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第五章 移动互联网,移动互联网,概述移动IP基本原理移动IPv4移动IPv6移动IPv4与移动IPv6的比较总结,主要内容,移动互联网,概述移动IP基本原理移动IPv4移动IPv6移动IPv4与移动IPv6的比较总结,主要内容,1.概述,移动和切换,移动节点,子网1,子网2,ADDR1,AP1,AP2,AP3,AP4,AP为无线接入点，链路层设备接入路由器：网络层设备,接入路由器1,接入路由器2,节点的移动将导致切换，切换包括链路层切换和IP层（网络层）切换,ADDR1具有子网1的网络号或者网络前缀,1.概述,移动和切换,移动节点,子网1,子网2,ADDR1,AP为无线接入点，链路层设备接入路由器：网络层设备,在同一个网络中的不同AP之间的切换时链路层切换，链路层切换不改变IP地址，执行的是链路层操作,AP1,AP2,AP3,AP4,接入路由器1,接入路由器2,1.概述,移动和切换,移动节点,子网1,子网2,接入路由器1,接入路由器2,ADDR2,AP为无线接入点，链路层设备接入路由器：网络层设备,不同网络中的不同AP之间的切换时首先进行链路层切换，再进行网络层切换，网络层切换需要改变IP地址,AP1,AP2,AP3,AP4,ADDR2具有子网1的网络号或者网络前缀,1.概述,移动IPv4：在IPv4网络中，对节点在不同IPv4子网之间的移动进行管理，这些管理操作主要涉及到IP层的参数配置移动IPv6：在IPv6网络中，对节点在不同IPv6子网之间的移动进行管理，这些管理操作主要涉及到IP层的参数配置,移动IP概念,1.概述,移动IP需解决的问题,接入路由器1,通信对端,移动节点,接入路由器2,ADDR1,移动节点由接入路由器1连接的子网1移动到接入路由器2连接的子网2,子网1,子网2,ADDR1具有子网1的网络号或者网络前缀,1.概述,接入路由器1,通信对端,移动节点,接入路由器2,ADDR2,子网1,子网2,IP地址的改变对于通信对端的上层（IP层以上）应用来说是透明的,不中断已经建立的通信,家乡地址,移动IP需解决的问题,ADDR2具有子网1的网络号或者网络前缀,移动节点需要一个在移动过程中保持不变的标识,通信对端始终能够找到移动节点,移动互联网,概述移动IP基本原理移动IPv4移动IPv6移动IPv4与移动IPv6的比较,主要内容,2.移动IP基本原理,家乡地址(HoA:Home Address)：移动节点的标识，手动配置或者由家乡网络分配，通常不变转交地址(CoA:Care-of Address)：移动节点位置的标识，由移动到的外地网络分配，随位置变化家乡代理(Home Agent)：保存移动节点的家乡地址和转交地址之间的映射关系(绑定)外地代理(Foreign Agent)(移动IPv4)：外地网络中为移动节点提供移动管理相关功能通信对端(Correspond Node)：和移动节点进行通信的网络节点，它可能是静止的节点，也可能是移动节点,术语,HoA与CoA的对应关系称为绑定(Binding),知道移动节点家乡地址如何将IP分组发送到移动节点的转交地址？,IP分组先发送到家乡代理，由家乡代理发送给移动节点！,2.移动IP基本原理,移动IP基本过程包括以下步骤移动检测移动节点检测到自己移动到了外地网络代理公告（移动IPv4）/路由器公告（移动IPv6）转交地址配置移动IPv4外地代理转交地址（即外地代理地址）(Foreign Agent CoA)配置转交地址(Co-located CoA)移动IPv6全局可路由转交地址（CoA）的绑定注册到家乡代理到通信对端(移动IPv6),移动IP的基本过程,家乡代理拦截到移动节点地址的分组,2.移动IP基本原理,家乡代理的分组拦截技术到移动节点的家乡地址的分组来自家乡网络以外的链路，并且家乡代理为家乡网络的路由器直接由家乡代理拦截到移动节点的家乡地址的分组来自家乡网络或者家乡代理不是家乡网络的路由器移动IPv4：代理ARP和免费ARP移动IPv6：代理邻机发现,移动IP的基本过程,ARP请求(请求解析地址为IPA),ARP响应(链路地址MACR),在代理ARP机制中，ARP响应是对ARP请求的应答，而对于免费ARP，ARP响应由家乡代理主动发送,邻机公告(对象链路地址MACR),邻机请求(请求解析的对象地址为IPA),在代理邻机发现机制中，邻机公告可以是对邻机请求的应答，也可以是家乡代理主动发送,移动互联网,概述移动IP基本原理移动IPv4移动IPv6移动IPv4与移动IPv6的比较总结,主要内容,3.移动IPv4,外地代理转交地址移动节点使用外地代理的地址作为转交地址配置转交地址移动节点在每个外地网络都配置唯一的全局IPv4地址,转交地址类型,3.移动IPv4,移动检测,使用外地代理转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,3.移动IPv4,移动检测,使用外地代理转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,3.移动IPv4,转交地址配置,使用外地代理转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,使用外地代理转交地址,3.移动IPv4,绑定注册,使用外地代理转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,处理注册请求和应答,3.移动IPv4,接收/发送分组,使用外地代理转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,代理ARP和免费ARP,隧道,分组,分组,分组,分组,知道移动节点的家乡地址,3.移动IPv4,移动检测,使用配置转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,3.移动IPv4,移动检测,使用配置转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,3.移动IPv4,转交地址配置,使用配置转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,通过DHCP等方式获取配置转交地址,3.移动IPv4,绑定注册,使用配置转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,注册过程与外地代理无关,3.移动IPv4,接收/发送分组,使用配置转交地址,家乡代理,通信对端,移动节点,外地代理,代理ARP和免费ARP,隧道,分组,分组,分组,3.移动IPv4,通过家乡地址来唯一标识移动节点，使得通信对端不需要知道移动节点的位置信息移动节点和通信对端的通信始终使用家乡地址,使得移动对于通信对端以及IP层以上的应用是透明的,但是同时也带来了三角路由问题移动节点直接向通信对端发送分组到移动节点的分组通过家乡代理转发,三角路由问题,此外，还存在入口过滤问题:当移动到外地时，防火墙可能过滤源地址为移动节点家乡地址的分组解决方案：反向隧道,三角路由问题,3.移动IPv4,使用外地代理转交地址,反向隧道,家乡代理,移动节点,外地代理,外地代理转交地址,通信对端,反向IP-in-IP隧道,分组,分组,分组,3.移动IPv4,使用配置转交地址,反向隧道,家乡代理,移动节点,外地代理,通信对端,反向IP-in-IP隧道,配置转交地址,分组,分组,移动互联网,概述移动IP基本原理移动IPv4移动IPv6移动IPv4与移动IPv6的比较总结,主要内容,4.移动IPv6,移动检测和地址自动配置,原理,家乡代理,通信对端,移动节点,接入路由器,家乡地址：HoA转交地址：CoA,4.移动IPv6,移动检测和地址自动配置,原理,家乡代理,通信对端,移动节点,接入路由器,家乡地址：HoA转交地址：CoA,路由器公告,无状态地址自动配置生成CoA,4.移动IPv6,到家乡代理绑定注册,原理,家乡代理,通信对端,移动节点,接入路由器,家乡地址：HoA转交地址：CoA,绑定更新(Binding Update),绑定应答(Binding Ack),绑定缓存HoACoA,绑定注册过程不需要接入路由器参与,4.移动IPv6,和通信对端通信过程：不支持任何移动IPv6功能,原理,家乡代理,通信对端,移动节点,IPv6-in-IPv6隧道,家乡地址：HoA转交地址：CoA,分组,分组,分组,分组,这种通信模式也称为双向隧道模式,代理邻机发现,知道家乡地址,4.移动IPv6,和通信对端通信过程：支持移动IPv6功能,原理,家乡代理,通信对端,移动节点,绑定缓存HoACoA,家乡地址：HoA转交地址：CoA,绑定更新,绑定更新列表通信对端IPv6地址,这种通信模式也称为路由优化模式,4.移动IPv6,和通信对端通信过程：支持移动IPv6功能,原理,家乡代理,通信对端,移动节点,家乡地址：HoA转交地址：CoA,分组,分组,绑定更新列表通信对端IPv6地址,绑定缓存HoACoA,这种通信模式也称为路由优化模式,使用转交地址,4.移动IPv6,在双向隧道模式中，移动节点和通信对端的通信始终使用家乡地址(HAO，由信宿选项头标携带)在路由优化模式中，通过家乡地址选项和类型2寻路头标(T2R)来实现,对IP以上层屏蔽移动性,家乡地址选项,类型2寻路头标,4.移动IPv6,TCP/UDP,IPv6移动IPv6,TCP/UDP,IPv6移动IPv6,移动节点,通信对端,添加HAO选项头标，包含移动节点的转交地址，交换HAO选项头标中的地址和数据的源地址,交换HAO选项头标中的地址和数据的源地址,HoA：家乡地址CNA：通信对端的地址CoA：转交地址HAO：家乡地址选项，信宿选项头标T2R：类型2寻路头标,HoA,路由优化模式下分组转发移动节点发送分组,对IP以上层屏蔽移动性,4.移动IPv6,路由优化模式下分组转发通信对端发送分组,对IP以上层屏蔽移动性,TCP/UDP,IPv6移动IPv6,TCP/UDP,IPv6移动IPv6,移动节点,通信对端,HoA：家乡地址CNA：通信对端的地址CoA：转交地址HAO：家乡地址选项，信宿选项头标T2R：类型2寻路头标,HoA,添加T2R选项头标，包含移动节点的转交地址，交换T2R选项标中的地址和数据的目的地址,交换T2R选项头标中的地址和数据的目的地址,4.移动IPv6,切换过程分析,0到十几秒,1到2秒,几百毫秒到几秒,移动节点,接入路由器,家乡代理,通信对端,4.移动IPv6,移动IPv6快速切换,移动IPv6引入的切换延时太大会影响实时应用和吞吐量敏感应用,为此，IETF引入移动IPv6快速切换协议来减少这个延时移动节点一检测到新的子网链路就能够发送数据包新的接入路由器一检测到移动节点接入就能够发送到移动节点的数据包,移动IPv6快速切换定义了实现以上目标所需要的：快速切换消息由IP协议承载，独立于特定的链路层协议消息交互过程不影响标准的移动IPv6操作,4.移动IPv6,预测型(predictive)快速切换在切换前链路上就发起快速切换过程要求有足够的时间在切换前链路上完成必须的快速切换操作，这个时间也被称为预测时间反应型(reactive)快速切换在切换后链路上发起快速切换,移动IPv6快速切换,连接,移动节点,PAR,NAR,断开,PAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器PAP：切换前链路接入点NAP：切换后链路接入点,对新转交地址进行重复检测,预测型快速切换,PAR,通信对端,移动节点,NAR,移动,PAP,NAP,家乡代理,反应型快速切换,连接,移动节点,PAR,NAR,断开,PAR：切换前接入路由器NAR：切换后接入路由器PAP：切换前链路接入点NAP：切换后链路接入点,对新转交地址进行重复检测,PAR,移动节点,NAR,移动,PAP,NAP,通信对端,家乡代理,移动互联网,概述移动IP基本原理移动IPv4移动IPv6移动IPv4与移动IPv6的比较总结,主要内容,5.移动IPv4和移动IPv6的比较,移动IPv4与移动IPv6比较,IPv4地址空间有限，移动节点通常使用外地代理转交地址存在外地代理三角路由问题家乡地址为源地址，存在入口过滤问题需要使用IP-in-IP隧道，开销大IPv6拥有巨大的地址空间，移动节点通常使用全局可路由转交地址不需要外地代理路由优化成为协议的基本部分转交地址作为源地址，不存在入口过滤问题通过家乡地址选项（信宿选项头标）和类型2寻路头标来实现转交地址变化对IP层以上应用的透明，不需要使用IPv6-in-IPv6隧道,6.总结,移动IP基本原理移动IPv4和移动IPv6如何向上层屏蔽移动性,本章要点,