【大學(xué)】信息通信專業(yè) 關(guān)于網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)問題的討論Network Mobility

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)問題的討論NEMO：NetworkMobility

編輯ppt主要內(nèi)容：NEMO的產(chǎn)生背景NEMO的概念節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性NEMO技術(shù)要求解決NEMO的幾種方案編輯pptNEMO的產(chǎn)生背景隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是各種新型異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，寬帶無線傳輸將會(huì)日益普及，人們對(duì)信息需求從內(nèi)容到獲取方式上都出現(xiàn)了多樣化的趨勢(shì)，不再滿足于使用固定終端或單個(gè)移動(dòng)終端連接到網(wǎng)絡(luò)，而是希望能將某個(gè)網(wǎng)絡(luò)前綴屬性范圍內(nèi)的終端有機(jī)組合起來，以一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的集合在Internet上運(yùn)動(dòng)地獲取信息編輯ppt如圖：布置在一架飛行中的飛機(jī)或一列行駛中的火車、汽車、船只上的IP設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，他們相互之間可以通信，并且與Internet連接與外部網(wǎng)絡(luò)通信

編輯pptNEMO的概念該現(xiàn)象稱作網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)，而這樣的網(wǎng)絡(luò)則稱作移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(MoN:MobileNetwork)。確切地說，移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)是指一個(gè)作為整體移動(dòng)，不斷改變其到Internet的接入點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性（NetworkMobility,NEMO）支持就是為移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)提供連續(xù)的通信的服務(wù)。編輯ppt節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性在IETF的RFC2002建議中，提出了移動(dòng)IP方案。移動(dòng)IP的基本目的就是使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過程中仍然保持連續(xù)的通信。通過移動(dòng)IP可以保證移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN(mobilenode)在離開它的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)(homenetwork)后，仍然可以收到發(fā)送到它家鄉(xiāng)地址(homeaddress)的數(shù)據(jù)包(即它在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中的IP地址)。移動(dòng)IP通過在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中引入了新的功能實(shí)體家鄉(xiāng)代理HA(homeagent)來實(shí)現(xiàn)上述功能。編輯ppt當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)離開家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，家鄉(xiāng)代理截獲發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包，并將這些數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)目前所在的位置。移動(dòng)IP規(guī)定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在外部網(wǎng)絡(luò)(foreignnetwork)中必須獲得一個(gè)轉(zhuǎn)交地址(care—ofaddress)，并且建立家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的綁定。該綁定又被發(fā)送到HA，HA將該綁定記錄在它的綁定緩存中。從而HA可以將截獲的送往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包重新封裝，附加1個(gè)額外IP頭，該IP頭中的目的地址是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址。這種將IP數(shù)據(jù)包封裝在IP包的技術(shù)又稱為隧道(tunneling)。從移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)往對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)(correspondentnode)的數(shù)據(jù)包即可以通過路由協(xié)議直接發(fā)送到CN，也可以經(jīng)過隧道發(fā)給HA，然后由HA再送到CN。編輯ppt①M(fèi)H向HA發(fā)登記消息并告之FA的地址;②CH向MH發(fā)送數(shù)據(jù)包;③數(shù)據(jù)包被HA接收，并采用“隧道技術(shù)”送至MN的轉(zhuǎn)交地址，即FA;④FA解除通道，取出原始數(shù)據(jù)包，并轉(zhuǎn)交給MN;⑤MN發(fā)出的數(shù)據(jù)包通過IP選路發(fā)送至目的地編輯ppt移動(dòng)IP具體工作過程1(1)HA和FA不停地向網(wǎng)上發(fā)送代理通告(AgentAdvertisement)消息，以聲明自己的存在。(2)MN接到這些消息，確定自己是在歸屬網(wǎng)還是在外區(qū)網(wǎng)上。(3)如果MN發(fā)現(xiàn)自己仍在歸屬網(wǎng)上，即收到的是HA發(fā)來的消息，則不啟動(dòng)移動(dòng)功能。如果是從外區(qū)重新返回的，則向HA發(fā)出注冊(cè)取消的功能消息，聲明自己已回到歸屬網(wǎng)中。(4)當(dāng)MN檢測(cè)到它移到外區(qū)網(wǎng)，它則獲得一個(gè)關(guān)聯(lián)地址，這個(gè)地址有兩種類型:一種是FA的IP地址;另一種是通過某種機(jī)制與MN暫時(shí)對(duì)應(yīng)起來的網(wǎng)絡(luò)地址，也即是MN在外區(qū)暫時(shí)獲得的新IP地址。編輯ppt移動(dòng)IP具體工作過程2(5)MN向HA注冊(cè)，表明自己已離開歸屬網(wǎng)，把所獲的關(guān)聯(lián)地址通知HA(6)注冊(cè)完畢后，所有通向MN的數(shù)據(jù)包將經(jīng)由IP通道發(fā)往FA(如使用第一類關(guān)聯(lián)地址)或MN本身(如使用第二類關(guān)聯(lián)地址)，F(xiàn)A收到后，再把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)給MN。這樣，即使MN已由一個(gè)子網(wǎng)移到另一個(gè)子網(wǎng)，MN的數(shù)據(jù)傳輸仍能繼續(xù)進(jìn)行。(7)MN發(fā)往外地的數(shù)據(jù)包按一般的IP尋址方法送出，不必通過HA，這就引入了三角路由問題：編輯ppt三角路由即MN接收數(shù)據(jù)包時(shí)的路線是先經(jīng)過HA然后到達(dá)MN，而發(fā)送數(shù)據(jù)包是直接由MN發(fā)送到CN，導(dǎo)致收發(fā)數(shù)據(jù)的三角路由。三角路由問題會(huì)增加數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r(shí)延，占用網(wǎng)絡(luò)資源，并且加重本地代理的處理負(fù)擔(dān)。編輯ppt為了解決這一問題，IPv4采用改進(jìn)的ROMIP(RouteOptimizationMobileIP)方式，不利用HA轉(zhuǎn)發(fā)，僅僅需要節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)及時(shí)更新HA。技術(shù)雖然解決了三角路由問題，但網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目刂菩帕钐啵^程相當(dāng)復(fù)雜。

目前來說，移動(dòng)IPv4／v6都提供對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的良好支持，為節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)提供了基本的解決方案，但還不能處理網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)這個(gè)特殊問題。接下來就重點(diǎn)討論網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)問題。編輯pptNEMO2002年10月，IETF成立了NEMO(NEtworkMObility)工作組，負(fù)責(zé)有關(guān)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的問題，致力于規(guī)范一個(gè)基于移動(dòng)IP隧道原理的基本的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性要考慮移動(dòng)子網(wǎng)改變和IP骨干網(wǎng)的連接問題。在最簡單的情況下，一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)只包括一個(gè)移動(dòng)路由器MR(MobileRouter)和一臺(tái)主機(jī)。編輯ppt移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在比較復(fù)雜的情況下，移動(dòng)網(wǎng)是由路由器相互連接的一組移動(dòng)子網(wǎng)，可以作為一個(gè)整體移動(dòng)，并通過一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)路由器連接到IP骨干網(wǎng)。移動(dòng)路由器是指能夠改變其因特網(wǎng)接入點(diǎn)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器，用作移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定因特網(wǎng)之間路由數(shù)據(jù)分組。IP骨干網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間，可以有一個(gè)或者多個(gè)IP接口。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)MNN(Mo—bileNetworkNode)位于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可以是固定節(jié)點(diǎn)或訪問節(jié)點(diǎn)VMN(VisitingMobileNode)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括固定的和無線的部分，在大多數(shù)情況下是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的拓?fù)?。編輯ppt嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)NestedMONETNestedMobileNetwork，即當(dāng)一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入另一個(gè)較大的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，集成在一起分層化的多級(jí)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。嵌套移動(dòng)性是網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)的獨(dú)特性質(zhì)。編輯ppt為了避免環(huán)路存在，則這種分層嵌套圖最終構(gòu)成樹形結(jié)構(gòu)，從而有了根MoNET和子MONET的概念。根MONET是位于分級(jí)頂端的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，把集成的嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接到因特網(wǎng)上。給下層移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供因特網(wǎng)接入的上層移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)稱為父MONET，而下層的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)稱為子MoNET。如上圖中，當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)B移入A時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)A為父MONET構(gòu)成嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)B稱為子MONET。編輯ppt移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在離開家鄉(xiāng)接入外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其綁定過程與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相似，但需要攜帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)前綴MNP(MobileNetworkPrefix)。MNP是代表移動(dòng)路由器并在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通告的IP前綴。在一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以通告多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)前綴。每個(gè)家鄉(xiāng)代理維護(hù)一個(gè)前綴表，用于管理某個(gè)MR對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)前綴。編輯pptNEMO技術(shù)要求移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持的目的就是為MNN提供無中斷的因特網(wǎng)連接，以及CN與MNN通信時(shí)的雙向最優(yōu)化路徑來路由數(shù)據(jù)分組。IETF采用兩步實(shí)現(xiàn)NEMO：NEMO基本支持，保證在NEMO移動(dòng)中MNN通信的連續(xù)性；NEMO擴(kuò)展支持，提供必要的優(yōu)化，支持嵌套式移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。編輯pptNEMO基本支持的要求(1)IP層解決方案：該解決方案必須在IP層實(shí)現(xiàn)，對(duì)所有IP應(yīng)用透明，并獨(dú)立于任何接入網(wǎng)絡(luò)；(2)安全性；(3)支持本地節(jié)點(diǎn)通信；(4)支持訪問移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的訪問；(5)支持嵌套式移動(dòng)：該解決方案應(yīng)支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和其他的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)訪問或離開該移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而且不應(yīng)限制嵌套網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)；(6)盡力采用現(xiàn)有的移動(dòng)IP技術(shù)，以最大化地支持與節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的互操作。編輯pptNEMO基本支持實(shí)現(xiàn)方法MR與其HA之間也建立一條MR—HA雙向隧道，同MN—HA雙向隧道機(jī)制是類似。在綁定更新中設(shè)置移動(dòng)路由器R標(biāo)志，并在綁定更新消息中攜帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)前綴選項(xiàng)，從而使HA可以轉(zhuǎn)發(fā)指向移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組MR和HA的綁定緩存和路由表管理也做了相應(yīng)改進(jìn)，MR將它的家鄉(xiāng)地址與轉(zhuǎn)交地址進(jìn)行綁定并通過綁定更新通知HA。編輯pptNEMO基本支持實(shí)現(xiàn)方法傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，首先MR將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后通過MR—HA隧道發(fā)送給HA，HA將接收到的數(shù)據(jù)包解封裝，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的目的地。在另一個(gè)方向上，HA截獲發(fā)送到MR的數(shù)據(jù)包并進(jìn)行封裝，然后通過MR—HA隧道發(fā)送給MR，MR收到數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行解封裝，然后將數(shù)據(jù)包按照目的地址發(fā)送到相應(yīng)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。編輯ppt這種方案既可以基于移動(dòng)IPv4也可以基于移動(dòng)IPv6。以上的操作對(duì)數(shù)據(jù)包的格式以及協(xié)議并不作改動(dòng)，但是為了將數(shù)據(jù)包通過隧道發(fā)送給MR，HA必須將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址同MR的家鄉(xiāng)地址結(jié)合起來。否則，HA截獲的發(fā)往移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包便無法通過隧道發(fā)送給MR，因?yàn)樵谟蒑R發(fā)送給HA的綁定信息中僅僅包括MR的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址。而MR的轉(zhuǎn)交地址不包括內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的信息。為了識(shí)別移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，方案規(guī)定屬于MR的節(jié)點(diǎn)帶有相同的IP地址前綴，該信息存儲(chǔ)在HA中。編輯ppt基本移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)據(jù)流雖然采用MR—HA雙向隧道機(jī)制可以盡量不改變現(xiàn)有移動(dòng)IP技術(shù)，而且也同樣支持嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和VMN對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的訪問，但并不支持路由優(yōu)化，對(duì)于嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由于在MR及HA之間引入多層隧道，使信令開銷過大，并引起許多安全問題，因此，簡單地采用這種雙向隧道機(jī)制并不適合編輯pptNEMO擴(kuò)展支持的要求(1)嵌套移動(dòng)的路由優(yōu)化：不管移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的嵌套層數(shù)有多深，都應(yīng)當(dāng)允許CN與MNN之間的數(shù)據(jù)分組沿著最優(yōu)路徑傳遞，而無需經(jīng)過嵌套網(wǎng)絡(luò)分級(jí)中各MR—HA的重復(fù)封裝。擴(kuò)展支持解決方案應(yīng)能保證CN與MNN之間以最小的信令開銷實(shí)現(xiàn)路由優(yōu)化，并提供相應(yīng)的安全保證。(2)獨(dú)立移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化：允許被訪問的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)與VMN通信，要求該VMN建立與MNN的優(yōu)化路由，無需經(jīng)過VMN的HA和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之外的MR。(3)無縫移動(dòng)：最小化分組丟失率和移動(dòng)切換延遲，減少通信中斷。(4)支持動(dòng)態(tài)尋址和路由機(jī)制：允許MR參與與家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的路由和網(wǎng)絡(luò)管理，包括地址分配，路由器重編號(hào)等。(5)支持IP組播和QoS編輯pptNEMO擴(kuò)展支持實(shí)現(xiàn)方法IETF的NEMO工作組提出三種方法來支持?jǐn)U展網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)：PSBU、RRH和ARO。編輯ppt前綴范圍綁定更新PSBU(PrefixScopeBindingUpdate)：建議MR不僅通過經(jīng)典移動(dòng)IPv6綁定更新來廣播它的移動(dòng)情況，還需要通過PSBU來廣播其移動(dòng)性。PSBU不是將本地地址和轉(zhuǎn)交地址綁定，而是將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的前綴MNP與MR的轉(zhuǎn)交地址CoA(Care—ofAddress)綁定在一起，并在綁定更新中設(shè)置P標(biāo)志。通過這種方法，MR可以透明方式通知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)，不需要對(duì)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展。PSBU可以由MR發(fā)向其HA，使HA能夠動(dòng)態(tài)配置MNP；也可以由MR直接發(fā)向MNN的所有CN，以獲得路由優(yōu)化。CN發(fā)向移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)MNN的分組到達(dá)MR的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)后，被MR的HA攔截，通過隧道發(fā)向MR的轉(zhuǎn)交地址CoA。編輯ppt當(dāng)MR從隧道接收到來自其HA的分組后，了解到該分組的CN并沒有關(guān)于該MNP的綁定緩存，于是MR給該CN發(fā)送PSBU。CN接收到來自MR的PSBU后，在綁定緩存表中增加一個(gè)新項(xiàng)，關(guān)聯(lián)MNP和MR的CoA。由于有了這樣一種關(guān)聯(lián)，CN就知道后續(xù)以MNN為目的地址的分組應(yīng)該發(fā)向MR的CoA以獲得優(yōu)化路由。此后，CN直接將分組發(fā)向MR的CoA，并且在路由頭里包含本地目的節(jié)點(diǎn)的地址。MR接收這些分組，參考路由頭，將分組轉(zhuǎn)發(fā)給指定的目的節(jié)點(diǎn)。PSBU只支持單移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由于CN與嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間的通信需經(jīng)過多層隧道傳遞，因此并不適合NestedMONET。編輯pptRRH(ReserveRouteHeader)：是專門為支持嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的。該方案基于在轉(zhuǎn)發(fā)分組的第一個(gè)MR與其HA之間建立的一條專用套疊式隧道。通過引入一個(gè)新的稱為翻轉(zhuǎn)路由頭RRH的選項(xiàng)，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)源路由。RRH記錄嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之外的路由，并轉(zhuǎn)換成路由頭為以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為目的地的分組服務(wù)。見下圖，MR3位于拓?fù)錁涞牡谌龑?，訪問因特網(wǎng)的路徑為MR3—MR2—MR1—因特網(wǎng)。編輯ppt編輯ppt如果本地固定節(jié)點(diǎn)LFN訪問因特網(wǎng)，按照基本支持或PSBU的隧道思想，將會(huì)有上圖a中所示的雙向嵌套隧道。但如果采用RRH方式，則僅需要一個(gè)雙向隧道，上圖bRRH降低了嵌套移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的封裝開銷，無需經(jīng)過多次隧道傳遞，但由于每個(gè)分組都經(jīng)過MR與HA之間的雙向隧道，因此不存在優(yōu)化路徑。而且如果嵌套層數(shù)很深，RRH頭增大，必然導(dǎo)致MTU值過大。編輯pptARO(Acce~RouterOption)：增加了一個(gè)新的移動(dòng)頭選項(xiàng)，即接入路由器選項(xiàng)，允許移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通知HA或CN其當(dāng)前接入的路由器的家鄉(xiāng)地址，從而消除嵌套MONET中的嵌套隧道。編輯ppt如上圖所示，MR2發(fā)送的路由器通告中包含路由器全球地址選項(xiàng)RGAO(RouterGlobalAddressOption)，用于攜帶MR2的