CN101330460B - 一种移动ip的新结构网络及地址绑定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动IP的新结构网络及地址绑定方法，采用与RFC4140标准文档观点对比的方式提出，其网络结构为：整个MAP域由交换机组成；丢掉了LCOA，采用MNHA和RCOA1、RCOA2绑定，MNHA和RCOA3、RCOA3和RCOA4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的家乡代理里绑定MNHA和MN每一次宏切换时获得的RCOA，而在宏切换后的微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需在宏切换后所在的MAP上进行宏切换时得到的RCOA和新获得的RCOA的绑定；路由解决方案是MN进行HA的绑定更新时，附带发送一个网络前缀位差，MN的网络位减去所述位差就是MAP的网络前缀位数。本发明将三层网络结构引入到了移动IP网络，显著提高MAP域内的带宽，节省了大量的IP地址。

Description

一种移动IP的新结构网络及地址绑定方法

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的新结构网络及地址绑定方法。

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端口号进行相互通信，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，Mobile IP version6)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MN从一个子网移到另一个子网时就得采用新子网的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MN从PAR收到最后一个数据包到MN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 2Handover，又称链路层切换)，再发生三层切换(Layer 3Handover，又称网络层切换)。

②接入发现延迟：由移动节点的移动检测过程缓慢而引起的，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，提出了层次化移动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PAR1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IPv6一样，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2一样。在MN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会把数据包传给NAR，NAR再通过NAP转给MN，这时即使绑定更新没有完成，MN的通信仍然不会中断，从而减少了标准MIPv6和HMIPv6的切换延时延。

在HMIPv6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FHMIPv6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)，协议操作过程和FMIPv6基本类似，而只是通过MAP来取代了NAR进行操作。

移动IP将是3G，4G，WIMAX等下一代网络的关键技术，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的新结构网络及地址绑定方法。

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，其网络结构为：

1、整个MAP域由交换机组成，MAP为三层交换机，MAP外的路由由广域网路由器按传统方式完成，而MAP负责转交地址间的映射，隧道数据的封包解包。

2、在该结构中，丢掉了LCOA，采用微切换时MNHA分别和RCOA1、RCOA2绑定，宏切换后MNHA和RCOA3、RCOA3和RCOA4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的家乡代理里绑定MNHA和MN每一次宏切换时获得的RCOA，而宏切换后的在微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需宏切换后所在的MAP上进行宏切换时得到的RCOA和新获得的RCOA的绑定。

4、在该结构中，路由解决方案是MN进行HA的绑定更新时，附带发送一个网络前缀位差，MN的网络位减去所述位差就是MAP的网络前缀位数。

本发明在上述网络结构下实现地址绑定的方法是：

第一步：MAP1充当移动节点MN的家乡代理HA，MN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，设定MN的家乡地址为MNHA；

②：当MN离开MNHA的子网时，将会获得RCOA1，此时应该在MAP1上进行MNHA和RCOA1的绑定；

③：当MN离开RCOA1的子网时，将会获得RCOA2，此时在MAP1上进行MNHA和RCOA2的绑定；

第二步：MN离开家乡MAP1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RCOA3，此时发出绑定更新到MAP1和对端节点CN，进行MNHA和RCOA3的绑定；

②：当在MAP2域内进入另一子网时，获得RCOA4，此时发出绑定更新到MAP2，进行RCOA3和RCOA4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，网络拓扑和现行网络拓扑一致，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实现拓扑及路由机制。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。

附图说明

图1为现有MIPv6基本架构图。

图2为现有HMIPv6基本架构图。

图3为本发明网络结构图。

图4为本发明地址绑定方法流程图。

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实现拓扑及路由机制，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：采用新的路由机制实现数据包从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，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结构已经得到证实。

2、在RFC4140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，转发过程缓慢。在此，本发明丢掉了LCOA，采用的是MNHA(移动主机家乡地址)和RCOA1，RCOA2...绑定，MNHA和RCOA3，RCOA3和RCOA4，RCOA4和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，类似如三层网络结构中的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MN都有一个RCOA与LCOA与之对应，假设有一万个MN，那么将要浪费一万个RCOA地址，而本发明的方案是：在MN的家乡代理里面绑定的是MNHA和MN每一次宏切换时的RCOA，如RCOA3。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RCOA3和新获得的RCOA(如RCOA4)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。这样数据包在前往MN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。

本发明实现地址绑定的方法是：

MN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，假设MN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RCOA1，此时应该在MAP1上进行MNHA和RCOA1的绑定；

③：当MN离开RCOA1的子网时，将会获得RCOA2，此时在MAP1上进行MNHA和RCOA2的绑定；

MN离开家乡MAP1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RCOA3，此时发出绑定更新到HA(即MAP1)和CN，进行MNHA和RCOA3的绑定；

②：在MAP2内进入另一子网，获得RCOA4，此时发出绑定更新到MAP2，进行RCOA3和RCOA4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。

Claims (2)

1.一种移动IP的新结构网络，采用与RFC4140标准文档观点对比的方式提出，其网络结构为：

A、整个移动锚点MAP域由交换机组成，MAP为三层交换机，MAP外的路由由广域网路由器按传统方式完成，而MAP负责转交地址间的映射，隧道数据的封包解包；

B、在该结构中，丢掉了LCOA，采用微切换时移动节点家乡地址MNHA分别和RCOA1、RCOA2绑定，宏切换后MNHA和RCOA3、RCOA3和RCOA4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；

所述网络实现地址绑定的方法具体为：

第一步：MAP1充当移动节点MN的家乡代理HA，MN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，设定MN的家乡地址为MNHA；

②：当MN离开MNHA的子网时，将会获得RCOA1，此时应该在MAP1上进行MNHA和RCOA1的绑定；

③：当MN离开RCOA1的子网时，将会获得RCOA2，此时在MAP1上进行MNHA和RCOA2的绑定；

第二步：MN离开家乡MAP1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RCOA3，此时发出绑定更新到MAP1和对端节点CN，进行MNHA和RCOA3的绑定；

②：当在MAP2域内进入另一子网时，获得RCOA4，此时发出绑定更新到MAP2，进行RCOA3和RCOA4的绑定；

C、在该结构中，在MN的家乡代理HA里绑定移动节点家乡地址MNHA和MN每一次宏切换时获得的RCOA，而在宏切换后的微切换时不必到HA去进行绑定更新，只需在宏切换后所在的MAP上进行宏切换时得到的RCOA和新获得的RCOA的绑定；

D、在该结构中，路由解决方案是MN进行HA的绑定更新时，附带发送一个网络前缀位差，MN的网络位减去所述位差就是MAP的网络前缀位数。

2.一种如权利要求1所述的移动IP的新结构网络实现地址绑定的方法，该方法具体为：

第一步：MAP1充当移动节点MN的家乡代理HA，MN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，设定MN的家乡地址为MNHA；

②：当MN离开MNHA的子网时，将会获得RCOA1，此时应该在MAP1上进行MNHA和RCOA1的绑定；

③：当MN离开RCOA1的子网时，将会获得RCOA2，此时在MAP1上进行MNHA和RCOA2的绑定；

第二步：MN离开家乡MAP1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RCOA3，此时发出绑定更新到MAP1和对端节点CN，进行MNHA和RCOA3的绑定；

②：当在MAP2域内进入另一子网时，获得RCOA4，此时发出绑定更新到MAP2，进行RCOA3和RCOA4的绑定。

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