移动ip机制在cdma2000系统中的应用

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1、移动移动 IP 机制在机制在 cdma2000 系统中的应用系统中的应用 发布时间：2004.11.19 来源：泰尔网 作者：辛伟一、引言 随着科技的进步，通信技术已经成为推动社会发展的重要因素，而其中移动通信技术和 IP 技术的发展尤为引人关 注。3G 移动通信的发展方向正是希望将这两种技术进行完美地结合，从而使人们实现在任何时间、任何地点、用任何一 种媒体与任何一 个人进行通信的梦想。由此形成的移动互联网是对传统互联网和传统移动通信网的一次革命。它的出现 必将对传统互联网和移动通信网产生巨大的影响。在作为 3G 系统之一的 cdma2000 系统中也充分体现了这样的发展方向， 它不仅能够向

2、用户提供基于传统的所谓简单简单 IP 的数据接入方式，更引入了本文中将要介绍的移动移动 IP 技术。 二、移动移动 IP 技术 众所周知，在 IPv4 中规定了一个节点的 IP 地址在互联网中是惟一的，网络正是通过节点的 IP 地址来进行彼此间 的通信。全球互联网的可扩展性依赖于网络前缀路由，而不是特定的主机路由，所以当节点到达外地时，它可能就不能 用以前的 IP 地址进行网络通信了，而移动移动 IP 诞生的目的就是为了解决这个问题。 移动移动 IP 是一种全球互联网上提供移动功能的方案，它提供了一种 IP 路由机制，使移动节点可以以一个永久的 IP 地址连接到任何链路上。在 cdma2000

3、 系统中，移动移动 IP 业务是一种移动分组数据业务的解决方法，是网络提供的核心业 务之一。确切地说，是指基于 RFC2002 系列标准的一种业务，即由业务提供者网络为用户提供到公共 IP 网络或预先定 义的专用 IP 网络的 IP 路由服务的业务。在 RFC2002 系列标准中，定义了实现移动移动 IP 必须的三种功能实体： 1 移动节点 移动节点是可以将接入因特网的位置从一条链路切换到另一条链路上，而仍然保持所有正在进行的通信，并且只 使用它的归属地址(Home Address)的节点(在 cdma2000 系统中为用户的移动终端)。 2 归属代理 归属代理(Home Agent)是由一个

4、端口与移动节点归属网络中的链路相连的路由器，它能够维护移动节点的位置信 息。当移动节点离开注册网络后，需要向 HA 进行登记，HA 在收到发往该移动节点的数据包时，将通过 HA 与 FA 之间 的隧道(Tunnel)将数据包送往移动节点，完成移动移动 IP 功能。只有当移动节点使用移动移动 IP 服务时才需要使用 HA。它所要 完成的功能包括以下几方面： (1)当移动节点切换链路时，归属代理一直通知移动节点它的当前位置，这个信息由移动节点保存在它的转交地址 中。 (2)在某些时候，归属代理会广播对移动节点归属地址网络前缀的可达性，从而吸引那些送往移动节点归属地址的 IP 包。 (3)解析送往移

5、动节点归属地址的数据包，并将这些包通过隧道技术传送到移动节点的转交地址上。 3 外地代理 外地代理(Foreign Agent)是在移动节点的外地链路上的路由器。在 cdma2000 网络中，由 PDSN 来实现外地代理的 功能，主要包括： (1)帮助移动节点通知它的归属代理和它所获得的转交地址。 (2)在某些时候，将转交地址提供给移动节点，并为已被归属代理设置了隧道的移动节点发送拆封后的包。 (3)作为连接在外地链路上的移动节点的缺省路由器。 上述三个功能实体仅仅是实现移动移动 IP 必备的实体，缺一不可。但是，由于 RFC2002 在制定时主要是考虑在固定 因特网上实现移动节点的可移动性，

6、而像 cdma2000 这样的移动通信系统有着其自身的特点。因此，对于各功能实体的要求也会有所不同。图 1 为 cdma2000 系统中基于移动移动 IP 的网络结构模型。 图 1 基于移动移动 IP 的网络结构模型 在 cdma2000 系统中，基于移动移动 IP 的 分组数据核心网络除了包括 PDSN 和 RADIUS 服务器之外还应包括 HA(归 属代理)。HA 负责向用户分配 IP 地址，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。 同时，PDSN 还应增加 FA(拜访代理)的功能，负责提供隧道出口，并将数据解封装后发往移动终端。 移动终端使用由其归属口

7、网络的 HA 分配的 IP 地址，该地址可以是非零的静态 IP 地址，也可以是动态分配的 IP 地址。无论使用静态还是动态归属 IP 地址，移动终端都应配置一个非零的静态归属代理地址。 移动用户在不同的 PDSN 所属的无线网络之间进行切换时，可以保持 IP 地址不变，使业务不发生中断。移动移动 IP 的协议结构分为控制平面和用户数据平面，分别如图 2 和图 3 所示。 图 2 移动移动 IP 控制平面协议结构 图 3 移动移动 IP 用户数据平面协议结构三、移动移动 IP 的工作原理 一般情况下，外地代理或归属代理都会通过周期地组播或广播一个称为代理布告 (Agent Advertiseme

8、nts)的消息来 宣告它们与链路的连接关系。移动节点收到这些代理广播消息后，会检查其中的内容以确定自己是连在归属网络中的链 路 上还是在外地链路上。当它连在归属网络的链路上时，移动节点就可像固定节点一样工作，即它不再利用移动移动 IP 的 其他功能。但如果移动节点发现它正连接在一条外地链路上，它就需要获得一个转交地址。转交地址可以从外地代理广 播的代理布告消息中找到。 获得转交地址之后，移动节点需要向归属代理注册它得到的转交地址，这个过程可以通过移动移动 IP 中定义的消息交 互来完成。在注册过程中，如果链路上有一个外地代理，移动节点就向它请求服务。为阻止拒绝服务攻击，注册消息必 须进行认证。

9、 移动节点完成注册后，归属代理或者是在归属网络链路上的其他一些路由器会广播对移动 节点归属地址的网络前 缀的可达性，从而吸引发往移动节点归属地址的数据包。当有发往移动节点的数据包到达时，归属代理会截取这个包， 并根据移动节点注册的 转交地址通过隧道将数据包传送给移动节点。这里的转交地址可能是外地代理也可能是移动节点 的一个端口。作为隧道的出口，当数据包到达这里后，原始数据包被 从隧道中提取出来并传送给移动节点。 从上述过程可以看出，当移动节点在外地链路上时，发往移动节点的数据包必须通过归属代理使用隧道技术发给 移动节点，但由移动节点发出的数据包却可以直接被选路到目的节点上，无需隧道技术。对所有

10、来访的移动节点发出的 数据包来说，外地代理完成的是路由器的功能。 以上是固定网络上移动移动 IP 的实现机制，cdma2000 系统的移动移动 IP 和基于固定网络的移动移动 IP 在实现原理上是基本 一致的，但在许多细节上略有不同，这是由 cdma2000 系统的特性所决定的。由于移动终端需要首先与 PDSN 建立 PPP 连接才能够接入到分组网络，因此对于 cdma2000 系统中的移动终端存在“永不在家”的情况，即无论用户移动到哪里， 都需要与外地代理(PDSN)建立连接，这是与固定网络的移动移动 IP 的一个很大的不同点。 为了获得分组数据服务，移动终端首先向无线服务网中的 BS 发送

11、一个 IS-2000 Origination Message，该消息中附 带一个分组数据服务选项。紧接着如果正常的语音服务认证通过的话，BS 将为移动终端分配空中信道，之后 PCF 和 PDSN 之间会建立 A10 连接，移动终端和 PDSN 之间需要建立 PPP 连接，当这些操作完成后，移动终端就可以开始通过 PDSN 向它的 HA 执行移动移动 IP 注册。在移动移动 IP 注册过程中，移动终端可以获得动态分配的归属 IP 地址，也可以使用静 态配置的归属 IP 地址。 当移动移动 IP 的注册成功后，用户的分组数据就可以通过 PPP 连接传输了，其中在 PCF 和 PDSN 之间的链路部

12、分是 通过 GRE 封装的。移动终端的注册生存时间失效前，移动终端会再次通过 FA 向 HA 进行重注册。另外，为了维护 PCF 和 PDSN 之间的 A10 连接，PCF 也会在 A10 链路失效前定时向 PDSN 重注册。在用户归属网络中，当有分组数据需要 传输到某个移动终端时，HA 可以通过向外界发布代理 ARP 消息的办法来截取需要发送到该移动终端的分组数据。然后， HA 通过隧道把数据先传输到 PDSN，再由 PDSN 将数据通过 PPP 链路传输给该移动终端。当移动终端有数据需要向外 发送时，它需要先把数据通过 PPP 链路传送到 PDSN。如果移动终端需要支持私有网络，那么该移动

13、终端在进行移动移动 IP 注 册时就需要申请支持反向隧道。在这种情况下，PDSN 会先把数据通过反向隧道传输给 HA，然后再由 HA 解封装数 据后转发到对应的目的地。如果移动终端不需 要反向隧道的支持，那么当 PDSN 收到 MS 发来的数据后就会直接路由出 去，然后再由其他路由器将数据路由到目标地址。 四、移动移动 IP 与简单简单 IP 的比较 作为 cdma2000 系统所提供的分组数据业务的两种基本形式，简单简单 IP 和移动移动 IP 具有各自不同的特点。 在无线通信系统中，用户终端是随时都在移动的，这也就是人们习惯将无线环境下的终端称为移动终端的原因。 正因为如此，必须要考虑移动

14、性管理的问题。 就分组数据业务来说涉及到三个层次的移动性管理问题。第一个层次是指在无线网络 (RN)内部的移动性，主要是 通过无线接入网络内部的机制来进行保证的，例如同一 BSC 下的不同基站之间的切换或同一基站下不同扇区之间的切换 等。第二个 层次是指 R-P 会话的移动性。由于 R-P 会话是与 PCF 绑定的，因此这一层次的移动性管理可以理解为发生 PCF 之间的切换，但仍然在同一 PDSN 管辖范围内，此时移动终端应保持相同的 PPP 连接和同样的 IP 地址，这是简单简单 IP 需要解决的问题。而第三个层次就是 IP 层的移动性管理。当用户发生 PDSN 间切换后，由于需要重新建立

15、PPP 连接， 对于简单简单 IP 来说已无法保证用户的 IP 地址不发生变化，此时就需要移动移动 IP 来保证这一层次的移动性。实际上这是移动移动 IP 与简单简单 IP 最根本的差别。在具体实现时，移动移动 IP 和简单简单 IP 也有着很多的不同。 1 无缝漫游能力 (1)简单简单 IP 能够提供给用户在同一 PDSN 下的无缝漫游能力，当用户漫游出所服务的 PDSN 时需要重新建立新的 PPP 连接并改变 IP 地址。因此，对于很多业务应用由于 IP 地址的改变将不能保证其业务连续性。 (2)移动移动 IP 则允许用户在任何网络覆盖地区进行漫游，甚至可以漫游到其他运营商网络覆盖的地区，

16、而保持业务 的连续。当然，与其他运营商网络之间的漫游需要运营商之间签订相应的漫游协议。但单纯从技术的角度，无缝漫游是 可以保证的。 2 IP 地址 (1)简单简单 IP 使用 PDSN 分配的动态 IP 地址，这就使得某些需要固定 IP 地址的应用无法正常使用或者需要加入其 他设备或软件来帮助完成。另外，对于网络侧发起的业务是不能提供的。 (2)移动移动 IP 既可以使用动态地址也可以使用静态的 IP 地址，这取决于用户归属网络的配置。当使用静态地址时， 将可以提供网络侧发起的业务，如 PUSH 业务等。 3 认证机制 (1)简单简单 IP 使用 CHAP 或 PAP 认证方式，由于认证机制比较简单，因此相对比较容易实现，但安全性也较低。 (2)移动移动 IP 的认证机制则相对复杂一些，同时安全性也较高。 4 专网接入能力 虽然二者都能够支持专网的接入，但实现的层次却是不同的。 (1)简单简单 IP 使用的是 L2TP 隧道协议，它实现的是二层的 VPN 功能。在实现时需要在专网内配置 LNS 和相应的 AAA 服务器。 (2)移动移动 IP 则是通过相应的隧道技术实现