移动IP技术
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第一阶段：代理搜索
❖移动节点主动发起 ❖移动节点被动接收
第二阶段：注册
❖注册请求 ❖注册应答
第三阶段：报文发送和接收
大连理工大学软件学院
21/49
2020年3月9日
代理搜索
家乡代理和外地代理周期性地广播代理广播 (Agent Advertisement)消息
移动节点收到代理广播消息后，检测自己是处 于外地网络还是家乡网络。如果是外地网络， 检查是否移动到了新的外地网络
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28/49
2020年3月9日
报文发送和接收(续)
如果使用外地代理转交地址，作为隧道的出口的 外地代理对数据进行拆封，检查访问者列表，将 报文转交给移动节点
如果使用配置转交地址，移动节点本身是隧道的 出口，直接对数据进行拆封
移动节点要发送数据报文时
❖ 如果有外地代理，将外地代理作为缺省网关 ❖ 如果没有外地代理，选择外地链路上的某个路由器作为
当移动节点移动到外地网络时，转交地址提供它现 在的位置信息
转交地址随移动节点物理位置的不同而变化
家乡代理记录移动节点的当前转交地址，每次转交 地址的变化都要向家乡代理汇报
外地代理转交地址是由外地代理分配的，而配置转 交地址是通过某种配置规程得到的（比如：DHCP或 手工配置）
大连理工大学软件学院
移动节点将外地链路上的路由器作为 缺省网关，直接向家乡代理发送注册 请求消息。
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24/49
2020年3月9日
注册---家乡代理的处理
收到注册请求消息后，做有效性检查。 如果消息有效。家乡代理绑定移动节点的家乡
地址和转交地址，并回送注册应答消息指示注
册成功。开始准备作为隧道入口封装发送给移 动节点的报文。
19/49
2020年3月9日
移动IP概貌总结(续)
通信对端发给移动节点的报文由家乡代理 截取，通过隧道方式转发。
移动节点在家乡链路上时，与普通固定节 点完全相同
移动节点在外地网络上发送报文时，将外 地链路上的路由器当作缺省网关
大连理工大学软件学院
20/49
2020年3月9日
移动IP的工作过程
移动IP技术
大连理工大学 2015.4.1
移动IP技术
移动IP概貌 移动IP的工作过程 移动IP的优化 IPv6概述及展望
大连理工大学软件学院
2/49
2020年3月9日
问题提出的背景
随着IP网络的迅速发展，人们不再满足
于单一的、固定的因特网接入方式，而是 希望能够提供灵活的上网方式。
31/49
外地链路 移动节点
2020年3月9日
实体的功能--通信对端
移动节点的位置对于通信对端来 说是透明的。不管移动节点移动 到何处，通信对端都按照正常的 路由策略发送报文，这些报文被 路由到移动节点的家乡链路
大连理工大学软件学院
32/49
2020年3月9日
实体的功能--家乡代理
定期广播自己的存在，使移动节点知道自己是处 在家乡网络
家乡代理截获报文，通过隧道将报文转发 给移动节点
移动节点要发送报文时，将外地链路上的 路由器作为缺省网关
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15/49
2020年3月9日
移动IP的主要思想
家乡网络
家乡代理
外地代理
因特网
报告位置 发送数据
通信对端
外地链路 移动节点
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16/49
2020年3月9日
转交地址的特点
配置转交地址(Collocated Care-of-Address) ❖是所在外地网络的某个IP地址 ❖一个配置转交地址只能同时被一个移动节点使用 ❖当外地链路上没有外地代理时，移动节点可以使用 这种转交地址
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2020年3月9日
移动IP概貌总结
移动节点通过家乡地址标识，家乡地址不随物理位 置的变化而改变
如果消息无效，向转交地址回送注册应答消息 指示注册失败。
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2020年3月9日
注册应答
如果使用外地代理转交地址
外地代理收到注册应答消息后做有效性检查
❖ 如果检查通过，外地代理更新来访移动节点列表，将
应答消息转发给移动节点，并准备作为隧道出口拆封 数据报文
❖ 如果检查没有通过，外地代理发送注册应答消息给移 动节点，指示注册失败
外地代理对注册请求消息做有效性检查。
❖ 如果没有问题，将该消息转发到移动节点的家乡代理。 ❖ 如果有问题，外地代理向移动节点回送注册应答
（Registration Reply）消息指示注册失败
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Fra Baidu bibliotek
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2020年3月9日
注册请求
如果使用配置转交地址
移动节点根据某种配置规程获得一个 配置转交地址
接受来自移动节点的注册消息，对移动节点的转 交地址进行注册
使用代理ARP广播对移动节点家乡地址的可达性 ，吸引发给移动节点的报文
截获所有发往移动节点的数据包，使用自己的IP 地址和移动节点的转交地址作为隧道的入口和出 口，对原始数据报文进行封装和转发
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33/49
2020年3月9日
如果移动节点没有收到代理广播消息时，它主 动发送代理请求(Agent Solicitation)消息。代理 收到此消息后立即响应代理广播消息
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22/49
2020年3月9日
注册请求
如果使用外地代理转交地址
移动节点从外地代理的代理广播消息中得到一个 外地代理转交地址
移动节点向外地代理发送注册请求（Registration Request）消息
3/49
2020年3月9日
当一个节点的位置发生改变后，有哪些解决方案呢？
改变节点的IP地址 ❖如果节点移动到另一个网络的过程中通信正在进行， 改变节点地址会造成通信的中断；
采用特定主机路由 ❖路由表高度膨胀，给路由表的更新造成很大的负担， 对路由查询极为不利。
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4/49
2020年3月9日
转交地址用于标识移动节点的当前位置
转交地址与移动节点所在的外地链路相关
每次移动节点改变外地链路，转交地址也 将随之改变
送往转交地址的IP报文可以通过现有的路 由机制传送
转交地址是连接家乡代理和移动节点的隧 道的出口
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2020年3月9日
转交地址的分类
外地代理转交地址(Foreign Agent Care-of-Address) ❖是外地代理的某个IP地址 ❖由外地代理分配 ❖多个移动节点可以使用同一个外地代理转交地址 ❖节省地址空间(推荐使用)
移动IP的优势
➢ 不必改变地址就可以实现不间断的通信； ➢ 不必采用主机路由，不会造成路由表的膨胀等问题； ➢ 可以在多种媒介之间提供移动功能； ➢ 可以实现任意大范围内对移动性的支持。
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2020年3月9日
移动IP概述
移动IP是为了满足移动节点在移动中保持其连接性而 设计的。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
如何解决移动计算机能够方便的介入网络的问题， IETF（internet工程任务组）为此设计了一个解决方案， 克服了原来IP寻址模式的一些限制。这就是移动IP技 术
大连理工大学软件学院
6/49
2020年3月9日
移动IP的历史
移动IP由IETF的移动IP小组mobileip(IP Routing for Wireless/mobile Hosts) 制定，于1996年11月公布为建 议标准(建议标准是一个协议从因特网草案发展成因特 网标准的第一个重要步骤)
❖通信对端如何将IP报文发送给移动主机 ❖移动主机如何将IP报文发送给通信对端
移动IP通过隧道技术来实现
大连理工大学软件学院
8/49
2020年3月9日
移动IP的设计要求
可以在全球因特网上提供主机移动功能 具有可扩展性和安全性 移动主机切换链路时，应能保持正在进行的通信 移动主机可以用一个永久IP地址连接到任何链路上 移动主机应能与不具备移动IP功能的计算机通信 移动IP应该提供安全保证，移动主机不应该比因特
无线互联网的发展，要求IP网络能够提 供对移动性的良好支持。
个人通信时代的到来，要求用户在任何 地方都可以利用自己的一个专有地址上网 。
在未来的IPv6网络中，网络节点的概念
不只局限在传统的主机，还包括各种智能
设备，如汽车等，加上IPv6对移动IP的良
好支持，移动IP将大有用武之地。
大连理工大学软件学院
缺省网关
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2020年3月9日
使用外地代理转交地址
家乡网络
家乡代理
外地代理
因特网
注册消息 发送数据 隧道
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通信对端
30/49
外地链路 移动节点
2020年3月9日
使用配置转交地址
家乡网络
家乡代理
路由器
因特网
注册消息 发送数据 隧道
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通信对端
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2020年3月9日
两个重要概念
隧道(Tunnel)
❖一个数据包被封装在另一个数据报文 的净荷中进行传送所经过的路径
转交地址(Care-of-Address)
❖移动节点在外地链路上时为标识自己 位置而使用的临时IP地址
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2020年3月9日
网上的其它主机面临更多的安全威胁 支持子网的整体移动
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2020年3月9日
相关术语(1)
移动节点(Mobile Node)
❖指一个移动的计算机或路由器，移动后仍能用原 来的IP地址进行通信
通信对端(Correspondent Node)
❖与移动节点通信的计算机
家乡网络(Home Network)
实体的功能--外地代理
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2020年3月9日
移动IP的本质
移动IP是一个支持主机移动的网络层解决方案
❖同IP一样，移动IP对下层传输媒体不做任何要求， 可以在不同媒介的网络间提供主机移动功能
❖移动IP向上层屏蔽了主机移动的细节 ❖现有因特网的上层协议和应用都无须改动
解决通信对端和移动主机间IP报文的发送问题
外地链路(Foreign Link)
❖移动节点所在的外地网络的链路
外地代理(Foreign Agent)
❖运行在外地网络上的路由器，是移动节点发送报文 的缺省路由器
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2020年3月9日
移动IP的实体
家乡链路
外地代理
家乡代理
因特网
外地代理
通信对端
外地链路 移动节点
外地链路
❖移动节点的归属网络
家乡地址(Home Address)
❖分配给移动节点的永久IP地址，不随节点位置的 变化而改变
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2020年3月9日
相关术语(2)
家乡链路(Home Link)
❖移动节点家乡网络的链路
家乡代理(Home Agent)
❖运行在移动节点家乡链路上的路由器，它截获发送 给移动节点的报文，将报文转发给移动节点
主要内容
❖ RFC 2002：定义了移动IP协议 ❖ RFC 2003、2004: 定义的移动IP使用的隧道技术 ❖ RFC 2005：叙述了移动IP的应用 ❖ RFC 2006：定义了移动IP的管理信息库MIB ❖ 关于优化、对IPv6的支持等问题的草案(draft)
详见：http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html
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2020年3月9日
报文发送和接收
家乡代理对移动节点进行注册后，开始在
本地链路上发送代理ARP消息
通信对端按照正常的路由策略向移动节点 发送报文
报文被路由到移动节点的家乡网络 家乡代理截获该报文，将注册的转交地址
作为隧道出口，将自己的IP地址作为隧道入 口，对报文进行封装后发送。
隧道技术
源IP 目的IP
净荷
原始IP报文
源IP
目的IP
源IP 目的IP
净荷
被封装的 IP报文
通信对端 隧道入口
隧道
隧道出口 移动节点
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2020年3月9日
移动IP的主要思想
移动节点移动到外地链路上，得到一个转 交地址
移动节点将转交地址报告给家乡代理
通信对端将报文发送到移动节点的家乡链 路
移动节点收到注册应答消息
❖ 如果注册成功，就可以开始正常工作 ❖ 如果注册失败，可以根据错误信息调整后重新注册
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2020年3月9日
注册应答
如果使用配置转交地址
移动节点收到注册应答消息
❖如果注册成功，正常工作 ❖如果注册失败，可以根据错误信息做
相应的调整后重新发起注册请求
❖移动节点主动发起 ❖移动节点被动接收
第二阶段：注册
❖注册请求 ❖注册应答
第三阶段：报文发送和接收
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代理搜索
家乡代理和外地代理周期性地广播代理广播 (Agent Advertisement)消息
移动节点收到代理广播消息后，检测自己是处 于外地网络还是家乡网络。如果是外地网络， 检查是否移动到了新的外地网络
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报文发送和接收(续)
如果使用外地代理转交地址，作为隧道的出口的 外地代理对数据进行拆封，检查访问者列表，将 报文转交给移动节点
如果使用配置转交地址，移动节点本身是隧道的 出口，直接对数据进行拆封
移动节点要发送数据报文时
❖ 如果有外地代理，将外地代理作为缺省网关 ❖ 如果没有外地代理，选择外地链路上的某个路由器作为
当移动节点移动到外地网络时，转交地址提供它现 在的位置信息
转交地址随移动节点物理位置的不同而变化
家乡代理记录移动节点的当前转交地址，每次转交 地址的变化都要向家乡代理汇报
外地代理转交地址是由外地代理分配的，而配置转 交地址是通过某种配置规程得到的（比如：DHCP或 手工配置）
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移动节点将外地链路上的路由器作为 缺省网关，直接向家乡代理发送注册 请求消息。
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注册---家乡代理的处理
收到注册请求消息后，做有效性检查。 如果消息有效。家乡代理绑定移动节点的家乡
地址和转交地址，并回送注册应答消息指示注
册成功。开始准备作为隧道入口封装发送给移 动节点的报文。
19/49
2020年3月9日
移动IP概貌总结(续)
通信对端发给移动节点的报文由家乡代理 截取，通过隧道方式转发。
移动节点在家乡链路上时，与普通固定节 点完全相同
移动节点在外地网络上发送报文时，将外 地链路上的路由器当作缺省网关
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移动IP的工作过程
移动IP技术
大连理工大学 2015.4.1
移动IP技术
移动IP概貌 移动IP的工作过程 移动IP的优化 IPv6概述及展望
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问题提出的背景
随着IP网络的迅速发展，人们不再满足
于单一的、固定的因特网接入方式，而是 希望能够提供灵活的上网方式。
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外地链路 移动节点
2020年3月9日
实体的功能--通信对端
移动节点的位置对于通信对端来 说是透明的。不管移动节点移动 到何处，通信对端都按照正常的 路由策略发送报文，这些报文被 路由到移动节点的家乡链路
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实体的功能--家乡代理
定期广播自己的存在，使移动节点知道自己是处 在家乡网络
家乡代理截获报文，通过隧道将报文转发 给移动节点
移动节点要发送报文时，将外地链路上的 路由器作为缺省网关
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移动IP的主要思想
家乡网络
家乡代理
外地代理
因特网
报告位置 发送数据
通信对端
外地链路 移动节点
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转交地址的特点
配置转交地址(Collocated Care-of-Address) ❖是所在外地网络的某个IP地址 ❖一个配置转交地址只能同时被一个移动节点使用 ❖当外地链路上没有外地代理时，移动节点可以使用 这种转交地址
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移动IP概貌总结
移动节点通过家乡地址标识，家乡地址不随物理位 置的变化而改变
如果消息无效，向转交地址回送注册应答消息 指示注册失败。
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注册应答
如果使用外地代理转交地址
外地代理收到注册应答消息后做有效性检查
❖ 如果检查通过，外地代理更新来访移动节点列表，将
应答消息转发给移动节点，并准备作为隧道出口拆封 数据报文
❖ 如果检查没有通过，外地代理发送注册应答消息给移 动节点，指示注册失败
外地代理对注册请求消息做有效性检查。
❖ 如果没有问题，将该消息转发到移动节点的家乡代理。 ❖ 如果有问题，外地代理向移动节点回送注册应答
（Registration Reply）消息指示注册失败
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Fra Baidu bibliotek
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注册请求
如果使用配置转交地址
移动节点根据某种配置规程获得一个 配置转交地址
接受来自移动节点的注册消息，对移动节点的转 交地址进行注册
使用代理ARP广播对移动节点家乡地址的可达性 ，吸引发给移动节点的报文
截获所有发往移动节点的数据包，使用自己的IP 地址和移动节点的转交地址作为隧道的入口和出 口，对原始数据报文进行封装和转发
大连理工大学软件学院
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2020年3月9日
如果移动节点没有收到代理广播消息时，它主 动发送代理请求(Agent Solicitation)消息。代理 收到此消息后立即响应代理广播消息
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注册请求
如果使用外地代理转交地址
移动节点从外地代理的代理广播消息中得到一个 外地代理转交地址
移动节点向外地代理发送注册请求（Registration Request）消息
3/49
2020年3月9日
当一个节点的位置发生改变后，有哪些解决方案呢？
改变节点的IP地址 ❖如果节点移动到另一个网络的过程中通信正在进行， 改变节点地址会造成通信的中断；
采用特定主机路由 ❖路由表高度膨胀，给路由表的更新造成很大的负担， 对路由查询极为不利。
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2020年3月9日
转交地址用于标识移动节点的当前位置
转交地址与移动节点所在的外地链路相关
每次移动节点改变外地链路，转交地址也 将随之改变
送往转交地址的IP报文可以通过现有的路 由机制传送
转交地址是连接家乡代理和移动节点的隧 道的出口
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转交地址的分类
外地代理转交地址(Foreign Agent Care-of-Address) ❖是外地代理的某个IP地址 ❖由外地代理分配 ❖多个移动节点可以使用同一个外地代理转交地址 ❖节省地址空间(推荐使用)
移动IP的优势
➢ 不必改变地址就可以实现不间断的通信； ➢ 不必采用主机路由，不会造成路由表的膨胀等问题； ➢ 可以在多种媒介之间提供移动功能； ➢ 可以实现任意大范围内对移动性的支持。
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2020年3月9日
移动IP概述
移动IP是为了满足移动节点在移动中保持其连接性而 设计的。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
如何解决移动计算机能够方便的介入网络的问题， IETF（internet工程任务组）为此设计了一个解决方案， 克服了原来IP寻址模式的一些限制。这就是移动IP技 术
大连理工大学软件学院
6/49
2020年3月9日
移动IP的历史
移动IP由IETF的移动IP小组mobileip(IP Routing for Wireless/mobile Hosts) 制定，于1996年11月公布为建 议标准(建议标准是一个协议从因特网草案发展成因特 网标准的第一个重要步骤)
❖通信对端如何将IP报文发送给移动主机 ❖移动主机如何将IP报文发送给通信对端
移动IP通过隧道技术来实现
大连理工大学软件学院
8/49
2020年3月9日
移动IP的设计要求
可以在全球因特网上提供主机移动功能 具有可扩展性和安全性 移动主机切换链路时，应能保持正在进行的通信 移动主机可以用一个永久IP地址连接到任何链路上 移动主机应能与不具备移动IP功能的计算机通信 移动IP应该提供安全保证，移动主机不应该比因特
无线互联网的发展，要求IP网络能够提 供对移动性的良好支持。
个人通信时代的到来，要求用户在任何 地方都可以利用自己的一个专有地址上网 。
在未来的IPv6网络中，网络节点的概念
不只局限在传统的主机，还包括各种智能
设备，如汽车等，加上IPv6对移动IP的良
好支持，移动IP将大有用武之地。
大连理工大学软件学院
缺省网关
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使用外地代理转交地址
家乡网络
家乡代理
外地代理
因特网
注册消息 发送数据 隧道
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通信对端
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外地链路 移动节点
2020年3月9日
使用配置转交地址
家乡网络
家乡代理
路由器
因特网
注册消息 发送数据 隧道
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通信对端
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两个重要概念
隧道(Tunnel)
❖一个数据包被封装在另一个数据报文 的净荷中进行传送所经过的路径
转交地址(Care-of-Address)
❖移动节点在外地链路上时为标识自己 位置而使用的临时IP地址
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网上的其它主机面临更多的安全威胁 支持子网的整体移动
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相关术语(1)
移动节点(Mobile Node)
❖指一个移动的计算机或路由器，移动后仍能用原 来的IP地址进行通信
通信对端(Correspondent Node)
❖与移动节点通信的计算机
家乡网络(Home Network)
实体的功能--外地代理
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2020年3月9日
移动IP的本质
移动IP是一个支持主机移动的网络层解决方案
❖同IP一样，移动IP对下层传输媒体不做任何要求， 可以在不同媒介的网络间提供主机移动功能
❖移动IP向上层屏蔽了主机移动的细节 ❖现有因特网的上层协议和应用都无须改动
解决通信对端和移动主机间IP报文的发送问题
外地链路(Foreign Link)
❖移动节点所在的外地网络的链路
外地代理(Foreign Agent)
❖运行在外地网络上的路由器，是移动节点发送报文 的缺省路由器
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移动IP的实体
家乡链路
外地代理
家乡代理
因特网
外地代理
通信对端
外地链路 移动节点
外地链路
❖移动节点的归属网络
家乡地址(Home Address)
❖分配给移动节点的永久IP地址，不随节点位置的 变化而改变
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相关术语(2)
家乡链路(Home Link)
❖移动节点家乡网络的链路
家乡代理(Home Agent)
❖运行在移动节点家乡链路上的路由器，它截获发送 给移动节点的报文，将报文转发给移动节点
主要内容
❖ RFC 2002：定义了移动IP协议 ❖ RFC 2003、2004: 定义的移动IP使用的隧道技术 ❖ RFC 2005：叙述了移动IP的应用 ❖ RFC 2006：定义了移动IP的管理信息库MIB ❖ 关于优化、对IPv6的支持等问题的草案(draft)
详见：http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html
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报文发送和接收
家乡代理对移动节点进行注册后，开始在
本地链路上发送代理ARP消息
通信对端按照正常的路由策略向移动节点 发送报文
报文被路由到移动节点的家乡网络 家乡代理截获该报文，将注册的转交地址
作为隧道出口，将自己的IP地址作为隧道入 口，对报文进行封装后发送。
隧道技术
源IP 目的IP
净荷
原始IP报文
源IP
目的IP
源IP 目的IP
净荷
被封装的 IP报文
通信对端 隧道入口
隧道
隧道出口 移动节点
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移动IP的主要思想
移动节点移动到外地链路上，得到一个转 交地址
移动节点将转交地址报告给家乡代理
通信对端将报文发送到移动节点的家乡链 路
移动节点收到注册应答消息
❖ 如果注册成功，就可以开始正常工作 ❖ 如果注册失败，可以根据错误信息调整后重新注册
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注册应答
如果使用配置转交地址
移动节点收到注册应答消息
❖如果注册成功，正常工作 ❖如果注册失败，可以根据错误信息做
相应的调整后重新发起注册请求