移动IPv6快速切换性能中基于分层移动的方案分析

宋俊珂

【摘要】本文通过对移动IPv6快速切换性能中基于分层移动的方案HMFH进行了分析，探讨了该方案的设计思路、结构层次、切换管理等，并通过性能分析，论证了这一技术在实践中的可行性和有效性。

【关键词】移动通信移动IPv6分层移动HMFH

随着网络技术研究的不断深入，无线网络技术也在不断成为，更多的用户希望Internet的接入方式能够支持移动接入。为了满足用户的这一要求，互联网任务组的工作人员在IPv6的技术上针对其快速切换性能进行了研究和改进，提出了一种新的网络层快速切换方案。

一、IPv6

IPv6是一种由互联网任务组研制出来的取代IPv4的下一代IP协议。比起IPv4，IPv6有更大的地址空间、使用更小的路由表、增加了增强的组播支持以及对流的控制，它还允许扩充、有更好的头部格式、新的选项和更高的安全性，其中加入的对自动配置（Auto Configuration）的支持还能够使网络的管理更加便捷。

IPv6不仅具有IPv4的人机对话功能，为人类服务，还能服务于硬件设备，如汽车、家用电器、传感器等，可以说，成熟的IPv6技术是真正能够无时不刻地深入到社会各个角落的宽带网，对互联网的持续和长久发展有着十分有利的作用。

但IPv6还只处在发展完善的过程中，对于移动IPv6技术还有一些问题正在解决中，而在这些问题中，由于基本的移动IPv6切换延迟太大，影响实时业务的效率，因而对快速切换性能是改善IPv6技术的关键问题之一。

二、基于分层移动的IPv6快速切换方案

网络层在进行切换的过程中，一般经过移动检测、新转交地址配置和绑定更新三个阶段，其理想的状态是在切换的时候能够同时具备切换的快速和平滑，实现无缝切换，这就要求系统具有最小的切换延时和最低的丢包率。

通常，网络层在进行切换的时候，会通过对接收到的路由器通过信息判断节点的链路切换，比起链路层，网络层的这种切换方式会带来比较大的切换延迟，不但无法满足一些时间性比较高的应用，还很容易造成较严重的丢包现象，影响切换的平滑。但节点的快速频繁移动又会产生大量的绑定更新信息，使网络负载严重，甚至可能破坏路由信息。因此在设计改善IPv6快速切换方案的时候需要综合考虑这两个问题。

1、方案设计思路

根据对IPv6网络层切换问题的分析，得出设计方案的主要思路是用微移动和链路层几结合来解决快速切换问题。在常规解决网络层切换问题时，主要有微移动和链路层出发两种思路。微移动是一种层次化的思想，它将网络层的移动分为域内移动和域间移动两个层进行管理，节点进行域内移动时至需要在移动区域内记录其位置信息即可，只有域间移动时，才需要绑定更新。

链路层触发是利用链路层的服务进行跨层设计，据此提出的FMIPv6方案是利用链路层触发，使网络层能快速检测到要进行的切换，且过程中节点仍在其原来的链路层上，这一方案能很好地解决切换的延迟和丢包，但是对路由效率并没有太大改善。基于两种方案的优缺点，设计人员提出了将两种思路结合在一起，以分层移动为主，结合链路层触发，设计出了基于分层移动的IPv6快速切换HMFH方案。

2、HMFH的结构层次

在HMFH中引入了一个新的实体DFA，也即是区域移动代理，它能在网络中任意层次的路由器上进行设置，代表了区域内所有的移动节点（MN）与家乡代理（HA）和通信对端（CN）通信，再通过隧道将分组在区域内路由到相应的移动节点。

在网络层进行移动切换时，移动节点在区域内的移动只需将自己的位置变化通知给DFA即可。域间的移动由于通过DFA得到了屏蔽，也不需要重新发送绑定信息，不但能降低切换延时和丢包，还能有效地降低控制消息的通信量，改善路由效率。

3、协议操作

HMFH协议从一定程度上来看，可以说是IPv6的一种拓展，它增加了一个新实体，并适当修改了移动节点和接入路由器（AR）的操作过程，并对新实体的选项包头和本地绑定更新消息进行了一个新的定义，对家乡代理和通信对端也不会造成影响。实际上，新实体DFA可以做是一个身处外地的家乡代理。

DFA通过隧道，将它接收的所有由它服务的MN数据包发到相应的LCoA上，并利用来自MN的本地绑定更新，建立MN和DCoA与LCoA的绑定关系，并将其存入绑定缓存，成功之后，再向MN发送一个绑定的确认消息。

MN利用路由器的发现过程接收AR的路由器广告消息，广告消息向MN提供AR的前缀和新实体DFA的至少一个本地地址，之后主动配置自己的LCoA并向选定的DFA发送绑定更新消息，将其与主动配置的DCoA绑定，进入DFA域。本地绑定在MN和DFA之间建立了一个双向的隧道，MN发送的数据包在DFA处解封之后，将内层的数据包发送出去。也就是说，MN的所有数据包都会经过隧道被DFA先接收，处理后再到达MN，这就很好地解决了丢包率的问题。

在协议中，接入路由器可以自成一个DFA，也可以属于一个DFA域，或者二者兼备，因此它既能对外广播自己的路由消息，还能接收DFA广播的路由广告消息，并对接收到的广告消息进行广播，如此一来，MN接收到的路由广告消息里就包含有了多个的DFA选项，通过对其设置优先级和距离向量之后，可以帮助MN选择最佳的DFA。

4、快速切换管理

HMFH协议的切换管理是以移动IP工作组提出的FMIPv6方案作为基础的。MN接收到链路层的出发后，会立即将路由请求代理器（RtSolPr）消息发送给它当前的接入路由器，再由接入路由器发送回一个路由广告消息PrRtAdv。协议对FMIPv6方案的PrRtAdv消息进行了扩展，增加了另一个接入路由器（AAR）的DFA选项，MN通过对AAR的DFA地址和当前DFA的地址的比较，判断出链路层的切换是在域内还是域外。

在AAR支持移动IP的情况下，MN利用DFA分别通过本地绑定更新和家乡绑定更新实现链路层的域内和域外的切换；如果APP不支持移动IP，可以先在AAR子网上的LCoA上配置MN，通过这个新的LCoA与当前的DFA进行本地绑定，建立起DFA和AAR之间的隧道，完成网络层的快速切换。

5、性能分析

通过对HMFH方案进行仿真实验后，实验结果与方案预想中的效果相差不大。对实验的结果进行分析，得出使用这一方案能使网络路由信息更加稳定，路由效率也得到了提高，且由于方案加入了一个新实体，很好地扩展了IPv6的性能，且由于MN的真正接入地址LCoA对外是不可见的，因而也具有更好的安全性和可靠性。

三、结语

基于分层移动的移动IPv6快速切换方案HMFH是采用了将微移动和链路层触发相结合的思路，利用链路层触发提前获知节点的移动，并用有限的计算进行网路层第三层切换，能很好地解决网络层切换的切换延迟和丢包问题，为移动IIPv6的无缝切换提供了新方法。但这一技术还并不完善，需要我们在实践的过程中对其进行不断的研究改进，使其发展的更为成熟，更好地解决移动IPv6的快速切换问题，从而为用户提供更好的网络服务。

参考文献

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