浅议基于主机标识协议增强型分布式移动管理

论文导读：henewD-GW.Thispaperproposedahandovermechanitoeffectivelyensuredataintegrity，andthesimulatio基于主机标识协议的增强型分布式移动管理由专注毕业论文与职称论文的www.7ctime.com提供,转载请保留.nresultsshowthatthiethodcaneffectivelyreducethetotalsignalingoverhead.Furthe原文出自:中报教育网论文中心 www.zbjy.cn
摘 要：
将宏观移动性管理的主机标识协议（HIP）应用于分布式移动性管理（DMM）构架，并将聚合服务器（RVS）与DMM中的移动性接入路由MAR功能集成于分布式接入网关（D-GW）。采用扩展HIP协议数据包头的参数，在注册D-GW的HIP BEX消息中携带切换前D-GW的主机标识符的二元组（HIT，IP地址），新D-GW根据此二元组信息向前一个D-GW注册并建立的隧道，将缓存在前D-GW中的数据转给新D-GW。这一切换机制可有效地保证数据完整性，仿真结果表明该策略能有效减少总的信令开销，同时基于HIP的移动性管理使节点的安全性得到了保证。
关键词：主机标识协议；分布式移动管理；主机标识标签；信令开销；数据完整性；切换
：A
Enhanced distributed mobility management based on host identity protocol
Abstract：
The Host Identity Protocol （HIP） macro mobility management was introduced into Distributed Mobility Management （DMM） architecture， and Rendezvous Server （RVS） was co-located with the DMM mobility access routing functionality in Distributed Access Gateway （D-GW）. By extending the HIP protocol package header parameters， the HIP BEX messages carried host identifier tuple （HIT， IP address） to the D-GW new registered， and the new D-GW forwarded the IP address using the binding massage. Through the established tunnel， data cached in the front D-GW would be later loaded to the new D-GW. This paper proposed a handover mechani to effectively ensure data integrity， and the simulatio基于主机标识协议的增强型分布式移动管理由专注毕业论文与职称论文的www.7ctime.com提供,转载请保留.n results show that this method can effectively reduce the total signaling overhead. Furthermore， the security of HIP-based mobility management can be guaranteed.
Key words：
Host Identity Protocol （HIP）； Distributed Mobility Management （DMM）； Host Identity Tag （HIT）； signaling overhead； data integrity；handover
0 引言
现有的移动管理协议MIPv6 （Mobile IPv6）和PMIPv6（Proxy Mobile IPv6）都有中心锚点，前者是家乡（Home Agent， HA），后者是本地移动锚（Local Mobility Anchor， LMA），其作用是实现对数据包的处理、转发以及移动节点的绑定注册和建立通信隧道[1-2]，均属于集中式移动管理协议，其局限性有路由次优化、低扩展性、信令过载、网络部署复杂、单点故障以及不能区分基于流的移动性管理服务等[3]。
互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force， IETF）为了解决集中式移动管理带来的不足进而提出了分布式移动管理（Distributed Mobility Management，DMM）[4]。其核心思想是将移动管理实体部署在网络边缘的接入路由器，使它更靠近终端，其移动管理的制约平面和数据平面分离，用户可继续使用以前分配的家乡网络前缀（Home Network Prefix， HNP），也能利用实体分配新网络前缀发起新的会话从而实现移动管理，属于分布式和动态式的管理。
主机标识符协议（Host Identity Protocol， HIP）通过在网络层和传输层之间新增一个主机标识层，可以实现主机标识符（Host Identity Tag， HIT）和网络寻址符（IP 地址）间的相互映射[5]。HIP协议以新的名字空间——HIT作为终端的身份标识，IP地址只作为节点位置标识。通信双方通过HIP的基本交互协议（Basic EXchange，BEX）建立HIP 连接，即使IP地址转变，双方仍然可以进行通信，具有与传统TCP/IP协议不同的通信特征。
HIP引入聚合服务器（Rendezvous Server，RVS）来实现节点移动性[6]。RVS保存注册节点的映射关系二元组（HIT，IP地址），并且与扩展了的DNS服务配合实现扩展的HIP协议[7]。
文献[8]对两种分布式移动管理进行了研究，提出了完全分布式移动性管理存在的主要理由是：如何区分MN是首次接入分布式网关，还是切换移动到新网，MN需获取前一接入的分布式网关（Distribute-Gateway， D-GW）位置信息。文献提出的策略有：广播PBU、终端提供、自动获得、IEEE 802.2支持等。这些策略或具有较大的信令开销，或需终端参与，违背网络移动性管理的原则，安全性也不能得到论文导读：原文出自:中报教育网论文中心 www.zbjy.cn
保证。文献[9]提出两种将HIP协议应用在分布式移动管理的策略：一是每一个D-GW都部署RVS，利用广播消息实现位置更新；二是重用I1消息来更新节点的接入信息。但这两种策略具有较大的位置更新时延和信令开销。文献[10]提出了一种将HIP协议与区域管理协议PMIPv6相结合的移动管理架构，解决了HIP不能提供微移动性管理的理由。本文针对现在完全分布式移动管理中存在的理由，提出了一种增强型的分布式网关实现完全分布式移动性管理，其策略是将DMM中的移动接入路由（Mobility capable Access Router，MAR）和HIP协议中的聚合服务器RVS功能整合部署在接入路由器，定义了新的HIP参数，即在HIP BEX的I1消息中携带切换前D-GW地址消息，并据此以绑定消息完成新旧D-GW之间安全隧道的建立，将旧D-GW的缓存消息经隧道转发给新D-GW，保证数据的完整性。1 相关研究

1.1 主机标识协议

主机标识协议是 IETF 提出为主机提供安全性、移动性和多地址的机制[11]。HIP利用各种加密算法提供安全的负载数据传输、通信主机认证和名字空间的安全性，并且在网络层与传输层之间引入主机标识层以及在域名空间和IP地址基于主机标识协议的增强型分布式移动管理由提供海量免费论文范文的www.7ctime.com,希望对您的论文写作有帮助.空间之间引入新的主机标识 （Host Identity，HI）空间[5]5。
主机标识协议能唯一地标识每台连接到Internet 的主机。每个主机可以有多个HI， 用不对称加密算法的公/私密钥对中的公钥来表示HI，通常使用固定长度的主机标识标签 （HIT）。HIT是HI的128 位长的哈希值。
HIP 支持的主机通信开始前，首先进行 HIP 基本交换Base BEX过程建立安全连接[5]。基本交换要经过一个加密的四次握手过程，如图1所示。发起者I和响应者R使用Diffie-Hellman 协议进行密钥交换， 并在第三、四次握手时完成主机认证。建立安全关联以后， 双方开始双向数据传输。通过加密的四次握手过程可以抵抗拒绝服务（Denial of Service， DoS）攻击、中间人攻击和重放攻击[11]。

1.2 集成RVS的HIP交换过程

HIP扩展协议为了支持节点移动性引入了聚合服务器RVS保存了所有在特定网络范围内的节点的二元映射关系（HIT，IP地址）。扩展后的DNS服务包含的信息有域名和IP地址的映射以及RVS域名和节点HIT的映射。终端位置的转变需向RVS报告。若 HIP 节点 CN已在其 RVS 服务器中注册了 HIT 和当前 IP 地址，当MN试图与CN建立连接，则需向DNS查询CN对应的RVS IP地址和HIT，如图2所示。MN向CN的 RVS 服务器发送基本交换的 I1 报文，源地址和目的地址分别是MN和CN。当 RVS 截获到 I1 报文的目的 HIT 与自己不匹配时，则将源地址替换为自己的IP地址，并且添加FROM参数并转发报文给CN。CN剖析I1并向MN发送添加VIS_RVS参数的R1报文，后续的消息交互报文I

2、R2按照HIP BEX模式完成。

1.3 HIP数据包头介绍

在IPv6 中，HIP负载实际上类似于IPv6 的一个扩展头，所有的HIP数据包具有固定的数据包头，其结构如图3所示[12]。其内容包含了下一个头部，负荷长度，报文类型，协议版本，制约域，校验和域以及源、目的 HIT。该消息的HIP参数携带相关的公共密钥、发送者的HIT、相关的安全性和其他信息。本文新定义了HIP参数Source RVS_ID，该参数与其他参数一样存在于每个HIP数据包中。
2 基于HIP的完全分布式移动管理
按照制约平面和数据平面在移动实体部署方式的不同，DMM分为完全分布式移动管理（Fully Distributed Mobility Management， F-DMM）和部分分布式移动管理（Partially Distributed Mobility Management， P-DMM） [13]。本文所研究的内容是完全分布式移动管理。
当移动节点从一个网络覆盖范围漫游到另外一个网络覆盖范围时（例如从D-GW1移动到D-GW2时）需要保持通信的保持性和数据完整性，即要保证切换过程中的数据完整地传递和接入点保持与通信对端CN的通信不被断开。
本文将RVS与分布式移动接入路由MAR功能集成到分布式网关D-GW，并按DMM思想部署在网络边缘。其优点是利用MAR发送PBU/PBA消息的方式在切换前后的网络建立双向隧道，传输缓存在原网络的数据，保证数据完整性。
为了方便描述提出的基于HIP的完全分布式移动管理F-DMM策略，采用如图4所示的网络架构。
MN初次进入D-GW1所在网络，接入感知接入并认证通过后，完成对终端的注册并提供其所注册的服务；CN完成类似的功能，并在D-GW2完成注册，其过程如图5所示。
1）MN接收到D-GW1的路由广播消息RS，包含了HNP、D-GW1的IP地址和HIT，MN利用分配的家乡网络前缀配置IP地址（使用state-less方式）。
2）～ 6）MN向D-GW1的聚合服务功能注册其HIT和当前IP地址，存储D-GW1的IP地址和其HIT绑定状态。
7）RVS向DNS更新HIT和IP绑定状态，在D-GW1的BCE添加MN的HIT、HNP和IP地址等。
8）MN向通信对端CN发送带有IP地址的UPDATE报文，通知其位置信息。
通信对端CN需要和移动节点MN发起通信时完成HIP基本交换。
当D-GW检测到MN的信号值低于一定门限时，判断MN即将离开该网络，于是建立数据缓存区，从CN发来的数据存入缓存区。
当MN接入到另外一个网络范围D-GW2时：
a）新网络为其分配一个新的家乡网络前缀HNP，MN接收到AR发送的RVS的HIT和IP地址后，检查是否和已经保存的RVS的HIT相同，如果论文导读：新。随着移动会话比的增大，总的信令开销逐渐减小，当CMR大于1时，呼叫到达率相对移动速度大，因而信令开销随CMR增大而趋缓。本文提出的移动管理方式的总的信令开销要明显小于对比方式的信令开销，PULL方式要低于PUSH方式，但是都高于本文提出的方式，这是由于文献策略的位置更新信令开销随MN移动速度的提高而增大。分析节点数原文出自:中报教育网论文中心 www.zbjy.cn
不同则判断移动到新的网络范围[14]。
b）～ e） MN向新网络的RVS注册其IP地址和HIT的映射关系，同时MN保存新网络RVS的HIT和IP地址。
本文重用I1消息并定义新的HIP参数 Source RVS_ID，其作用是向新网络RVS提供切换前RVS的HIT和IP的绑定状态，其生命周期是有限的。新定义的参数在MN初次向RVS注册时通过注册消息携带。RVS剖析收到的MN的注册消息，获取携带的参数信息。包含该RVS模块的D-GW2的其他模块可从RVS获得携带的HIT和其IP地址信息，也就是D-GW1的信息， D-GW2的绑定缓存条目（Binding Cache Entry， BCE）将在一定生命周期内保存这些信息，并触发D-GW2向D-GW1发送PBU消息。D-GW1接收并剖析收到的PBU消息，根据处理结果向发起者发送PBA消息，若同意该注册请求，新旧D-GW间建立双向隧道。D-GW2接收到来自D-GW1的缓存数据，并且将其转发给MN。f）～ i）由于MN的IP地址发生了转变，若终端支持路由优化，则需向CN发起更新报文，添加UPD基于主机标识协议的增强型分布式移动管理由专注毕业论文与职称论文的www.7ctime.com提供,转载请保留.ATE参数。CN向MN确认并接受收到的UPDATE参数，修改自身的BCE，完成路由优化过程，进而完成切换过程。
j）～ l）MN要与CN2发起通信时首先向DNS查询RVS的HIT和其IP地址，利用分配的HNP3配置其IP地址，然后向D-GW2注册，完成与CN2的HIP BXE，建立起MN与CN2的IP通信。
当MN从D-GW2移动到D-GW3时D-GW2作为锚点，做类似于D-GW1移动到D-GW2的切换，并且将切换过程中保存在D-GW2上的数据转发给D-GW3，D-GW3将数据转发给已经完成注册的MN，MN发起与CN

1、CN2的位置更新，切换完成。

3 信令开销
本章对基于HIP的分布式移动管理的网络构架进行信令开销分析。通过与另外的两个网络构架的对比分析，得出本文所提出的网络构架要比对比文献中的网络信令开销小。本文中的信令开销主要包括位置管理开销、信令绑定更新开销以及报文递交开销，为了方便对网络构架的分析，定义参数如表1。

3.1 位置更新信令开销

当MN在同一个网络范围的不同子网间移动时，由于其分配的IP地址相同，所以不需要对RVS进行位置更新。当MN在不同的网络范围，如D-GW1、D-GW2之间移动时，需要向新网络的RVS发起位置注册，同时需要向切换前网络的D-GW1发起绑定更新，为MN分配新的网络前缀。其位置更新的开销为Ul。

3.2 绑定更新信令开销

MN在移动到新网络需向前网络以及CN发起绑定更新，建立起新旧D-GW之间的安全隧道以传递缓存数据和使CN更新MN的HIT和IP目的地址。绑定更新信令开销Bu为：

3.3 呼叫递交信令开销

当CN希望和MN建立通信连接时，它首先给MN发送I1报文。由于CN不知道MN的实际位置，因此，位置管理者RVS需要定位MN的具体位置，并把I1报文转发给MN。该过程会产生额外信令开销，称为呼叫递交信令开销。
Hd=Ncn（vr+cmr）
文献[9]的PUSH中的呼叫递交更新信令包括CN给MN发送消息时首先发送给其网关GW/D-RVS，查询到MN的位置之后转发给MN，因此开销为：
Hpush=Ncn（rd+cdd+cma+cad）
而在HIP-DMM-PULL中GW/D-RVS将呼叫信令I1用多播的方式发至所有的GW/D-RVS进行查找MN，因此呼叫信令开销为：
Hpull=Ncn（N*rd+cdd+cma+cad）

3.4 总的信令开销

总的信令开销为Stot，则
Stot=U+B+H
当有M个MN在网络中，则总共的信令开销为：
W=M×Stot=M×（U+B+H）
在参考文献[9]中的分布式网关是RVS与边界路由器共存的GW/D-RVS，在本文中的新的分布式网关是RVS与MAR共存的D-GW，两种网络拓扑中的其他网元都对应相同，因此本文在信令开销中使用的参数定义在参考文献[9]信令开销的分析中也完全适用。本文采用的仿真参数来自于参考文献[14]，具体为：cma=1，car=2，cdd=3，cad=2，cmm=5，am=5，ac=5，ar=ad=50，vr=vd=25，cmc=cmr=cma+car。
分析移动会话比CMR对总的信令开销的影响，令与MN通信的节点数为Ncn=2，网络中的D-GW数量为10，网络中的MN数量为100，则总的信令开销与CMR的关系如图6。由图6可知，当CMR比较小时，MN的移动速率比较大时，总的信令开销变化较大，这是由于MN在单位时间内要进行多次切换，进行绑定更新和位置注册更新。随着移动会话比的增大，总的信令开销逐渐减小，当CMR大于1时，呼叫到达率相对移动速度大，因而信令开销随CMR增大而趋缓。本文提出的移动管理方式的总的信令开销要明显小于对比方式的信令开销，PULL方式要低于PUSH方式，但是都高于本文提出的方式，这是由于文献[9]策略的位置更新信令开销随MN移动速度的提高而增大。
分析节点数量对网络的总的信令开销的影响。令CMR分别为0.1和1，网络中D-GW和CN数量保持不变，则W随着MN的数量变化关系如图7所示，不同的总信令开销W是在不同的R情况下得出的。第一组中R值为0.1，仿真结果显示当CMR=0.1，节点移动速率相对呼叫到达率大，因而位置注册更新信令、绑定更新信令都急剧增大。文献[9]策略的信令开销比较大而且接近，PUSH策略要比PULL要略低一些，而本文提出的策略要低很多。在M=50时，本文提出的信令开销约为PULL方式的45%。第二组为CMR=1的情况，总的信令开销随着MN的数量增大而逐渐增大，增大的速率趋于平缓，这是由于呼叫到达率与MN移动的速率比值相同。仿真结果显示本文策略要比文献[9]策略所需信令开销要低得多。论文导读：原文出自:中报教育网论文中心 www.zbjy.cn

分析网络中分布式网关D-GW数量变化与总的信令开销关系，令与MN通信的节点数为Ncn=2，网络中的MN数量为100，如图8所示。CMR的值分别为0.1和1，当CMR=0.1，总的信令开销随着D-GW的数量急剧增加，这是由于网关数量增加会使RVS处理位置更新消息时间和递交信令时间增加，但总的信令开销也比文献[9]的策略低，本文策略只在本地网络的RVS注册向前一个D-GW发起更新，而文献[9]所提策略除了要向本地网络注册以外，还要向其他网络中D-GW发起注册，增大了RVS处理信令开销以及传输信令开销。当CMR=1时，MN的呼叫到达率与移动速率相同，总的信令开销仍在增长。在图8中的两条水平线为本文提出的策略信令开销与D-GW数量关系图，从中可以看出都低于同组中的另外两条对比斜线。4 结语
随着网络架构向着“扁平化”发展，移动管理的设备将会逐渐部署到离用户更近的地方。传统的“集中式”部署方式具有潜在的单点故障等理由。为了解决这种理由，本文提出了一种基于HIP的完全分布式移动管理的解决方案。将应用与宏观移动性管理的HIP协议中的聚合服务器RVS与分布式移动管理的MAR结合起来按照分布式移动管理的原则部署在一起。通过对网络中总的信令开销的理论分析和仿真，结果表明本文提出的策略比文献[9]中的信令开销要低35%～60%，具有良好的网络性能。HIP协议本身具有良好的安全性，因此，将HIP协议应用到分布式移动管理中可以有力保障网络的安全性。
参考文献：
[1] JO基于主机标识协议的增强型分布式移动管理由优秀论文网站www.7ctime.com提供,助您写好论文.HNSON D， PERKINS C， ARKKO J. Mobility support in IPv6[S/OL].[2013-06-03]. http：//.cn/soft/ACRD4CHS.EXE">PDF浏览器用户请先下载安装