如果一台主机在网络中的连接点改变,但仍保留与链路层网络的连接,它的所有上层(例如 TCP)连接将会失效,这是因为它的IP地址必须改变,或路由不能将分组正确交付给(移动后的)主机。针对它的研究已开展多年,移动IP解决了这个问题。虽然有备种版本的移动IP一一针对IPv4的(称为MIPv4)和针对IPv6的,但我们更关注移动IPv6 (称为MIPv6),因为它更灵活和更容易解释。另外,它似乎更容易在快速增长的智能手机上应用。注意,我们不会全面讨论移动IPv6,它是非常复杂的,值得专门通过一本书来讨论。但是,我们将介绍它的基本概念和原则。

移动IP基于一台主机拥有一个“家乡”网络,但可以不时地访间其他网络的想法。当主机位于家乡内部时,普通转发基于算法。当主机离开家乡时,它保持平时在家乡使用的IP地址,但采用一些特殊的路由和转发手段,使主机可以在这个网络中与其他系统通信,就好像它仍连接在自已的家乡网络中那样。该方案依赖于一种特殊类型的路由器,它被称为“家乡代理”,用于为移动节点提供路由。MIPv6的复杂性主要涉及信令消息,以及如何保证它们的安全。这些消息使用各种形式的移动扩展头部(下一个头部字段值为135,通常直接称为移动头部),因此移动IP自身实际上是一种特殊的协议。 IANA维护备种头部类型注册信息(目前17被保留),以及很多与MIPv6相关的参数。我们将关注定义的基本信息。其他消息用于实现“快速切换”、改变家乡代理和实验目的。为了理解MIPv6,我们开始介绍IP移动的基本模型以及相关术语。

基本模型:双向隧道

移动IP支持节点改变自已的网络连接点,同时保持网络连接操作的能力

上图显示了MIPv6运行中涉及的实体。大部分术语也适用于MIPv4 。一台可能移动的主机称为移动节点(MN),与它通信的主机称为通信节点(CN)。MN被赋予一个由家乡网络的网络前缀获得的IP地址。这个地址称为家乡地址(HoA)。当它漫游到一个可访问的网络时,它被赋予了另一个地址,称为转交地址(CoA)。在基本模型中,当一个CN与一个MN通信时,该流量需要通过MN的家乡代理(HA)来路由o HA是一种特殊类型的路由器,它像其他重要系统(例如路由器和web服务器)一样部署在网络基础设施中oMN的HoA和CoA之间的关联称为MN绑定。

基本模型工作在一个MN的CN不便用MIPv6协议的情况下。在整个网络移动的情况下,这个模型用于支持网络移动(称为“NEMO”)。当MN (或移动网络的路由器)连接到网络中的一个新位置时,它接收自已的CoA,并向自已的HA发送一个绑定更新消息。这个HA使用一个绑定确认来响应。如果一切顺利,这个MN和CA之间的流量通过MN的HA来路由,并使用一种双向的IPv6分组隧道,称为双向隧道。这些消息通常使用IPsec的封装安全有效负栽(ESP)来保护。这样做可确保一个HA不会在接收到一个伪造的MN绑定更新时被欺骗。

路由优化

双向隧道使MIPv6工作在一种相对简单的方式下,并使用那些不被移动IP所感知的CN,但是路由效率可能非常差,特别是在MN与CN之间距离近,但与HA之间距离较远的情况下。为了改善MIPv6中可能出现的低效路由,可使用一种称为路由优化(RO)的方法,只要它被涉及的备个节点支持。正如我们所见,确保RO安全和可用的方法相当复杂。我们将描述它的基本操作。

在使用RO时涉及一个通信注册过程,一个MN将当前CoA通知相应CN,允许它们执行无须HA协助的路由o RO操作分为两部分‥ 一部分涉及注册绑定的建立和维护;另一部分涉及所有绑定建立后的数据报交换方法。为了与自已的CN建立一个绑定, MN必须向每个CN证明自已的真实身份。这通过一个返回路由程序(RRP)来完成。支持RRP的消息在MN和HA之间不使用在MN和CN之间工作的IPsec被认为并不可靠(IPv6需要IPsec支持,但不要求必须使用它)。虽然RRP不像IPsec那样强大,但是它更简单,并涵盖移动IP设计者关注的大多数安全威胁。

返回路由检查过程用于从MN向CN发送绑定更新,以确保路由的优化。

RRP使用以下这些移动消息,它们是IPv6移动扩展头部的子类型‥ 家乡测试初始化(HoTI)、家乡测试(HoT)、转交测试初始化(CoTI)和转交测试(CoT)。这些消息向CN验证一个特定MN的家乡地址(HoTI和HoT消息)和转交地址(CoTI和CoT消息)可到达。

为了理解RRP,我们来看一个简单例子:只有一个MN及其HA,以及一个CN,如上图所示。 MN开始向CN发送HoTI和CoTI消息。 HoTI消息在到达CN途中通过HA转发。 CN以某种顺序接收到这两种消息,并分别以HoT和CoT消息响应。 HoT消息经由HA发送到MN。这些消息中包含称为令牌的随机字符串, MN使用它形成一个加密密钥。随后,这个密钥被用于生成发送给CN的经过认证的绑定更新。如果成功的话,路由可优化,数据可以在MN与CN之间直接传输,如下图所示。

当MN与CN之间的绑定建立时,数据可以直接在它们之间传输

当一个绑定成功建立后,数据可直接在MN和CN之间流动,而无须使用效率低的双向隧道。对于从MN到CN的流量,可使用IPv6家乡地址目的地选项;对于相反方向的流量,可使用类型2的路由头部(RH2)。从MN到CN的分组中包括MN的CoA的源IP地址字段,从而避免入口过滤问题,它可能导致包含MN的HoA的源IP地址字段的分组被丢弃。由于包含在家乡地址选项中的MN的HoA不会被路由器处理,因此它可不经修改通过路由器到达CNo在返回的路径上,分组被发送到MN的CoAo在成功接收返回的分组后, MN处理扩展头部并用包含在RH2中的HoA替换目的IP地址。这个分组被交付给MN协议栈其余部分,因此应用程序“相信”自已正在使用的是MN的HoA,而不是用于建立连接和其他操作的CoA。

讨论

有很多关于移动IP的间题。它被设计为可处理某种类型的地址移动:一个节点的IP地址可能改变,同时底层的链路层或多或少保持连接。这种用法对于便携式计算机并不常见,它们在不同地点之间移动的过程中,通常会关机或进人休眠状态。在需要移动IP (特别是MIPv6)的使用模型中,更常见的设备是大量采用IP的智能手机。这些设备可能会运行有延时要求的实时应用(例如VoIP)。因此,为了减少执行绑定更新所需的时间,目前已有几种方法正在探索中。这些方法包括快速切换、一种称为分层MIPv6 ( )的MIPv6修改方案,以及MN所需的移动信号由代理执行的修改方案(称为代理MIPv6或 。