1 基于IPv4的移動(dòng)IP

　　1.1 基本通信流程

　　基于IPv4的移動(dòng)IP定義三種功能實(shí)體：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(mibile node)、歸屬代理(home agent)和外埠代理(foreign agent)。歸屬代理和外埠代理又統(tǒng)稱為移動(dòng)代理。移動(dòng)IP技術(shù)的基本通信流程如下：

　　(1)遠(yuǎn)程通信實(shí)體通過標(biāo)準(zhǔn)IP路由機(jī)制，向移動(dòng)結(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)IP數(shù)據(jù)包;

　　(2)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的歸屬代理截獲該數(shù)據(jù)包，將該包的目標(biāo)地址與自己移動(dòng)綁定表中移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的歸屬地址比較，若與其中任一地址相同，繼續(xù)下一步，否則丟棄;

　　(3)歸屬代理用封裝機(jī)制將該數(shù)據(jù)包封裝，采用隧道操作發(fā)給移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)地址;

　　(4)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的拜訪地代理收到該包后，去其包封裝，采用空中信道發(fā)給移動(dòng)結(jié)點(diǎn);

　　(5)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，用標(biāo)準(zhǔn)IP路由機(jī)制與遠(yuǎn)程通信實(shí)體建立連接。

　　在移動(dòng)IP協(xié)議中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在“歸屬鏈路”上都有一個(gè)唯一的“歸屬地址”。與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)稱為“通信節(jié)點(diǎn)”，通信節(jié)點(diǎn)可以是移動(dòng)的，也可以是靜止的。與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，通信節(jié)點(diǎn)總是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬地址，而不考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置情況。

　　在歸屬鏈路上，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)“歸屬代理”，用于維護(hù)自己的當(dāng)前位置信息。這個(gè)位置由“轉(zhuǎn)交地址”確定，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬地址與當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址的聯(lián)合稱為“移動(dòng)綁定”(簡(jiǎn)稱“綁定”)。每當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)得到新的轉(zhuǎn)交地址時(shí)，必須生成新的綁定，向歸屬代理注冊(cè)，以使歸屬代理及時(shí)了解移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置信息。一個(gè)歸屬代理可同時(shí)為多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

　　當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在歸屬鏈路上(即鏈路的網(wǎng)絡(luò)前綴與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置地址的網(wǎng)絡(luò)前綴相等)時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就和固定節(jié)點(diǎn)或路由器一樣工作，不必運(yùn)用任何其它移動(dòng)IP功能;當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在外埠鏈路上時(shí)，通常使用“代理發(fā)現(xiàn)”協(xié)議發(fā)現(xiàn)一個(gè)“外埠代理”，然后將此外埠代理的IP地址作為自己的轉(zhuǎn)交地址，并通過注冊(cè)規(guī)程通知?dú)w屬代理。當(dāng)有發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸屬地址的數(shù)據(jù)包時(shí)，歸屬代理便截取該包，并根據(jù)注冊(cè)的轉(zhuǎn)交地址，通過隧道將數(shù)據(jù)包傳送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn);由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包則可直接選路到目的節(jié)點(diǎn)上，無需隧道技術(shù)。

　　為了支持移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，移動(dòng)IP應(yīng)解決代理發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)和隧道封裝三項(xiàng)技術(shù)。

　　1.2 代理發(fā)現(xiàn)

　　移動(dòng)IP通過擴(kuò)展現(xiàn)有的“ICMP路由器發(fā)現(xiàn)”機(jī)制來實(shí)現(xiàn)代理發(fā)現(xiàn)。代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制檢測(cè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并檢測(cè)它是否返回歸屬鏈路。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到一個(gè)新的外埠鏈路時(shí)，代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制也能幫助它發(fā)現(xiàn)合適的外埠代理。

　　(1)代理布告(agent advertisement)

　　在所連接的網(wǎng)絡(luò)上，歸屬代理和外埠代理定期廣播“代理布告”消息，以宣告自己的存在。代理布告消息是ICMP路由器布告消息的擴(kuò)展，它包含路由器IP地址和代理布告擴(kuò)展信息。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)刻監(jiān)聽代理布告消息，以判斷自己是否漫游出本地網(wǎng)絡(luò)。若移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從自己的歸屬代理接收到一個(gè)代理布告消息，它就能推斷已返回歸屬，并直接向歸屬代理注冊(cè)，否則移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將選擇是保留當(dāng)前的注冊(cè)，還是向新的外埠代理進(jìn)行注冊(cè)。

　　(2)代理請(qǐng)求(agent solicitation)

　　拜訪地代理周期性地發(fā)送代理布告消息，若移動(dòng)節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)需獲得代理信息，它可發(fā)送一個(gè)ICMP“代理請(qǐng)求”消息。任何代理收到代理請(qǐng)求消息后，應(yīng)立即發(fā)送。代理請(qǐng)求與ICMP路由器請(qǐng)求消息格式相同，只是它要求將IP的TTL域置為1。

　　1.3 注冊(cè)

　　移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)從一條鏈路切換到另一鏈路時(shí)，就要進(jìn)行注冊(cè)。另外，由于注冊(cè)信息有一定的生存時(shí)間，所以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在沒有發(fā)生移動(dòng)時(shí)也要注冊(cè)。移動(dòng)IP的注冊(cè)功能是：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可得到外埠鏈路上外埠代理的路由服務(wù);可將其轉(zhuǎn)交地址通知?dú)w屬代理;可使要過期的注冊(cè)重新生效。另外，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在回到歸屬鏈路時(shí)，需要進(jìn)行反注冊(cè)。

　　注冊(cè)的其它功能是：可同時(shí)注冊(cè)多個(gè)轉(zhuǎn)交地址，此時(shí)歸屬代理通過隧道，將發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸屬地址的數(shù)據(jù)包發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)轉(zhuǎn)交地址;可在注銷一個(gè)轉(zhuǎn)交地址的同時(shí)保留其它轉(zhuǎn)交地址;在不知道歸屬代理的情況下，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可通過注冊(cè)，動(dòng)態(tài)獲得歸屬代理地址。

　　移動(dòng)IP的注冊(cè)過程一般在代理發(fā)現(xiàn)機(jī)制完成之后進(jìn)行。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)已返回歸屬鏈路時(shí)，就向歸屬代理注冊(cè)，并開始象固定節(jié)點(diǎn)或路由器那樣通信，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于外埠鏈路時(shí)，能得到一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，并通過外埠代理向歸屬代理注冊(cè)這個(gè)地址。

　　移動(dòng)IP的注冊(cè)操作使用UDP數(shù)據(jù)報(bào)文，包括注冊(cè)請(qǐng)求和注冊(cè)應(yīng)答兩種消息。移動(dòng)結(jié)點(diǎn)通過這兩種注冊(cè)消息，向歸屬網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)新的轉(zhuǎn)發(fā)地址。

　　1.4 隧道技術(shù)

　　隧道技術(shù)在移動(dòng)IP中非常重要。移動(dòng)IP使用IP的IP封裝、最小封裝和通用路由封裝(GRE)三種隧道技術(shù)。

　　(1)IP的IP封裝

　　由RFC2003定義，用于將IPv4包放在另一個(gè)IPv4包的凈荷部分。其過程非常簡(jiǎn)單，只需把一個(gè)IP包放在一個(gè)新的IP包的凈荷中。采用IP的IP封裝的隧道對(duì)穿過的數(shù)據(jù)包來說，猶如一條虛擬鏈路。移動(dòng)IP要求歸屬代理和外埠代理實(shí)現(xiàn)IP的IP封裝，以實(shí)現(xiàn)從歸屬代理到轉(zhuǎn)交地址的隧道。

　　(2)IP的最小封裝

　　由RFC2004定義，是移動(dòng)IP中的一種可選隧道方式。目的是減少實(shí)現(xiàn)隧道所需的額外字節(jié)數(shù)，通過去掉IP的IP封裝中內(nèi)層IP報(bào)頭和外層IP的報(bào)頭的冗余部分完成。與IP的IP封裝相比，它可節(jié)省字節(jié)(一般8byte)。但當(dāng)原始數(shù)據(jù)包已經(jīng)過分片時(shí)，最小封裝就無能為力了。在隧道內(nèi)的每臺(tái)路由器上，由于原始包的生存時(shí)間域值都會(huì)減小，以使歸屬代理在采用最小封裝時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不可到達(dá)的概率增大。

　　(3)由RFC1701定義，是移動(dòng)IP采用的最后一種隧道技術(shù)。除了IP協(xié)議外，GRE還支持其它網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它允許一種協(xié)議的數(shù)據(jù)包封裝在另一種協(xié)議數(shù)據(jù)包的凈荷中。在某些應(yīng)用中，GRE防止遞歸封裝的機(jī)制也非常有吸引力。