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移动IP超越IP网

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陈绍强

  随着移动通信的飞速发展和IP网络的飞速发展,

  这两者终于走到了一起。实现的就是IP设备随时随地上网。

  移动电话业务在上世纪90年代获得的飞跃发展,源自于以下的用户需求:1)移动化办公,以适应现代社会的快速商务节奏;2)通信的随时随地性,以达到电信网的个人通信目标。底层的支撑技术包括蜂窝模拟/数字移动通信技术(如GSM、CDMA、PCS等)、卫星移动通信技术等,在软件方面则有7号信令协议以及上层的各种用户协议和数据库技术等。与此对应,IP网络体现的则是社会信息化过程中的数据通信部分,而且随着数据交换量所占信息交换量比重的显著增长,移动IP技术必然是网络通信业下一步的发展重点。所幸的是,已有的移动通信技术给移动IP的实施打下了良好的基础,而移动IP需要尽快解决好自身的技术问题。

  可以把移动IP归结为一句话:如果用户可以凭一个IP地址进行不间断跨网漫游,就是移动IP(RFC2002)。配置了IP地址的设备可以是笔记本电脑、手机等;相应的接入网类型则是无线局域网(802.11b)和移动电话网(3G)等。用户持IP终端在连接进行状态,如正在下载电子邮件,或正在进行电子商务交易时,若进行跨网移动,连接应当不受影响。如同移动电话,移动IP同样是商务和个人通信的迫切要求,譬如说,企业内部网实现移动性就是很有价值的行为,不仅实现了访问公司设施的方便性,而且也增加了企业竞争力——企业的应变能力和提供服务的速度大大提高了。

  为实现移动IP,运营商、业务提供商和设备商需要解决好几个技术问题:

  IP地址分配:用户将获得唯一的IP地址,如同使用移动电话时有一个唯一号码。

  应用透明性:无论上层应用采用何种上层协议都感觉不到移动的影响,这要求无缝移动性在IP层实现。

  基础设施:为保证服务品质不受影响,用户在漫游时,带宽和服务质量要有保证。

  协议软件:包括网络侧和用户侧的软件,客户端软件须向服务器端软件报告自己的信息,网络侧软件则负责解析用户的实际位置,鉴定用户身份、分配权限,并提供预定的业务。

  移动IP的本质

  IPv4没有把移动性考虑在内,IPv6则在设计时补足了这一点,而且现有IPv4地址也已接近耗完,所以采纳IPv6是很现实的移动解决方案:不仅地址问题解决了,协议软件问题也解决了。所以IPv6计划和移动IP计划是紧密结合的,两者的发展将是同步的。

  数据移动网的基础设施还处于建设阶段,如3G网和无线局域网等,覆盖范围还有限。目前,移动IP的使用热点仅集中于中大型企业的内部网。全球移动IP时代应在3G成熟之时到来,届时移动IP的公共网环境已经建成(CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA),接入网也会有无线局域网和宽带接入等多种方式。这样,移动IP就有了一个统一的运行平台,保证了用户在漫游于802.11无线LAN、3G公网以及PCS之间时,仍然保持着正常的连接。

  绍强专栏

  移动IP包括了这样几个构件:移动终端(MN)、家乡代理(HA)、外部代理(FA)和移动网络(Internet)。移动终端连接到家乡网时,会收到其HA发来的代理发现协议包(使用ICMP移动IP扩展消息);当移动终端漫游到外部网络时,它通过FA给家乡代理发送注册请求信息(同样是通过代理发现协议包获得外部代理的信息),注意此时移动终端并没有外部网的地址;HA接收到注册请求信息后则更新MN的当前位置,并在与FA之间建立起一条通信隧道(如GRE封装式隧道),并更新MN的ARP信息以和已建立的隧道关联,然后给MN返回一个注册应答。

  以上这些消息交换过程都要在极短的时间内完成,因为移动终端可能是在快速行驶的汽车或飞机中,因而很快地跨越不同网段。当隧道建立起来后,MN向其通信对端(CN)发送的数据包(源IP地址是HA的)先经FA到达CN,CN返回的数据包先经传统路由功能送到HA,HA再利用隧道将其发送给FA,后者再转送给MN,通信过程就是这样在MN、FA、HA组成的三角之间进行。

  技术应用和发展前景

  除传统的数据业务,如收发电子邮件、文件传输外,移动IP更广大的前景是提供综合业务(全IP业务),这也是3GPP规定的目标之一。在现阶段,移动IP电话是可尽早提供的业务,这可以看作是现有固定IP电话的移动版,并且是其在固定网络覆盖不完全情况下的一个有效补充。目前,世界上已经有一些运营商(如日本的运营商)开始考虑提供移动IP电话业务。与固定IP电话不同的是,移动IP电话终端更为复杂,并且,如果需要在多种无线通信环境下使用,还要支持多种空中接口,例如支持802.11b和CDMA2000的双制式移动话机,这类设备已经有厂家正在研制中。

  Cisco是第一个实现商用移动IP软件的厂家,随着移动IP技术的逐步发展和成熟,现在已经有许多厂家把移动IP软件集成在它们的路由器或无线网关当中,如Juniper和Nortel等。下一步的重要问题是提供移动IP业务的实际步骤。移动运营商一般从充分利用现有设备出发,首先提供非漫游式的移动IP业务,这相对简单些,因为不需要保证用户设备在移动时保持会话。这种业务主要是在网络的接入层面提供所需软件,也可以与目前大力发展无线局域网等接入网相配合,如中国移动推出的移动办公业务。第二步则是解决IP无缝漫游,这需要核心设备给与强大的实时性支持,这应该是3G阶段解决的问题。

  经过IP网几年间快速发展和实践应用,当初人们预言的实现电路交换向分组交换的转型正在进行当中,在这个过程中,加进了移动网这个未曾预料到的因素。移动网和固定网不同的一点是:固定网往往是由逻辑上独立的子网构成,而移动网则在逻辑上是一个整体的大网,这更加需要有统一的技术来体现移动网的这种整体性。由于3G网络正式将IP协议定位为未来的统一业务承载协议,移动IP技术的发展就更是负有重大历史使命。如何实现IP的统一业务,如何利用现有电信网设施。如信令网,是移动IP网演变需要解决的重要问题。

摘自《中国计算机报》

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