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计算机网络技术期末论文

浅谈移动IP及存在的问题

和解决方案

XX院09级XXXXXXXXX专业

XXX

2009XXXX8

《计算机网络技术》课程论文

教师：

XXX

浅谈移动IP及存在的问题和解决方案

一、什么是移动IP

1、引言

众所周知，在九十年代初期，人们为冲破固定电话的束缚，创造了早期的行动电话。

但是，当时的行动电话，也就是所谓的模拟手机，只能在某个区域内通话。

如果用户离开这个区域到了另外的区域，就必须要重新申请一个新的电话号码。

这给追求自由、开放的人们带来了许许多多的不便之处。

探研其原因就是那时的模拟手机不支持漫游服务。

目前，全球通（GSM）手机已广为人们应用。

现在的人们可以在全国乃至全世界范围终身使用一个手机号码进行通信。

移动IP技术与此类似。

现在的网络是基于TCP/IP协议进行网络通信联络，可是TCP/IP网络协议正如模拟手机一样，不支持漫游功能。

移动IP技术正是为解决这一问题而产生的新技术。

它对TCP/IP网络协议做了必要的补充使之支持网络外延的漫游功能。

这时，人们在网络世界中，可以拥有唯一的一个网络IP地址与外界保持统一的通信。

2、相关知识回顾

为了更好地理解移动IP，我们对课堂上老师讲的《计算机网络技术》中的关于IP地址一章内容的做一个简要的回顾。

IP是英文InternetProtocol的缩写，意思是“网络之间互连的协议”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。

在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。

任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与因特网互连互通。

正是因为有了IP协议，因特网才得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机通信网络。

因此，IP协议也可以叫做“因特网协议”。

通俗的讲：

IP地址也可以称为互联网地址或Internet地址。

是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址。

每台连网计算机都依靠IP地址来标识自己。

就很类似于我们的电话号码样的。

通过电话号码来找到相应的使用电话的客户的实际地址。

全世界的电话号码都是唯一的。

IP地址也是一样。

网络协议（IP）是网络上信息从一台计算机传递给另一台计算机的方法或者协议。

网络上每台计算机（主机）至少具有一个IP地址将其与网络上其他计算机区别开。

当你发送或者接受信息时（例如，一个电子邮件信息或一个网页），信息被分成几个小块，称为信息包。

每个信息包都包含了发送者和接受者的网络地址。

网关计算机读到了目的地址，信息包继续向前到下一个邻近的网关照例读到目的地址，如此一直向前通过网络，直到一个网关确认这个信息包属于其最紧邻或者其范围内的计算机。

最终直接进入到其指定地址的计算机。

因为一个信息被分成了许多信息包，如果必要，每个信息包能够通过网络不同的路径发送。

信息包能按照与它们发送时的不同顺序到达。

网络协议（IP）仅仅是递送他们。

另外一个协议，传输控制协议（TCP）才是能够将它们按照正确顺序组合回原样。

IP是一个无连接协议，这就意味着在通信的终点之间没有连续的线路连接。

每个信息包作为一个处理过的独立的单元在网络上传输，这些单元之间没有相互的联系。

（信息包能放在正确的位置上是因为TCP，明了信息中信息包顺序的面向连接协议。

）在开放的系统互连（OSI）通讯模式中IP位于第三层（网络层）。

如今最广泛应用的IP版本是IPv4。

然而，IP版本6（IPv6）也已经开始使用了。

IPv6为了更长的地址作准备，因此可以满足更多网络使用者的需要。

IPv6包括了IPv4的功能，任何支持IPv6信息包的服务器同样也支持IPv4信息包。

IP地址分为五类，A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。

A、B、C三类IP地址的特征：

当将IP地址写成二进制形式时，A类地址的第一位总是O，B类地址的前两位总是10，C类地址的前三位总是110。

3、移动IP

3.1移动IP概述

最简单地说，移动IP技术就是让计算机在互联网及局域网中不受任何限制的即时漫游，也称移动计算机技术。

生活中送信的例子来说明这个过程。

你原来和父母一起住在北京的家里，所有的朋友都按照你北京家的住址寄信给你。

你可能经常需要出差在外，朋友们的信就无法送达了。

这时候最简单的办法就是，你每到一个新的地方，就把你的新地址通知你父母，因为他们一直会在北京的家里。

当有新的信件按照你北京家住址到达时，你父母直接把信装进一个新的信封，按照你最新的外地地址转寄出去，就能到达你在外地的新住址了。

这就是移动IP最基本的设计原理。

移动IP的主要思想是让工作站在网络中实现透明的漫游，自动的和本地网络保持基于IP的正确连接。

从而使设备在漫游到另一个子网时，避免不太实际的IP地址变更操作。

专业一点的解释，移动IP技术是移动节点（计算机/服务器/网段等）以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。

3.2移动IP与传统IP的区别

    传统IP技术的主机使用固定的IP地址和TCP端口号进行相互通信。

在通信期间，它们的IP地址和TCP端口号必须保持不变，否则IP主机之间的通信将无法继续。

  而移动IP主机在通信期间可能需要在网路上移动，它的IP地址也许会经常发生变化。

若采用传统方式，IP地址的变化会导致通信中断。

为解决这一问题，移动IP技术引用了处理蜂窝移动电话呼叫的原理，使移动节点采用固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置上保持与IP主机的单一链路层连接，使通信持续进行。

3.3移动IP的重要概念

1、移动代理（MobilityAgent）

分为归属代理和外区代理两类。

归属代理是归属网上的移动代理，它至少有一个接口在归属网上。

其责任是当移动节点移动到外区网时，截收发往该点的数据包，并使用隧道技术将这些数据包转发到移动节点的转交节点。

外区代理位于移动节点所在的当前外区网上，它负责解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点。

2、移动IP地址

移动IP节点拥有两个IP地址。

一个是归属地址，是移动节点与归属网连接时使用的地址，不管移动节点移至网络何处，其归属地址保持不变。

二是转交地址，就是隧道终点地址，转交地址可能是外区代理转交地址，也可能是驻留本地的转交地址。

通常用的是外区代理转交地址。

在这种地址模式中，外区代理就是隧道的终点，它接收隧道数据包，解除数据包的隧道封装，然后将原始数据包转发到移动节点。

3、位置登记（Registration）

移动节点必须将其位置信息向其归属代理进行登记，以便被找到。

4、代理发现（AgentDiscovery）

一是被动发现即代理布告（agentadvertisement），移动节点等待本地移动代理周期性的广播代理通告报文；

二是主动发现即代理请求（agentsolicitation），移动节点广播一条请求代理的报文。

5、隧道技术（Tunneling）

当移动节点在外区网上时，归属代理需要将原始数据报转发给已登记的外区代理。

这时，归属代理使用IP隧道技术，将原始IP数据包封装在转发的IP数据包中，从而使原始IP数据包原封不动的转发到处于隧道终点的转交地址处。

3.4移动IP的功能实体　　

　　移动IP主要由以下几个功能实体组成：

移动节点MN（MobileNode）：

从一个移动子网移到另一移动子网的通信节点（主机或路由器）。

（好比你本人）

本地代理HA（HomeAgent）：

一个移动子网路由器，它是移动节点本地（不变）IP所属网络（本地网络）的代理，其任务是当移动节点离开本地网，接入某一外地网时，截收发往移动节点的数据包，并使用隧道技术将这些数据包转发到移动节点的转发节点。

本地代理还负责维护移动节点的当前位置信息。

（好比你的父母家）

　　外地代理FA（ForeignAgent）：

外地代理位于移动节点当前连接的外地网络上，它向已登记的移动节点提供选路服务。

当使用外地代理关照地址时，外地代理负责解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点。

对于那些由移动节点发出的数据包而言，外地代理可作为已注册的移动节点的默认路由器使用。

（好比你临时租的房子）

家乡地址：

分配给MN的一个永久性IP地址，对这种地址的管理类似对固定主机IP地址的管理。

转交地址COA：

（careofaddress）是指移动节点离开家乡链路后，它被赋予的用于标识当前位置的本地IP地址。

（好比你租的房子的门牌号）

家乡网络：

是指与移动节点的家乡地址具有相同前缀的网络，可以是一个不存在的虚拟网络。

发往移动节点家乡地址的IP分组会被标准的IP路由机制转发到其家乡网络上。

　　配置转交地址CoA（collocated）：

通过外部获得的临时分配给MN的一个本地IP地址。

　　隧道：

一条从HA到FA传送数据包的路径，是通过封装数据包的形式来实现的。

隧道的一端是家乡代理，另一端是外地代理或移动节点。

移动绑定：

是指由家乡代理维护的移动节点的家乡地址和转交地址的关联，还包括关于关联的剩余生存期等其他信息。

移动IP各实体的关系如下图1所示。

图1移动IP各实体的关系

3.5移动IP工作流程

移动IP的工作可归纳为下面五个过程：

1.代理发现：

FA周期性的发送代理通告信息，使MN确定自身所处的位置。

移动代理（即外区代理和归属代理）通过代理通告报文广播其存在。

移动节点通过代理请求报文，可有选择地向本地移动代理请求代理通告报文。

移动节点收悉这些代理通告后，分辨其在归属网上，还是在某一外区网上。

2.取得COA地址：

若MN处在HA，则按传统IP工作，直接通信即可；若是在FA所在地，则要向FA请求COA地址，即第二IP地址。

当移动节点检测到自己位于归属网上时，那么它不需要移动服务就可工作。

假如移动节点从登记的其他外区网返回归属网时，通过交换其随带的登记请求和登记答复报文，移动节点需要向其归属代理撤消其外区网登记信息。

当移动节点检测到自己已漫游到某一外区网时，它获得该外区网上的一个转交地址。

这个转交地址可能通过外区代理的通告获得，也可能通过外部分配机制获得，如DHCP（一个驻留本地的转交地址）。

3.COA地址注册/取消：

将COA地址告诉注册地的HA，使HA知道当前用户的所在地，并为其维护一组映射。

离开归属网的移动节点通过交换其随带的登记请求和登记答复报文，向归属代理登记其新的转交地址，另外它也可能借助于外区代理向归属代理进行登记。

4.数据的隧道化传送：

数据从CN发送MN，保持通信不中断。

发往移动节点归属地址的数据包被其归属代理截收，归属代理利用隧道技术封装该数据包，并将封装后的数据包发送到移动节点的转交地址，由隧道终点（外区代理或移动节点本身）接收，解除封装，并最终传送到移动节点。

无论移动节点在归属网内还是在外区网中，IP主机与移动节点之间的所有数据包都使用移动节点的归属地址，转交地址仅用于与移动代理的联系，而不被IP主机所觉察。

5.FA转发反向数据包：

MN收到数据再上行发送的时候，由于CN的位置是固定的，IP也是固定的，所以由FA直接转发到CN就行。

在相反方向，使用标准的IP选路机制，移动节点发出的数据包被传送到目的地，无需通过归属代理转发。

其基本流程如图2：

图2

3.6移动IP协议的发展：

移动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。

以下是移动移动IPv4和移动IPv6的不同：

1.移动IPv6不需要外地代理的支持；

2.移动IPv6支持路由优化；

3.移动IPv6路由优化不需要预先指定的安全机制；

4.移动IPv6允许路由优化使得路由器兼顾效率和“入口过滤”；

5.移动IPv6在移动节点不在本地网络时通过IPv6路由头部而不是隧道来路由；

6.移动IPv6不需要使用ARP，这也增加了其健壮性；

7.移动IPv6不需要维持隧道软状态；

8.移动IPv6的动态本地代理地址发现机制返回单独一个回应。

而移动IPv4中采用广播的方法，这时本地网络中的所有本地代理都会分别返回回应。

二、移动IP存在的问题及解决方案

1、移动IP存在的问题

虽然移动IP得到了快速发展，但移动IP还存在很多问题，主要有：

（1）“三角路由”问题　　

通信主机（CH）发往移动主机（MH）的分组必须经过本地代理（HA），而从MH发往CH的分组是直接发送的，两个方向的通信不是同一路径，产生“三角路由”问题，这在MH远离HA，CH与MH相邻的情况下效率尤其低下。

（2）切换问题　　

切换问题指从MH离开原先的外地网络开始，到HA接收到MH的新的注册请求为止的这段时间内，由于HA不知道MH的最新的转交地址（COA），所以它仍然将属于MH的IP包通过隧道发送到原先的外地网络，导致这些IP包被丢弃，使得MH与CH间的通信受到影响（特别是在切换频繁或者MH到HA的距离很远时）。

（3）域内移动问题　　

在小范围内MH的域内频繁移动会导致频繁切换，从而导致网络中产生大量的注册报文，严重影响网络的性能[5]。

（4）QoS问题　　

在移动环境下，由于无线网络拓扑和资源是动态变化和不可预测的，并且由于资源有限、有效带宽不可预测、差错率高，从而在移动IP上提供QoS保证是一个非常棘手的问题。

2、解决方案

由于这方面的问题比较复杂，在此只对三角路由的解决方案进行简单的讨论。

三角路由问题及解决方案：

通信主机（CH）发往移动主机（MH）的分组必须经过本地代理（HA），而从MH发往CH的分组是直接发送的，两个方向的通信不是同一路径，产生“三角路由”问题，这在MH远离HA，CH与MH相邻的情况下效率尤其低下。

在移动IP中，所有发往MH的分组都需经过HA，但由于不一定是最佳路由，所以需要对移动IP进行路由优化。

优化方案：

简单地说，就是让FA在对MN的COA进行登记的同时，在其所在的AS内广播对该MN的归属地址的可达性。

该AS中的其它路由器将根据该路由信息在自己的路由表中加入指向该MN的归属地址的特定主机路由。

就这样，当这些路由器收到发往该MN的归属地址的IP包时，它将按最有的路由将这些IP包传递到下一跳，最终这些IP包到达MN的FA，FA再将其传递的MN。

当MN离开FA时，FA再广播一条路由更新消息，该AS中的其它路由器根据该消息删除指向该MN的归属地址的特定主机路由。

采用上述路由优化方案，由于MN在FA进行COA登记时，FA就广播了该MN归属地址，对于“三角路由”效应最大的情况，可完全解决其三角路由。

上述路由优化方案的特点如下：

实现简单：

只需对FA进行简单的修改，而不必对Internet上断开。

由于几乎所有路由协议（如RIP、OSPF、BGP）都提供对路由信息的认证机制，从而攻击者的路由信息将会得不到有效的认证而被其它路由器拒绝，因此MN将免受拒绝服务的攻击。

该方案是有效的：

其代价是需要FA在新的MN接入或离去时都要广播对ＭＮ归属地址的可达性的路由更新消息，因而增加了ＦＡ所在ＡＳ路由更新消息量。

三、展望移动IP的未来

在过去几年中，因特网已经告诉我们，对于与因特网有关的技术，人们可以发现新的、事先根本无法想到的应用。

例如，在TCP/IP协议设计出来时，根本没有人预见到WWW的应用。

相似地，要想预测移动IP广泛应用时移动办公人员在他们的移动节点上可能运行的应用也是徒劳的，因此，移动IP能向移动用户提供的连接能力，而不是移动节点上可运行的应用。

移动IP技术是在传统网络中实现下一代网络应用的核心技术，移动IP技术是IP技术发展的新领域，是无线通信技术和IP技术的融合。

移动通信技术正由第二代向第三代平滑过渡，目前处于2.5G时期。

在这一时期，移动IP技术将的应用尚属起步阶段。

移动IP技术首先在企业网中得到应用，但目前IP网络带宽有限，限制了移动IP接入速度和功能的发挥。

进入3G后，随着制约因素的逐步消除，移动IP的应用会越来越广泛，移动IP的功能将得到充分发挥。

移动互联网和移动IP技术将在3G时代充分融合，互相促进。

将极大地改变人们的工作方式和生活方式。

在未来信息无所不在的时代，网络将依靠其无法比拟的灵活性、可移动性和极强的可扩容性，以及建网迅速、维护方便等优势，使人们真正享受到简单、方便、快捷的连接。

移动IP使网络具有灵活的移动性，将以独特的优势、强大的功能显示其独特的魅力。

4G时代，移动IP将作为主流技术得到普及应用，因为4G系统的无线连接速率在初期就可达到拨号调制器的90倍，是目前移动上网速率的300倍，下载速率可达5～10Mb/s。

4G技术将促进移动通信和IP的进一步融合，使移动IP和移动互联网实现统一。

可以展望，将来移动用户的高速接入、网络用户的灵活移动将成为通信的最主要最普遍的业务途径，移动IP将发展成为通信产业应用最为普及的主流技术。