MIPv6基本原理与仿真

贾方

【摘要】 本文简述MIPv6（移动IPv6）的原理。在MIPv4基础上对MIPv6的原理进行了对比分析，并通过NS3仿真平台对基于RFC6275标准的开源协议UMIPv6进行了仿真，对比分析了其特点。

【关键词】 MIPv6 NS3 RFC6275

The Basic Principle and Simulation of MIPv6 Jia Fang ECAPF

Abstract This paper describes MIPv6 （Mobile IPv6） principle. And comparative analysis the principles ofMIPv6 based on MIPv4， then simulated RFC6275 which is a open source protocol by NS3， and comparative analysis of their characteristics.

Keywords Mobile IPv6（MIPv6） NS3 UMIPv6

一、引言

移动互联网时代，为更好支持互联网上的移动设备，IETF倡导开发了MIP（移动IP）技术[1]。MIP支持移动节点用在网络之间移动时可以进行无缝的网络切换。在2002年提交的RFC3220中，定义了IPv4对主机移动的支持。但MIPv4存在的一些问题诸如三角路由问题、部署问题、入口过滤问题、认证和授权等，最明显的一点即是地址空间数量有限，这样在移动节点数量巨大时，尤其当物联网广泛应用时，可能会产生地址难以分配的情况，从而降低了MIPv4的扩展性。鉴于移动IPv4的不足，移动IP工作组重点研究MIPv6技术[2]。

二、基本原理

2.1 MIPv6协议

MIPv6沿用了MIPv4中的一些基本概念，其基本原理是：1.移动节点获知当前网络的信息（主要是网络前缀）；2.如果移动节点判断自己当前处于家乡网络，那么不需要任何移动管理操作，正常通信；3.如果移动节点检测到已经漫游到外地网络，则建立L2连接，然后采用IPv6中的地址自动配置方法，或者直接由外地代理分配，得到该网络的IP地址，即转交地址；4.MN发送注册消息给家乡代理，建立该MN的家乡地址一转交地址关联；5.对于CN来说，MN的移动是透明的，它依旧发送MN家乡地址的数据包，这些数据包在MN家乡网络被隧道封装，外部目的地址设定为MN的转交地址，经双向隧道传输；6.获悉了MN转交地址的CN，可以直接利用IPv6中定义的第2类路由首部将数据分组发送到MN；7.反过来，MN发送数据包的时候，源地址为当前转交地址，这些数据包无需绕到家乡网络，而是直接发送到CN。

2.2 MIPv4和MIPv6比较

1.优化路由。当CN知道MN的当前转交地址，那么从CN发送给MN的数据分组就可以直接发送到MN的转交地址，当目的地址为任意lPv6地址时，CN首先检查缓存中的家乡地址一转交地址信息，如果匹配成功，那么CN将数据分组的首部换成新的IPv6首部，将其发送到相应的转交地址。通过以上方式，能够使MN和CN直接通信，免去了在家乡代理处的中转，这样一方面可以减少数据包经历的路径从而减少了发送的时间延迟，另一方面减轻了家乡代理的负担，较好地解决了MIPv4中出现的“三角路由”问题，这是MIPv6中较大的一处改进。

2.转交地址。MIPv4中地址空间的不够用，所以使用外地代理转交地址；但在MIPv6协议中，巨大的地址空间足够给每个MN在其接入到的每个外地网络中都分配到惟一的IP地址，所以可以取消外地代理。同时在MIPv6中，引进了“家乡地址选项”，这种机制能够让MN在发送多播数据包的时候使用家乡地址，同时也不会为多播路由寻址增加负担。

3.安全。网络在给人们带来巨大便利的同时，也潜藏着各式各样不可预知的安全隐患，移动IP的安全问题一直是学者们研究的热点。MIPv6协议吸收了IPv4协议中应用成效显著的IPSec协议，将其和IPv6协议结合起来，保护移动通信中信息传输的安全。

三、仿真分析

3.1仿真环境

这次仿真使用NS-3-DCE 来仿真UMIP6协议。DCE（直接执行代码）是NS-3的一个框架，它在NS-3下可执行用户空间和系统内核已存在的网络协议和实现应用，而无需更改源代码。UMIP是基于Linux的MIPv6和NEMO的开源实现，在GPLv2许可下发布。它支持以下IETF RFC：RFC6275（移动IPv6），RFC3963（NEMO），RFC3776并RFC4877（IPsec和IKEv2协议）。UMIP是基于最新的MIPv6标准编写的。网络情景设定为：MN为移动节点，AR1为接入路由器1，AR2为接入路由器2，HA为家乡代理，CN为与MN通信的通信对端。MN从AR1到AR2移动，并使用转交地址。

3.2结果分析

首先通过NS-3的网络仿真可视化模块PyViz来检查网络结构，观察各节点的通信情况和移动模型效果。仿真情况如图2，绿色部分表示通信状况。通过仿真网络的拓扑结构和节点的位置及移动都符合情景设置，节点间的通信情况也能够动态的观察。除此之外，仿真还产生了pcap文件。我们通过Wireshark软件对这些数据进行分析。

用Wireshark读取pcap记录文件，如图3所示，可以清楚的看到网络节点数据的发送时间，协议类型和源地址及目标地址，通过分析可以看出，在MIPv6协议下，进行L2切换时间约为200ms，进行L3切换时间约为3000ms，切换时间延迟减少，通信中的丢包率也会降低。同时解决了存在三角路由的问题，提高了效率。

参 考 文 献

[1]C. E. Perkins， Mobile networking through mobile IP [J]；IEEE Internet Computing， pp. 58-69， Jan/Feb， 1998.

[2]Rfc3775， C. Perkins， “Mobility Support in IPv6” [S]； June 2004.

[3]Rfc2460 Internet Protocol， Version 6 （IPv6） Specification，[S]； 1998

[4]Rfc4443/2463 Internet Control Message Protocol （ICMPv6），[S]； 1998

[5]Rfc2462/4862 IPv6 Stateless Address Autoconfiguration[S]； 2007

[6]Rfc2461/4861 Neighbor Discovery for IP Version 6[S]； 2007

[7]N. Montavont and T. Noel， “Handover Management for Mobile Nodes in IPv6 Networks，[J]； IEEE Comm.Mag.， Aug. 2002.

[8]蒋亮，郭建；下一代网络移动IPv6技术[M]；北京：机械工业出版社，2005年

[9]马严，赵晓宇；IPv4向IPv6过渡技术综述[J]；北京邮电大学学报；2002年04期