移动IP和三角路由问题

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2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 1 中 科 院 计 算 所 计 算 机 网 络 课 程第 6单 元 移 动 IP和 三 角 路 由 问 题 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 2 第 6单 元 移 动 IP和 三 角 路 由 问 题 目 录6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择6.2 移 动 IP概 要6.2.1 主 题6.2.2 必 要 条 件 和 设 计 目 标6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置6.2.4 概 要 工 作 过 程6.3 代 理 发 现6.4 移 动 检 测 和 移 动 登 记6.4.1 登 记 功 能6.4.2 登 记 协 议6.4.3 登 记 操 作6.5 路 由 操 作 和 三 角 路 由 问 题 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 3 第 6单 元 移 动 IP和 三 角 路 由 问 题n 今 天 , 数 以 百 万 计 的 人 持 有 可 携 带 的 计 算 机 , 他 们希 望 在 所 处 的 任 何 地 方 都 能 够 阅 读 他 们 的 电 子 邮 件以 及 访 问 他 们 通 常 使 用 的 文 件 系 统 。 这 些 移 动 主 机引 入 了 一 种 新 的 复 杂 性 : 为 了 把 一 个 分 组 路 由 到 主机 , 网 络 首 先 必 须 找 到 它 的 位 置 。n 下 图 示 出 了 网 络 设 计 典 型 使 用 的 模 型 。 在 这 个 模 型中 , 有 一 个 由 路 由 器 和 主 机 构 成 的 广 域 网 , 连 接 到该 广 域 网 的 有 局 域 网 、 城 域 网 和 无 线 单 元 区 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 4 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 5 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择n 从 不 移 动 的 主 机 被 称 着 是 静 止 的 。 它 们 通 过 铜 导 线或 光 纤 连 接 到 网 络 。 迁 移 主 机 基 本 上 是 静 止 主 机 ,它 们 不 时 地 从 一 个 固 定 场 点 移 动 到 另 一 个 固 定 场 点 ,但 它 们 仅 当 物 理 地 连 接 到 网 络 时 才 会 使 用 网 络 。 漫游 主 机 实 际 上 是 在 运 动 的 过 程 中 计 算 , 并 且 在 移 动时 仍 然 维 持 网 络 连 接 和 连 续 使 用 网 络 。 人 们 把 迁 移主 机 和 漫 游 主 机 统 称 为 移 动 主 机 , 即 离 开 家 乡 仍 然要 连 接 到 网 络 的 主 机 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 6 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择n 所 有 的 主 机 都 被 假 定 有 一 个 不 会 改 变 的 永 久 的 家 乡 位 置 , 主机 还 有 一 个 可 以 用 以 确 定 它 的 家 乡 位 置 的 永 久 的 家 乡 地 址 。在 具 有 移 动 主 机 的 系 统 中 , 路 由 选 择 的 目 标 是 , 无 论 它 们 当前 是 在 家 乡 , 还 是 在 外 地 , 都 可 以 用 它 们 的 家 乡 地 址 给 它 们发 送 分 组 , 而 且 这 些 分 组 总 是 能 够 被 有 效 地 传 送 给 它 们 。n 我 们 可 以 把 上 图 中 的 模 型 在 地 理 上 划 分 出 许 多 个 小 的 单 元 ,并 把 每 个 单 元 都 称 着 一 个 区 , 典 型 地 是 一 个 局 域 网 络 或 一 个无 线 单 元 。 每 个 区 有 一 个 或 多 个 外 部 代 理 , 它 们 是 保 持 跟 踪访 问 该 区 的 所 有 移 动 主 机 的 进 程 。 此 外 , 每 个 区 有 一 个 家 乡代 理 , 它 保 持 跟 踪 其 家 乡 在 这 个 区 但 当 前 已 外 出 访 问 另 一 个区 的 那 些 主 机 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 7 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择n 当 一 台 新 的 主 机 进 入 一 个 区 ( 例 如 通 过 连 接 到 一 个 LAN插 座 , 或 者 是 漫 游进 入 一 个 无 线 单 元 ) 时 , 该 计 算 机 必 须 将 自 己 向 那 里 的 外 部 代 理 登 记 。 登记 过 程 典 型 地 是 按 下 列 方 式 进 行 :( 1) 每 个 外 部 代 理 周 期 性 地 广 播 一 个 分 组 , 宣 告 它 的 存 在 和 它 的 地 址 。 一 个新 到 达 的 移 动 主 机 可 以 等 待 一 个 这 样 的 报 文 。 但 如 果 在 稍 等 片 刻 之 后 发 现无 报 文 到 达 , 移 动 主 机 可 以 广 播 一 个 分 组 , 说 “ 这 里 有 移 动 代 理 吗 ? ”( 2) 移 动 主 机 跟 外 部 代 理 登 记 , 给 出 它 的 家 乡 地 址 、 当 前 的 数 据 链 路 层 地 址和 某 些 安 全 性 信 息 。( 3) 外 部 代 理 联 系 移 动 主 机 的 家 乡 代 理 , 说 “ 你 的 一 个 主 机 在 我 这 里 。 ” 这个 从 外 部 代 理 发 往 家 乡 代 理 的 报 文 含 有 外 部 代 理 的 网 络 地 址 。 它 也 包 含 一些 安 全 性 信 息 , 让 家 乡 代 理 相 信 该 移 动 主 机 确 实 在 那 里 。( 4) 家 乡 代 理 检 查 带 有 时 间 印 记 的 安 全 性 信 息 , 证 明 这 是 在 刚 过 去 的 几 秒 钟内 产 生 的 。 如 果 通 过 了 检 查 , 它 就 告 诉 外 部 代 理 继 续 进 行 。( 5) 当 外 部 代 理 从 家 乡 代 理 那 里 得 到 肯 定 的 确 认 应 答 时 , 它 就 在 表 中 做 一 些登 记 项 , 并 且 通 知 移 动 主 机 已 经 登 记 好 了 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 8 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择n 在 理 想 的 情 况 下 , 当 一 个 主 机 离 开 一 个 区 域 的 时 候 , 它也 应 该 被 宣 告 允 许 做 离 开 登 记 。 但 是 有 许 多 用 户 在 他 们结 束 工 作 时 会 突 然 关 闭 他 们 的 计 算 机 。n 当 一 个 分 组 被 发 往 一 个 移 动 主 机 时 , 它 会 被 路 由 到 该 主机 的 家 乡 LAN,那 是 由 其 公 布 的 地 址 决 定 了 的 。 如 下 图 所示 , 假 定 在 西 安 的 一 个 发 送 方 把 一 个 分 组 发 送 给 在 上 海的 一 个 主 机 。 发 送 给 移 动 主 机 的 分 组 在 上 海 的 家 乡 LAN被 那 里 的 家 乡 代 理 截 获 。 然 后 家 乡 代 理 查 询 该 移 动 主 机的 新 位 置 , 发 现 为 该 移 动 主 机 服 务 的 外 部 代 理 的 地 址 是在 成 都 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 9 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 10 6.1 移 动 主 机 的 路 由 选 择n 接 着 , 家 乡 代 理 做 两 件 事 情 。 首 先 , 它 把 收 到 的 分 组 封 装 到一 个 外 包 装 分 组 的 载 荷 段 , 并 把 外 包 装 分 组 发 送 给 外 部 代 理( 参 见 上 图 中 示 出 的 步 骤 2) 。 通 常 人 们 把 这 一 机 制 称 作 隧道 。 外 部 代 理 在 收 到 外 包 装 分 组 后 , 从 载 荷 域 中 取 出 原 先 的分 组 , 并 用 数 据 链 路 幀 发 送 给 移 动 主 机 。n 家 乡 代 理 做 的 第 二 件 事 是 告 诉 发 送 方 , 以 后 再 给 移 动 主 机 发送 分 组 不 用 发 到 它 的 家 乡 地 址 , 而 代 之 以 把 它 隧 道 封 装 后 显式 地 发 给 它 当 前 的 外 部 代 理 。 就 这 样 , 随 后 的 分 组 可 以 通 过外 部 代 理 直 接 前 往 移 动 主 机 当 前 所 在 的 位 置 , 完 全 旁 路 家 乡LAN的 位 置 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 11 6.2 移 动 IP概 要n 许 多 Internet用 户 都 有 可 携 带 的 计 算 机 , 并 且 希 望 在 远 方 的Internet场 点 时 甚 至 在 旅 途 中 仍 然 能 够 连 接 到 Internet。 不幸 的 是 , IP的 寻 址 系 统 使 得 这 项 工 作 远 非 像 说 起 来 那 么 容 易 。n 真 正 的 弊 病 在 寻 址 机 制 本 身 。 每 个 IP地 址 都 包 含 网 络 号 和 主机 号 。 例 如 , 考 虑 具 有 IP地 址 160.80.40.20/16的 一 台 机 器 。168.80给 出 了 网 络 号 , 40.20是 主 机 号 。 在 全 世 界 的 路 由 器都 有 路 由 表 , 告 诉 使 用 哪 条 线 路 到 达 网 络 168.80。 每 当 有 一个 带 有 168.80.xx.yy形 式 的 目 的 IP地 址 的 分 组 到 来 时 , 它 就被 转 发 到 那 条 线 路 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 12 6.2 移 动 IP概 要n 如 果 具 有 那 个 地 址 的 机 器 突 然 被 携 带 到 某 个 远 方 场 点 ,那 么 发 送 给 它 的 分 组 将 继 续 被 路 由 到 它 的 家 乡 LAN( 或 路 由 器 ) 。 该 机 器 的 所 有 者 将 再 也 收 不 到 电 子 邮件 等 信 息 。 给 该 机 器 分 配 一 个 对 应 新 位 置 的 新 的 IP地址 的 做 法 是 没 有 吸 引 力 的 , 因 为 必 须 把 这 种 改 变 通 知大 量 的 人 、 程 序 和 数 据 库 。n 另 一 个 方 法 是 让 路 由 器 使 用 全 部 的 IP地 址 做 路 由 选 择 ,而 不 仅 仅 是 网 络 。 然 而 , 这 一 策 略 将 需 要 每 个 路 由 器有 数 以 百 万 计 的 登 记 项 , 对 于 Internet而 言 , 代 价 太大 了 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 13 6.2 移 动 IP概 要n 当 人 们 开 始 需 要 把 他 们 的 笔 记 本 计 算 机 无 论 在 什 么 地 方 都 可以 连 接 到 Internet的 时 候 , IETF就 成 立 了 一 个 工 作 组 来 寻求 解 决 方 案 。 该 工 作 组 很 快 就 制 定 了 在 任 何 解 决 方 案 中 都 需要 考 虑 的 若 干 个 目 标 , 它 们 主 要 包 括 :( 1) 每 个 移 动 主 机 必 须 在 任 何 地 方 都 能 够 使 用 它 的 家 乡 IP地址 ;( 2) 不 允 许 改 变 固 定 主 机 的 软 件 ;( 3) 不 允 许 改 变 路 由 器 软 件 和 路 由 表 ;( 4) 发 给 移 动 主 机 的 大 多 数 分 组 都 不 应 该 绕 道 行 走 ;( 5) 当 移 动 主 机 呆 在 家 乡 时 不 应 该 有 额 外 的 开 销 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 14 6.2 移 动 IP概 要n 所 选 择 的 解 决 方 案 跟 我 们 在 前 面 叙 述 的 移 动 主 机 的 路 由 选 择 相 同 。 当 有一 个 分 组 到 达 该 用 户 的 家 乡 LAN时 , 它 进 入 连 接 到 该 LAN的 某 个 路 由 器 。路 由 器 用 通 常 的 方 式 尝 试 定 位 该 主 机 , 例 如 通 过 广 播 一 个 ARP分 组 询 问 :“ 160.80.40.20的 以 太 网 地 址 是 什 么 ? ” 此 时 , 家 乡 代 理 通 过 给 出 它 自己 的 以 太 网 地 址 来 应 答 该 查 询 。 然 后 , 路 由 器 就 把 前 往 160.80.40.20的分 组 发 给 家 乡 代 理 。 家 乡 代 理 再 把 收 到 的 IP分 组 隧 道 传 送 给 关 照 地 址 。具 体 的 做 法 是 把 收 到 的 分 组 封 装 在 隧 道 IP分 组 的 载 荷 域 中 , 并 把 隧 道 分组 的 目 标 IP地 址 指 定 成 外 部 代 理 的 IP地 址 。 接 下 来 , 外 部 代 理 解 封 隧 道IP分 组 , 取 出 原 先 的 IP分 组 , 并 把 它 投 递 给 移 动 主 机 的 数 据 链 路 地 址 。此 外 , 家 乡 代 理 还 把 关 照 地 址 发 给 源 发 送 方 , 使 得 后 续 的 IP分 组 可 以 由源 直 接 隧 道 传 送 给 外 部 代 理 。 显 然 , 这 一 解 决 方 案 满 足 上 述 所 有 必 须 条件 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 15 6.2 移 动 IP概 要n 还 有 一 个 小 的 细 节 也 许 值 得 一 提 。 在 移 动 主 机 移 动 的 时 候 , 也 许 路 由 器 已经 在 它 的 缓 存 中 有 了 该 主 机 的 以 太 网 地 址 ( 但 很 快 就 会 变 得 无 效 ) 。 将 那个 以 太 网 地 址 用 家 乡 代 理 的 以 太 网 地 址 取 代 的 工 作 可 以 通 过 一 个 称 作 无 故ARP的 小 技 巧 来 完 成 。 移 动 主 机 可 以 给 路 由 器 发 一 个 未 经 邀 请 的 ARP应 答 报文 , 让 它 用 家 乡 代 理 的 以 太 网 地 址 替 换 在 缓 冲 区 中 关 于 即 将 离 开 的 移 动 主机 的 特 别 登 记 项 。 但 该 移 动 主 机 后 来 返 回 家 乡 的 时 候 可 以 使 用 同 样 的 技 巧再 次 更 新 路 由 器 的 缓 冲 区 。 n IETF对 于 移 动 主 机 的 解 决 方 案 还 解 决 了 若 干 其 它 的 问 题 。 例 如 , 怎 样 找 到代 理 ? 答 案 是 让 每 个 代 理 定 期 地 广 播 其 地 址 和 它 愿 意 提 供 的 服 务 类 型 ( 家乡 、 外 部 或 二 者 兼 有 的 代 理 ) 。 当 一 个 移 动 主 机 到 达 某 处 时 , 它 可 以 监 听这 些 称 作 通 告 的 广 播 。 另 一 种 做 法 是 它 自 己 广 播 一 个 分 组 , 宣 告 自 己 的 到来 , 希 望 本 地 的 外 部 代 理 给 以 应 答 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 16 6.2 移 动 IP概 要n 另 一 个 问 题 是 如 何 处 置 那 些 不 礼 貌 的 移 动 主 机 , 它 们 不 说 再 见就 离 开 了 。 答 案 是 让 相 关 的 登 记 项 仅 在 一 个 固 定 长 度 的 时 间 内有 效 。 如 果 登 记 项 没 有 被 定 期 地 刷 新 , 就 发 生 超 时 事 件 , 外 部代 理 可 以 清 除 相 关 的 表 项 。n 还 有 一 个 安 全 性 问 题 。 当 家 乡 代 理 收 到 一 个 报 文 , 请 求 它 把 所有 发 给 张 三 的 分 组 转 发 给 某 个 IP地 址 时 , 它 最 好 不 要 急 于 这样 做 , 除 非 能 够 证 明 张 三 确 实 是 这 个 请 求 的 源 发 方 , 以 防 止 某个 动 机 不 良 的 人 假 扮 张 三 的 身 份 。 可 以 将 加 密 的 身 份 验 证 协 议用 于 这 一 目 的 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 17 6.2.1 主 题n 移 动 IP是 在 全 球 Internet上 支 持 移 动 性 的 解 决 方 案 , 希 望 它 是 可 扩 展 的 ,强 健 的 , 安 全 的 , 允 许 节 点 在 改 变 所 连 接 的 链 路 时 仍 能 进 行 所 有 正 在 进 行的 通 信 。 特 别 地 , 移 动 IP提 供 把 IP分 组 路 由 到 移 动 节 点 的 机 制 , 该 机 制 允许 移 动 节 点 使 用 它 们 的 永 久 IP地 址 , 但 可 以 连 接 到 任 何 场 点 的 链 路 。n 当 一 个 源 计 算 机 要 把 一 个 分 组 发 送 到 目 的 地 计 算 机 时 , 它 不 知 道 也 不 介 意目 的 地 计 算 机 当 前 处 在 哪 个 位 置 , 它 只 想 把 分 组 投 递 给 正 确 的 目 标 计 算 机 。这 是 OSI第 3层 即 网 络 层 的 功 能 。 网 络 层 负 责 动 态 地 选 择 一 条 从 分 组 的 源 到最 终 目 的 地 的 一 条 通 路 。 在 Internet中 网 络 层 协 议 是 互 连 网 协 议 , 即 IP。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 18 6.2.1 主 题n 在 一 个 复 杂 的 网 络 中 移 动 分 组 需 要 一 个 或 多 个 路 由 协 议 。 路由 器 使 用 路 由 协 议 交 换 关 于 Internet上 各 种 各 样 的 目 的 地 和链 路 的 位 置 信 息 。 路 由 协 议 的 例 子 包 括 OSPF(开 放 的 最 短 通 路优 先 协 议 )、 RIP( 路 由 信 息 协 议 ) 和 BGP( 边 界 网 关 协 议 ) 。n 移 动 IP是 Internet解 决 节 点 移 动 性 的 网 络 层 方 案 。 这 就 意 味着 移 动 IP需 要 在 适 当 的 节 点 建 立 路 由 表 , 使 得 在 移 动 主 机 没有 连 接 到 家 乡 链 路 的 情 况 下 还 能 够 把 IP分 组 发 送 给 它 们 。 事实 上 , 我 们 可 以 把 移 动 IP看 成 是 一 种 具 有 非 常 特 别 的 目 的 的路 由 协 议 。 移 动 IP的 目 的 是 允 许 把 IP分 组 路 由 到 有 可 能 非 常迅 速 地 改 变 位 置 的 移 动 节 点 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 19 6.2.1 主 题n 作 为 一 个 网 络 层 协 议 , 移 动 IP完 全 独 立 于 它 在 其 上 运 行 的 媒 体 。 使 用 移 动IP的 一 个 移 动 节 点 从 一 种 媒 体 移 动 到 另 一 种 媒 体 时 不 会 丢 失 连 接 性 。 例 如 ,移 动 IP允 许 一 台 笔 记 本 计 算 机 从 一 个 有 线 以 太 网 断 连 , 然 后 再 接 到 一 个 无线 LAN。 我 们 使 用 术 语 异 构 移 动 性 表 示 移 动 节 点 可 以 在 不 同 的 媒 体 类 型 之间 移 动 还 能 够 继 续 通 信 的 能 力 。n 当 然 , 移 动 IP也 允 许 移 动 节 点 从 一 条 网 络 链 路 移 动 到 在 不 同 位 置 的 具 有 相同 类 型 的 媒 体 的 另 一 条 链 路 。 相 应 地 , 我 们 把 这 种 能 力 称 作 同 构 移 动 性 。 n CDPD(蜂 窝 数 字 分 组 数 据 网 , 它 是 在 北 美 模 拟 蜂 窝 电 话 系 统 中 未 被 占 用 的无 线 频 道 上 发 送 IP分 组 )和 802.11仅 提 供 同 构 移 动 性 , 它 们 都 允 许 在 各 自的 网 络 中 移 动 , 不 可 以 在 不 同 媒 体 的 网 络 之 间 移 动 。 移 动 IP的 独 特 性 在 于不 仅 提 供 同 构 移 动 性 , 而 且 也 提 供 异 构 移 动 性 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 20 6.2.2 必 要 条 件 和 设 计 目 标n 移 动 IP设 计 的 必 要 条 件 如 下 :( 1) 移 动 节 点 在 改 变 了 它 对 Internet的 链 路 层 连 接 点 之 后 还 能 够 跟 其 它 节点 通 信 。在 当 前 的 Internet上 采 用 的 基 于 网 络 前 缀 的 路 由 机 制 不 能 够 把 分 组 投 递 到没 有 连 接 到 其 家 乡 链 路 的 节 点 。 移 动 IP的 特 点 就 是 要 允 许 节 点 在 可 能 连 接到 任 何 链 路 上 的 情 况 下 还 能 够 通 信 。( 2) 移 动 节 点 必 须 能 够 仅 使 用 它 的 家 乡 永 久 IP地 址 通 信 , 而 不 管 它 当 前 对Internet的 链 路 层 连 接 点 在 哪 里 。如 果 允 许 移 动 节 点 在 其 移 动 后 改 变 IP地 址 , 那 会 迫 使 它 中 止 在 老 的 链 路 上进 行 的 所 有 通 信 ( 特 别 是 接 收 发 给 老 地 址 的 信 息 ) , 并 在 移 动 到 新 的 链 路上 重 新 启 动 通 信 。 而 且 , 跟 一 个 因 移 动 而 改 变 了 地 址 的 节 点 建 立 联 系 是 困难 的 。 因 此 , 这 个 必 要 条 件 排 除 了 任 何 需 要 改 变 移 动 节 点 的 IP地 址 的 解 决方 案 。 另 外 , 一 些 网 络 服 务 在 软 件 执 照 和 访 问 权 限 方 面 是 基 于 IP地 址 , 这也 需 要 移 动 节 点 不 管 是 否 移 动 仍 保 持 它 的 IP地 址 不 变 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 21 6.2.2 必 要 条 件 和 设 计 目 标n 移 动 IP设 计 的 必 要 条 件 ( 续 ) :( 3) 移 动 节 点 必 须 能 够 跟 其 它 还 没 有 实 现 移 动 IP移 动 性 功 能 的 计 算 机 通信 。 移 动 IP需 要 不 改 变 现 有 的 固 定 主 机 和 路 由 器 的 协 议 , 不 能 指 望 已 经大 量 安 装 的 IPv4主 机 和 路 由 器 可 以 升 级 支 持 移 动 性 功 能 。 因 此 , 需 要移 动 IP的 实 现 限 于 移 动 主 机 本 身 以 及 少 量 代 表 它 们 提 供 特 别 路 由 服 务功 能 的 节 点 。( 4) 除 了 那 些 在 Internet上 已 经 暴 露 的 对 固 定 节 点 的 安 全 威 胁 之 外 , 移动 节 点 还 应 能 够 防 止 因 实 现 移 动 性 功 能 而 引 起 的 任 何 新 的 安 全 威 胁 。 移 动 计 算 意 味 着 新 的 安 全 威 胁 , 移 动 安 全 性 必 须 考 虑 到 这 些 威 胁 。特 别 地 , 移 动 IP的 设 计 必 须 阻 止 拒 绝 服 务 类 攻 击 。 如 果 对 于 移 动 节 点报 告 它 当 前 的 所 在 位 置 的 报 文 没 有 身 份 验 证 , 这 类 攻 击 是 可 能 的 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 22 6.2.2 必 要 条 件 和 设 计 目 标n 笔 记 本 计 算 机 使 得 计 算 不 局 限 于 在 桌 面 进 行 , 但 如 果 仅 连 接 到 有 线 网 络 仍然 限 制 了 可 以 使 用 网 络 的 时 间 和 地 点 。 一 些 无 线 网 络 允 许 计 算 机 在 任 何 时间 和 任 何 地 点 进 行 通 信 。 然 而 许 多 无 线 网 络 是 昂 贵 的 , 或 者 是 低 速 的 。n 路 由 协 议 需 要 在 网 络 的 各 个 节 点 之 间 传 输 路 由 更 新 信 息 。 为 了 使 得 移 动 IP适 合 在 广 大 范 围 的 无 线 链 路 上 使 用 , 一 个 设 计 目 标 就 是 要 使 得 这 些 更 新 的数 量 和 频 度 尽 可 能 地 小 。n 另 一 个 设 计 目 标 是 使 得 它 尽 可 能 简 单 , 以 便 易 于 移 动 节 点 软 件 的 实 现 。 这样 可 以 增 加 潜 在 的 能 够 使 用 移 动 IP的 节 点 的 数 量 。 除 了 全 功 能 的 笔 记 本 之外 , 这 一 目 标 对 于 像 是 手 机 、 掌 上 电 脑 和 其 它 个 人 随 身 设 备 这 类 存 储 器 和处 理 能 力 受 限 的 装 置 尤 为 重 要 。 n 最 后 , 在 Internet中 , IPv4地 址 是 短 缺 的 , 因 此 移 动 IP的 另 一 个 设 计 目 标是 节 约 使 用 地 址 的 数 量 。 在 移 动 IP的 解 决 方 案 中 , 不 宜 让 移 动 节 点 使 用 多个 地 址 , 不 宜 为 移 动 节 点 准 备 大 的 地 址 池 , 除 非 绝 对 需 要 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 23 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置n 移 动 IP定 义 了 三 个 必 须 实 现 移 动 性 协 议 的 功 能 实 体 :( 1) 移 动 节 点 该 节 点 可 以 把 对 Internet的 连 接 从 一 条 链 路 改变 到 另 一 条 链 路 , 同 时 保 持 正 在 进 行 的 任 何 通 信 , 并 且 仅 使用 它 的 永 久 家 乡 IP地 址 。( 2) 家 乡 代 理 该 代 理 是 跟 移 动 节 点 的 家 乡 链 路 有 一 个 接 口 的路 由 器 , 它 当 移 动 节 点 改 变 其 连 接 的 链 路 时 , 保 持 被 告 知 移动 节 点 的 当 前 位 置 , 即 关 照 地 址 ; 在 一 些 情 况 下 , 还 要 通 告 对 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 的 网 络 前缀 的 可 达 性 , 从 而 引 来 发 给 移 动 节 点 家 乡 地 址 的 IP分 组 ; 截 获 发 给 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 的 IP分 组 , 并 把 它 们 隧 道 传送 到 移 动 节 点 的 当 前 位 置 , 即 关 照 地 址 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 24 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置n 实 现 移 动 性 协 议 的 功 能 实 体 ( 续 ) :( 3) 外 部 代 理 该 代 理 是 在 移 动 节 点 的 外 部 链 路 上 的一 个 路 由 器 , 它 辅 助 移 动 节 点 通 知 家 乡 代 理 它 当前 的 关 照 地 址 ; 提 供 一 个 关 照 地 址 , 解 封 由 家 乡代 理 隧 道 传 输 给 移 动 节 点 的 分 组 , 并 递 交 给 移 动节 点 ; 为 连 接 到 这 条 外 部 链 路 的 移 动 节 点 发 送 的分 组 担 当 缺 省 路 由 器 的 角 色 。 下 图 示 出 了 这 些 实 体 以 及 它 们 之 间 的 关 系 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 25 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 26 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置n 如 下 图 所 示 , 隧 道 是 发 给 移 动 节 点 的 IP分 组行 走 的 一 段 通 路 , 此 时 它 被 分 装 在 第 二 个 IP分 组 的 载 荷 部 分 。 为 了 把 一 个 分 组 投 递 给 移动 节 点 , 家 乡 代 理 把 它 隧 道 传 送 到 外 部 代 理 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 27 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 28 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置n 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 跟 移 动 节 点 的 家 乡 代 理 紧 密 相 关 , 也 跟它 的 家 乡 链 路 紧 密 相 关 。 特 别 地 , 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 的 网络 前 缀 定 义 了 它 的 家 乡 链 路 。 也 就 是 说 , 分 配 给 家 乡 链 路 的网 络 前 缀 和 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 的 网 络 前 缀 相 同 。 移 动 节 点的 家 乡 代 理 在 移 动 节 点 的 家 乡 链 路 上 至 少 有 一 个 接 口 。 移 动节 点 的 家 乡 地 址 是 由 移 动 节 点 发 送 的 所 有 分 组 的 IP源 地 址 ,也 是 所 有 发 送 给 移 动 节 点 的 分 组 的 IP目 的 地 址 。 这 就 需 要 把移 动 节 点 的 家 乡 地 址 放 到 域 名 系 统 对 应 它 的 登 记 项 的 “ IP地址 ” 域 , 以 便 其 它 节 点 通 过 移 动 节 点 的 主 机 名 可 以 查 到 移 动节 点 的 家 乡 地 址 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 29 6.2.3 功 能 实 体 及 其 驻 留 位 置n 关 照 地 址 跟 一 个 正 在 访 问 外 部 链 路 的 移 动 节 点 相 关 联 。 关 照 地 址 具 有以 下 属 性 :( 1) 关 照 地 址 专 用 于 移 动 节 点 当 前 正 在 访 问 的 外 部 链 路 ;( 2) 每 当 刚 从 一 条 外 部 链 路 移 动 到 另 一 条 外 部 链 路 时 , 移 动 节 点 的 关 照地 址 一 般 都 要 改 变 ;( ) 发 送 给 关 照 地 址 的 分 组 可 以 使 用 现 有 的 Internet路 由 机 制 传 送 , 也就 是 说 , 为 把 分 组 传 送 给 关 照 地 址 , 不 需 要 移 动 IP特 有 的 过 程 ;( 4) 使 用 关 照 地 址 作 为 家 乡 代 理 到 移 动 节 点 方 向 上 的 隧 道 的 出 口 点 ;( 5) 在 移 动 节 点 跟 其 它 节 点 的 会 话 中 , 关 照 地 址 几 乎 从 不 用 作 IP源 地 址或 目 的 地 址 。 特 别 地 , 当 其 它 节 点 查 询 移 动 节 点 的 主 机 名 时 , 域 名 服务 器 永 远 不 会 返 回 关 照 地 址 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 30 6.2.4 概 要 工 作 过 程n 粗 略 地 讲 , 移 动 IP的 工 作 情 况 如 下 :( 1) 家 乡 代 理 和 外 部 代 理 在 它 们 所 连 接 的 链 路 上 定 期 地 组 播 或广 播 称 作 代 理 通 告 的 移 动 IP报 文 。( 2) 移 动 节 点 倾 听 这 些 代 理 通 告 , 并 检 查 它 们 的 内 容 以 确 定 当前 是 连 接 在 家 乡 链 路 还 是 外 部 链 路 上 。 当 连 接 到 家 乡 链 路 时 ,移 动 节 点 的 操 作 跟 固 定 节 点 相 同 , 不 使 用 其 它 移 动 IP的 功 能 。下 面 的 步 骤 假 定 移 动 节 点 发 现 自 己 是 连 接 在 外 部 链 路 上 。( 3) 连 接 到 外 部 链 路 的 移 动 节 点 得 到 一 个 关 照 地 址 。 实 际 上 ,从 外 部 代 理 的 代 理 通 告 报 文 的 某 个 域 就 可 以 读 取 外 部 代 理 关照 地 址 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 31 6.2.4 概 要 工 作 过 程n 移 动 IP的 工 作 情 况 ( 续 ) :( 4) 移 动 节 点 使 用 移 动 IP定 义 的 一 个 报 文 交 换 过 程 向 家 乡 代 理 报 告 和 登 记关 照 地 址 。 在 这 个 登 记 过 程 中 , 移 动 节 点 需 要 请 求 外 部 代 理 提 供 服 务 。为 了 防 止 远 程 的 拒 绝 服 务 类 攻 击 , 登 记 报 文 需 要 身 份 验 证 。( 5) 家 乡 代 理 或 者 在 家 乡 链 路 上 的 其 它 路 由 器 通 告 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 的网 络 前 缀 的 可 达 性 , 从 而 可 以 引 入 发 给 移 动 节 点 的 家 乡 地 址 的 那 些 IP分组 。 家 乡 代 理 采 用 诸 如 代 理 ARP这 样 的 机 制 截 获 这 些 IP分 组 , 然 后 把 它 们隧 道 传 送 给 移 动 节 点 的 关 照 地 址 。( 6) 外 部 代 理 从 隧 道 中 抽 出 原 先 的 IP分 组 , 然 后 投 递 给 移 动 节 点 。( ) 在 相 反 的 方 向 上 , 由 移 动 节 点 发 送 的 分 组 直 接 路 由 到 目 的 地 址 , 不 需要 使 用 隧 道 。 外 部 代 理 为 移 动 节 点 产 生 的 所 有 IP分 组 担 当 路 由 器 的 角 色 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 32 6.3 代 理 发 现n 移 动 节 点 通 过 代 理 发 现 过 程*确 定 它 当 前 是 连 接 在 家 乡 链 路 还 是 外 部 链 路上 ;*发 现 它 已 从 一 条 外 部 链 路 移 动 到 另 一 条 外 部链 路 ;*当 连 接 到 外 部 链 路 时 得 到 关 照 地 址 。移 动 节 点 、 外 部 代 理 和 家 乡 代 理 互 相 合 作 完成 上 述 功 能 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 33 6.3 代 理 发 现n 代 理 发 现 包 括 两 个 简 单 的 报 文 。 第 一 个 是 代 理 通 告 报 文 , 家 乡 代 理 或 外部 代 理 使 用 它 们 向 移 动 节 点 宣 告 自 己 的 能 力 。 在 担 当 家 乡 代 理 或 外 部 代理 的 链 路 上 , 代 理 以 组 播 或 广 播 的 形 式 定 期 发 送 代 理 通 告 报 文 。 这 就 使得 连 接 到 链 路 的 移 动 节 点 能 够 确 定 是 否 有 代 理 存 在 ; 如 果 有 , 他 们 的 IP地 址 和 功 能 是 什 么 。n 第 二 个 是 代 理 征 求 报 文 , 不 想 等 待 到 下 一 周 期 才 接 收 代 理 通 告 的 移 动 节点 就 可 以 发 送 这 种 报 文 。 代 理 征 求 的 唯 一 作 用 就 是 使 得 在 链 路 上 的 代 理立 即 发 送 一 个 代 理 通 告 。 在 代 理 发 送 通 告 的 频 率 太 低 、 移 动 节 点 改 变 链路 迅 速 的 情 况 下 , 这 类 报 文 是 有 用 的 。 n 移 动 IP定 义 的 代 理 征 求 报 文 格 式 跟 ICMP路 由 器 征 求 报 文 相 同 , 而 且 必 须将 封 装 该 ICMP报 文 的 IP分 组 的 TTL(生 存 时 间 )域 置 1。 下 图 示 出 了 代 理 征求 报 文 的 格 式 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 34 6.3 代 理 发 现 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 35 6.3 代 理 发 现n 家 乡 代 理 或 外 部 代 理 在 收 到 一 个 代 理 征 求 报 文 后 ,立 即 发 送 一 个 代 理 通 告 报 文 予 以 响 应 。 类 型 值 10表 示 该 ICMP报 文 是 一 个 代 理 或 路 由 器 征 求 报 文 。n 代 理 通 告 报 文 通 过 把 一 个 或 多 个 由 移 动 IP定 义 的扩 展 项 附 加 到 ICMP路 由 器 通 告 报 文 构 成 。 如 下 图所 示 , 作 为 代 理 通 告 , 必 须 在 报 文 中 包 括 移 动 性代 理 通 告 扩 展 项 。 图 中 所 示 的 前 缀 长 度 扩 展 项 是可 选 的 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 36 6.3 代 理 发 现 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 37 6.3 代 理 发 现 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 38 6.3 代 理 发 现n 在 移 动 IP中 的 扩 展 项 都 具 有 同 样 的 格 式 , 由 3个 域 构成 :( 1) 类 型 域 , 区 别 不 同 种 类 的 扩 展 ;( 2) 长 度 域 , 表 示 在 数 据 域 中 以 字 节 计 的 长 度 ;( 3) 数 据 域 , 包 含 从 源 发 送 到 目 的 地 的 实 际 信 息 。n 唯 一 的 例 外 ( 特 殊 扩 展 项 ) 是 1个 字 节 的 填 充 扩 展 项 ,它 有 类 型 域 , 但 没 有 长 度 和 数 据 域 , 它 的 功 能 是 附加 到 奇 数 长 度 的 报 文 , 使 其 变 成 偶 数 长 度 的 报 文 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 39 6.3 代 理 发 现n 移 动 节 点 可 以 根 据 接 收 到 的 代 理 通 告 的 IP分 组 头 确 定 它 是 连 接 到 家 乡 链路 , 还 是 连 接 到 外 部 链 路 , 这 只 要 察 看 代 理 通 告 的 IP分 组 的 源 地 址 就 可以 做 出 判 断 。n 类 型 域 的 值 等 于 9的 ICMP报 文 是 一 个 通 告 ( 路 由 器 ) 。 把 代 码 域 的 值 置成 16可 以 说 明 这 是 一 个 移 动 IP代 理 通 告 , 区 别 于 一 般 的 路 由 器 通 告 。 对于 一 般 的 路 由 器 通 告 , 此 域 的 值 是 0。 n 检 验 和 域 总 是 用 于 检 查 收 到 的 报 文 是 否 有 错 。 生 命 期 域 表 示 代 理 发 送 通告 的 频 度 。 地 址 数 目 域 和 地 址 项 大 小 域 分 别 说 明 列 出 了 多 少 个 路 由 器 地址 /优 先 级 对 和 每 对 包 含 多 少 个 字 节 。 就 IP地 址 而 言 , 地 址 项 大 小 等 于 8( 4字 节 地 址 加 上 4字 节 优 先 级 ) 。 IPv6对 于 一 个 接 口 可 以 有 多 个 地 址 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 40 6.3 代 理 发 现n 如 果 IP长 度 域 的 值 比 根 据 地 址 数 目 域 或 地 址 项 大 小 域 计 算 的 值 还 要 大 ,那 么 收 到 的 报 文 的 多 余 的 部 分 就 被 解 释 成 扩 展 项 。 如 果 有 一 个 这 样 的 扩展 是 移 动 性 代 理 通 告 扩 展 , 那 么 所 收 到 的 报 文 就 是 代 理 通 告 。 否 则 所 收到 的 报 文 就 是 ICMP路 由 器 通 告 。n 地 址 数 目 域 、 地 址 项 大 小 域 、 路 由 器 地 址 域 和 优 先 级 域 不 但 用 于 代 理发 现 过 程 , 而 且 用 于 路 由 选 择 完 成 更 多 的 功 能 。 n 移 动 代 理 通 告 扩 展 的 类 型 段 表 示 扩 展 的 种 类 , 值 16表 示 移 动 代 理 通 告扩 展 项 。 移 动 代 理 通 告 扩 展 中 的 F和 H分 别 表 示 通 告 的 发 送 方 是 外 部 代理 ( F) 和 家 乡 代 理 ( H) 。 B位 表 示 外 部 代 理 太 忙 ( B) 不 能 接 受 更 多的 登 记 。 移 动 代 理 应 该 选 择 另 一 个 外 部 代 理 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 41 6.3 代 理 发 现n R位 告 诉 移 动 节 点 , 不 管 使 用 什 么 样 的 关 照 地 址 , 它 都 必 须通 过 一 个 外 部 代 理 做 登 记 ( R) 。 M位 置 1表 示 家 乡 代 理 使 用最 小 (M)头 开 销 ( 简 化 的 IP内 外 封 装 头 , 除 去 冗 余 的 头 信 息 )的 封 装 , G位 置 1表 示 家 乡 代 理 使 用 类 属 (G)封 装 ( 支 持 其 它网 络 层 协 议 对 IP的 封 装 ) ; 它 们 都 不 采 用 通 常 的 IP封 装 IP的封 装 方 式 。 由 于 最 小 封 装 不 能 完 全 支 持 IP分 组 分 割 , 一 般 不推 荐 使 用 。 V位 置 1表 示 外 部 代 理 可 以 支 持 Van Jacobson头压 缩 ( 发 送 方 对 TCP和 IP分 组 头 压 缩 , 接 收 方 解 压 缩 ,主 要 用于 那 些 支 持 这 种 功 能 的 链 路 , 可 使 用 低 带 宽 链 路 ) 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 42 6.4 移 动 检 测 和 移 动 登 记n 移 动 节 点 有 两 种 方 法 可 以 确 定 它 已 从 一 条 链 路 移 动 到 了另 一 条 链 路 。 第 一 种 方 法 利 用 代 理 通 告 的 ICMP路 由 器 通告 部 分 的 生 命 期 域 。 该 域 告 诉 移 动 节 点 多 长 时 间 后 会 听到 来 自 同 一 代 理 的 另 一 个 通 告 。 如 果 一 个 移 动 节 点 向 一个 外 部 代 理 做 了 登 记 , 并 且 在 指 定 的 时 间 期 内 没 有 收 到该 代 理 的 通 告 , 那 么 移 动 节 点 就 可 以 认 为 它 自 己 已 经 移到 了 一 个 不 同 的 链 路 , 或 者 它 的 代 理 出 了 故 障 。 不 管 是什 么 情 况 , 该 移 动 节 点 都 应 该 向 下 一 个 它 从 其 接 收 代 理通 告 的 外 部 代 理 登 记 。 如 果 没 有 这 样 的 通 告 到 来 , 就 要发 送 一 个 代 理 征 求 报 文 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 43 6.4 移 动 检 测 和 移 动 登 记n 第 二 种 移 动 检 测 方 法 使 用 网 络 前 缀 。 我 们 假 定 移 动 节点 在 某 条 链 路 上 向 一 个 外 部 代 理 做 了 登 记 , 并 且 记 录了 从 其 发 现 外 部 代 理 的 代 理 通 告 报 文 。 现 在 我 们 假 定移 动 节 点 接 收 到 来 自 第 二 个 外 部 代 理 的 代 理 通 告 , 它的 通 告 有 一 个 不 同 的 IP源 地 址 。 因 为 在 同 一 条 链 路 上可 能 有 多 个 外 部 代 理 , 移 动 节 点 必 须 确 定 , 上 述 两 个不 同 的 报 文 是 在 同 一 条 链 路 上 接 收 到 的 , 还 是 在 不 同的 链 路 上 接 收 到 的 。 如 果 它 们 是 在 同 一 条 链 路 上 接 收到 的 , 那 么 移 动 节 点 用 不 着 向 新 的 外 部 代 理 做 登 记 。否 则 , 移 动 节 点 已 经 改 变 了 位 置 , 应 该 向 在 新 的 链 路上 的 一 个 外 部 代 理 登 记 。 2005年 12月 7日 授 课 教 师 : 鲁 士 文 ( CAS/ICT) 授 课 地 点 : 中 关 村 44 6.4 移 动 检
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