一种用于MIPv6实验的移动节点切换控制方法

摘要

本发明提出了一种用于MIPv6实验的移动节点切换控制方法，属于网络实验与仿真技术领域。本发明利用支持SNMP协议和虚拟局域网(VirtualLAN，VLAN)划分的网络交换机、多台普通计算机来搭建MIPv6实验环境，通过在网络交换机上重新设置移动节点接入端口所属的VLAN来实现移动节点在家乡链路到外地链路、外地链路到外地链路间的漫游切换。VLAN的设置由控制端通过SNMP协议实现，与MIPv6实验中传统的手工插拔网线或修改SSID实现移动节点切换的方法相比，本发明使得移动节点的切换无须手工操作，从而可以提高MIPv6实验的自动化程度。

说明书

技术领域

本发明涉及网络实验与仿真技术，尤其是移动IPv6即Mobile IPv6或MIPv6的实验技术，特别涉及一种用于MIPv6实验的移动节点切换控制方法。

背景技术

随着网络技术的发展，各种移动设备迫切需要随时随地接入网络。因此因特网工程任务工作组(Internet Engineering Task Force，IETF)制订了移动IPv6协议标准，它可以实现主机在不同的IPv6网络间无缝隙地漫游。

在MIPv6协议中定义了三类重要的功能实体：移动节点(Mobile Node，MN)、家乡代理(Home Agent，HA)和通信对端节点(Correspondent Node，CN)。当移动节点在家乡链路时，其工作方式如位置固定的主机。当漫游到外地链路后，利用IPv6协议的地址配置机制，移动节点可以获得一个或多个转交地址；此后，移动节点向家乡代理发送“绑定更新”申请注册，在其上建立移动节点的家乡地址和转交地址的“绑定”关系，这样，家乡代理将在家乡链路上截取目的地址是移动节点家乡地址的所有IPv6数据包，通过隧道将它们转发到移动节点的转交地址；在向家乡代理注册的同时，移动节点也向通信对端发送“绑定更新”，告知通信对端当前的转交地址，使通信对端能修改自己的“绑定缓存”，进而可以使用“第二类路由头”，直接发送分组到移动节点，完成“优化路由”，减轻网络负担。

在与MIPv6相关的研究开发工作中，为了验证各种协议、设备或软件的有效性和性能，需要搭建实验环境进行实验和测试。实验的一项重要工作就是控制移动节点在家乡链路和外地链路之间漫游切换，同时测量和收集相关数据，以验证这些协议、设备或软件的实际工作情况。由于受到成本和复杂性方面的限制，这些MIPv6实验系统通常建立在实验室环境下的局域网内。

目前，在已有的MIPv6实验系统中，大多使用计算机作为家乡代理和接入路由器，使用不同的网络交换机构成家乡链路和外地链路，移动节点在家乡链路和外地链路间切换的控制方法通常有两种：当移动节点采用有线方式接入网络时，手工将网线从接入端口上拔出，然后插入外地链路所对应网络交换机的接入端口上；当移动节点通过无线局域网(WLAN)接入网络时，手工修改移动节点的SSID(Service Set Identifier)，强制其接入到外地链路对应的无线接入点(Access Point，AP)上。由于每次移动节点的切换均需手工操作，使得实验无法自动进行，并且切换时间的精确控制也难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于MIPv6实验的移动节点切换控制方法，该MIPv6实验方法可控性强、移动节点切换自动、灵活。

本发明的技术方案是这样实现的：在进行MIPv6实验时，由一台计算机作为实验控制端，其上运行MIPv6实验控制程序，通过简单网络管理协议SNMP在网络交换机上划分出两个以上的虚拟局域网VLAN，其中的一个虚拟局域网VLAN作为家乡链路，选取其余一个或者多个虚拟局域网VLAN作为外地链路；当需要控制移动节点在家乡链路与外地链路之间或者外地链路与外地链路之间漫游切换时，控制端采用基于端口的虚拟局域网VLAN划分方式，通过简单网络管理协议SNMP在网络交换机上重新划分虚拟局域网VLAN，将移动节点的接入端口从当前所属的虚拟局域网VLAN中删除，同时将其添加到目标链路对应的虚拟局域网VLAN中，从而完成切换过程。

实验控制端与至少一台网络交换机相连，其上运行MIPv6实验控制程序，通过简单网络管理协议SNMP读取并修改网络交换机上的虚拟局域网VLAN配置参数，向网络交换机发出虚拟局域网VLAN划分命令。

本发明只需一台可划分虚拟局域网VLAN的二层交换机，采用基于端口的虚拟局域网VLAN划分方式，无需考虑物理连线，即可简洁、灵活的在交换机上划分出家乡链路以及外地链路；移动切换控制灵活、简便，只需通过动态改变移动节点MN所属的虚拟局域网VLAN便可方便快速的完成。测试结过表明，在使用本发明搭建的MIPv6实验系统中，MIPv6协议能够很好的工作，而且MN切换过程中的丢包和时延也都得到了改善。

附图说明

图1是移动节点采用有线接入方式时实验系统的物理拓扑；

图2是移动节点通过无线局域网接入方式时实验系统的物理拓扑；

图3是控制端的系统结构图；

图4是实验系统的逻辑拓扑；

图5是移动节点MN的切换过程示意图；

图6是移动节点切换前后，家乡代理HA上数据包嗅探器tcpdump的输出结果；

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明：

参照图1、图2所示，基于本发明搭建的MIPv6实验系统包括一个控制端，一台或两台以上的网络交换机以及两台以上的计算机，如果移动节点通过无线局域网接入网络，则还需要一台或两台以上的无线接入点AP。所有的移动节点MN、家乡代理HA、接入路由器AR和控制端都通过网络交换机互连构成一个局域网。图中给出了最小配置的MIPv6实验系统物理拓扑。如果移动节点通过无线局域网接入网络，则实验系统物理拓扑如图2所示，其移动节点MN是通过无线接入点AP而不是以太网接入到网络交换机上的，移动节点MN的切换方式与有线接入时的情形相同。

在实验系统中，网络交换机须支持简单网络管理协议SNMP协议和虚拟局域网(Virtual LAN，VLAN)划分；用做家乡代理(Home Agent，HA)和接入路由器(Access Router，AR)的计算机上安装以太网卡，并与网络交换机相连，这些计算机上同时安装有LINUX操作系统、MIPL(Mobile IPv6for Linux)软件以及RADVD软件；用做移动节点(Mobile Node，MN)的计算机上安装以太网卡或无线网络模块，运行支持IPv6协议的操作系统。用作控制端的计算机上装有MIPv6实验控制程序。

图3为MIPv6实验控制程序的结构框图。控制程序有两个功能：一是管理和维护资源情况，主要是网络交换机的使用信息；二是通过简单网络管理协议SNMP完成网络交换机上虚拟局域网VLAN的划分。

控制端上装有MIPv6实验控制程序，其各模块的功能如下：

1)输入/输出控制模块是提供给用户的接口。输入控制包括基本的输入错误检测，如数据类型不正确、数据溢出、不存在的虚拟局域网VLAN号等不合法输入；输出控制主要功能是控制输出格式；

2)实验系统硬件资源记录模块，记录实验系统的硬件资源(包括主机、网络交换机)的详细信息。记录主机的CPU、内存、IP地址、网卡类型以及该主机与网络交换机相连的端口号；记录网络交换机的端口、虚拟局域网VLAN的使用情况；

3)网络交换机控制模块是读取、修改网络交换机当前配置。该模块通过调用简单网络管理协议SNMP的接口，构造简单网络管理协议SNMP的协议数据单元，与网络交换机的SNMP代理(Agent)通信，要求该Agent处理简单网络管理协议SNMP请求消息。

图4是在图1所示实验系统中配置得到的MIPv6逻辑拓扑。下面以结合该拓扑说明移动节点的切换控制。

家乡代理HA的地址是fec:0106:2700::2/64，移动节点的地址是fec0:106:2700::4/64，外地接入路由器AR的地址是fec0:106:1100::1/64。实验过程是：初始时刻，移动节点位于家乡链路；之后的某个时刻，移动节点将切换到外地链路；在整个实验过程中，移动节点MN持续使用ping6程序与家乡代理HA通信。分别测量在本方法和手动切换两种方式下，切换过程中的时延和丢包，对多次测量结果取平均值分析。

为了使分别处于虚拟局域网VLAN A、B内的终端能相互通信，做如下设置：

1)家乡代理HA、接入路由器AR同时属于虚拟局域网VLAN C；

2)家乡代理HA、接入路由器AR上的网卡设置为支持转发；

3)修改家乡代理HA、接入路由器AR的路由表，使得虚拟局域网VLANA内所有发往虚拟局域网VLAN B的数据包由家乡代理HA转发，虚拟局域网VLAN B内所有发往虚拟局域网VLAN A的数据包由接入路由器AR转发。

图5是基于虚拟局域网VLAN划分控制移动节点切换的切换过程示意图。

当移动节点MN在家乡链路和外地链路之间切换时，MIPv6才能发生作用。初始时，移动节点MN位于家乡链路，属于虚拟局域网VLAN A；当移动节点切换到外地链路时，可通过重新划分网络交换机VLAN来实现。其详细过程是，如图5所示，先将移动节点MN从虚拟局域网VLANA中删除，然后再将其加入虚拟局域网VLAN B；移动节点MN切换到虚拟局域网VLAN B后，可以收到接入路由器AR发送的路由通告消息，移动节点MN根据路由通告中的本地信息，重新配置一个新的转交地址。经过以上过程，相当于移动节点MN从家乡链路切换到了外地链路。在实验中，只需要在控制端输入移动节点MN与网络交换机相连的端口号以及其欲加入的虚拟局域网VLAN号，控制端就能在设定的时间重新进行虚拟局域网VLAN划分。图中序号1、2……为网络交换机端口编号。

图6是移动节点切换到外地链路后，在家乡代理HA上使用数据包嗅探器tcpdump测量的结果。

在整个实验过程中，移动节点MN使用ping6程序与家乡代理HA通信。用tcpdump工具查看家乡代理HA的接发包，可以清楚的看到切换过程：如图6所示，①是在移动节点MN在家乡虚拟局域网VLAN的最后一次ping6信息；②表明，移动节点MN被切换到外地虚拟局域网VLAN，获得转交地址fec0:106:1100:0:20d:88ff:fe48:1803，并且在家乡代理HA处成功完成注册；③表明，ping6恢复，移动节点MN在外地虚拟局域网VLAN工作正常。

综上所述，当MN在家乡虚拟局域网VLAN与外地虚拟局域网VLAN之间切换时，在切换造成的短暂中断过后，移动节点MN与家乡代理HA之间的通信恢复正常，移动节点MN在家乡代理成功的完成注册，ping6继续工作，说明在本实验系统中，MIPv6能正常运行。

表1两种移动节点切换方案的时延和丢包对比。给出了手工插拔网线和虚拟局域网VLAN划分两种移动节点切换控制方法的性能数据。从表中数据可以看出，基于虚拟局域网VLAN的切换方式与手工插拔线切换方式相比，切换过程中的丢包和时延都有所改善，但是基于虚拟局域网VLAN控制的切换方式，其可控性更强，切换更加方便、快速。

                  表1对比测试结果

  平均切换丢包(个)  平均切换时延(ms)  基于VLAN划分  7.33  445.03  手工插拔线  7.60  519.99

以上测试所使用的设备配置情况及参数如下：一台锐捷Star-S1926F+二层网络交换机，该网络交换机配置24个10/100Mbps网络端口，同时支持“端口VLAN”和“标签VLAN”两种工作模式，在实验中采用基于“端口VLAN”的工作模式；家乡代理HA、移动节点MN、接入路由器AR采用三台配置相同的PC兼容计算机，配置为P42.4G、256MB RAM、10/100M D-Link自适应网卡，操作系统为Linux Red Hat 9.0(内核版本Linux-2.4.26)，MIPL(MobileIPv6 for Linux)版本为mipv6-1.1-v2.4.26；HA和AR都安装了版本为radvd-0.8的RADVD软件，可以周期性的发送路由通告消息。