层次化移动ipv6中宏-微移动的快速切换

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　　层次化移动IPv6中宏/微移动的快速切换摘要层次化移动IPv6技术是在移动IPv6的基础上所做的一种改进技术，它引入新的网络元素——移动锚点(MAP)，将网络进行了层次化的划分，使得移动分为宏移动和微移动两种情况。本文介绍了层次化移动IPv6的工作原理和如何采用多播机制来改进HMIPv6中宏/微移动的切换过程，从而减少了移动过程中的丢包率和传输延时，提高了移动IPv6的通信质量。关键词层次化移动IPv6；宏/微移动；移动锚点；家乡代理；移动节点1引言移动IP是为了解决节点跨越不同网段移动而设计的，它主要工作于网络层，不仅适用于同种介质网络间的移动，也适用于异种介质网络间的移动。因为移动IP可以在不同的链路层上使用，同时对网络层以上也是透明的，所以有广阔的应用前景。相对于无线局域网而言，可以认为移动IP主要解决全球范围内“宏移动”管理的问题，至于有限范围内的“微移动” 管理问题，如小区间的切换等，则主要由链路层来解决。然而，移动IPv6没有区分宏移动和微移动，它将全局性的大范围移动与一个区域内的小范围的移动都用一种方式处理，这样没有体现出网络的可扩展性和伸缩性，当移动节点快速移动时，由于移动节点需要在家乡代理和通信节点之间传递大量的绑定更新报文，而它们可能相距较远，因此会产生严重的丢包和延时等问题[1]。层次化移动IPv6在移动IPv6的基础上，利用现有网络的层次结构，将网络进行了区域化的划分，这样将移动节点的移动区分为域内移动和域间移动[2]。2层次化移动IPv6机制层次化移动IPv6在每个区域内定义了一个新的实体——移动锚点(MAP)，改进了最基本的移动IPv6切换方案.MAP把切换过程分成微观移动和宏观移动。在HMIPv6中，移动节点分配了两个地址，即区域转交地址(RCoA，regionalcareofaddress)和链路转交地址(LCoA，onlinkcareofaddress)，这两个地址在宏观移动和微观移动中非常有用。用分级的思想区别小区域移动与大区域移动是非常适合互连网的，因为这样有以下两个明显的优点：第一，它提高了切换性能，因为小区域切换被限制在了一个很小的网络范围内，所以，它可以加快切换的速度、减少切换时的丢包率。第二，它明显的减少了网络中的切换管理信令，避免了网络中的信息拥塞，这是因为，在一个域内的移动，它的切换信令不会传送到整个网络中去。3宏/微移动管理机制及多播技术对其改进3．1宏移动管理机制HMIPv6宏移动管理是当MN在不同的MAP域之间移动时，MN和通信节点（correspondent node）或HA之间交换信息的过程。首先移动节点MN1在接入路由器AR2所覆盖的范围内，AR2的上游节点是MAP1。这时MN1具有两个转交地址。一个是LCoA2(是根据所在区域网络的接入路由器AR2来生成的)，另一个是RCoA1(是根据MAP1来生成的)。从图1中可以看出，MN1从所在子网AR2漫游到子网AR3，接入路由器AR2的上游节点是MAP1，接入路由器AR3的上游节点是MAP2，这时发生的切换称之为宏观切换。因为移动节点的两个转交地址都发生了变化，需要向自己的家乡代理和其通信节点发出绑定更新的通知，及时更新自己的位置信息。这时，移动节点转交地址从原先的(RCoA1，LCoA2)改变为(RCoA2，LCoA3)。如图2所示信息交换步骤如下：⑴．MN通过AR向MAP发送绑定更新（BU）。⑵．AR把收到的BU发送给MAP。⑶．MAP对接收到的BU进行重复地址检测（DAD）。此时，MN必须等待检测。⑷．MAP通过AR向MN发送绑定确认（B_ack）。B_ack的作用是证明MAP成功的接收到MN的BU，并且地址没有重复。⑸．AR发送B_ack，MN接收B_ack。⑹．MN通过AR和MAP向传送BU。这时BU的作用是通知和HA更新缓存中有关MN的RCoA地址的信息。⑺．AR接收BU并发送给MAP。⑻．MAP接收BU并发送给。⑼．接收BU并更新绑定缓存，用新的RCoA代替旧的RCoA。根据新的RCoA通过MAP向MN发送数据包。⑽ ．MAP得到发送给MN的数据包后，将数据封装并通过隧道技术根据MN的LCoA从MAP发送给MN。⑾．AR向MN转交封装数据包。3.2采用多播技术实现宏移动的快速切换重复地址检测和注册过程中信息传输时间是造成延时的主要原因。我们采用多播技术来减少注册中产生的服务干扰延时。图1中，MN1在MAP1域的AR2管理范围内，目的地址是（RCoA1，LCoA2）。此时，正向MN1发送信息。当MN1到达MAP1域的边界时，MN1向MAP1发控制信息要求建立一个多播组，MAP1建立一个多播组后通知邻近的AR（AR1和AR3）加入这个组。因此，每当有发送给MN1的信息MAP1就把信息传给AR1和AR3，如果MN1发出请求信息，接入路由器AR1或AR3就把信息传给MN1[3]。当MN1检测到信息是从AR3传来时，MN1就要向HA和注册新地址。见图3，具体步骤如下。⑴．MN1向AR3发送BU和多播路由请求信息。⑵．AR3向MN1发送多播数据包。同时，AR3向MAP2发送绑定更新进行重复地址检测。MN1接收AR3发来的临时多播数据包直到注册完成。⑶．MAP2进行重复地址检测。⑷．MAP2完成重复地址检测后，把MN1的目的地址(RCoA1，LCoA2)改变为(RCoA2，LCoA3)，同时向MN1发送绑定确认。⑸．AR3向MN1发送绑定确认。⑹．MN1通过AR3和MAP2向传送BU。通知和HA更新缓存中有关MN1的RCoA地址的信息。⑺ ．AR3向MAP2发送绑定更新。⑻．MAP2向发送绑定更新。⑼．接收BU并更新绑定缓存，用新的RCoA2代替旧的RCoA1。根据新的RCoA2通过MAP2向MN1发送数据包。⑽．MAP2得到发送给MN的数据包后，将数据封装并通过隧道技术根据MN1的LCoA3从MAP2发送给MN1。⑾．AR3向MN1转交封装数据包。3.3微移动管理机制当移动节点从所在子网AR4切换到所在子网AR5时，移动节点的转交地址发生了变化。但是因为移动节点所在的MAP区域仍然是MAP2，所以RCoA仍然是RCoA2，而没有发生变化。同时，根据接入路由器生成的LCoA发生了变化，从原来的LCoA4改变为LCoA5。这时在同一个MAP区域发生的切换称之为微观切换。在家乡代理和移动节点相应通信节点的绑定中存放的是它的RCoA，与它的LCoA没有关系，因此在发生微观切换时是并不需要向家乡代理和其通信节点更新绑定，而只向当地的MAP发送绑定更新，改变它在MAP上的LCoA与RCoA之间的绑定关系。这样，主干网络中冗余的绑定更新报文大大减少，从而减少了网络冲突，提高了切换速度和有效信息的发送[4]。如图4所示信息交换步骤如下：⑴．MN通过AR向MAP发送BU。⑵．AR向MAP发送BU。⑶．MAP执行重复地址检测（DAD）。⑷．DAD完成后，MAP通过AR向MN发送绑定确认和数据包。⑸．AR向MN发送绑定确认和数据包。3.4采用多播技术实现微移动的快速切换 图1中，MN2在MAP2域的AR4管理范围内，目的地址是（RCoA2，LCoA4）。此时，正向MN2发送信息。当MN2到达AR4的边界时，MN1向MAP2发控制信息要求建立一个多播组，MAP2建立一个多播组后通知邻近的AR(AR3和AR5)加入这个组。因此，每当有发送给MN2的信息MAP2就把信息传给AR3和AR5，如果MN2发出请求信息，接入路由器AR3或AR5就把信息传给MN2[3]。当MN2检测到信息是从AR5传来时，MN2就要向MAP2注册新地址。见图5，具体步骤如下。⑴．MN2向AR5发送绑定更新和多播路由请求信息。⑵．AR5向MN2传送多播数据包，同时向MAP2发送绑定更新。MN2接收AR5发来的多播数据，直到注册完成。⑶．MAP2进行重复地址检测。⑷．MAP2完成重复地址检测后，把MN2的目的地址(RCoA2，LCoA4)改变为(RCoA2，LCoA5)。并且MAP2向MN2发送绑定确认和数据包。⑸．AR5收到绑定确认后，停止向MN2发送多播数据包并根据MN2的LCoA5向MN2发送绑定确认和数据包。4分层移动IPv6机制的分析从上述过程可以看出，HMIPv6 在微观切换时，移动节点不需要向家乡代理和其相应的通信节点注册新的转交地址，而只需要向MAP注册即可。但是微观移动切换中，还是必须向远距离的家乡代理和通信节点注册。在微观切换时发生的消息通信量都集中在分层域内，由于域内距离比较短，消息交换速度则相对较快，对网络负载的影响很小。HMIPv6模型尤其是减小了和家乡代理之间的长距离注册消息传输所带来的网络时延和负载，明显提高了切换效率，减小了切换时延。由于切换效率的改进，HMIPv6的丢包率要小于移动IPv6协议，平滑切换能力比移动IPv6要好。但是从宏观移动来看，当移动节点在不同MAP管理域间切换时，HMIPv6所获得的性能不一定优于移动IPv6[5]。5总结随着计算机网络的迅速发展，无线网络、移动网络已经成为今后网络发展的趋势。人们越来越迫切地希望将两者结合起来，移动IPv6解决了计算机无线上网以及计算机在移动的过程中持续连接网络。层次移动IPv6下的快速切换，一方面结合了移动IPv6的层次化管理的概念，对移动节点移动到外地网络做频繁切换的情况下给予了优化，另一方面，结合了快速切换的思想，使每次切换都能够提前进行预切换，能够有效减少切换过程中的信令延时。所以对于移动IPv6来说是具有十分重要的应用前景。层次化移动IPv6技术将成为下一代移动通信的基石。参考