移动ＩＰｖ６路由技术研究

[摘要]详细介绍IPv6的基本工作机制以及关键的路由技术，并提出在支持IPv6的路由器中引入快表机制，保存漫游到该路由器所在子网中的移动节点的相关信息。针对当前移动IPv6技术的的不足提出改进方案。

[关键词]家乡地址 家乡代理 三角路由 移动节点

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310054－01

由于现行的IPv4协议存在的问题越来越显著，严重影响和制约了互联网络的高速发展，因此只有通过下一代网络协议的替代才能有效和快速解决问题。于是IPv6协议应运而生了。1999年，IPv6协议基本确定；2000年5月，3G标准化组织3GPP采纳IPv6为多媒体服务的必选协议。

一、IPv6协议

IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。

（一）IPv6路由协议

IPv6协议是在IPv4协议的基础上实现的，因此，采用IPv6协议构成的网络与采用IPv4协议构成的网络大致类似。但IPv6网络的地址与IPv4网络的地址稍有不同，即IPv6网络的地址实用子网前缀的概念来取代IPv4网络中网络掩码的概念。此处的子网前缀用于表明用多少位来标识一个子网。当带有IPv6地址的数据包到达IPv6路由器时，路由器会根据它所存储的路由选择信息表来转发相应的数据包，这一点和IPV4网络中的路由器转发数据包一样。

（二）IPv6路由算法

无论是内部路由器还是外部路由器，它们的所有操作都是基于路由表，通过在两个路由器之间交换路由信息来实现的，而该路由信息与网络的拓扑结构和网络的状态有关.通常情况下，路由表的获得即路由的算法有两种：静态路由算法和动态路由算法。静态路由要求网络管理员手工填写路由表。动态路由算法是在网络中通过一个适当的算法自动计算出网络的最优路由。目前最常用的有如下几种动态路由算法：距离矢量路由算法、链路状态路由算法、路径矢量路由算法、多协议路由算法。

二、移动IP路由机制

（一）原始IP技术

在原始IP技术中，每个移动节点(Mobile Node，MN)被分配了两个IP地址：一个静态的家乡地址(Home Address，HA)用来永久标识移动节点；一个动态的转交地址(Care-of Address，CoA)用来代表移动节点的当前所在位置。在原始移动IP技术中还定义了一个新的网络实体：家乡代理(Home Agent，HA)。家乡代理确认后，将家乡地址和相应的转交地址存放在绑定缓存中，完成家乡地址和转交地址的绑定。在移动IPv6中，这一过程被称为绑定更新。当一个通信对端节点(Correspondent Node，CN)向移动节点发送分组时，这些分组首先被家乡代理截获，然后根据缓存在家乡代理中的家乡地址和转交地址的映射，家乡代理将分组通过隧道机制转发给移动节点。通信对端发送的分组通过移动节点的家乡代理转发给移动节点，移动节点的分组直接发送通信对端，形成移动IP的三角路由现象。

（二）移动IPv6 的工作流程

当移动节点在家乡网段中时，它与通信节点之间按照传统的路由技术进行通信，不需要移动IPv6的介入。当移动节点移动到外地链路时，移动节点的家乡地址保持不变，同时获得一个临时的IP地址（即转交地址）。移动节点把家乡地址与转交地址的映射告知家乡代理。通信节点与移动节点通信仍然使用移动节点的家乡地址，数据包仍然发往移动节点的家乡网段；家乡代理截获这些数据包，并根据已获得的映射关系通过隧道方式将其转发给移动节点的转交地址。移动节点则可以直接和通信节点进行通信。这个过程也叫做三角路由过程。

三、移动IPv6路由技术的改进

（一）三角路由优化

三角路由不是优化的路由。在三角路由情况下，通信对端每次向移动节点发送分组时，都必须先把分组发送到移动节点的家乡代理再进行转发。根据三角形两边之和大于第三边可知，在通信对端和移动节点之间经由家乡代理转发分组通常会加大分组的传输时延，特别是当通信对端与移动节点相距较近而与移动节点的家乡代理相距较远时，分组时延就会变得很大，且时延的大部分是无谓的。因此，有必要对移动IP进行路由优化。优化路由允许通信对端发出的分组直接路由到移动节点，不必通过家乡代理进行转发。优化路由是移动IPv6协议的基本功能部分，而移动IPv4则需要额外的协议来支持这种功能。移动IPv6的路由优化机制是安全的，能够对全球范围内任何移动节点和通信对端之间的通信进行路由的优化。

移动IPv6基本上解决了移动IPv4中的“三角路由”问题，实现了从通信节点到移动节点的路由优化。但是每个通信节点发往移动节点的第一个数据包仍然要先发送到移动节点的家乡网络，然后被家乡代理截获，以移动节点的转发地址作为封装IP数据包报头的目的地址，通过隧道传到移动节点，这是一条非优化路由。通过在支持移动IPv6的路由器中引入快表机制，来保存漫游到路由器所在网络的移动节点的绑定信息，对于通信节点正好是移动节点所在的异地网络的通信节点时，可以一次都不经过家乡代理就能实现两台节点的网内通信，提高了移动节点的切换速度。对于通信节点和移动节点不在同一个网络的情况，完全继承移动IPv6的路由技术。

（二）三角路由改进方案

当移动节点漫游到一个异地网络的时候，通过有状态的或无状态的“地址自动配置”机制来获得一个外地链路的转交地址，把家乡地址与之关联得到一个移动节点的绑定。然后通过发送“绑定更新”消息向家乡代理注册，同时利用接收到的路由器通告消息，找到与当前网络相连的路由器，把移动节点的绑定传给它们。在这些路由器的高速缓存寄存器中缓存绑定，把保存了移动节点家乡地址和转交地址的高速缓存称为“快表”。快表动态维护，当移动节点从这个网络漫游到别的网络的时候，要通知相关路由器删除相应表项。

当引入快表的路由器接收到一个发往外网的数据包时，取出目的节点地址，然后采用“双管齐下”的方法，同时查找路由表和快表。如果目的节点地址与快表中的某个移动节点的家乡地址匹配，路由器就知道该目的节点已经漫游到了当前网络，就停止路由表的查找，不在向外路由转发该数据包，取出快表中移动节点的转发地址，利用邻居发现协议，找到移动节点的链路层地址，把数据包封装成帧传到移动节点。然后把移动节点的绑定传给通信节点，通信节点缓存绑定，后面的数据包就利用移动节点的转发地址与移动节点实现网内高速交换。如果在快表中没有与目的地址匹配的表项，则继承移动IPv6的路由机制，通过路由器的转发，传到移动节点的家乡网络，通过家乡代理有隧道把数据包传到移动节点，然后由移动节点向通信节点发送“绑定更新”消息，通信节点缓存绑定，使用转发地址实现与移动节点的直接通信。当移动节点所在的异地网络中有多个通信节点都要与移动节点通信时，采用该移动IPv6的改进路由方案，可减少通过因特网主干传输的数据包，节省了主干网的网络资源，减轻了移动节点家乡代理的负担，由于两者发送结点和移动节点通信可以完全不经过家乡代理和家乡链路，所以家乡链路上的节点和家乡链路的失败很少影响移动节点的通信。同时也加速了移动节点的切换速度，减少了节点通信的延迟时间，提高了两节点的通信效率。

四、结束语

通过路由优化移动IPv6有效地减小了从通信对端到移动节点的分组时延。但是这项性能的改进，却带来了绑定更新消息数量的增加。这是因为在路由优化机制中，移动节点每次获得新的转交地址时，不仅要向它的家乡代理发送绑定更新消息进行注册，还要向它的通信对端发送绑定更新消息告诉其当前位置。随着移动数据通信网络和因特网的发展，IPv6在3G网络中作为主要协议必然发挥重要作用。

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作者简介：

沈根海，男，汉族，浙江桐乡人，浙江工业大学在职硕士，主要研究方向：算法，计算机网络。