摘  要: 基于域的概念提出一種組播和移動IPv6相結合的移動主機通信方案。介紹了該方案的網絡體系結構及其路由建立策略、數據重傳策略和切換策略。

　　關鍵詞: 組播  IPv6  移動主機

1 移動IPv6的特點

　　在移動IPv6中,每個移動主機(MH)都有2個地址:本地地址和轉發地址。本地地址是移動主機與本地網連結時使用的固定不變地址;轉發地址是移動主機與外區網絡連接時的臨時地址,即隧道終點地址,當移動主機漫游到外地網絡時使用。每當移動主機接入新的網絡,轉發地址就發生變化。

　　移動IPv6的工作過程是:移動主機通過接收移動代理的通告報文分辨其在本地網,還是在外地網。移動代理分為本地代理(HA)和外地代理(FA)。如果移動主機檢測到自己位于本地網,則不需要移動服務就可以工作。如果檢測到自己已漫游到外地網,則獲得該外地網上的一個轉交地址。然后移動主機向本地代理登記其新的轉交地址。發往移動主機本地地址的數據被其本地代理接收,本地代理利用隧道技術封裝數據包,發送到移動主機的轉交地址并解除封裝,最終發送給移動主機。

2 組播應用于移動IPv6的優勢

　　移動主機區別于固定網絡設備的最大特點是它具有移動性。當移動主機從一個網絡切換到另一個網絡時,其IP地址會隨之改變。而IP地址通常會被網絡協議的高層(如傳輸層或應用層)用來確定一個通信連接,所以這種在通信過程中IP地址的改變將導致重新建立不必要的連接。例如TCP協議使用源端地址和目的端地址組成的4元組(目的IP地址、目的端口號、源IP地址、源端口號)來確定一個連接。如果在使用TCP協議的通信過程中,移動主機的IP地址發生了改變,則先前建立的連接就必須斷開,并重新建立連接。如在TCP中使用3次握手來重新建立連接,則會造成一定的時延和通信的間斷。

　　將組播應用于IPv6,其基本思想是將每個移動主機看成1個組播組。在通信過程中,如果移動主機的IP地址改變,則只要將新的IP地址加入組播組,就可以接收數據了。這樣可以利用組播的優勢,當移動主機切換時,保持通信的連續性。

3 移動主機通信方案

　　本文提出一種基于域的組播和移動IPv6結合的移動主機通信方案。在該方案中,首先建立基于域的網絡體系結構。并采用core-based trees組播路由,以域網關為核心建立從通信主機到移動主機的組播路由。在此基礎上,提出了保證數據在移動網絡中傳輸的可靠性策略(即數據重傳策略)以及移動主機在切換時保證數據傳輸穩定性的方法。

3.1 基于域的網絡體系結構

　　基于域的網絡體系結構如圖1所示。網絡被分成域中網絡和與其互聯的Internet網絡。其中移動主機MH和固定網絡進行通信的部分稱為無線網絡。假定固定網絡的通信是可靠的,既不丟失也不損壞數據,本文所提出的方案只保證無線網絡能可靠地傳輸數據。

　　通過使用域的概念,把移動主機切換分為域內切換和域間切換,以提高移動網絡的數據傳輸效率。例如:一個移動主機可能會在大學的幾個校區不斷地變換位置,但是大部分時間在該大學的范圍內。這樣,可以把1個自治網絡作為1個域,即可以把整個大學作為1個域,幾個校區作為幾個子網。本文著重研究域內切換的情況。

　　每個需要加入組播組的主機都必須發送加入組播組信號給域網關。在建立組播路徑時,只需要對每個組播組以core節點(即域網關)為中間節點建立單一的組播樹。此組播樹包括源端到域網關的路由和域網關到移動主機的路由。這種方案避免了采用廣播式的組播選路,減少了網絡資源的浪費,減輕了網絡負擔。

　　移動主機本地代理HA的作用是緩存移動主機當前所在的域網關地址(即移動主機的本地地址到域網關的映射),使要與移動主機通信的主機知道該移動主機組播路由器的位置。外地代理FA的作用是代表移動主機向域網關發送組播請求。為保證無線網絡通信的可靠性,使用移動代理代替移動主機緩存接收數據。移動代理只能釋放已正確接收的數據,以保證移動網絡傳輸數據的可靠性。域網關是組播路由的中心點,即通信主機與移動主機通信的轉接點,負責建立與通信另一端的路由和建立到移動主機的組播路由。

3.2 建立到移動主機的路由

　　(1)移動主機作為接收者

　　移動主機加入到組播組的算法如下。

　?、佼斠苿又鳈C切換到另一個網絡后,根據移動IPv6協議可以通過外地代理獲得1個外地地址。同時,外地代理代表移動主機向域網關發送IGMP請求,要求加入此移動主機的組播組。

　?、谟蚓W關檢查此組播組是否已存在,如果已存在,則表明此切換是域內切換,不需要向本地代理發更新信息,只需在域網關為相應的組播組增加新的組播地址并新建1條到此新地址的路由的域網關。

　　③如果不存在此組播組,則表明此移動主機是從別的域切換過來的,因此域網關需要向移動主機的本地代理發更新信息,通知本地代理更新緩存中的移動代理當前域網關地址。同時在域中記錄此組播組和其對應的組播地址,并建立從域網關到此移動主機的組播路由以及通信主機之間的路由。

　　 通信主機與移動主機通信的路由算法如下。

　?、偻ㄐ胖鳈C向DNS請求得到移動主機本地地址和移動主機組播號(假定DNS能提供移動主機本地地址和組播號)。

　?、谕ㄐ胖鳈C發請求信息給移動主機本地代理(此請求信息包括移動主機的本地地址和組播號),要求移動主機通告移動主機當前的域網關地址。

　?、垡苿又鳈C本地代理收到請求后,檢索其緩存,得到移動主機對應的當前域網關地址并把域網關地址發送給通信主機。

　　④通信主機收到此域網關地址后,建立到域網關的組播路由,然后把需要發送的數據發送給域網關。域網關根據域內的組播路由再把數據發送給移動主機的外地代理并由外地代理把數據轉發給移動主機。

　　(2)移動主機作為發送者

　　移動主機作為發送者的情況要簡單些。使用移動IPv6協議,以移動主機的當前外地地址作為組播原地址、組播號作為移動IPv6的頭部擴展字段(用來標志移動主機)發送給外地代理。由外地代理負責路由,轉發給通信主機。

3.3 數據重傳策略

　　由于移動網絡的不可靠性,因此需要采用一定的策略來保證移動網絡的傳輸可靠性。

　　(1)移動主機作為接收者

　?、僖苿哟硇枰欢ǖ木彺鎭泶鎯墓潭ňW絡接收的數據。移動代理將數據發送給移動主機后并不立即將緩存中的數據釋放,而是設置超時定時器。

　?、谝苿又鳈C接收數據后,如果數據無損壞并且序號不重復,則發送ACK消息給移動代理。如果接收數據的序號與移動主機已正確接收數據的序號相同,則丟棄數據,不做任何響應。移動主機不需要對接收到的每個數據報進行ACK確認,可以一次確認多個數據報。發送一個數據報的ACK確認表明在這個數據報之前的所有數據報都已正確接收。

　?、廴绻麛祿粨p壞或者接收數據的序號之間出現不連續性,則發送NACK消息給移動代理,希望移動代理重傳數據,并設置超時定時器。如果定時器超時,則表明NACK或重傳的信息丟失,需要重發NACK消息。

　?、芤苿哟硎盏揭苿又鳈C的ACK消息后,釋放此ACK序號以及此序號之前的數據。如果收到NACK消息,則重新發送此序號的數據。如果移動代理的超時定時器到,表明ACK消息丟失或移動主機已離開網絡,則移動代理可以釋放緩存。

　　(2)移動主機作為發送者

　?、僖苿又鳈C向移動代理發送數據,移動代理正確接收到數據后,向移動主機發送ACK消息。移動主機也可以一次確認多個數據報。

　　②如果數據被損壞或者接收數據的序號之間出現不連續性,則發送NACK消息給移動主機,要求移動主機重傳數據,并設置超時定時器。如果超時定時器到,表明NACK或重傳的信息丟失,則重發NACK消息。

　?、廴绻苿又鳈C收到NACK消息,則重新發送此序號的數據。

3.4 切換策略

　　(1)移動主機作為接收者的切換算法。

　?、偌俣ㄒ苿又鳈C從FA切換到FA′,移動主機首先加入組播組。

　?、贛H向FA′登記時,向FA′發送的信息包括:原FA地址、已正確接收的數據序號和組播號。此時,FA和FA′在同一組播組。設移動主機向FA′發送的信息中已正確接收的數據序號為N,即在FA中已正確接收到了序號為N的數據,FA′接收到數據序號最小為N′。

　　③如果N′>N,則表示序號為N+1～N′-1的數據在移動主機切換時丟失,FA′發送請求信息給FA,要求FA傳輸數據序號為(N,N′)間的數據給FA′,并發送release信號給FA,通知FA可以離開組播組。FA通過單播方式傳輸數據序號為(N,N′)區間的數據給FA′。

　?、苋绻鸑′≤N,則表示移動主機在切換過程中無數據丟失,只需發送release信號給FA,通知FA可以離開組播組。

　　(2)移動主機作為發送者的切換算法。

　　假定移動主機從一個網絡(移動代理為FA)切換到另一個網絡(移動代理為FA′)。移動主機有序號1～L的數據需要發送,在FA網絡中發送序號為1～n的數據,鑒于網絡的延遲或數據的丟失,可能移動主機沒有收到1~n的數據的全部確認就已經發生切換。設移動主機收到FA序號為1～m的ACK(m≤n≤L)。

　?、僖苿又鳈CMH切換到FA′時向FA′登記,并向FA′發送原FA和已正確接收的數據序號。

　?、贔A′發送消息給FA,要求FA代替移動主機向組播組發送移動主機在FA中已正確收到的數據確認序號的數據,本例中為1～m的數據。FA′代替移動主機向組播組繼續發送序號從移動主機在FA中已正確收到的數據確認序號以后的數據,本例中為m～L的數據。

4 性能分析和總結

　　本文將組播和移動IPv6相接合,利用組播的優勢實現了移動主機在切換位置時通信的連續性,避免了因為切換時IP地址的改變導致通信連接的重建。采用core-based trees組播路由,將移動主機所在的域網關作為core,減少了移動主機切換位置時組播路由的重建。移動主機在1個域中進行切換的概率是遠高于在域間切換的概率,所以重建組播路由的路徑一般只限于域網關與子網的路由器之間。采用ACK和NACK消息在移動主機和其移動代理之間進行傳遞,進行傳輸數據的確認和重傳機制,保證了移動網絡的通信可靠性。

參考文獻

1  Tanenbaum A S.Computer Networks.北京:清華大學出版社,2001

2  Stevens W R著,范建華譯.TCP/IP詳解 卷1:協議.北京:機械工業出版社,2001

3  Perkins C.IP Mobility Support.RFC2002,1996

4  Fenner W.Internet Group Management Protocol(Version 2).RFC2236,1997