基于标识/位置分离的新型移动性管理机制研究

3.1　三种命名空间

本方案定义了一种主机名HN(Host Name)的名字空间，所以系统中一共有三种命名空间：HN，EID，RLOC。相应的需要两种映射系统：HN至EID，EID至RLOC。整个系统的结构如图3所示。HN是不变的且全球惟一的主机标识，EID用来标识MN的应用程序。MN的EID在节点移动至别的LISP区域时会发生改变。HN是长度可变的、可读的、方便记忆的，而EID是用在LISP数据包中头部的源地址或目的地址的IPv4或IPv6地址，它是不可读的。

图3　移动性管理网络框架及数据传输示意图

为了从HN获得对端的EID，本方案引入了HN—EID映射系统。该映射系统可以通过修改DNS系统来实现，考虑到终端可能存在多个EID的情况，HN与EID的映射关系可能是一对多的关系，因此我们做了一个Priority的扩展，其格式见图3。关于如何使用此映射下面将会详细介绍。

3.2　动态移动管理方案

在该方案中，MN一旦进入到一个新的LISP区域就会动态获得一个新的EID。相应的，新开启的会话将采用新的EID作源地址或目的地址，而老的会话为了支持移动性仍然采用旧的EID。

图3表示了该方案的一个实例：MN在位置A与CN_1产生会话(1)，当它移动到位置C后，会话(2)就被转交给C。同时，CN_2在MN移动到位置C后向它发起新的会话(2)。图4表示了整个过程的注册和切换信令的交互示意。

图4　移动性管理方案注册及切换流程图

首先，每个ETR在自己的位置注册自己的EID前缀到相应的映射服务器上，如图4步骤1所示。当MN从位置A启动时，它根据EID前缀(10.0.0.0/24)配置得到EID_1(10.0.0.1)。然后，MN开始和CN_1通信。首先，MN通过查询HN-EID映射系统获得CN_1的EID(12.0.0.1)，如图4中A所示。然后，MN分别以10.0.0.1和12.0.0.1作为源地址和目的地址发出第一个数据包。当ITR/ETR_A收到这个包时，它应该获得该目的EID的RLOC。因此，如图4中步骤3~5所示，ITR/ETR_A执行RLOC查询操作，该操作与LISP中相同。然后，ITR/ETR_B的地址就以RLOC(3.0.0.1)的形式返回。最后，数据通过在ITR/ETR_A和 ITR/ETR_B处封装和解封装来完成在核心网内的传输。

图3中，模块(a)描述了会话(1)的封装和解封装的过程。在位置A处的映射查询和数据初始化与标准LISP中一样。然后，MN移至位置C，而会话(1)需要保持并移交至新接入点。在该方案中，MN在位置C处获得新的EID_2(11.0.0.1)。然后，EID_2将被注册到HN-EID映射系统里如图4中步骤7和B所示。

现在HN-EID映射系统里面存在一个HN(mn@hpnl.ac.cn)对应两个不同优先级的EID(10.0.0.1 和11.0.0.1)的条目。由于现在该MN节点在位置C，所以把EID_2的优先级设置比EID_1高。这样在后续的应用中就采用EID_2作MN的目的地址。

然而，会话(1)中的数据包仍然使用EID_1作源地址来保持会话的连贯性。当ITR/ETR_C接到终端发来的会话(1)的数据包时，它认识到该MN需要移动性支持，因为该包中的源地址EID与它自己的EID前缀不匹配。然后，ITR/ETR_C发出EID-RLOC的映射更新消息给ITR/ETR_A，如图4中步骤8~10。当ITR/ETR_A接收到该更新后，它就添加该EID对应的RLOC的映射条目，并赋之更高的优先级。这样，任何指向EID_1的映射请求都会被返回2.0.0.1，指向位置C。而别的来自10.0.0.0/24区域的主机请求仍旧指向位置A。这样该方案保持了LISP映射系统的规模性和汇聚性。

该方案在更新完MN的EID至RLOC映射数据库后，开始进行快速的位置更新以实现快速切换。首先，ITR/ETR_A通知ITR/ETR_B，更新其EID-RLOC的缓存，如图4中步骤11所示。所以ITR/ETR_B不必要去请求映射系统来获知MN的新RLOC。然后，ITR/ETR_A将缓存中发往MN的数据发往ITR/ETR_C，直至数据被直接发往RLOC_2为止，如图3中模块b所示。因此，该方案可以在保持一个低时延和丢包率的情况下提供快速平滑的切换。

现在位置B中的CN_2想与位置C中的MN通信。它先通过查询HN-EID映射系统来获取MN的EID，被告知两个不同优先级的EID_1 和EID_2，如图4中模块C所示。CN_2根据自己的设置来选择一个EID与之通信，多数情况下EID_2是被推荐的。然后CN_2就以EID_2为目的地发出第一个数据包。接下来的映射和封装与LISP中相同(见图4中步骤12-14和图3中会话2)。可以看出MN可以同时为不同的应用保持会话(1)和(2)，所以该方案可以在LISP架构中提供一个动态灵活的移动性支持。

4　方案评估

本文提出的移动性管理方案是基于身份/位置分离思想的，因此继承了LISP架构固有的优点，如对路由可扩展性支持和终端位置隐私性等，能够较好地适应未来网络的发展。与LISP-MN机制相对比，本文提出的方案有以下几个方面的优势(见表1)。

表1　本方案与LISP-MN性能对比

(1)基于网络的方式

LISP-MN是基于主机的，而本文提出的方案是基于网络侧的，与LISP的实际目标一致。所以对于终端来说，没有软件上的要求，只要是普通终端就可以;同时，对于网络侧来说，只要在边缘路由器上添加一些功能上的改进就可以实现，便于部署与实施。

(2)更快的查找速度

对于LISP-MN，每次数据通信需要进行两次EID-RLOC映射查询，而本文提出的方案只需要一次查询即可。整个映射系统的性能在LISP架构中起着十分重要的作用，每多进行一次映射系统的查询，所造成的切换时延将会加倍。本方案有效地降低了系统的查询时间，这也在一定程度上减小了系统的切换延时。

(3)更低的系统开销

本文提出的方案只需要进行一次封装与解封;而LISP-MN方案则需要两次封装和解封。特别是在核心网中，LISP-MN方案传输的数据包是经过两层封装的IP数据包，整个报头占数据包较大比重，带宽利用率较低。相比而言，本文提出的方案仅有一次封装，能够较好地利用网络带宽。