??? 摘 要： 通過移動無線網(wǎng)絡(luò)接入Internet的主機(jī)可能會經(jīng)常變換接入點(diǎn)" title="接入點(diǎn)">接入點(diǎn)，本文在構(gòu)建一個完整IPv6網(wǎng)絡(luò)模型,，同時通過引入軟切換,，有效解決了移動主機(jī)" title="移動主機(jī)">移動主機(jī)在切換過程中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失。
??? 關(guān)鍵詞： IPv6,； 切換,； 軟切換； 移動網(wǎng)絡(luò)

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1 系統(tǒng)介紹
??? 通過移動無線網(wǎng)絡(luò)連接到Internet的主機(jī)可能會經(jīng)常變換接入點(diǎn),，這就需要提供一個有效機(jī)制用以保證數(shù)據(jù)包到移動主機(jī)的有效尋址,。在數(shù)據(jù)收發(fā)過程中，接入點(diǎn)的變換通常稱為切換（handoff）,，在切換過程中或者切換后的極短時間內(nèi),，由于主機(jī)位置信息" title="位置信息">位置信息的延遲數(shù)據(jù)包可能會丟失。因?yàn)榍袚Q正變得越來越頻繁,，有效地降低丟包是確保QoS的前提,。蜂窩式IPv6（CIPv6：Cellular IP for IPv6）是一個支持主機(jī)頻繁切換的協(xié)議,，該協(xié)議主要用于本地網(wǎng)，同時也可以與使用于廣域的通用的移動IPv6（MIPv6：Mobile IPv6）有效協(xié)同^[1],，從而共同構(gòu)成廣域的移動IPv6網(wǎng)絡(luò),。
1.1 模型實(shí)體
??? (1)CIPv6節(jié)點(diǎn)：構(gòu)成CIPv6網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)元素，主要功能有兩個：①CIPv6節(jié)點(diǎn)可以在CIPv6網(wǎng)絡(luò)中為數(shù)據(jù)包提供無線訪問路由,；②為無線訪問提供接入,，所以也稱為基站。
??? (2)CIPv6基站：同CIPv6節(jié)點(diǎn),。
??? (3)CIPv6網(wǎng)關(guān)：提供CIPv6網(wǎng)絡(luò)和Internet的互聯(lián)接口,。
??? (4)CIPv6主機(jī)：應(yīng)用CIPv6協(xié)議的移動主機(jī)。
1.2 模型構(gòu)成
??? 圖1是CIPv6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向,，每個基站周期性地發(fā)射Beacon信號,，移動主機(jī)通過這些信號尋找最近的基站。通常,，所有移動主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)包在基站間通過最短路徑" title="最短路徑">最短路徑的方式實(shí)現(xiàn)路由，并不考慮目標(biāo)IP,。CIPv6節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)一個路由緩沖區(qū),，移動主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包在每個節(jié)點(diǎn)的路由緩沖區(qū)中創(chuàng)建并更新一個記錄，每個記錄在映射移動主機(jī)IP的同時還記錄數(shù)據(jù)包來源節(jié)點(diǎn)的IP,。在每個CIPv6節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)中形成的記錄鏈總是對應(yīng)一個特定的移動主機(jī),，下行數(shù)據(jù)也通過這個記錄鏈到達(dá)移動主機(jī)。這個記錄鏈總是對應(yīng)主機(jī)的最新位置,，因?yàn)楫?dāng)主機(jī)移動時,，通過上行數(shù)據(jù)包，記錄鏈也會隨時被更新,。此外,，下行數(shù)據(jù)到移動主機(jī)的路由也由記錄鏈負(fù)責(zé)。為防止記錄鏈超時,，移動主機(jī)會周期地發(fā)送控制數(shù)據(jù)包,，控制數(shù)據(jù)包是IPv6協(xié)議的擴(kuò)展，協(xié)議頭實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)CIPv6網(wǎng)絡(luò)的最短路徑方式和CIPv6控制信息,。當(dāng)移動主機(jī)未處于發(fā)送數(shù)據(jù)的激活狀態(tài)時,，仍可以接收數(shù)據(jù)，這時CIPv6節(jié)點(diǎn)會維護(hù)一個分頁緩沖區(qū),，所有的下行數(shù)據(jù)由分頁緩沖區(qū)負(fù)責(zé)提供路由,，分頁緩沖區(qū)比路由緩沖區(qū)有更長的超時時間。

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??? S標(biāo)志含義：1為軟切換，默認(rèn)值為0,，不支持軟切換的基站忽略此標(biāo)志,。I標(biāo)志的含義為：指示間接軟切換。
3.3.2 分頁更新數(shù)據(jù)包
??? 與路由更新數(shù)據(jù)包類似,，分頁更新數(shù)據(jù)包也是一個基于IPv6的包含最短路徑擴(kuò)充的協(xié)議,。源地址為IPv6主機(jī)IP，目標(biāo)地址為IPv6網(wǎng)關(guān)IP,，S標(biāo)志和I標(biāo)志均為0,。
3.4 路由
??? IPv6網(wǎng)絡(luò)的路由算法具有特殊性，它并不需要通常IP網(wǎng)絡(luò)的路由能力,，IP網(wǎng)絡(luò)的路由能力完全由CIPv6網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn),。
3.4.1 路由器的拓補(bǔ)
??? 在上行方向，數(shù)據(jù)包基于最短路徑方式到達(dá)CIPv6網(wǎng)關(guān),，每個節(jié)點(diǎn)都將數(shù)據(jù)包發(fā)往與其連接到IPv6網(wǎng)關(guān)的相鄰節(jié)點(diǎn),，相鄰節(jié)點(diǎn)的上行選擇由網(wǎng)絡(luò)管理員事先設(shè)定,，或者通過簡單的最短路徑算法選擇最短路徑從而替代手工設(shè)定。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度較高時,，通過計(jì)算后的手工設(shè)定會有更高的效率,。
3.4.2 上行路由
??? 當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)一個節(jié)點(diǎn)后，該數(shù)據(jù)包首先被用以更新到達(dá)節(jié)點(diǎn)的路由緩沖區(qū)和分頁緩沖區(qū),，然后被發(fā)送到上行相鄰節(jié)點(diǎn)。為了更新緩沖區(qū),，節(jié)點(diǎn)會讀取數(shù)據(jù)包類型,、端口號、源IP地址,。分頁更新數(shù)據(jù)包更新分頁緩沖區(qū),，路由更新數(shù)據(jù)包同時更新分頁緩沖區(qū)和路由緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包則會刷新所有緩沖區(qū)的狀態(tài),，但不會改變分頁緩沖區(qū)和路由緩沖區(qū),。兩個緩沖區(qū)都包含IPv6地址、接口,、MAC地址,、呼出時間和時間戳。接口和MAC地址用作下行數(shù)據(jù)的路由,，時間戳用于存放控制數(shù)據(jù)包發(fā)來的時間,，以便明確映射時間。
??? 當(dāng)一個數(shù)據(jù)包由下行連接相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來時,，節(jié)點(diǎn)首先在路由緩沖區(qū)中查找源IP,，如果路由沒有變化就刷新記錄：呼出時間被刷新為當(dāng)前時間＋路由超時，如果該節(jié)點(diǎn)有分頁緩沖區(qū),，分頁緩沖區(qū)也作相同處理,。如果路由發(fā)生變化，數(shù)據(jù)包就被丟棄,。當(dāng)更新數(shù)據(jù)包到達(dá)一個節(jié)點(diǎn)時,，節(jié)點(diǎn)首先檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包的合法性，如果不能通過合法性檢測,，則更新數(shù)據(jù)包就被丟棄^[3],，并在系統(tǒng)日志中記錄該事件。如果數(shù)據(jù)包合法,，節(jié)點(diǎn)就在緩沖區(qū)中建立新的路由記錄" title="路由記錄">路由記錄：新數(shù)據(jù)包IPv6地址,、接口、MAC地址,、呼出時間（當(dāng)前時間＋路由超時）,、時間戳,。如果緩沖區(qū)中對應(yīng)IP已經(jīng)存在，根據(jù)時間戳進(jìn)行判斷,，到來數(shù)據(jù)包時間戳更新時,，則更新對應(yīng)記錄，否則丟棄數(shù)據(jù)包,。
3.4.3 下行路由
??? 當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)從其上行連接節(jié)點(diǎn)收到一個數(shù)據(jù)包時,，節(jié)點(diǎn)首先檢驗(yàn)路由緩沖區(qū)中是否包含該目標(biāo)IP，如果存在則繼續(xù)向下行方向發(fā)送,。如果不存在對應(yīng)記錄,，該數(shù)據(jù)包將以廣播的形式向所有相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送。如果該節(jié)點(diǎn)有分頁緩沖區(qū),，且分頁緩沖區(qū)中包含對應(yīng)IP的記錄,，數(shù)據(jù)包會繼續(xù)下行，如果分頁緩沖區(qū)中沒有對應(yīng)記錄,，數(shù)據(jù)包就被丟棄,。
4 CIPv6的擴(kuò)充
4.1 切換擴(kuò)充
4.1.1 軟切換
??? 為了防止敏感數(shù)據(jù)的丟失，可以采用軟切換方式,。在軟切換時,，移動主機(jī)會與兩個基站同時通信，這樣下行數(shù)據(jù)仍然可以同時到達(dá)兩個基站,，從而防止數(shù)據(jù)通信的中斷,。為了實(shí)現(xiàn)軟切換，移動主機(jī)需要在新基站建立對應(yīng)的路由記錄,，同時繼續(xù)監(jiān)聽舊主機(jī)的下行數(shù)據(jù),。移動主機(jī)通過設(shè)置S標(biāo)志來實(shí)現(xiàn)軟切換，節(jié)點(diǎn)通過識別S標(biāo)志,，在數(shù)據(jù)下行時會同時向新基站和舊基站發(fā)送數(shù)據(jù)包,，直到移動主機(jī)向新基站發(fā)送路由更新數(shù)據(jù)包,。一旦移動主機(jī)向新基站發(fā)送路由更新數(shù)據(jù)包,，S標(biāo)志將被清除，舊主機(jī)路由緩沖區(qū)中的對應(yīng)記錄也會被清除,，從而完成整個軟切換過程,。
??? 如果新基站的訪問路徑大于舊基站，下行數(shù)據(jù)可能無法到達(dá)移動主機(jī),。為了防止類似問題,，在軟切換時到達(dá)新基站的數(shù)據(jù)包會有一定的延時，這可能導(dǎo)致移動主機(jī)收到兩次相同數(shù)據(jù)包,，但不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失,。
4.1.2? 間接軟切換
??? 不是所有無線技術(shù)都支持同步多連接,，如：有些設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)在監(jiān)聽舊基站的同時向新基站發(fā)送路由更新數(shù)據(jù)包，在這種情況下可以采用間接軟切換,。當(dāng)需要切換時,，主機(jī)不向新基站發(fā)送路由更新數(shù)據(jù)包（因?yàn)樵O(shè)備無法實(shí)現(xiàn)），路由更新數(shù)據(jù)包仍被發(fā)送到當(dāng)前基站,，但這個數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP（下行時的目標(biāo)IP）就是新基站的IP,，這時將I標(biāo)志設(shè)定為1，表示開始間接軟切換過程,。這樣,，下行的數(shù)據(jù)就會根據(jù)新的基站地址到達(dá)新基站，當(dāng)基站收到該數(shù)據(jù)包時即可建立新的主機(jī)路由記錄鏈,。
4.2 多網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)
??? 當(dāng)CIPv6網(wǎng)絡(luò)只有一個網(wǎng)關(guān)時,，這個網(wǎng)關(guān)必須負(fù)責(zé)上行和下行數(shù)據(jù)。IPv6網(wǎng)絡(luò)可以采用多網(wǎng)關(guān),，這樣可以提高網(wǎng)絡(luò)的效率,，但移動主機(jī)和相關(guān)節(jié)點(diǎn)必須可以判斷使用哪個網(wǎng)關(guān)，例如：通過地理位置或IP空間進(jìn)行網(wǎng)關(guān)分配,。
??? 蜂窩式IPv6是一個支持主機(jī)頻繁切換的協(xié)議,，通過對該協(xié)議的擴(kuò)充引入軟切換后，不僅可以實(shí)現(xiàn)基于移動網(wǎng)絡(luò)的IPv6網(wǎng)絡(luò),，還可以很好地解決切換過程中的數(shù)據(jù)丟失,。軟切換根據(jù)設(shè)備的功能性，可以通過直接軟切換和間接軟切換兩種方式實(shí)現(xiàn),。
參考文獻(xiàn)
[1] ?Internet Protocol version 6(IPv6) specification. IETF RFC 2460, December 1998.
[2] ?THOMSON S, NARTEN T. IPv6 stateless address autoconfiguration. IETF RFC 2462, December 1998.
[3] ?METZGER P, SIMPSON W. IP authentication using keyed ?MD5. IETF RFC 1828, August 1995.