通信网络_15移动IP技术

2008CopyrightSCUTDT&PLabs1通信网络_15移动IP技术2008CopyrightSCUTDT&PLabs2第十五章移动IP1、移动IP需求移动IP：MobileIP移动IP的技术背景互联网技术和应用的普及计算机技术的发展：笔记本电脑的普及应用移动通信技术的发展和普及，智能移动终端现代无线通信技术的发展：宽带数字无线通信WPAN、WLAN、WMAN、WWAN、W…应用需求经济全球化，人的活动更为频繁、范围更加广阔移动办公、娱乐：人们希望在任何时间、地点和条件均可接入网络2008CopyrightSCUTDT&PLabs3第十五章移动IP2、无线通信技术的发展状况IEEE标准系列无线个域网WPAN：802.15(篮牙、Zigbee)无线局域网WLAN：802.11(WiFi)无线城域网WMAN:802.16(WiMAX)无线广域网WWAN:802.20国际电联及传统电信设备提供商行业协会(如3GPP)第一代移动通信系统1G：模拟移动通信时代第二代移动通信系统2G：GSM、CDMA第三代移动通信系统3G：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA移动通信系统的长期演进：LTE第四代移动通信系统4G2008CopyrightSCUTDT&PLabs4第十五章移动IP3、移动IP的基本概念移动IP是一种在网络层解决移动问题的方案；移动IP可以在同构或者异构的传输媒质中应用，移动IP与经典的IP协议一样，并不定义链路层和物理层的技术；移动IP协议可以运行在包括现有的网络链路层和物理层技术的网络之上。在经典的IP协议中，节点的IP地址的网络编号必须与其所在的网络相适配，离开该网络后通信无法正常进行；移动IP协议所定义的移动性主要体现在：采用一个IP地址，就可以在整个互联网上与任何网络上的其它节点通信；既便在移动节点在跨越不同的子网时，也可以保持原有(IP及以上各层)通信的连续性。移动IP协议与原有的TCP/IP协议栈中的传输层和应用层协议完全兼容。2008CopyrightSCUTDT&PLabs5第十五章移动IP4、移动IP的关键技术问题位置问题：移动IP节点如何发现本身是处在本地还是在外地，以及处在外地的具体哪一个网络；寻址问题：移动IP节点如何用一个自身的IP地址在外地网络中接收数据和发送数据；切换问题：移动IP节点移动至某两个或两个以上的网络的交界处时，如何解决切换和通信的连续性问题；兼容性问题：如何保证移动IP协议与原有的IP协议共存和互通；安全性问题：如何保证移动IP节点受到的安全威胁不会比原有普通的IP节点更大；效率问题：不会因为移动IP的引入导致大量的附加控制信息的增加。2008CopyrightSCUTDT&PLabs6第十五章移动IP5、移动IP的协议标准2008CopyrightSCUTDT&PLabs7第十五章移动IP6、移动IP协议的有关术语移动性(mobility)：一个节点可从一个子网移动到另一子网而保持其原有所有通信进程(IP网意义上)连续性的能力。移动节点(mobilenode)：可用固定的IP地址实现移动性的主机或路由器；家乡地址(homeaddress)：分配给移动节点的永久地址，该地址不随节点的移动而改变；家乡网络(homenetwork)：移动节点的归属网络，其网络号与家乡(IP)地址中的网络号相同；家乡代理(homeagent):当移动节点离开家乡网络时，家乡网络中负责截获发往该移动节点的IP包，并转发给移动节点的特定主机或路由器；外地网络(foreignnetwork)：移动节点离开家乡网络后移动到达的所在网络；2008CopyrightSCUTDT&PLabs8第十五章移动IP6、移动IP协议的有关术语外地代理(foreignagent)：移动节点所在外地网络上，负责接收和转发移动节点IP包的外地网络主机或路由器；移动代理(mobileagent)：家乡代理和外地代理的统称；转交地址(careofaddress)：移动节点在外地网络上用于标识自己而使用的临时地址；隧道(tunnel)：一个IP包被封装在另一IP包的净荷中进行传输时所经过的路径。2008CopyrightSCUTDT&PLabs9第十五章移动IP7、隧道的基本概念在隧道入口对IP包进行封装在隧道出口对IP包进行解封HeaderPayloadHeaderPayloadHeaderIPsrc=OriginalSenderIPdst=UltimateDestinationOriginalIPPacketEncapsulatingIPPacketIPsrc=TunnelEntry-PointIPdst=TunnelExit-Point2008CopyrightSCUTDT&PLabs10第十五章移动IP7、隧道的基本概念移动IP隧道的起点与终点MobileNodeForeignAgentHomeAgentTunnelstartAtunnelfromahomeagenttoaforeignagentInternet/IntranetTunnelend2008CopyrightSCUTDT&PLabs11第十五章移动IP8、移动IP系统实体与相互间的关系本地和外地代理可以是主机或者是路由器2008CopyrightSCUTDT&PLabs12第十五章移动IP9、转交地址转交地址(careofaddress)是一个IP地址；转交地址是一个移动节点所在的外地网络/链路上的IP地址，用于标识移动节点的当前位置；移动节点从一个外地链路(子网)移动到另外一个外地链路(子网)时，转交地址也将发生相应的变化；由家乡代理送往转交地址的IP包可以通过现有的路由机制实现转交地址就是连接家乡代理和移动节点的隧道的出口地址2008CopyrightSCUTDT&PLabs13第十五章移动IP10、转交地址的类别外地代理转交地址(ForeignAgentCare-of-Address)外地代理转交地址是移动节点外地代理的某个IP地址；外地转交地址通常被多个移动节点共用；外地转交地址的工作方式较节省地址空间，MobileIPv4推荐使用。配置转交地址(CollocatedCare-of-Address)配置转交地址是外地网络的某个IP地址；配置转交地址是外地网络临时指定给某移动节点的IP地址；某个配置转交地址在某个时刻只能由一个移动节点使用；当外地链路上没有外地代理时，可以使用这种转交地址；配置转交地址较适合在IP地址丰富的MobileIPv6中使用。2008CopyrightSCUTDT&PLabs14第十五章移动IP11、移动IP的基本工作原理和步骤移动节点移动到外地网络/链路时，设法找到一个外地代理，获得相应转交地址将转交地址报告家乡代理家乡代理知道特定的节点已经离开本地网络，移动到转交地址所对应的外地网络家乡代理在本地设法截获发给移动节点的IP报文家乡代理将截获的IP报文发到转发地址对应的网络移动节点设法获得转发地址发给自己的IP报文移动节点要发送数据时，通常将外地网络上的路由器作为缺省的网关，也可发往外地代理后转发。2008CopyrightSCUTDT&PLabs15第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程移动节点在外地链路/网络的工作过程包括三个阶段(1)代理搜索/发现：移动节点可以监听网络的状态或者发起查询，判断自己的位置，获得外地代理发出的转交地址的信息；(2)注册：移动节点向外地代理发出服务注册请求，请求获准后，外地代理将转交地址发往本地代理申请注册，本地代理发回注册的应答；(采用ForeignAgentCare-of-Address的工作情形)(3)数据转发：注册完成后，当有IP报文发给移动节点时，本地代理截获该报文，转发给外地代理，再转发给移动节点。(采用ForeignAgentCare-of-Address的工作情形)2008CopyrightSCUTDT&PLabs16第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程代理搜索/发现机制移动(家乡/外地)代理周期性地广播代理广告消息(AgentAdvertisement)；移动节点收到代理广告消息后，即可判断自己是处在本地/家乡网络还是在外地网络；如果是在外地网络，则进一步判断是否移动到一个新的外地网络；移动节点也可主动发送代理查询消息(AgentSolicitation)，代理收到此消息后，应立即发送广告消息MobileNodeHostAgentHostAgentAdvertisementsLink2008CopyrightSCUTDT&PLabs17第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程移动节点的移动位置判断移动代理周期地发布广告消息，移动节点可根据这些消息判断自己的位置；收到原有代理的广告消息可知没有“移动”；收到新代理的广告可知已经发生“移动”；移动节点也可以截获网上传送的IP报文判断自己所在的网络；移动节点在规定的时间内没有收到预定到达的广告消息，可估计已经离开了原来的网络，此时可发查询报文进行询问；移动节点每当发现自己已经到达新的网络，都需要重新进行注册。2008CopyrightSCUTDT&PLabs18第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程移动节点使用外地代理转交地址的注册过程移动节点根据在广告消息中获得的外地代理转交地址向外地代理发出注册请求(RegistrationRequest)；外地代理对注册请求做有效性检查：若没有问题，将注册请求进一步发往移动节点的家乡代理；收到家乡代理的注册应答(RegistrationReply)，包括注册成功或失败，都将转发给(告知)移动节点；若有问题，外地代理直接向移动节点发送注册应答，告知注册失败的原因。2008CopyrightSCUTDT&PLabs19第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程移动节点使用外地代理转交地址的注册过程注册过程的示意图MobileNodeAgentRegistrationRequestForeignLinkArbitraryTopologyofRoutersandLinksAgentForeignAgentHomeAgentHomeLinkRegistrationReply12342008CopyrightSCUTDT&PLabs2012、移动IP的基本工作过程移动节点注册的具体操作过程当移动节点接收外地代理广告消息的同时，可获得外地代理的链路层地址(或称MAC地址/物理地址)；移动节点向外地代理发出注册请求时，可直接使用该链路层地址与外地代理通信。2008CopyrightSCUTDT&PLabs21第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程移动节点使用配置转交地址的注册过程(1)根据某种机制获得外地网络的一个IP地址被动地址配置：向DHCP服务器申请当地网络的IP地址主动地址配置：网络前缀＋移动节点的MAC地址(IPv6环境)手工配置外地网络当地的IP地址(2)以外地网络的路由器作为缺省网关，向家乡代理发送注册请求。2008CopyrightSCUTDT&PLabs22第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程移动节点使用配置转交地址的注册过程(3)注册过程示意图MobileNodeRegistrationRequestForeignLinkArbitraryTopologyofRoutersandLinksAgentHomeAgentHomeLinkRegistrationReply122008CopyrightSCUTDT&PLabs23第十五章移动IP12、移动IP的基本工作过程家乡代理的注册处理过程家乡代理收到注册请求后，做有效性(如鉴权等)检查：(1)若消息有效，将移动节点的家乡地址与转交地址绑定，回送注册应答表示注册成功；当截获移动节点的IP报文时，利用转交地址作为隧道的出口地址，通过隧道机制转发移动节点的IP报文；(2