基于身份/位置分离的新型宽带移动IP网

张龙++杨林

摘 要：在当前的TCP/IP体系结构中，IP地址包含了身份和位置的双重含义，IP地址的双重含义将不利于支持当前网络的移动性，而且对当前网络核心路由器的扩展也带来了影响。基于此，提出一种新型宽带移动IP承载网，研究重点是基于用户身份和位置分离的宽带移动IP承载网络架构及其关键技术，以解决当前IP地址产生的移动性、路由可扩展性的问题。

关键词：移动互联网；宽带网；身份和位置分离；网络架构

中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）05-00-02

0 引 言

随着人们生活水平的提高，移动产品的使用量正在以指数形式不停增长，移动设备为用户带来了其自身固有的随身性、可鉴性、身份识别等独特优势。但是，由于当前的传统TCP/IP体系模型其自身是基于静态网络设计的，无法很好地兼容现有网络的移动性，而后续提出的一些相关解决方案也没有解决目前体系模型的根本问题。在目前的TCP/IP体系结构中，当前IP地址在语义上既包含了节点的身份位置，又包含了节点的网络位置，造成了IP地址语义过载。IP地址语义过载不但不利于支持当前网络的移动性，而且还会影响核心路由器的扩展。当前存在的这一系列问题都将不利于互联网的发展，也给人们对移动产品的使用带来了各种各样的问题。基于此，迫切需要一种新型技术以便能够很好地解决当前网络移动性、路由可扩展性等问题。本文基于以上问题提出了一种新型宽带移动IP承载网，其目的是研究基于用户身份和位置分离的宽带移动IP承载网络架构及其关键技术，以解决目前IP地址双重语义产生的移动性、路由可扩展性等问题。

1 国内外研究现状

当前身份标识与位置标识分离协议的研究主要分为两类：第一类方案是基于主机端来实现分离，这类方案通常采用的方式是“重写地址”；第二类方案是基于网络来实现分离，这类方案通常采用的方式是“映射&封装”。Hinden R.提出了一个新计划来解决路由和地址问题[1]。不更改主机，不改变大多数路由器，没有新的路由协议，没有新的互联网协议，减少路由器中路由表的大小，使用当前的互联网地址结构。

HIP协议[2]在终端主机的网络层和传输层中间添加了一个新命名的主机标识层即HIP层，而且引入了新的命名空间HI/HIT，其主要作用是标识出主机的身份，并通过引入RVS服务器，实现身份标识和位置标识之间的映射。

LISP协议[3]是通过路由器端来实现分离IP地址的身份标识和位置标识。LISP协议保持当前终端的主机和绝大部分路由器端各自的硬件框架和软件结构基本不变。终端的主机仍然使用现有IP地址来绑定应用程序，以此来进行连接和收发数据包，这些用来绑定上层应用程序的IP地址被命名为EID，路由器在转发数据包时还是根据当前IP地址的转发形式来进行转发。

中国联通研究院和北京邮电大学合作分析当前互联网存在的问题和未来网络应具备的特点，介绍国内外未来网络相关研究项目的进展情况，比较FIND、GENI、FIRE、AKARI、CNGI和高可信网络等国内外未来网络的研究项目，给出未来网络在虚拟化、移动性、网络安全等方面的重点研究建议[4]。

目前基于身份和位置分离思想的网络命名和寻址已经成为新型网络体系结构的一个重要研究方向。本文提出的新型宽带移动IP承载网研究基于用户身份和位置分离的宽带移动IP承载网络架构。

2 系统架构

新型移动宽带互联网是基于身份和位置分离构建的模型，该模型分为核心网层和接入网层。如图1所示，接入网位于核心网的边缘，接入网通过ASR（Access Server Router）连接核心网，ASR负责所有固定和移动节点的接入；核心网负责通过不同接入网接入的终端之间的互通路由，还负责新型移动互联网与传统互联网的互连工作；核心网与接入网在拓扑关系上无重叠。

每个用户终端配有一个全局唯一的用于标识主机身份的身份标识（Access Identifier，AID），以及分配一个用于标识当前网络拓扑位置的路由标识（Routing Identifier，RID）。AID关联用户的签约信息，由移动互联网运营商分配，AID配置到终端，并且在移动过程中保持不变；RID由终端当前连接的ASR负责分配，用以标识终端当前所连接的ASR。在移动过程中，若变更了ASR，则由新的ASR分配一个新的RID。

图1 基于身份位置分离原理的新型移动互联网网络模型

核心网划分为映射平面与广义转发平面两个逻辑层次：广义转发平面包括各种通用路由器，功能是根据目的端的RID进行路由和报文转发，与现有IP网的行为一致。映射平面主要包含身份位置寄存器（Identifier & Location Register，ILR），主要用于保存MN的AID—RID的映射信息。

AID格式采用IPv4/IPv6地址格式，但不是用来路由寻址，RID需要被CR（Common Router，通用路由器）用于IP路由寻址，所以RID是一个可路由的IPv4/IPv6地址，ISR（Interconnect Service Router，互联互通路由器）为基于身份位置分离原理的新型移动互联网与传统互联网互联互通的网关。

新型宽带移动IP承载网数据转发原理如图2所示。

图2 新型宽带移动IP承载网

3 技术创新

3.1 无锚点切入技术

移动终端原来在ASR1下访问新型宽带IP承载网业务服务器，然后终端从ASR1移动到ASR2，ASR1和ASR2之间进行切换，在切换完成以后，所有的数据都从ASR2走，移动终端与业务服务器之间的连接保持不变，业务不中断，当前移动互联网终端切换示意图如图3所示，移动终端切换过程中上下行数据锚点固定，造成严重的路径迂回。

图3 当前移动互联网切换场景

新型宽带移动IP承载网提出了创新性的移动性管理机制，解决移动锚点问题，实现无路由迂回网络。如图4所示，移动终端切换前后都通过当前的ASR进行数据转发，没有固定锚点。

图4 新型宽带移动IP承载网切换场景

3.2 高扩展性的映射转发平面

新型宽带移动IP承载网采用基于分布式哈希表的分布式映射数据库解决系统可扩展问题，特别是为提高查询效率，提出了创新的分域单跳DHT映射算法如图5所示。

图5 分域单跳DHT算法的分布式映射数据库图解

采用映射平面支持报文转发，解决ASR报文转发的性能问题。采用映射平面流量本地化技术解决大规模组网时跨地域报文高延时问题。

4 结 语

本文分析了当前网络在移动性和路由扩展性方面面临的一些问题，找出当前问题的根源——IP地址的双重性。通过阅读和参考相关文献，并分析了新型宽带移动IP承载网的体系结构和具体原理，提出了无锚点移动切入技术以解决当前网络移动性问题，采用基于分布式哈希表的分布式映射数据库解决系统可扩展问题。

参考文献

[1] Deering S， Hinden R. Internet Protocol， Version 6 （IPv6） Specification[J]. Ietf Rfc， 1995：1860–1864.

[2] Moskowitz R， Nikander P. Host Identity Protocol （HIP） Architecture[J]. Ietf Rfc， 2006.

[3] Lewis D， Meyer D， Farinacci D .Interworking between Locator/ID Separation Protocol （LISP） and Non-LISP Sites. RFC 6832， 2013.

[4]马少武， 詹念武， 王晓湘. 未来网络研究进展[J]. 信息通信技术， 2012（6）：81-87.