對于互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的相互融合形式，我們的很多理念都發(fā)生了變化。隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)迎來他的IPv6時代，通信網(wǎng)絡(luò)方面的協(xié)議也將隨之改變。那么，針對這個背景，我們提出了移動IPv6協(xié)議。在移動IP中實(shí)現(xiàn)QoS要比在固定IP網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜的多｡區(qū)分服務(wù)用于移動IP中存在以下問題:

◆區(qū)分服務(wù)比較適用于設(shè)計(jì)周全､帶寬合理分配的網(wǎng)絡(luò),支持移動環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)由于其網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)隨時移動,因而其業(yè)務(wù)量模型比較復(fù)雜｡

◆在區(qū)分服務(wù)中,不同QoS區(qū)域(如不同的ISP提供的網(wǎng)絡(luò))的業(yè)務(wù)等級協(xié)商(SLA)常常是靜態(tài)的,移動IP的高動態(tài)環(huán)境與區(qū)分服務(wù)的靜態(tài)帶寬分配是相矛盾的,因此為了MN的動態(tài)帶寬分配需要,必須支持動態(tài)的業(yè)務(wù)等級協(xié)商｡

◆在不同QoS區(qū)域的入口處,網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器要對分組流進(jìn)行識別,傳統(tǒng)分組流可以通過分組頭標(biāo)上的五元組(源/目的IP地址､協(xié)議類型､源/目的端口號)來識別｡而移動IPv6中的分組的源IP地址(MN發(fā)送的分組)或目的IP地址(MN接收的分組)是MN的轉(zhuǎn)交地址,該地址是隨著節(jié)點(diǎn)的移動作動態(tài)的變化｡

為了在移動IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)區(qū)分服務(wù),應(yīng)精細(xì)設(shè)計(jì)提供移動服務(wù)的網(wǎng)絡(luò),動態(tài)預(yù)測移動節(jié)點(diǎn)對帶寬的需求和接入的MN數(shù),或采用資源預(yù)留等信令機(jī)制,更準(zhǔn)確地預(yù)測滿足移動節(jié)點(diǎn)QoS所需的帶寬｡區(qū)分服務(wù)可以選擇RSVP作為信令協(xié)議,區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器分析RSVP報(bào)文,根據(jù)RSVP信息修改區(qū)分服務(wù)配置參數(shù)｡但現(xiàn)有的資源預(yù)留協(xié)議的設(shè)計(jì)著眼于由靜止主機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),為了支持移動環(huán)境的資源預(yù)留,還應(yīng)對RSVP協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展和修改,使其支持MN的資源預(yù)留｡另一種方法是定義特別的IPv6擴(kuò)展頭標(biāo)作為資源預(yù)留信令,這樣可在一個分組中綜合QoS信息､地址綁定信息和IPv6數(shù)據(jù)分組,節(jié)約信令開銷｡對移動IPv6節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組中可根據(jù)其本地地址和流標(biāo)記來識別一個數(shù)據(jù)流,但需要各邊緣路由器支持移動IPv6的本地地址信宿選項(xiàng)｡

另外,MN在越區(qū)切換時引入的分組傳輸延時和分組丟失也是移動IP急需解決的問題,這個問題不解決,移動Internet的QoS保證就無從談起｡

移動IPv6協(xié)議的安全問題

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上添加新的功能時,通常會引入新的安全隱患｡對移動IPv6來說,由于節(jié)點(diǎn)的移動需要經(jīng)常向MN的本地代理和CN發(fā)送綁定更新報(bào)文,這一特征引入了諸多的安全問題｡其中最危險(xiǎn)的潛在威脅是綁定更新報(bào)文具有對分組的重定向功能,攻擊者通過冒充MN向CN發(fā)送綁定更新報(bào)文,就可以將發(fā)往MN的分組重定向到攻擊者指定的地點(diǎn)｡其次是DOS(Denial Of Service)攻擊,攻擊者能夠阻塞未受保護(hù)鏈路上的所有業(yè)務(wù)量,也能夠阻止MN與其他節(jié)點(diǎn)的通信｡克服這些威脅的手段是MN與本地代理和CN之間進(jìn)行身份認(rèn)證,MN與接入路由器(或外地代理)之間也需要認(rèn)證｡

移動IPv6規(guī)定了IPSec作為MN的綁定更新報(bào)文的安全保護(hù),但在利用IPSec通信之前收發(fā)雙方需要事先建立安全關(guān)聯(lián),即決定采用哪種認(rèn)證､加密算法｡一般認(rèn)為,MN與其本地代理很容易建立安全關(guān)聯(lián),但大多數(shù)情況下,MN與CN不存在安全關(guān)聯(lián)或其他安全關(guān)系｡移動通信中的無線接入特點(diǎn),也使得移動用戶的通信內(nèi)容更易受到非法竊聽和篡改,用戶數(shù)據(jù)的安全可采用IPSec或上層安全協(xié)議加以保護(hù)｡另外,防火墻也需要支持移動IPv6協(xié)議,因?yàn)橐苿覫Pv6節(jié)點(diǎn)發(fā)出的分組的源地址是MN的轉(zhuǎn)交地址,它隨著節(jié)點(diǎn)的移動而變化,防火墻如果不能識別它就不能實(shí)現(xiàn)正常的分組過濾｡

移動IP業(yè)務(wù)的使用需要Internet提供支持移動IP的AAA服務(wù),即移動用戶的認(rèn)證､授權(quán)和計(jì)費(fèi)服務(wù)｡當(dāng)MN移動到外地網(wǎng)絡(luò)時,MN需要對外地代理或接入設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證,以確定對方的有效性,外地代理也需要對MN進(jìn)行身份認(rèn)證,以防止其非法攻擊｡授權(quán)和計(jì)費(fèi)主要涉及MN在外地網(wǎng)絡(luò)上的資源的使用權(quán)和使用情況｡目前IETF已出臺協(xié)議草案來支持移動IP的AAA服務(wù)(RFC 2977和draft-ietf-aaa-diameter-mobileip-08.txt)｡

移動節(jié)點(diǎn)的越區(qū)切換

MN在越區(qū)切換時,首先需要無線鏈路的切換,如果新舊鏈路不在同一個IP子網(wǎng)內(nèi),還要進(jìn)行IP子網(wǎng)切換｡即使采用了路由優(yōu)化技術(shù),在無線鏈路切換和子網(wǎng)切換過程中的分組延時還相當(dāng)可觀的,而延時的主要部分是由鏈路切換完成后的端到端的移動IP注冊操作引起的｡在切換過程中,發(fā)給MN的分組可能被丟失｡因此快速切換方案將有利于改善分組數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量｡

在下一代無線通信系統(tǒng)中,出于對節(jié)約信道等方面的考慮,小蜂窩(micro-cell 和 pico-cell)的架構(gòu)將會獲得越來越多的使用,這樣將會導(dǎo)致鏈路的頻繁切換｡鏈路切換常由第二層協(xié)議或硬切換完成,而跨越IP子網(wǎng)的切換需要第三層協(xié)議或軟切換完成｡根據(jù)切換時采的方法,切換可分為快速切換､平滑切換和無縫切換三種類型｡快速切換即低延時切換,它常采用蜂窩組播的方式,以帶寬為代價(jià)降低MN在越區(qū)切換時分組的延時;平滑切換即低丟失率切換,它采用緩存的方式降低MN在越區(qū)切換時的分組丟失;無縫切換既要降低分組的丟失率,又要降低分組的延時｡#p#

蜂窩IP將蜂窩系統(tǒng)的快速移動通信以及平滑的鏈路切換特性引入到Interne｡為了解決鏈路切換時可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)丟失問題,蜂窩移動IPv6協(xié)議中提出了外地本地代理(FHA)和蜂窩組播(CM)的機(jī)制｡外地本地代理是位于外地網(wǎng)絡(luò)的主機(jī),它用來轉(zhuǎn)發(fā)尋址到MN的分組｡在地本地代理中設(shè)有MN的緩存列表,用來記錄其所管理區(qū)域內(nèi)的所有MN｡由于MN蹬轉(zhuǎn)交地址可以通過網(wǎng)絡(luò)前綴加上其MAC地址來自動配置,當(dāng)尋址到MN的分組到達(dá)外地本地代理時,通過查詢外地本地代理的MN緩存列表,蜂窩組播采用向該區(qū)域內(nèi)具有相同MAC地址的轉(zhuǎn)交地址進(jìn)行組播的方式,來保證MN在該區(qū)域的任何一個子網(wǎng)上都能收到數(shù)據(jù)｡因此蜂窩組播機(jī)制是通過占用帶寬來降低分組丟失的｡當(dāng)移動用戶較多時,這種方法將會占用過多的帶寬資源｡

2001年7月出臺的IETF草案“移動IPv6的快速切換"提出了增強(qiáng)移動IPv6節(jié)點(diǎn)在Internet上快速改變接入點(diǎn)能力的方案,以降低越區(qū)切換時的分組延時和丟失率｡在該草案中,MN在將要移往新的鏈路之前,先啟動一個切換規(guī)程,預(yù)先獲取新鏈路上的轉(zhuǎn)交地址｡切換規(guī)程通過在新老接入路由器之間以及接入路由器與MN之間交換新增的報(bào)文來實(shí)現(xiàn)的｡這種方法需要MN預(yù)先知道自己即將移動到新的鏈路,因此需要第二層的支持｡

目前,研究移動IP快速切換的文獻(xiàn)很多,其基本思路有三種:分組緩存､組播和基于第二移動觸發(fā)的預(yù)先切換,這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)｡另外,移動IP的資源預(yù)留､MN注冊過程中的認(rèn)證以及移動IPv6頭標(biāo)壓縮的同步規(guī)程都將在MN的切換過程中引入延時,因此移動IP的越區(qū)切換需要更好的有效方法｡

移動IPv6協(xié)議的頭標(biāo)壓縮

在移動IPv6草案中規(guī)定,MN向CN發(fā)送分組時,IPv6分組頭中的源地址為MN的轉(zhuǎn)交地址,為了在分組中包含唯一標(biāo)識MN的本地地址,MN發(fā)送的分組必須包含本地地址選項(xiàng)｡而CN發(fā)給MN的分組則采用尋路頭標(biāo)的方式,即分組的目的地址為MN的轉(zhuǎn)交地址,尋路頭標(biāo)中含有MN的本地地址｡

由于無線鏈路傳輸速率較低､誤碼率較高的特性,在無線網(wǎng)絡(luò)上傳輸IP分組的主要問題就是頭標(biāo)的開銷過大｡例如,一幀音頻數(shù)據(jù)凈荷通常只有15~32字節(jié),而在移動IPv6環(huán)境中傳輸該數(shù)據(jù)需要40字節(jié)的IPv6頭標(biāo),20字節(jié)的信宿選項(xiàng)頭標(biāo)或24字節(jié)的尋路頭標(biāo),8字節(jié)的傳輸層UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)頭標(biāo)和12字節(jié)的RTP(實(shí)時傳輸協(xié)議)頭標(biāo)｡總共的頭標(biāo)開銷是80(或84)字節(jié),如果通信對端也是MN,那么分組的IP/UDP/RTP加在一起的頭標(biāo)開銷有104字節(jié)｡這不僅浪費(fèi)帶寬,同時還使分組因出錯而被丟棄的概率增大｡

事實(shí)上,在傳輸過程中,同一個數(shù)據(jù)流的分組的IPv6頭標(biāo)有很多域是相同的,例如,版本､流標(biāo)記､下一個頭標(biāo)以及源地址､目的地址在一個小區(qū)內(nèi)都是不變的｡動態(tài)變化的部分只有業(yè)務(wù)量等級､中繼點(diǎn)限制｡此外,信宿選項(xiàng)頭標(biāo)和尋路頭標(biāo)中每個域都是靜態(tài)不變的｡因此,如果在無線鏈路上僅僅在數(shù)據(jù)流開始時發(fā)送完整的IP分組及相應(yīng)的選項(xiàng)頭標(biāo),后續(xù)的IP分組的頭標(biāo)域只傳輸變化的部分和相對于同一個流的關(guān)聯(lián)識別符,就可以更加有效地利用帶寬｡但由于用戶在不斷地移動中,因此,有效的頭標(biāo)壓縮算法和數(shù)據(jù)流壓縮同步規(guī)程是該研究課題的關(guān)鍵所在｡

移動Internet是移動通信與Internet技術(shù)的融合,它具有誘人的應(yīng)用前景｡移動IPv6協(xié)議為新一代Internet的無線用戶提供了移動支持,但在移動越區(qū)切換､QoS､安全等方面仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要｡目前,許多研究機(jī)構(gòu)(包括移動通信的著名廠商諾基亞､愛立信等)都在研究這些關(guān)鍵技術(shù),相信不久的將來,移動業(yè)務(wù)將開創(chuàng)Internet發(fā)展的新紀(jì)元｡