[转帖]移动IPv6技术发展的现状

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    摘要：本文首先对移动IPv6技术的由来做了介绍，描述了移动IPv6的优点，以及国内外的研发现状。最后，对移动IPv6与我国3G发展的关系做了分析。

   随着数据应用的发展速度越来越快，IPv4协议逐渐暴露出了诸多弊端。具体表现为地址数量太少，路由表迅速膨胀，配置过于复杂，缺乏安全性保障，QoS和性能保障不足，对移动性支持不够等。因此，IPv4基本已经不能再满足人们对数据应用的需求。IPv6的出现给数据应用带来了曙光，同时，也为IPv4所暴露出来的各种弊端提供了良好的解决方案。尤其是其地址数量几乎无限，使得移动终端海量的地址需求得以满足，并且其移动性也比IPv4增强了许多。

    一、移动IPv6的由来

    IPv4在设计之初并没有考虑到终端设备的移动性，所以，连网设备移动时需要从因特网上断开。而在另外一个地方重新连接时，还需要重新配置系统的新IP地址、正确的子网掩码和新的默认路由器（网关）才能继续通信。

    导致这个问题的原因是IPv4的路由机制。今天因特网上的IPv4地址实际上是逐层处理的。在网络的核心部分，路由器并不是针对个人用户来进行处理，而只是查看IP地址的开头几位（网络前缀），并将数据包转发到特定的网络上。该网络上的路由器进一步查看地址的后几位，然后，将数据包发送到子网。到了网络边缘的时候，接入路由器查看该地址的最后部分，并将数据包发送到特定的机器上。

    这种IP地址按层解析的方式要求设备固定接入某个子网，并且不会在更大的网络之间移动。如果切断一台计算机与某子网的连接，并连接到另一个子网上，该计算机的IP地址就必须更改。同样，如果一个企业更换了ISP，其整个网络都不得不更改地址。

    许多客户端的机器都没有永久的IP地址，而是每次登录某个网络时获得一个新的地址。例如，大多数需要上网的笔记本电脑都有两个IP地址，一个是在办公室的网络上获得的地址，一个是在家接入某个ISP网络获得的地址。

    当用户不是经常在网络之间切换，并且不介意退出后重新登录网络时，这种方式没有问题。但是，如果用户需要在网络之间移动时能够保持连接，这种方式就会出现问题。因为高层协议（如TCP）是使用IP地址来识别用户的，如果IP地址变了，用户就无法维持一个TCP的连接。

    为了支持因特网上的移动设备，IETF推出了移动IP的标准，使用户保留不变的永久IP地址，而不管他们是否连接在网上。移动IP有两种：一种是基于IPv4的移动IPv4，一种是基于IPv6的移动IPv6。最初的移动IP是为IPv4来定义的（IETFFRC2002）。那时的要求是：IPv4的移动性支持是附加的，绝大多数的IPv4节点都不支持移动IP。而今对IPv6移动性的要求是：移动性是IPv6的组成部分和重要特色之一，预计所有IPv6的部署都将至少包括最小的移动IP支持（即通信节点的功能）。

    在移动IPv6中无论移动节点当前如何，在哪里接入因特网，始终都是通过其静态的家乡地址来识别该节点的。离开家乡网络时，每个移动节点都会获取另一个临时的地址来表示节点当前的位置。

    这样一来，到达其家乡地址的基本信息被重定向（隧道封装）到转交地址。因此，虽然两种IP协议的版本都支持移动性，但是，由于移动IPv6提高了性能，并且移动IPv6对移动性的支持更加有效，因此，目前移动IPv4的使用很少。另外，采用移动IPv4使得每个用户需要至少两个宝贵的IPv4的地址，在当今IPv4地址相当匮乏的情况下几乎是不可能的。

    随着移动技术的发展，移动IP将变得与无线网络同样重要。因此，IPv6将成为不得不做出的选择，移动IPv6还将成为能够使3G网络和热点地区的蓝牙或Wi-Fi（802.11b）之间实现无缝漫游的一种基本技术。

    二、移动IPv6的优点

    移动IPv6与移动IPv4协议的设计思路很类似，但是，它们的执行方式却有所不同。IPv6的地址有128位，而IPv4的地址只有32位。虽然IPv6的地址长度是IPv4的四倍，但是，IPv6头标长度仅为IPv4的两倍。而且IPv6头标的域较少，长度固定，这使得IPv6路由器的硬件实现起来比较简单。另外，与IPv4不同的是，IPv6数据包在路由上时不被拆开，从而降低了选路的负担。这些改进意味着IPv6能以更经济有效的方式处理不断增长的因特网数据量。

    IPv6的另一个优点是需要时可在基本头标后面加扩展头标，从而改善路由性能。例如，IPSec头可以实现端到端的安全。其它扩展头标还有寻路头标、报片头标、认证头标和信宿选项头标等。IPv6及其头标的结构更能满足网络结构可扩展性的要求，改善安全性、数据的完整性、自动配置、移动性、数据多点传送，以及在全球骨干网上更有效的网络路由聚合。

    移动IPv6使得IPv6主机在离开其家乡子网时仍能保持所有当前的连接，并始终能够连接到因特网上。这是由于无论移动节点当前在因特网上的连接点如何，移动IPv6都通过静态的家乡地址来识别每个节点，移动节点离开家乡子网时，向其家乡链路上的家乡代理发送其当前位置的信息，家乡代理截获发送到该移动节点地址的数据包，并用隧道将数据发送到移动节点的当前位置。

    这一机制对于IP以上的所有网络层（如TCP、UDP及其所有应用）都是完全透明的，因此，移动节点的DNS记录指向是节点的家乡地址。当移动节点改变其因特网的接入点时，不需要更改其DNS记录。实际上，移动IPv6只是影响了数据包的选路，而独立于路由协议本身（如RIP、OSPF等）。

    移动IPv6还提出了转交地址（care-of-address）。当某个节点改变了其网络的接入点时，该节点的转交地址有两种生成方式：一种是通过接收路由器的通告获取（无状态地址自动配置），或者由DHCP服务器分配（全状态地址自动配置）。从技术上看，移动IPv6的优势主要体现在以下几个方面。

    ●移动IPv6为每个移动节点分配了全球的IP地址，无论它们在何处连接到因特网上，为移动节点服务的链路要预留足够多的IP地址，给移动节点分配一套（至少一个）转交地址。

    ●使用IPv6的任播地址，使得某个节点能够发送数据包给有该任播地址的几个系统中的某一个。移动IPv6有效利用这一原理实现动态家乡代理发现机制，通过发送绑定更新给家乡代理的任播地址，从几个家乡代理中获得最合适一个的响应。

    ●使用无状态地址自动配置和邻居发现机制之后，移动IPv6既不需要DHCP，也不需要外区链路上的外区代理来配置移动节点的转交地址。移动IPv6可以为所有安全的要求使用IPSec，如授权、数据完整性保护和重发保护。

    ●为了避免由于三角路由造成的带宽浪费，移动IPv6指定了路由优化的机制。路由优化是移动IPv4的一个附加功能，却是移动IPv6的完整组成部分之一。

    ●在因特网中有个别路由器是对它们转发的数据包实行入口过滤“ingress-filtering”的。检查该源地址来的数据包是否应该送到接收该数据包的接口处，移动IPv6能够与这种入口过滤方式毫无问题地并存。一个在外区链路上的移动节点使用其转交地址作为数据包的源地址，并将其家乡地址包含在其家乡地址目标选项中。由于在外区链路中转交地址是一个有效地址，所以，数据包将顺利通过入口过滤。

    总之，移动IPv6的目的是无论用户如何接入网络，都能使用户保留永久的IP地址。移动IPv6将允许用户从其手持设备上拔掉以太网的电缆之后，还能继续下载文件或者进行IP电话的通话（VoIP）。在这一过程中，用户的连接不断转移，从办公室的无线局域网（WLAN），到外部环境的蜂窝网络，最后到家里的DSL连线，但用户的所有应用都不会中断。

    三、国外移动IPv6的研发状况

    IPv6技术在全球的发展是很不平衡的，这种不平衡最根本的原因是IPv4地址分配的不平衡。IPv4地址资源丰富的国家和地区，由于掌握着IPv4的核心技术，IPv4产品和业务给厂商和运营商带来了丰厚的利润。因此，对IPv6技术持观望的态度；而那些IPv4地址资源匮乏的国家，则急于采用IPv6的标准来改变现状，在这样的国家和地区，从厂商、运营商到制定政策的政府部门都在积极地为新技术的部署做准备。

    从全球的发展现状看，IPv6活动的温床是在欧洲和亚洲，而不是在美国，这充分表明地址空间的匮乏是最主要的推动力。

    1.亚太地区

    亚太地区获得的IPv4地址很少，地址空间非常匮乏，而这一地区的通信发展却非常迅猛，因此，大多数分析家认为这一地区采用IPv6标准的步伐将会很快。

    目前亚太地区的各个国家中，对IPv6的研发、商用和应用推进最积极的是日本。原因是除了日本IPv4地址匮乏而通信发达之外，还因为日本希望通过掌握新技术来实现振兴经济的长远目标。

    日本IPv6的发展是在政府统一协调下分阶段进行的。前期主要是标准和研发，之后是网络部署，最后是应用开发和展开商用服务。目前，日本IPv6前期的标准、研究与开发工作的逐步成熟和取得成效。日本运营商对IPv6的态度很积极，一些运营商已经或正在推出IPv6业务，有的运营商推出的IPv6业务已经是正式的商用业务。

    目前，日本和韩国的3G服务占据了全球3G市场的90%，韩国的宽带用户普及率位于全球之冠。韩国对IPv6的态度也比较积极，韩国的设备商如三星等都在积极进行研发，以生产支持IPv6的设备。

    2.欧洲

    欧盟一直非常关注支持下一代因特网演进的基础技术的开发，其目标是加速发展高性能、高可靠性、安全、永远在线、高移动性的通信基础设施。欧盟希望到2010年欧洲能够进入知识经济时代，而这一目标实现的基础是能够在因特网的升级过程中取得领先地位，其中最关键的因素是维持欧洲在无线和移动通信领域的技术领先地位，以及完成向以IPv6为基础的下一代因特网的有效过渡。

    作为6WINIT计划的一个组成部分，爱立信采用IPv6在GPRS、3G和无线局域网之间传输数据，实现不同接入网络之间的无缝漫游。爱立信于2003年1月进行了救护车的演示，使用IPv6来显示重要的医学数据、话音和视频，并且在2G、3G系统和无线局域网上无缝漫游。这标志着向使移动用户实现“永远最佳连接”的目标迈出了重要的一步。爱立信首次将三种关键技术（IPv6、3G和多种接入）结合在一起，显示出移动业务的无缝使用。该医学紧急系统称为GuardianAngel，可以在各种不同的接入网络之间无缝移动，在特定地点选择最可用的接入网络。医生可以使用GSM/GPRS或者UMTS/WCDMA等移动网络，从医院的设备上观察到救护车中的患者、检查心率和血压，一旦救护车到达医院，系统可以自动转换到使用医院内部的无线局域网，数据流可以同时使用单独的网络接口，例如，如果无线局域网不够可靠，重要数据的传输还可同时使用GSM/GPRS或UMTS/WCDMA信道。

    四、移动IPv6与我国3G发展的关系

    1.我国移动IP业务发展现状

    IP业务最早与移动通信的结合是在电路交换的移动通信网络中引入IP电话业务，在我国，GSM移动网络中早已经引入了IP电话。

    之后，GSM网络中的IP分组数据业务——GPRS业务也已经在我国开始商用，GPRS分组业务使得空中接口频谱利用率与地面接入网带宽利用效率都得到极大地提高，而且实现了更加合理的资费政策——“按流量计费”，用户可以24小时在线，只有点击的时候才计费。

    未来的第三代移动通信网络的发展方向将是一个全IP的分组网络。目前，3G网络在世界范围内商用的数量不断增加。从我国目前的情况看，虽然信息产业部还没有正式颁发3G许可证，但是，从移动运营商到设备及终端制造商，从内容提供商到应用开发商，都在为我国3G的到来做着积极的准备。

    2.移动IPv6将为中国3G的发展增添光彩

    3G的发展方向将是一个全IP的分组网络。3G业务将以数据和互联网业务为主，在3G网络上将承载着从实时话音、移动多媒体、移动电子商务等多种业务。因此，在计费、漫游、应用、终端等方面会更加复杂，IPv6将是实现这些服务的关键。如果说3G的发展推动了IPv6的发展和标准化，那么，IPv6协议的诸多优越特性则为3G网络的发展奠定了坚实的基础。

    3.移动IPv6将有利于运营商多种接入方式的无缝互连

    最近，WLAN在中国的热点地区渐成亮点。

    随着网络技术和业务的发展，人们将会提出多种接入方式无缝互连的要求，即忽略蓝牙、无线局域网和广域网（GSM/CDMA）之间的技术差异，使得在不同网络环境下，用户的连接和所使用的业务不会中断，真正实现不间断的连接。采用移动IPv6将使这一目标的实现更加容易。

    五、结束语

    随着移动通信的发展，不仅仅是移动电话成为移动信息社会的核心，越来越多的其它设备也可以用来通信和获取信息，但是，很多新的业务却必须建立在每个终端都拥有全球独一无二的公用IP地址的基础上，这使得移动IPv6成为实现许多新业务的关键。

    总之，无论是从移动通信未来的发展，还是人们对未来移动通信的技术要求，移动IPv6都将成为必然的选择。