分离机制移动性管理系统测试

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　２０１２，４８（１０）　７５　分离机制移动性管理系统测试　张天园，周华春，洪毅清，张宏科　ＺＨＡＮＧ　Ｔｉａｎｙｕａｎ，ＺＨＯＵ　Ｈｕａｃｈｕｎ，ＨＯＮＧ　Ｙｉｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｏｎｇｋｅ　北京交通大学电子信息工程学院，北京１　０００４４　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００４４，Ｃｈｉｎａ　

ＺＨＡＮＧ　Ｔｉａｎｙｕａｎ，ＺＨＯＵ　Ｈｕａｃｈｕｎ，ＨＯＮＧ　Ｙｉｑｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｔｅｓｔ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｐｌｉｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ＡｐｐＩｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１２，４８（１０）：７５－８２．　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｍｅｔ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｐｌｉｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｓｙｓｔｅｍ　１Ｓ　ａ　ｎｅｗ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｐｌｉｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｘｙ　ｍｏｂｉｌｅ　ＩＰｖ６．Ｉｔ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈｒｅｅ　ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ：Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ－Ｌｏｃａｔｉｏｎ—Ｓｅｐａｒａ—Ｓｕｂ—　ｓｙｓｔｅｍ，Ｄａｔａ－ｇａｔｅｗａｙ—Ｃｏｎｔｒｏｌ—ｇａｔｅｗａｙ—Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ—Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ，Ａｃｃｅｓｓ—ｎｅｔｗｏｒｋ－Ｂａｃｋｂｏｎｅ—ｎｅｔｗｏｒｋ－Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ—Ｓｕｂ—　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｔｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ａｒｅ　ｄｏｎｅ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｐｌｉｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ－Ｌｏｃａｔｉｏｎ—Ｓｅｐａｒａ—Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ；　Ｄａｔａ－－ｇａｔｅｗａｙ－・Ｃｏｎｔｒｏｌ・－ｇａｔｅｗａｙ－－Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ－－Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ；Ａｃｃｅｓｓ－－ｎｅｔｗｏｒｋ・－Ｂａｃｋｂｏｎｅ・－ｎｅｔｗｏｒｋ－Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ－－Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍ－－　ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ；ｒｅｑｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　

摘要：分离机制移动性管理系统是基于分离机制的在扩展代理移动ＩＰｖ６的基础上提出的一种新的网络结　构，它包括三个子系统，即身份与位置分离子系统、控制平面与数据平面分离子系统以及接入网与核・２网分离　子系统。描述了该系统中涉及的实体功能，以及移动节点的注册及通信流程。对系统进行了功能和性能测　试，给出了测试结果。　关键词：分离机制移动性管理；身份与位置分离子系统；控制平面与数据平面分离子系统；接入网与核心网分　离子系统；通信流程；注册流程　文章编号：１００２—８３３１（２０１２）１０．００７５—０８　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＰ３９３　

在传统的互联网体系结构中，ＩＰ地址同时包括　了节点的身份信息和位置信息，ＩＰ地址的这种双属　性会带来安全和移动性等问题，因此需要进行身份　与位置分离“］。　代理移动ＩＰｖ６　】中移动节点（Ｍｏｂｉｌｅ　Ｎｏｄｅ，ＭＮ）　拥有两个地址，一是所接入的移动接入网关（Ｍｏｂｉｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｇａｔｅｗａｙ，ＭＡＧ）的地址，称为代理转交地址　（Ｐｒｏｘｙ　Ｃａｒｅ　ｏｆ　Ａｄｄｒｅｓｓ，ＰＣｏＡ），一是本地移动锚点　（Ｌｏｃａｌ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ａｎｃｈｏｒ，ＬＭＡ）为它分配的地址，称　为家乡地址（Ｈｏｍｅ　ｏｆ　Ａｄｄｒｅｓｓ，ＨｏＡ）。这里的　ＰＣｏＡ就代表了ＭＮ的位置，ＨｏＡ代表了ＭＮ的身　份。当ＭＮ在不同的ＭＡＧ之间移动的时候，它的　ＰＣｏＡ根据不同的ＭＡＧ而变化，而它的ＨｏＡ保持不　变。也即代　眵动ＩＰｖ６是—种身　与位置分离的系统。　文献［１］中为解决ＩＰ地址的身份与位置分离的问　题，提出了“接入标识与交换路由标识的分离聚合映　射理论”，在接入网使用接入标识代表其身份并进行　路由，在核心网使用交换路由标识进行路由，这样核　心网上的其他用户就不能通过截获核心网的信息分　析用户的身份了，保证了用户的安全。　

基金项日：国家自然科学基金（Ｎｏ．６０８７００１５）；国家重大科技专项经费资助（Ｎｏ．２０１１ＺＸ０３００２．００５．０３）。　作者简介：张天园（１９８７一），女，硕士研究生，研究领域为移动互联网、网络与信息安全；周华春（１９６５一），男，博士，教授、博士生　导师，主要研究领域为移动互联网、网络与信息安全、ＩＰｖ６路由器。Ｅ—ｍａｉｌ：１０１２０１９４＠￣ｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　收稿日期：２０１１－１１－２５　修回日期：２０１１－１２．２１　ＤＯＩ：１０．３７７８￣．ｉｓｓｎ．１００２－８３３１．２０１２．１０．０１７　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，计算机工程与应用　根据文献［１］中提出的位置与身份分离、接入地　址与核心地址分离的互联网结构，文献［３］提出了一　种新的互联网结构，它对主机的身份和位置进行了　分离、对接入网和核心网进行了分离、对传输层和网　络层地址进行了分离，并且直接支持移动陛。５￣Ｎｔ［３１　中，移动节点使用身份表示通信端点，接入地址表示　其位置。移动节点在传输层使用身份标识，当从传　输层传送数据到网络层时，转换身份标识为接入地　址。这种结构中，用接入网关来隔离接入网与核心　网。对于接入网关的设计，文献［４］中给出了相应的　描述；对于节点在网络中的位置管理，文献［５］中给出　了相应的描述；对于接入地址的解析机制，文献［６］给　出了相应的描述。　本文所描述的系统，是在代理移动ＩＰｖ６的基础　上，结合［１］中的接入标识与交换路由标识分离的方　法，参考［３］中提出的网络结构，提出控制平面与数据　平面分离，来构成具有身份与位置分离、控制与数据　分离、接入与核心分离三个子系统的分离机制移动　性管理系统。　１分离机制移动性管理系统结构　１．１　分离机制移动性管理系统介绍　本文所介绍的分离机制移动性管理系统，是在　代理移动ＩＰｖ６功能的基础上，将整个系统的功能扩　展为三个子系统的功能，即身份与位置分离子系统、　控制平面与数据平面分离子系统以及接入网与核心　网分离子系统。　在本系统中，使用代理移动ＩＰｖ６中身份和位置　分离的思想，用节点的ＨｏＡ代表其身份，节点的　ＰＣｏＡ代表其位置，其中ＨｏＡ是不可路由的地址，　ＰＣｏＡ用于ＭＮ在接入网内进行路由。　对于实现数据平面和控制平面分离，通过改造　代理移动ＩＰｖ６中ＬＭＡ的功能，将它的移动性管理功　能和路由转发功能分开，来实现控制平面和数据平　面的分离。这里将实现控制平面功能的实体称为控　制网关（Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｇａｔｅｗａｙ，ＣＧＷ），将实现数据平面功　能的实体称为数据网关（Ｄａｔａ　Ｇａｔｅｗａｙ，ＤＧＷ）。这　二者的分离，可以实现ＣＧＷ对数据流负载均衡的管　理以及ＣＧＷ对ＤＧＷ进行可靠性保障的管理。　接入网和核心网分离使用了地址分离映射网　络，该网络是根据文献［１］中的思想设计的。地址分　离映射网络中采用地址替换的方式，在核心网的传　输中，用核心地址替换接入地址，在系统中，就是用　核心地址替换ＨｏＡ，这样，有效隐藏了传输过程中真　实的源地址、目的地址以及相关信息，增强了网络传　输的安全性，同时还减小了路由表，提高了路由的安　全性。另外，由于所有关于ＨｏＡ与核心地址对应的　映射信息由全局映射服务器（Ｇｌｏｂａｌ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｓｅｒｖｅｒ，　ＧＭＳ）以及集成在ＤＧＷ上的实现地址分离映射功能　的本地映射服务器（Ｌｏｃａｌ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｓｅｒｖｅｒ，ＬＭＳ）生　成、交换并保存，域内的各个主机都不知道ＭＮ的核　心地址是什么，因此在核心网的攻击者也就无法知　道某个数据包来自哪个主机，这也在一定程度上解　决了安全性的问题。　１．２主要功能实体　分离机制移动陛管理系统结构如图１所示。　

ＭＮ１　图１分离机制移动性系统结构图　

（１）接入网关（Ａｃｃｅｓｓ　Ｇａｔｅｗａｙ，ＡＧＷ）　ＡＧＷ位于接入网边缘，其功能与代理移动ＩＰｖ６　中的ＭＡＧ相似。它负责检测ＭＮ的接入及离开，并　代替ＭＮ与ＣＧＷ进行移动信令交互，进行移动性管　理，同时与ＤＧＷ建立转发ＭＮ数据的隧道，ＡＧＷ上　还需建立一张绑定更新列表（Ｂｉｎｄｉｎｇ　Ｕｐｄａｔｅ　Ｌｉｓｔ，　ＢＵＬ）来维护ＭＮ的相关的ＩＤ、ＰＣｏＡ、ＨｏＡ、ＤＧＷ地　址等信息。　（２）控制网关（Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｇ￣ｅｗａｙ，ＣＧＷ）　ＣＧＷ用于完成代理移动ＩＰｖ６中ＬＭＡ控制平面　的功能，负责移动性管理功能，与ＡＧＷ进行信令交　互，为ＭＮ选择合适的活跃着的ＤＧＷ进行数据路由　转发，并向该ＤＧＷ传送建立隧道所需要的参数的消　息。ＣＧＷ上同样也需要建立一个绑定缓存条目　（Ｂｉｎｄｉｎｇ　Ｃａｃｈｅ　Ｅｎｔｒｙ，ＢＣＥ）来维护与ＭＮ相关的　ＩＤ、ＰＣｏＡ、ＨｏＡ、ＤＧＷ地址等信息。　（３）数据网关（Ｄａｔａ　Ｇ￣ｅｗａｙ，ＤＧＷ）　ＤＧＷ用于完成代理移动ＩＰｖ６中ＬＭＡ数据平面　的功能，负责与ＡＧＷ建立隧道，实现数据的路由和　转发，维护数据隧道的建立和删除。其上需要维护