的任何CN的端到端通信，因此不再需要HA转发分组；（2）移动终端本身的移动阶段性，即MN不可能处于持续不断的移动之中。当一个移动用户打算在原籍网络以外的某一个网络中停留较长时间时，一旦与所有CN的端到端通信结束后，也不再需要HA为它转发分组。

2．动态配置原籍代理的好处

　　MN移动到新的网络后，离它最近的网络是它移动前所在的网络。因此，MN向所在网络或将要移动到的网络注册一个新的HA，对于远离原HA的MN，能减少信令传输的距离，节省网络开销和传输时延，有利于移动IPv6快速切换的实现；同时，可以防止MN因为原籍网络的HA失效而无法继续网络通信的问题（例如得不到HA的绑定确认）。

3．选择临时原籍代理

　　MN在不同的访问路由器（AR）之间的切换相对频繁，因此把所连接的AR作为新的HA是不实际的，下面考虑在HMIPv6的域中选择HA。

　　在前面的HMIPv6机制中，MAP充当了MN的局部HA的角色。MAP在所在域中一般是较高级的，它比其他路由器更接近域的边缘，甚至是该域的边缘路由器。如果在适当的时候（旧的网络通信结束后），MN把所在域的MAP注册为新的原籍代理。这样，当MN的移动不超出本域的时候，其所有分组都能经过最佳或近似最佳的路由：CN-MAP（HA）-MN。而当MN切换到另一个MAP所在的域时，MN通过旧的MAP作为HA为它转发分组，直到旧的通信结束，并且不打算立刻进行下一次切换，则又把本域中的MAP注册为新的HA。由于MAP在域中网络的较高级，由它来转发分组，不会引起很大的迂回路由，同时MAP本身就充当局部HA的角色，因此不会对MAP有很大的改动。

五、小结

　　本文基于移动IPv6的基本原理，讨论了移动IPv6中移动终端使用永久原籍代理的必要性，认为对于不提供网络资源的移动终端，由于具有网络操作的主动性和阶段性，因而没有必要使用永久原籍代理，并提出采用动态配置原籍代理的设想。在考虑选择临时原籍代理时，根据分级移动IPv6机制中MAP的特殊地位，提出在MAP所管理的域中选择MAP作为临时原籍代理的方案。

　　摘自《数据通信》