专利名称：一种移动ip的新结构模型及路由方法
技术领域：
本发明属于移动网络的路由方法，特别是一种移动IP的新结构模型 及^各由方法。
背景技术：
传统IP技术是针对固定节点之间的相互通信而言的，主机使用固定的IP地址和TCP端口号进^亍相互通信，通信期间它们的IP地址和TCP端 口号保持不变。而移动IP的基本问题是IP主机在通信期间可能需要在 网络上移动，它的IP地址也许经常会发生变化。由于Internet寻址依赖 于网络前缀路由，当节点从一条链路切换到另一条链路上时，它的IP地址 的网络前缀部分就不再与新链路的网络前缀相同了。这样，固定网络中 的网络前缀路由技术就没有办法将数据包发送到节点的新位置上，数据 通信就会中断。为了实现移动IP, IETF于2004年6月正式推出了 RFC3775和RFC3776,它们定义了移动IPv6 (MIPv6, Mobi le IP version 6)及其安全性方面的要求，2005年推出了 RFC4140,它定义了 HMIP的 方案。移动IPv6的逻辑结构图如图1所示。在Mobile IP中的通信模型中，存在下面四个关键实体移动节点 (MN), 归属代理(HA)和外区代理(FA)，对端节点(CN )。移动节点即使 用Mobile IP进行通信的终端，它具有唯一的归属地址。归属地址所属 的子网称为该移动节点的归属网络，这个归属网络的边界路由器就是归 属代理。当移动节点移动到另一个子网时，这个子网就是外区网络，其 边界路由器称为外区代理。当移动节点移动到外区网络时，它将通过代理发现机制找到当地的外区代理，并从外区代理获得一个临时的转交地 址。归属代理维护一张归属地址和转交地址的映射表，移动节点获得转 交地址后，归属代理将更新映射表中的相应条目。此后，归属代理利用 转交地址使用隧道技术把数据转发给外区代理，外区代理进行转交地址 和归属地址的转换，将最初的数据包发送给移动节点。当丽从一个子网移到另 一个子网时就得釆用新子网的IP,从旧IP到 新IP的获得及能够正常工作为止需要一个过程，这个过程就是切换过程。移动IPv6协议中没有说明如何优化移动节点在切换过程中的性能，但如何确保移动节点在切换过程中保持流畅、连续的通信是非常重要的。切换性能主要的衡量标准是切换延迟，切换延迟指應从PAR收到最后一个 数据包到顧从NAR收到第 一个数据包的过程所需要的时间。造成延迟的 因素按照时间先后，可分为三部分① 切换顺序延迟由网络切换的固有顺序引起的，必须先发生二层 切换(Layer 2 Handover,又称链路层切换)，再发生三层切换(Layer 3 Handover,又称网《各层切^灸)。② 接入发现延迟由移动节点的移动检测过程緩慢而引起的，这主 要是因为路由广播频率太低。为此，MIPv6中修改了路由广播间隔最小默 认值，从RFC2461中3秒调整为现在的0. 03秒。③ 绑定更新延迟指发送与确认绑定更新过程的延迟。这和互联网 上的延迟，HA与MN的距离，CN和MN的距离有关。为了实现快速切换，互联网工程攻坚组织主要从减小切换顺序延迟和绑 定更新延迟入手，才是出了层次化移动IPv6(HMIPv6, Hierarchical Mobile IPv6 )。解决方案，该方案引入了移动锚点(MAP, Mobility Anchor Point)这个新的实体，将切换过程的影响控制在子网范围内，既减小了地址绑 定更新过程的延时，又减小了信令消耗。其逻辑结构图如图2所示。当MN从PARI处移动到PAR2处的时候，为微观移动，由MAP充当本地的家 乡代理，此时绑定更新过程只需要在PAR1、 PAR2、 MAP、 MN之间进行， 并且绑定更新过程完全对HA和CN透明；而当MN继续从PAR2移动到NAR 管辖范围内的时，为宏观移动，此时绑定更新过程和移动IPv6—样，需 要HA、 CN的参与。快速切换移动IPv6 (FMIPv6, Mobile IPv6 with Fast Handover )。 其逻辑结构图和图2 —样。在丽进行链路层切换(从当前的AP2接入NAP) 时，在绑定更新完成前，在MAP和新MAP即NAR之间建立隧道，此时MAP 会把数据包传纟会NAR, NAR再通过NAP转给MN，这时即〗吏绑定更新没有完 成，MN的通信仍然不会中断，/人而减少了标准MIPv6和HMIPv6的切换 延时延。在画IPv6和FMIPv6的基础上，许多研究者还提出了进一步的改进 策略，将HMIPv6与FMIPv6结合，提出F随Pv6的改进方案；在FHMIPv6 协议中，在MAP域间为快速切换建立隧道。切换期间发自CN的数据包被 MAP经隧道传送到NAR (即新MAP)，协议纟喿作过程和FMIPv6基本类似， 而只是通过MAP来取代了 NAR进4亍操作。移动IP将是3G , 4G, WIMAX等下一代网络的关4建技术，但是当前 的移动IP研究滞后，主要表现在IETF的标准移动IP性能无法满足现实 需求，不能满足实际应用。而目前提出的改进方案也只是停留在低性能 的应用上，没有结合实际工程经验来设计移动IP网络，有一定的理论研 究价值，但无法满足实际应用需求。发明内容本发明的目的是提供一种优化标准移动IP及目前其它改进方案，使 移动IP趋近于满足实际应用的移动IP的新结构模型及路由方法。为了实现上述目的，本发明采用与RFC4140标准文档观点对比的方 式提出，其网络结构模型为1、在RFC4140中，整个MAP域由交换机组成，MAP为三层交换机， MAP也是交换机，MAP除了担负繁重的广域网路由外，还要处理RCOA和 LCOA的映射，隧道数据的封包解包。2、 在该结构中，丟掉了 LCOA,采用MNHA和RCOAl, RC0A2…绑定， MNHA和RC0A3， RC0A3和RC0A4， RC0A5…绑定的方案，而且绑定的映射将 通过MAP三层交换机来实现，实现一次路由，多次交换。3、 在该结构中，在MN的家乡代理里面绑定的是MNHA和MN每一次 宏切换时的RCOA，而在微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需在MAP 上进行RC0A3和新获得的RCOA绑定。4、 在该结构中，路由解决方案是丽进行HA的绑定更新时，附带一 个网络前缀位差，MN的网络位减去这个位差就是MAP的网络前缀位数。本发明在上述网络结构模型下实现路由的方法是 第一步MN最开始在家乡MAPI域内移动时① 当在MN的注册地址子网内移动时，无需作任何更改，设定應 的家乡地址为MNHA;② 当MN离开丽HA的子网时，将会获得RC0A1，此时应该在MAP1上 进行MNHA和RC0A1的绑定；③ 当MN离开RC0A1的子网时，将会获得RC0A2，此时在MAPl上进74亍MNHA和RCOA2的绑定；第二步MN离开家乡MAPI域时① MN脱离家乡MAP1域，第一次移动进入MAP2的一个子网，获得 RC0A3,此时发出绑定更新到HA和CN,进行MNHA和RC0A3的绑定；② 在MAP2内进入另 一子网，获得RC0A4,此时发出绑定更新到MAP2, 进行RC0A3和RC0A4的绑定。本发明与当前主流的FHMIP方案相比，其优越性表现在 1、锚点由三层交换机担当，网络拓朴和现行网络拓朴一致，减轻了 核心路由器的负担，而在运营商的某一个域内，三层交换机采用一次路 由，多次交换的方案会极大提高网络带宽；2、采用发送网络位差的方法 来定位MAP，直接解决寻址MN的问题，不再使用传统的多级RCoA, LCoA 路由方案，避免了 RCOA地址的浪费，配合三层交换机类似VLAN间路由， 此方案高效简单，更加满足实际应用需求。本发明主要针对IETF的标准移动IP切换性能无法满足实际应用的 问题，提出了一种全新的移动IP实现拓朴及路由机制。将现行的三层网 络结构模型首次引入到了移动IP网络，减轻了广域网路由器的负担，显著提高MAP域内的带宽。同时，通过在绑定更新时发送网络位差的方法 来定位MAP,节省了大量的IP地址。
图l为现有MIPv6基本架构图。图2为现有HMIPv6基本架构图。图3为本发明网络结构模型图。图4为本发明路由方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。本发明结合自己多年的网络设计经验和网络协议研究，提出了一种全新的移动IP实现拓朴及路由机制，改进了 IETF的标准移动IP及目前其它改进方案。技术方案流程如下1:采用三层交换机替换标准移动IP中定义的路由器MAP。2: MN在发送绑定更新时，附加发送一个网络位差异(NBD)参数。3:数据包路由时，MAP网络号为MN网络位减去NBD。4:采用新的3各由才几制实现数据包从MAP到MN转发。本发明采用与RFC4140标准文档观点对比的方式提出，其网络结构模型为1、在RFC4140中，整个MAP域由路由器组成，MAP也是路由器，MAP 除了担负繁重的广域网路由外，还要处理RCOA和LCOA的映射，隧道数 据的封包解包。事实上本发明可以把整个MAP域看成是一个局域网，假 如局域网的通信采用路由器来实现的话，那么带宽大打折扣。在此，本 发明采用当代现行的网络结构模型，采用核心交换机来担当MAP, MAP外 的路由由广域网路由器按传统方式完成，无需任何改动，而MAP只负责 转交地址间的映射，隧道数据的封包解包。MAP点下可采用三层交换机或 二层交换机都可以。这样可以显著提高MAP域带宽，这一点从传统的以 太网到今天现实中的三层网络模型已经得到证实。2、在RFC414Q中，RCOA是和LCOA绑定的，在RCOA到LCOA的映射 过程中，将通过路由器来寻址，受路由器转发性能影响，转发过程緩慢。 在此，本发明丢掉了 LCOA，采用的是MNHA(移动主机家乡地址)和RC0A1,RC0A2…绑定，MNHA和RCOA3,RCOA3和RCOA4,RCOA5…绑定的方案,而且 绑定的映射将通过MAP三层交换机来实现，类似如三层网绍4莫型中的VLAN 路由， 一次路由，多次交换，显著提高MAP点域带宽。3、 在RFC4140的方案中，每一个丽都有一个RCOA与LCOA与之对 应，^i殳有一万个MN,那么将要浪费一万个RCOA地址，而本发明的方案 是在匪的家乡代理里面绑定的是MNHA和MN每一次宏切换时的RC0A, 如RC0A3。而在微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需在MAP上(如 MAP2)进行RC0A3和新获得的RCOA(如RC0A4 )绑定，相当于只用了 RFC4140 中的LCOA,所以此方案节省了大量的IP。4、 在RFC4140里，对每个节点来说RCOA是一定的，所以发往MN的 数据包很容易路由到MAP。本发明的路由解决方案是顧进行HA的绑定更 新时，附带一个网络前缀位差，MN的网络位减去这个位差就是MAP的网 络前缀位数。这样数据包在前往薩的过程中， 一旦到了此网络前缀号路 由器，可以把下一跳作为MAP,此MAP即为三层交换机。可见一个MAP负 责多少个子网，或说多大的网络规模，本发明是可以通过网络位差来控 制的。本发明实现^^由的方法是匪最开始在家乡MAP1域内移动时① 当在MN的注册地址子网内移动时，无需作任何更改，4艮i殳匪 的家乡地址为MNHA (即MN的注册地址)；② 当MN离开MNHA的子网时，将会获得RC0A1，此时应该在MAPI上 进行MNHA和RC0A1的绑定；③ 当匪离开RC0A1的子网时，将会获得RC0A2，此时在MAPI上进行MNHA和RC0A2的绑定； MN离开家乡MAPI域时① 匪脱离家乡MAP1域，第一次移动进入MAP2的一个子网，获得 RC0A3，此时发出绑定更新到HA(即MAP1)和CN，进行丽HA和RC0A3的绑定；② 在MAP2内进入另 一子网，获得RC0A4,此时发出绑定更新到MAP2， 进行RC0A3和RC0A4的绑定。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现 有技术。
权利要求
1、一种移动IP的新结构模型，采用与RFC4140标准文档观点对比的方式提出，其网络结构模型为A、在RFC4140中，整个MAP域由交换机组成，MAP为三层交换机，MAP也是交换机，MAP除了担负繁重的广域网路由外，还要处理RCOA和LCOA的映射，隧道数据的封包解包；B、在该结构中，丢掉了LCOA，采用MNHA和RCOA1，RCOA2...绑定，MNHA和RCOA3，RCOA3和RCOA4，RCOA5...绑定的方案，而且绑定的映射将通过MAP三层交换机来实现，实现一次路由，多次交换；C、在该结构中，在MN的家乡代理里面绑定的是MNHA和MN每一次宏切换时的RCOA，而在微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需在MAP上进行RCOA3和新获得的RCOA绑定；D、在该结构中，路由解决方案是MN进行HA的绑定更新时，附带一个网络前缀位差，MN的网络位减去这个位差就是MAP的网络前缀位数。
2、 如权利要求1所述的移动IP的新结构模型，其实现路由的方法疋.第一步MN最开始在家乡MAPI域内移动时① 当在MN的注册地址子网内移动时，无需作任何更改，设定丽 的家乡地址为MNHA;② 当MN离开丽HA的子网时，将会获得RC0A1,此时应该在MAP1上 进行MNHA和RC0A1的绑定；③ 当MN离开RC0A1的子网时，将会获得RC0A2，此时在MAP1上进 行MNHA和RC0A2的绑定；第二步MN离开家乡MAPI域时① MN脱离家乡MAP1域，第一次移动进入MAP2的一个子网，获得 RC0A3,此时发出绑定更新到HA(即MAP1)和CN,进行MNHA和RC0A3的绑定；② 在MAP2内进入另 一子网，获得RC0A4,此时发出绑定更新到MAP2, 进^f亍RC0A3和RC0A4的绑定。
全文摘要
本发明涉及一种移动IP的新结构模型及路由方法，采用与RFC4140标准文档观点对比的方式提出，其网络结构模型为整个MAP域由交换机组成，MAP也是交换机；丢掉了LCOA，采用MNHA和RCOA1，RCOA2…绑定，MNHA和RCOA3，RCOA3和RCOA4，RCOA5…绑定的方案，而且绑定的映射将通过MAP三层交换机来实现；在MN的家乡代理里面绑定的是MNHA和MN每一次宏切换时的RCOA，而在微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需在MAP上进行RCOA3和新获得的RCOA绑定；路由解决方案是MN进行HA的绑定更新时，附带一个网络前缀位差，MN的网络位减去这个位差就是MAP的网络前缀位数。本发明将现行的三层网络结构模型引入到了移动IP网络，显著提高MAP域内的带宽，节省了大量的IP地址。
文档编号H04L12/28GK101330460SQ20081004769
公开日2008年12月24日 申请日期2008年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者李腊元, 王跃峰, 蔡英华, 袁俊春, 琳 郭 申请人:武汉理工大学