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基于流传输控制协议的移动切换研究 [复制链接]

恋々风

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发表于 2005-1-26 11:29:00 |显示全部楼层

孙宇虹　浙江万里学院浙江

　　移动业务的发展过程中，越来越多的移动终端都具有访问IP网的功能，用户也希翼能够随时随地访问IP网。移动IP在网络层解决了这个问题，但是他也存在着2大缺陷：性能受限并且增加了网络结构的复杂性。为了克服其缺陷，并希翼在传输层中实现IP移动性。随之传输层的移动协议应运而生，同时由于流传输控制协议（SCTP）的多宿性和稳定性等优点，使其成为IEFT的提案之一。

　　本文对移动SCTP的切换过程进行了详细地阐述，分析了切换触发时机的选择，最后提出了基于移动SCTP快速切换的方案。

1SCTP 协议特点

　　2000年，IEFT的信令传送工作组发布了流控制传输协议SCTP，命名为RFC2960，使得SCTP 正式成为国际标准。SCTP是一种应用层数据分组传输协议，可在UDP或IP层等不可靠数据分组的服务上提供可靠的服务。该传输协议针对IP网络上TCP协议的缺陷进行了修改和补充，是对TCP协议的一种替代，但他同时也支撑TCP协议及更高层次上的协议，能够按照目前No 7信令网对可靠性和误码率等要求生成数据包，并且透明地传输。虽然SCTP是为了在IP网络中的传输信令而设计的，但是他本身具有一些新的特性，如多宿性、多流性、选择性确认、Cookie机制及动态增加和删除地址等，能提供高性能的服务，而且他还继承了TCP的一些拥塞控制和流量控制的机制，这些都能保证SCTP为上层提供可靠的传输服务。

　　其中SCTP的多宿性与动态增加和删除地址这2个特性，使得SCTP具有支撑传输层的切换功能。多宿性是指SCTP端点可以有多个IP地址。SCTP选择一个地址为“主”地址，所有数据在正常情况下都发送到这个目的地址，当“主”地址不可用后，从备用地址中选择一个可用地址作为新的“主”地址，重新传输发送失败的数据，这样提高了关联的可靠性，降低了时延。动态增加和删除地址是指在关联建立以后仍具有动态增删地址的能力。这种能力不仅可以支撑网卡的热插拔，也可以支撑网络链路的动态增减。

2基于移动SCTP无缝移动切换的分析

2.1移动SCTP的移动切换过程

　　如图1所示，假设移动主机MN已初始化与一个通信对端CN连接，由移动主机的IP地址2和对端的IP地址1组成了SCTP关联。当MN移动到一个新区域，从访问路由器A区域移动到访问路由器B区域，将进行如下的传输层的切换：

　　(1)从一个新地址获得IP地址假设MN从路由器A区域移动到路由器B区域。通过IP的地址获得机制（比如IPv4中的动态地址配置机制和IPv6中的动态地址配置机制或无状态地址配置），从路由器B区域中获得一个新的IP地址。

　　(2)在SCTP的关联中动态加入新的IP地址MN将通过发送地址配置变化块到通信对端CN，MN将使用新的IP地址。然后MN从CN收到包含地址配置变化响应块以确认对端是否接受此通告。

　　(3)改变主IP地址当MN再继续向路由器B区域移动，其需要使用新的主I P地址。这时需要有一个专门的规则来触发主IP地址的变化，满足规则后，MN将发送一个设置主IP地址的通知包到通信对端。MN从CN收到包含通知响应块以确认对端是否接受此通告。

　　(4)从SCTP关联中删除原IP地址当MN向路由器B区域移动前进时，原IP地址失效，MN必须从其地址表项中删除这个IP地址，MN将发送一个删除IP地址的通知包到通信对端。MN从CN收到通知响应块以确认对端是否接受此通告。

2.2移动SCTP切换管理

　　移动节点在进行网络切换时，使已经建立的会话不发生中断及尽量减少数据的丢失和延迟是移动SCTP实现无缝切换的关键。移动SCTP的移动切换性能主要决定于在关联中何时触发加入和改变IP主地址。

2.2.1在SCTP关联中加入和删除IP地址

　　一个可利用的IP地址应尽早加入SCTP关联中，因为加入或删除终端IP地址的目的是为切换工作做最佳的准备。新的访问路由的信号强度超过能够通信的信号强度阈值，就触发实行加入IP地址操作。当原IP地址已失效，MN由下层网络或链路层的信号触发删除此IP地址。

2.2.2在SCTP关联中改变主地址

　　在SCTP关联中改变主地址有两种主要方法：

　　(1)在MN快速移动时，当检测到新的IP地址时，MN从CN收到加入新地址的响应，即发送设立主“IP地址”的通知，CN收到此通知以确定切换成功。但如果MN是一个在两个区域中往返移动的站点，就会产生乒乓效应。

　　(2)用一个直接的下层或上层指示来确定何时触发主路径的变化。设置链路层的信号强度阈值，当某一接口的信号强度超过此阈值时改变主地址，或者当MN的SCTP配置有数据包丢失阈值，可利用上层的消息来触发主地址的改变。

3基于移动SCTP的快速切换的方案

　　通过以上对移动SCTP切换性能的研究分析，在此基础上提出能快速切换的预切换机制。此机制的关键在于使可利用的IP地址能够尽早加入SCTP关联中，即MN在移往新的链路之前，先启动一个切换规程，预先获取新链路上的转交地址，如图2所示。具体实现步骤如下：

　　(1)MN在移动过程中，检测到链路的质量下降，MN向当前连接的原路由器发出代理服务请求。

　　(2)原路由器把MN的接口标示地址及新的路由前缀编译后，向MN发送新的转交地址和新的路由IP地址和链路层的地址；同时向新路由器发出切换初始化信息，指示MN的转交地址。

　　(3)由新路由器确定这个新的转交地址是否合法，若合法，就给原路由器一个切换初始化确认信息，并缓存邻域。

　　(4)一旦MN收到新的转交地址，就通过原路由器发送地址加入请求到CN，使得加入新地址过程在二层链路切换前完成，减少切换时延。 

4结语

　　本文在流传输控制协议SCTP的移动切换基础上，提出了快速移动切换的方案，本着尽量降低切换时延的目的，通过对移动SCTP的切换触发机制的改造来实现。方案最关键的技术是在动态加入IP地址基础上提出了预切换机制。

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