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关于IPv6的移动性管理关键技术分析

时间:2019-02-16    作者: 王江    来源: 永信论文网
摘要:移动IPv6技术是IPv6协议与移动通信网络相结合的产物,该技术将最终取代移动IPv4技术,成为移动通信服务领域的支撑技术之一。而移动IPv6技术的运用必须借助移动性管理来实现,对IPv6的移动性管理关键技术进行研究具有重要意义,必须得到充分的重视。

关键词 移动IPv6技术,移动性管理,层次移动IPv6管理

1研究开发和应用移动IPv6的背景和意义

互联网是当前信息网络技术高度发展后的产物,它在过去数十年间取得了广泛应用,并且给人们的生活和工作方式带来了巨大的改变,人类社会更是因此进入了互联网时代。互联网使人们的信息交流与共享变地更为便利,世界各地的人们可以通过互联网来及时了解到各种资讯,并且充分享受网络所带来的乐趣。随着当前社会生产和生活节奏的加快,各种便于携带的智能移动转动也变地非常普及,比如智能手机、平板电脑等等。这些智能移动终端的使用者希望自己可以通过访问移动互联网来及时获取各种资讯,获得如同有线接入网络一样的服务质量。因此,传统基于有线信息网的互联网访问模式已经逐渐难以满足人们对信息交流与获取的需求,急需将互联网的接入从固定终端扩展到移动终端上,这种发展趋势促使了移动互联网的诞生,而且已经成为了新一代通信网络的标志。 

互联网的主要功能就是实现网络用户的接入,进而达到信息资源的充分交流和共享,而要落实这一点,就必须借助TCP/IP协议。在这一协议体系中,IP地址是用户终端接入的唯一标识,终端只有位于IP地址所标识的网络中才能正确收发数据信息。现有的IP地址都是以网络为单位组织的,固定的网络IP地址只能存在于一个固定的网络中,当移动终端漫游到一个新网络时,就必须对其网络接口的IP地址进行及时变更。这种特性使得移动终端不能在移动过程中使用IP协议来收发数据。

为了解决以上问题,相关技术人员及时推出了移动IP解决方案。移动 IP 技术是传统互联网技术与移动通信技术相互融合的产物,当使用该技术时,移动用户可以在不变更IP地址的情况下就实现跨网络漫游,而且能够充分保障相关的访问权限不会随着位置的改变而改变。在使用移动IP地址时,移动终端节点能够在不改变网络IP地址的情况下,就在移动中与其他节点进行数据沟通,同时保障已建立的连接不会中断。

对于当前的互联网而言,其使用的移动协议主要为IPv4协议,但该协议有一个重大缺陷,即网络地址资源受限。随着网联网用户规模的不断扩大,尤其是移动互联网用户数量的高速增长,这个缺陷所带来的危机也日益严峻。为了彻底解决这一问题,互联网工程任务组提出了IPv6协议,该协议最大可支持128位的地址长度,进而使得地址资源的上限被大幅度提升,确保了更多设备可以接入互联网。在此基础上,通过将IPv6协议与移动终端相结合,就诞生了移动IPv6技术,该技术将最终取代IPv4技术,成为移动通信服务领域的支撑技术之一。

2基于层次移动IPv6的切换技术

在移动互联网中,移动终端需要在随时变更接入点的过程中继续确保连接有效,而这就需要移动性管理方案必须能够实时追踪到移动终端的准确位置。相比移动 IPv4,移动IPv6中采用了路由优化措施,可以允许通信对端将数据包直接路由到移动节点的转交位置。因为此过程需要向众多潜在的通信对端进行注册,所以注册开销将比较大。此外,当发生移动切换时,因为家乡代理和通信对端到移动节点间的距离往往都不近,所以从移动节点发出绑定更新请求到收到对应的确认回复信息间会需要一个较长的迂回时间,而由此产生的时延将会对通信性能和质量造成严重影响。

为了解决以上问题,层次移动IPv6管理技术被开发出来,该技术首先需要对网络进行层次性划分,当移动节点在特定层次的区域内移动时,可以在该区域内产生一个本地代理(即移动锚点)来进行临时管理。这样就将巧妙地将移动终端节点的移动切换问题转换成了一个区域切换问题。当发生区域切换时,移动节点不再需要向家乡代理和通信对端节点进行注册,而是只需要向最近位置的移动锚点注册即可,进而也就大大减小了绑定注册的开销和时延。

在实际工作中,层次移动IPv6虽然降低了注册开销和时延,但它又产生了一个新的延时问题,即因区域切换而造成的绑定更新延时。如果移动终端节点需要进行区域切换时,由此会产生一个较长的时延,这一问题在用户因快速移动而频繁进行区域切换时会被进一步放大,进而给通信质量造成不利影响。因此,区域间切换产生的长时延是该技术下一步需要重点克服的难题之一。

3多级的层次移动IPv6

上文已经提到,层次移动IPv6可以有效解决因绑定注册而带来的开销和时延增大问题,但在该技术体系下,层次区域内的移动锚点需要维护区域内全部移动节点的位置信息,并承担起对这些节点的位置管理和数据转发职责。在这种情况下,为移动锚点确定一个合适的工作区域就成为了难题。如果区域范围设定地过小,那么移动节点就需要进行频繁的绑定注册,使得通信质量的提升非常有限。但如果范围确定的太大,一个移动锚点所需要管理的移动节点数量就太多,进而可能超出锚点自身的负载能力,甚至导致锚点所在区域内的所有移动节点的通信质量降低。

为了解决这一问题,多级的层次移动IPv6技术(如图1所示)被提出,该技术可以在层次移动IPv6的基础上,对移动区域做进一步的细分,使得管理区域被分为多个层次,移动节点的绑定注册更新信息也会逐级向上提交。当移动节点需要进行移动切换时,可以针对切换的具体情况,实现由低层锚点向高层锚点乃至于家乡代理和通信对端进行注册,进而就极大地提升了移动切换注册的灵活性,降低了注册的开销和时延问题。然而在多级的层次IPv6体系中,因为采用了固定中心点的结构,所以依然存在过载和单点失效问题,并且这种缺陷在高层的锚点中会被进一步放大突显。同时,该技术也带来了一些新的问题,比如从通信对端发送过来的数据需要经过层层转发才能达到移动节点,而这就会导致数据传输开销增大,增大了网络的负担。对于部分位置相对固定的移动节点而言,这种额外的数据传输开销更是影响通信性能提升的重要因素之一。

图1 多级的层次移动IPv6体系

4 IPv6移动性管理中的认证机制

移动IPv6技术的运用必须借助移动性管理来实现,而这又会产生以下安全风险:第一,中断。当入侵者对系统进行攻击时,会造成系统的存储和计算资源被占用,使得其不能正常工作。比如入侵者可以发送大量伪造的绑定更新消息,使得网络资源被这些无用的数据所消耗,进而对正常的绑定更新消息传输造成影响,严重地就会造成移动IPv6的路由优化机制失效。第二,窃取。入侵者可以假冒正常用户来对流量进行分析或者获取网上传输的数据。比如通过伪造绑定更新消息,使家乡代理或者通信对端保存的地址变成一个伪造地址,进而使入侵者可以被伪装成为一个“合法”的用户,达到窃取数据的目的。第三,篡改。入侵者通过对移动节点的绑定更新和绑定确认信息进行拦截并实施修改。第四,伪造。入侵者可以冒充正常用户向系统发送伪造数据,进而达到重定向攻击的目的。

为了消除以上由于IPv6移动性管理带来的安全隐患,可以在移动节点与家乡代理间建立安全联盟,进而实现对注册绑定更新和确认消息的认证。与此同时,因为移动节点的通信对端具有很大的不确定性,所以移动节点与通信对端间的认证比较难以实现,而是这也是移动IPv6中认证机制所亟需解决的难题之一。

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