1 基于IPv4的移動IP

　　1.1 基本通信流程

　　基于IPv4的移動IP定義三種功能實體：移動節(jié)點(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)稱為移動代理。移動IP技術的基本通信流程如下：

　　(1)遠程通信實體通過標準IP路由機制，向移動結點發(fā)出一個IP數(shù)據(jù)包;

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

　　(3)歸屬代理用封裝機制將該數(shù)據(jù)包封裝，采用隧道操作發(fā)給移動結點的轉發(fā)地址;

　　(4)移動結點的拜訪地代理收到該包后，去其包封裝，采用空中信道發(fā)給移動結點;

　　(5)移動結點收到數(shù)據(jù)后，用標準IP路由機制與遠程通信實體建立連接。

　　在移動IP協(xié)議中，每個移動節(jié)點在“歸屬鏈路”上都有一個唯一的“歸屬地址”。與移動節(jié)點通信的節(jié)點稱為“通信節(jié)點”，通信節(jié)點可以是移動的，也可以是靜止的。與移動節(jié)點通信時，通信節(jié)點總是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動節(jié)點的歸屬地址，而不考慮移動節(jié)點的當前位置情況。

　　在歸屬鏈路上，每個移動節(jié)點必須有一個“歸屬代理”，用于維護自己的當前位置信息。這個位置由“轉交地址”確定，移動節(jié)點的歸屬地址與當前轉交地址的聯(lián)合稱為“移動綁定”(簡稱“綁定”)。每當移動節(jié)點得到新的轉交地址時，必須生成新的綁定，向歸屬代理注冊，以使歸屬代理及時了解移動節(jié)點的當前位置信息。一個歸屬代理可同時為多個移動節(jié)點提供服務。

　　當移動節(jié)點連接在歸屬鏈路上(即鏈路的網(wǎng)絡前綴與移動節(jié)點位置地址的網(wǎng)絡前綴相等)時，移動節(jié)點就和固定節(jié)點或路由器一樣工作，不必運用任何其它移動IP功能;當移動節(jié)點連接在外埠鏈路上時，通常使用“代理發(fā)現(xiàn)”協(xié)議發(fā)現(xiàn)一個“外埠代理”，然后將此外埠代理的IP地址作為自己的轉交地址，并通過注冊規(guī)程通知歸屬代理。當有發(fā)往移動節(jié)點歸屬地址的數(shù)據(jù)包時，歸屬代理便截取該包，并根據(jù)注冊的轉交地址，通過隧道將數(shù)據(jù)包傳送給移動節(jié)點;由移動節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)包則可直接選路到目的節(jié)點上，無需隧道技術。

　　為了支持移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務，移動IP應解決代理發(fā)現(xiàn)、注冊和隧道封裝三項技術。

　　1.2 代理發(fā)現(xiàn)

　　移動IP通過擴展現(xiàn)有的“ICMP路由器發(fā)現(xiàn)”機制來實現(xiàn)代理發(fā)現(xiàn)。代理發(fā)現(xiàn)機制檢測移動節(jié)點是否從一個網(wǎng)絡移動到另一個網(wǎng)絡，并檢測它是否返回歸屬鏈路。當移動節(jié)點移動到一個新的外埠鏈路時，代理發(fā)現(xiàn)機制也能幫助它發(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展，它包含路由器IP地址和代理布告擴展信息。移動節(jié)點時刻監(jiān)聽代理布告消息，以判斷自己是否漫游出本地網(wǎng)絡。若移動節(jié)點從自己的歸屬代理接收到一個代理布告消息，它就能推斷已返回歸屬，并直接向歸屬代理注冊，否則移動節(jié)點將選擇是保留當前的注冊，還是向新的外埠代理進行注冊。

　　(2)代理請求(agent solicitation)

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

　　1.3 注冊

　　移動節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己的網(wǎng)絡接入點從一條鏈路切換到另一鏈路時，就要進行注冊。另外，由于注冊信息有一定的生存時間，所以移動節(jié)點在沒有發(fā)生移動時也要注冊。移動IP的注冊功能是：移動節(jié)點可得到外埠鏈路上外埠代理的路由服務;可將其轉交地址通知歸屬代理;可使要過期的注冊重新生效。另外，移動節(jié)點在回到歸屬鏈路時，需要進行反注冊。

　　注冊的其它功能是：可同時注冊多個轉交地址，此時歸屬代理通過隧道，將發(fā)往移動節(jié)點歸屬地址的數(shù)據(jù)包發(fā)往移動節(jié)點的每個轉交地址;可在注銷一個轉交地址的同時保留其它轉交地址;在不知道歸屬代理的情況下，移動節(jié)點可通過注冊，動態(tài)獲得歸屬代理地址。

　　移動IP的注冊過程一般在代理發(fā)現(xiàn)機制完成之后進行。當移動節(jié)點發(fā)現(xiàn)已返回歸屬鏈路時，就向歸屬代理注冊，并開始象固定節(jié)點或路由器那樣通信，當移動節(jié)點位于外埠鏈路時，能得到一個轉交地址，并通過外埠代理向歸屬代理注冊這個地址。

　　移動IP的注冊操作使用UDP數(shù)據(jù)報文，包括注冊請求和注冊應答兩種消息。移動結點通過這兩種注冊消息，向歸屬網(wǎng)絡注冊新的轉發(fā)地址。

　　1.4 隧道技術

　　隧道技術在移動IP中非常重要。移動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。

　　(1)IP的IP封裝

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

　　(2)IP的最小封裝

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

　　(3)由RFC1701定義，是移動IP采用的最后一種隧道技術。除了IP協(xié)議外，GRE還支持其它網(wǎng)絡層協(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。在某些應用中，GRE防止遞歸封裝的機制也非常有吸引力。