[摘要]詳細(xì)介紹IPv6的基本工作機(jī)制以及關(guān)鍵的路由技術(shù)，并提出在支持IPv6的路由器中引入快表機(jī)制，保存漫游到該路由器所在子網(wǎng)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。針對(duì)當(dāng)前移動(dòng)IPv6技術(shù)的的不足提出改進(jìn)方案。

[關(guān)鍵詞]家鄉(xiāng)地址 家鄉(xiāng)代理 三角路由 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310054－01

由于現(xiàn)行的IPv4協(xié)議存在的問題越來越顯著，嚴(yán)重影響和制約了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，因此只有通過下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的替代才能有效和快速解決問題。于是IPv6協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生了。1999年，IPv6協(xié)議基本確定；2000年5月，3G標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP采納IPv6為多媒體服務(wù)的必選協(xié)議。

一、IPv6協(xié)議

IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和不足而提出的，同時(shí)它還在許多方面提出了改進(jìn)，例如路由方面、自動(dòng)配置方面。

（一）IPv6路由協(xié)議

IPv6協(xié)議是在IPv4協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，因此，采用IPv6協(xié)議構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)與采用IPv4協(xié)議構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)大致類似。但I(xiàn)Pv6網(wǎng)絡(luò)的地址與IPv4網(wǎng)絡(luò)的地址稍有不同，即IPv6網(wǎng)絡(luò)的地址實(shí)用子網(wǎng)前綴的概念來取代IPv4網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)掩碼的概念。此處的子網(wǎng)前綴用于表明用多少位來標(biāo)識(shí)一個(gè)子網(wǎng)。當(dāng)帶有IPv6地址的數(shù)據(jù)包到達(dá)IPv6路由器時(shí)，路由器會(huì)根據(jù)它所存儲(chǔ)的路由選擇信息表來轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，這一點(diǎn)和IPV4網(wǎng)絡(luò)中的路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包一樣。

（二）IPv6路由算法

無論是內(nèi)部路由器還是外部路由器，它們的所有操作都是基于路由表，通過在兩個(gè)路由器之間交換路由信息來實(shí)現(xiàn)的，而該路由信息與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)有關(guān).通常情況下，路由表的獲得即路由的算法有兩種：靜態(tài)路由算法和動(dòng)態(tài)路由算法。靜態(tài)路由要求網(wǎng)絡(luò)管理員手工填寫路由表。動(dòng)態(tài)路由算法是在網(wǎng)絡(luò)中通過一個(gè)適當(dāng)?shù)乃惴ㄗ詣?dòng)計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路由。目前最常用的有如下幾種動(dòng)態(tài)路由算法：距離矢量路由算法、鏈路狀態(tài)路由算法、路徑矢量路由算法、多協(xié)議路由算法。

二、移動(dòng)IP路由機(jī)制

（一）原始IP技術(shù)

在原始IP技術(shù)中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(Mobile Node，MN)被分配了兩個(gè)IP地址：一個(gè)靜態(tài)的家鄉(xiāng)地址(Home Address，HA)用來永久標(biāo)識(shí)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；一個(gè)動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)交地址(Care-of Address，CoA)用來代表移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前所在位置。在原始移動(dòng)IP技術(shù)中還定義了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體：家鄉(xiāng)代理(Home Agent，HA)。家鄉(xiāng)代理確認(rèn)后，將家鄉(xiāng)地址和相應(yīng)的轉(zhuǎn)交地址存放在綁定緩存中，完成家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的綁定。在移動(dòng)IPv6中，這一過程被稱為綁定更新。當(dāng)一個(gè)通信對(duì)端節(jié)點(diǎn)(Correspondent Node，CN)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組時(shí)，這些分組首先被家鄉(xiāng)代理截獲，然后根據(jù)緩存在家鄉(xiāng)代理中的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的映射，家鄉(xiāng)代理將分組通過隧道機(jī)制轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。通信對(duì)端發(fā)送的分組通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的分組直接發(fā)送通信對(duì)端，形成移動(dòng)IP的三角路由現(xiàn)象。

（二）移動(dòng)IPv6 的工作流程

當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在家鄉(xiāng)網(wǎng)段中時(shí)，它與通信節(jié)點(diǎn)之間按照傳統(tǒng)的路由技術(shù)進(jìn)行通信，不需要移動(dòng)IPv6的介入。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到外地鏈路時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址保持不變，同時(shí)獲得一個(gè)臨時(shí)的IP地址（即轉(zhuǎn)交地址）。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)把家鄉(xiāng)地址與轉(zhuǎn)交地址的映射告知家鄉(xiāng)代理。通信節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信仍然使用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址，數(shù)據(jù)包仍然發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)網(wǎng)段；家鄉(xiāng)代理截獲這些數(shù)據(jù)包，并根據(jù)已獲得的映射關(guān)系通過隧道方式將其轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)則可以直接和通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。這個(gè)過程也叫做三角路由過程。

三、移動(dòng)IPv6路由技術(shù)的改進(jìn)

（一）三角路由優(yōu)化

三角路由不是優(yōu)化的路由。在三角路由情況下，通信對(duì)端每次向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組時(shí)，都必須先把分組發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)代理再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)三角形兩邊之和大于第三邊可知，在通信對(duì)端和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)由家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)分組通常會(huì)加大分組的傳輸時(shí)延，特別是當(dāng)通信對(duì)端與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相距較近而與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)代理相距較遠(yuǎn)時(shí)，分組時(shí)延就會(huì)變得很大，且時(shí)延的大部分是無謂的。因此，有必要對(duì)移動(dòng)IP進(jìn)行路由優(yōu)化。優(yōu)化路由允許通信對(duì)端發(fā)出的分組直接路由到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，不必通過家鄉(xiāng)代理進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)化路由是移動(dòng)IPv6協(xié)議的基本功能部分，而移動(dòng)IPv4則需要額外的協(xié)議來支持這種功能。移動(dòng)IPv6的路由優(yōu)化機(jī)制是安全的，能夠?qū)θ蚍秶鷥?nèi)任何移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和通信對(duì)端之間的通信進(jìn)行路由的優(yōu)化。

移動(dòng)IPv6基本上解決了移動(dòng)IPv4中的“三角路由”問題，實(shí)現(xiàn)了從通信節(jié)點(diǎn)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由優(yōu)化。但是每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)數(shù)據(jù)包仍然要先發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，然后被家鄉(xiāng)代理截獲，以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)地址作為封裝IP數(shù)據(jù)包報(bào)頭的目的地址，通過隧道傳到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這是一條非優(yōu)化路由。通過在支持移動(dòng)IPv6的路由器中引入快表機(jī)制，來保存漫游到路由器所在網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的綁定信息，對(duì)于通信節(jié)點(diǎn)正好是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所在的異地網(wǎng)絡(luò)的通信節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以一次都不經(jīng)過家鄉(xiāng)代理就能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)內(nèi)通信，提高了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的切換速度。對(duì)于通信節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的情況，完全繼承移動(dòng)IPv6的路由技術(shù)。

（二）三角路由改進(jìn)方案

當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)漫游到一個(gè)異地網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，通過有狀態(tài)的或無狀態(tài)的“地址自動(dòng)配置”機(jī)制來獲得一個(gè)外地鏈路的轉(zhuǎn)交地址，把家鄉(xiāng)地址與之關(guān)聯(lián)得到一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的綁定。然后通過發(fā)送“綁定更新”消息向家鄉(xiāng)代理注冊(cè)，同時(shí)利用接收到的路由器通告消息，找到與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)相連的路由器，把移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的綁定傳給它們。在這些路由器的高速緩存寄存器中緩存綁定，把保存了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的高速緩存稱為“快表”。快表動(dòng)態(tài)維護(hù)，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從這個(gè)網(wǎng)絡(luò)漫游到別的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，要通知相關(guān)路由器刪除相應(yīng)表項(xiàng)。

當(dāng)引入快表的路由器接收到一個(gè)發(fā)往外網(wǎng)的數(shù)據(jù)包時(shí)，取出目的節(jié)點(diǎn)地址，然后采用“雙管齊下”的方法，同時(shí)查找路由表和快表。如果目的節(jié)點(diǎn)地址與快表中的某個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址匹配，路由器就知道該目的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)漫游到了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)，就停止路由表的查找，不在向外路由轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，取出快表中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)地址，利用鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議，找到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的鏈路層地址，把數(shù)據(jù)包封裝成幀傳到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。然后把移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的綁定傳給通信節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)緩存綁定，后面的數(shù)據(jù)包就利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)地址與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)高速交換。如果在快表中沒有與目的地址匹配的表項(xiàng)，則繼承移動(dòng)IPv6的路由機(jī)制，通過路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，傳到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，通過家鄉(xiāng)代理有隧道把數(shù)據(jù)包傳到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，然后由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送“綁定更新”消息，通信節(jié)點(diǎn)緩存綁定，使用轉(zhuǎn)發(fā)地址實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的直接通信。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所在的異地網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都要與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，采用該移動(dòng)IPv6的改進(jìn)路由方案，可減少通過因特網(wǎng)主干傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，節(jié)省了主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源，減輕了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)代理的負(fù)擔(dān)，由于兩者發(fā)送結(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信可以完全不經(jīng)過家鄉(xiāng)代理和家鄉(xiāng)鏈路，所以家鄉(xiāng)鏈路上的節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)鏈路的失敗很少影響移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的通信。同時(shí)也加速了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的切換速度，減少了節(jié)點(diǎn)通信的延遲時(shí)間，提高了兩節(jié)點(diǎn)的通信效率。

四、結(jié)束語

通過路由優(yōu)化移動(dòng)IPv6有效地減小了從通信對(duì)端到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的分組時(shí)延。但是這項(xiàng)性能的改進(jìn)，卻帶來了綁定更新消息數(shù)量的增加。這是因?yàn)樵诼酚蓛?yōu)化機(jī)制中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)每次獲得新的轉(zhuǎn)交地址時(shí)，不僅要向它的家鄉(xiāng)代理發(fā)送綁定更新消息進(jìn)行注冊(cè)，還要向它的通信對(duì)端發(fā)送綁定更新消息告訴其當(dāng)前位置。隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的發(fā)展，IPv6在3G網(wǎng)絡(luò)中作為主要協(xié)議必然發(fā)揮重要作用。

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作者簡(jiǎn)介：

沈根海，男，漢族，浙江桐鄉(xiāng)人，浙江工業(yè)大學(xué)在職碩士，主要研究方向：算法，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。