移动IP

移动IP即Mobile IP是为了满足移动节点在移动中保持其连接性而设计的。Mobile IP现在有两个版本，分别为Mobile IPv4(RFC 3344，取代了RFC 3220，RFC 2002)和Mobile IPv6(RFC 3775)。目前广泛使用的仍然是Mobile IPv4...

定义

最简单的说，移动IP技术就是让计算机在互联网及局域网中不受任何限制的即时漫游，也称移动计算机技术。

专业一点的解释，移动IP技术是移动节点(计算机/服务器/网段等)以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。

实现漫游

移动IP应用于所有基于TCP/IP网络环境中，它为人们提供了无限广阔的网络漫游服务。譬如：在用户离开北京总公司，出差到上海分公司时，只要简单地将移动节点(例如：笔记本电脑、PDA设备)连接至上海分公司网络上，那么用户就可以享受到跟在北京总公司里一样的所有操作。用户依旧能使用北京总公司的共享打印机，或者可以依旧访问北京总公司同事电脑里的share文件及相关数据库资源；诸如此类的种种操作，让用户感觉不到自己身在外地，同事也感觉不到你已经出差到外地了。换句话说：移动IP的应用让用户网络随处可以安“家”，不再忍受移动节点因“出差”带来的所有不便之苦等等。

关键技术

代理搜索：是计算节点用来判断自己是否处于漫游状态。

转交地址：是移动节点移动到外网时从外代理处得到的临时地址。

登录：是移动节点到达外网时进行一系列认证、注册、建立隧道的过程。

隧道：是家代理与外代理之间临时建立的双向数据通道。

1.1基本通信流程

基于IPv4的移动IP定义三种功能实体：移动节点（mobile node）、归属代理（home agent）和外部代理（foreign agent）。归属代理和外部代理又统称为移动代理。移动IP技术的基本通信流程如下：

（1）远程通信实体通过标准IP路由机制，向移动结点发出一个IP数据包；

（2）移动结点的归属代理截获该数据包，将该包的目标地址与自己移动绑定表中移动结点的归属地址比较，若与其中任一地址相同，继续下一步，否则丢弃；

（3）归属代理用封装机制将该数据包封装，采用隧道操作发给移动结点的转发地址；

（4）移动结点的拜访地代理收到该包后，去其包封装，采用空中信道发给移动结点；

（5）移动结点收到数据后，用标准IP路由机制与远程通信实体建立连接。

在移动IP协议中，每个移动节点在“归属链路”上都有一个唯一的“归属地址”。与移动节点通信的节点称为“通信节点”，通信节点可以是移动的，也可以是静止的。与移动节点通信时，通信节点总是把数据包发送到移动节点的归属地址，而不考虑移动节点的当前位置情况。

在归属链路上，每个移动节点必须有一个“归属代理”，用于维护自己的当前位置信息。这个位置由“转交地址”确定，移动节点的归属地址与当前转交地址的联合称为“移动绑定”（简称“绑定”）。每当移动节点得到新的转交地址时，必须生成新的绑定，向归属代理注册，以使归属代理及时了解移动节点的当前位置信息。一个归属代理可同时为多个移动节点提供服务。

当移动节点连接在归属链路上（即链路的网络前缀与移动节点位置地址的网络前缀相等）时，移动节点就和固定节点或路由器一样工作，不必运用任何其它移动IP功能；当移动节点连接在外埠链路上时，通常使用“代理发现”协议发现一个“外埠代理”，然后将此外埠代理的IP地址作为自己的转交地址，并通过注册规程通知归属代理。当有发往移动节点归属地址的数据包时，归属代理便截取该包，并根据注册的转交地址，通过隧道将数据包传送给移动节点；由移动节点发出的数据包则可直接选路到目的节点上，无需隧道技术。

为了支持移动分组数据业务，移动IP应解决代理发现、注册和隧道封装三项技术。

1.2代理发现

移动IP通过扩展现有的“ICMP路由器发现”机制来实现代理发现。代理发现机制检测移动节点是否从一个网络移动到另一个网络，并检测它是否返回归属链路。当移动节点移动到一个新的外埠链路时，代理发现机制也能帮助它发现合适的外埠代理。

（1）代理布告（agent advertisement）

在所连接的网络上，归属代理和外埠代理定期广播“代理布告”消息，以宣告自己的存在。代理布告消息是ICMP路由器布告消息的扩展，它包含路由器IP地址和代理布告扩展信息。移动节点时刻监听代理布告消息，以判断自己是否漫游出本地网络。若移动节点从自己的归属代理接收到一个代理布告消息，它就能推断已返回归属，并直接向归属代理注册，否则移动节点将选择是保留当前的注册，还是向新的外埠代理进行注册。

（2）代理请求（agent solicitation）

拜访地代理周期性地发送代理布告消息，若移动节点只需获得代理信息，它可发送一个ICMP“代理请求”消息。任何代理收到代理请求消息后，应立即发送。代理请求与ICMP路由器请求消息格式相同，只是它要求将IP的TTL域置为1。

1.3注册

移动节点发现自己的网络接入点从一条链路切换到另一链路时，就要进行注册。另外，由于注册信息有一定的生存时间，所以移动节点在没有发生移动时也要注册。移动IP的注册功能是：移动节点可得到外埠链路上外埠代理的路由服务；可将其转交地址通知归属代理；可使要过期的注册重新生效。另外，移动节点在回到归属链路时，需要进行反注册。

注册的其它功能是：可同时注册多个转交地址，此时归属代理通过隧道，将发往移动节点归属地址的数据包发往移动节点的每个转交地址；可在注销一个转交地址的同时保留其它转交地址；在不知道归属代理的情况下，移动节点可通过注册，动态获得归属代理地址。

移动IP的注册过程一般在代理发现机制完成之后进行。当移动节点发现已返回归属链路时，就向归属代理注册，并开始象固定节点或路由器那样通信，当移动节点位于外埠链路时，能得到一个转交地址，并通过外埠代理向归属代理注册这个地址。

移动IP的注册操作使用UDP数据报文，包括注册请求和注册应答两种消息。移动结点通过这两种注册消息，向归属网络注册新的转发地址。

1.4隧道技术

隧道技术在移动IP中非常重要。移动IP使用IP的IP封装、最小封装和通用路由封装（GRE）三种隧道技术。

（1）IP的IP封装

由RFC2003定义，用于将IPv4包放在另一个IPv4包的净荷部分。其过程非常简单，只需把一个IP包放在一个新的IP包的净荷中。采用IP的IP封装的隧道对穿过的数据包来说，犹如一条虚拟链路。移动IP要求归属代理和外埠代理实现IP的IP封装，以实现从归属代理到转交地址的隧道。

（2）IP的最小封装

由RFC2004定义，是移动IP中的一种可选隧道方式。目的是减少实现隧道所需的额外字节数，通过去掉IP的IP封装中内层IP报头和外层IP的报头的冗余部分完成。与IP的IP封装相比，它可节省字节（一般8byte）。但当原始数据包已经过分片时，最小封装就无能为力了。在隧道内的每台路由器上，由于原始包的生存时间域值都会减小，以使归属代理在采用最小封装时，移动节点不可到达的概率增大。

（3）由RFC1701定义，是移动IP采用的最后一种隧道技术。除了IP协议外，GRE还支持其它网络层协议，它允许一种协议的数据包封装在另一种协议数据包的净荷中。在某些应用中，GRE防止递归封装的机制也非常有吸引力。

应用

在3G移动通信中，cdma2000核心网可向移动用户提供基于简单IP的公网/专网接入业务和基于移动IP的公网/专网接入业务。

当用户采用简单IP方式接入时，将会从业务接入提供商那里分配到一个动态的IP地址。该用户可在一定地理范围内的网络中，保持所分配的IP地址；当用户移动出上述地理范围时，则不再保持该IP地址。

当用户采用移动IP方式接入时，可使用静态IP地址，也可使用动态IP地址，这主要取决于其归属IP网络。在cdma2000网络范围内或其它网络范围内，用户可任意移动，并能保持同一IP地址。在cdma2000系统中，移动IP应用的关键在于要引入一个支持移动IP外埠代理（FA）功能的分组数据服务节点（PDSN）。

2.1基于移动IP的网络参考模型

基于移动IP的cdma2000分组核心网络包括分组控制功能（PCF）、分组数据服务节点（PDSN）、认证受权和计费（AAA）以及归属代理（HA）。其中，PCF主要用于建立、维护和终止链路层到PDSN的连接，与无线资源控制（RRC）共同请求和管理无线资源，以便在移动台之间转发数据包。PDSN主要用于建立、维护和终止链路层与移动台的PPP会话，执行对移动用户分组数据会话的认证、授权和计费，将移动台的IP地址映射成唯一的链路层连接或标识，按照QoS要求标记并处理数据包。PDSN还增加FA（外埠代理）功能，负责提供隧道出口，并将数据解封装，发往移动台。AAA负责管理用户，包括用户权限、开通业务等信息。RADIUS服务器。HA负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户，并实现PDSN之间的宏

移动管理。PDSN通过R-P接口连至无线网络（RN）。移动终端与PDSN之间的链路层协议采用PPP协议，网络层协议则采用IP。

2.2cdma2000中的移动IP技术

移动台通过空中接口连至具有PCF的基站。移动台经由PPP连至cdma网络后，它与PDSN之间的链路层连接宣告建立。PPP连接初始化后，PDSN发送一条代理广播消息到移动台，移动台产生移动IP注册请求；PDSN采用AAA协议，将该请求消息发往HA，从归属代理返还的消息中，提取移动IP注册应答消息，并将它发至移动台。

在同一PDSN内，RN之间的切换通过将先存的R-P链路转移到新的RN，并终止与原RN的连接实现，，在不同PDSN之间切换时，业务信道将被转移到新的RN，并在新RN与新PDSN之间，创建一个新的分组业务会话标识，关闭旧的PDSN连接。通过会话标识，新PDSN识别出这是一个新的R-P链路，而不是原链路。若系统支持移动IP的路由优化，则附带的更新消息将被发往相关主机，主机便开始向新的PDSN传输数据包。

发展

随着人们对移动通信业务的需求日益迫切，用户的入网注册、路由选择、安全防护以及对移动用户的支持，已使IPv4协议的局限性暴露出来，并成为IPv6产生和发展的必要趋势。

移动IPv6技术是在IPv4的基础上发展起来的。它定义了移动节点，通信节点和归属代理三种操作实体。由于IPv6地址空间巨大，而且每台路由器都要求实现路由器搜索，所以不再有外埠代理的概念。四种新的IPv6目的地选项包括绑定更新、绑定认可、绑定请求和归属地址。为了实现“动态归属代理地址发现”机制，IPv6定义了两种ICMP消息类型：归属代理地址发现请求消息和归属代理地址发现应答消息。另外还定义了两种“邻居发现”选项：宣告消息间隔和归属代理信息选项。

在移动IPv6技术中，在与外埠链路连接的移动节点上，可同时采用隧道和源路由技术传送数据包。另外，移动IPv6的高层功能也包括代理搜索、注册和选路。

移动IPv6通过ICMPv6路由器搜索，确定它的转交地址。移动节点不仅将转交地址告诉归属代理，而且还告诉各通信伙伴，以使它们发出的数据包可也移动IPv6中一样路由，实现路由优化，而不全是三边路由。移动IPv6选路报头以及AH、ESP等基于SKIP和基于ISAKMP/Oakley的穿越放火墙方案，不但简化到移动节点的路由选择，还保证路由优化的安全性。

结束语

因特网的迅猛发展远远超出人们的最初预想，快速地影响着人们的日常生活。到2004年，每10人中会有4人使用移动电话上网冲浪。分组型的GPRS、EDGE和cdma2000-1X都仅仅是通向全移动多媒体的第一步，WCDMA和cdma2000-3X的3G移动网络将使数据传输速率提高到2Mb/s甚至更高。移动世界正大步向全IP网络演进，因特网将被装入每个人的口袋之中。

移动IP的原理

移动IP与有线手段实现接入的IP技术有什么不同？我们先看看移动IP技术需要以固定的网络IP地址，实现计算机跨越不同网段的漫游功能，并保证基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。就像现在使用的移动电话。

在移动互联网中如何实现移动IP？首先每个网络中都需要部署代理路由器，每一部本地的终端设备都会在这个代理路由器上注册（如同每个手机号码都在归属地注册），终端设备会获得一个归属于此网络的IP地址，所有数据包都可以以终端IP地址作为目的地址到达这个终端设备。这个代理路由器称为家乡代理（Home Agent，HA）。

其次需要部署外地代理服务器。当终端设备漫游到外地网络时，终端设备需通知家乡代理以及所在网络的代理路由器，这个代理路由器称为外地代理（Foreign Agent，FA）。家乡代理和外地代理之间将建立一个隧道。（如同手机在漫游地注册，然后漫游地网络通知手机号码的归属地网络）。

再次需要使用隧道技术。在通信的过程中，数据包仍然将终端设备的原地址作为目的地址，首先到达家乡代理。家乡代理根据终端设备的记录，通过隧道，将这个数据包转发给外地代理。外地代理再转发给处于外地网络中的终端设备。（如同电话先达到被呼叫号码的归属地网络中，归属地网络根据被呼叫号码的漫游记录，把电话转到漫游地，再由漫游地网络互通手机。）移动IP的原理如图1所示。

相关问题

虽然移动IP得到了快速发展，但移动IP还存在很多问题，主要问题有：

(1)“三角路由”问题

通信主机(CH)发往移动主机(MH)的分组必须经过本地代理(HA)，而从MH发往CH的分组是直接发送的，两个方向的通信不是同一路径，产生“三角路由”问题，这在MH远离HA，CH与MH相邻的情况下效率尤其低下。

(2)切换问题

切换问题指从MH离开原先的外地网络开始，到HA接收到MH的新的注册请求为止的这段时间内，由于HA不知道MH的最新的转交地址(COA)，所以它仍然将属于MH的IP包通过隧道发送到原先的外地网络，导致这些IP包被丢弃，使得MH与CH间的通信受到影响(特别是在切换频繁或者MH到HA的距离很远时)。

(3)域内移动问题

在小范围内MH的域内频繁移动会导致频繁切换，从而导致网络中产生大量的注册报文，严重影响网络的性能[5]。

(4)QoS问题

在移动环境下，由于无线网络拓扑和资源是动态变化和不可预测的，并且由于资源有限、有效带宽不可预测、差错率高，从而在移动IP上提供QoS保证是一个非常棘手的问题。

相关应用

移动IP主要有三方面的应用：公众服务、个人信息服务和商业应用。

公众服务可为用户实时提供最新的天气、新闻、体育、娱乐、交通及股票信息等；个人信息服务包括：浏览网页信息，收发短消息、电子邮件，统一传信，提供电话增值业务等；商业应用除了办公应用，移动商务是最有潜力的应用。股票交易、开展银行业务、购物、拍卖、机票及酒店预订、旅游行程和路线安排、产品订购可能是移动商务中最先开展的应用。所有这些应用中，短消息是最有普及性的应用。市场调查公司Yankee Group Europe的统计资料显示：真正具备3G功能的手机将推迟到2004年底才能上市，2005年以前，短消息服务(SMS)将比移动上网、浏览网页服务更重要[10]。

在商业应用中，金融行业移动IP的应用——“永不间断主机远程即时迁移”指：在IP网络上运行的主机(如各类前置机、各类服务器等)由于不可预测等因素导致系统停止工作时，为了不中断与该主机相关的所有客户机的业务连接，启动在远程预先设置的备份机(与主机的网络设置完全一致)移动IP客户端软件，通过移动IP代理服务器使得备份机即时接替主机工作。迁移对主机所有相关的客户机完全透明。

移动IP的另一个动向是开创话音门户和话音使能网站，在因特网上提供话音应用，即任何人可以通过电话从因特网上获取话音信息，让电话获得新的应用。预计到2005年大约会有1 800万用户使用这种话音应用，到2006年其设备和业务市场将能达到1 200亿美元。有的公司(如美国的Audio point公司)已经利用先进的交互式话音响应(IVR)技术来为媒体、银行、金融和旅游业开辟各种应用，让用户不用同话务员讲话就能获得他们所要的信息。Dialogic公司创建了一个话音门户平台，用户可以通过电话立即接入因特网。还有不少公司都在开发更好的话音识别、合成软件和话音引擎。

未来展望

移动IP技术是在传统网络中实现下一代网络应用的核心技术，移动IP技术是IP技术发展的新领域，是无线通信技术和IP技术的融合。

移动通信技术正由第二代向第三代平滑过渡，目前处于2.5G时期。在这一时期，移动IP技术将的应用尚属起步阶段。移动IP技术首先在企业网中得到应用，但IP网络带宽有限，限制了移动IP接入速度和功能的发挥。

进入3G后，随着制约因素的逐步消除，移动IP的应用会越来越广泛，移动IP的功能将得到充分发挥。移动互联网和移动IP技术将在3G时代充分融合，互相促进。将极大地改变人们的工作方式和生活方式。在未来信息无所不在的时代，网络将依靠其无法比拟的灵活性、可移动性和极强的可扩容性，以及建网迅速、维护方便等优势，使人们真正享受到简单、方便、快捷的连接。移动IP使网络具有灵活的移动性，将以独特的优势、强大的功能显示其独特的魅力。

4G时代，移动IP将作为主流技术得到普及应用，因为4G系统的无线连接速率在初期就可达到拨号调制器的90倍，是移动上网速率的300倍，下载速率可达5～10 Mb/s。4G技术将促进移动通信和IP的进一步融合，使移动IP和移动互联网实现统一。在将来从宽带的CDMA向全IP演进的网络中，在未来的全IP的移动通信系统中，运营商提供给用户的内容将更加丰富，费用也更加低廉。首先，在全IP网络中，语音、短信和其他一些通信业务基于IP包交换技术，无疑将导致通信成本的降低，用户可以支付更少的费用来享受同等质量的服务；其次，通过IP，用户可以非常容易地把新型通信业务和传统的语音业务结合在一起，这样就可以通过IP网络来同时传输各种信息，满足通信双方多方面的需要，让用户交流起来更加方便和生动。可以展望，将来移动用户的高速接入、网络用户的灵活移动将成为通信的最主要最普遍的业务途径，移动IP将发展成为通信产业应用最为普及的主流技术。

移动多媒体离我们还有一段距离，移动多媒体市场只有经过2.5代系统的培育才会趋于成熟，才可能搞清3G最主要的业务特征和最具吸引力的应用。还有一点要强调的是，即便到了3G时代，功能更强和功率更有效的微机、容量更大的存储器以及更好的显示器使手机具有如今台式计算机才有的功能特点，用户也不会像使用计算机一样使用移动电话。因为使用手机不可能像使用计算机那样方便，文字输入难，屏幕小，电池寿命短，不支持像计算机那样长的运算周期等因素都对3G手机的使用造成限制。移动电话只能成为人类的网络伴侣，帮助人们移动上网，通过浏览器获取信息。