1 基于IPv4的移动IP

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(mibile node)、归属代理(home agent)和外埠代理(foreign agent)。归属代理和外埠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，若移动节点争需获得代理信息，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。