2007年11月4日 星期日

Mobile IP 技術發展

（一）技術簡介，定義

網際網路位址協定(Internet Protocol, IP)為網際網路標準組織(Internet Engineering Task Force, IETF)所制訂之網際網路標準之一，用以網路節點之定址工作(Addressing)與部分路由功能(Routing)。目前有第四版網際網路位址協定(IP version 4)與第六版網際網路位址協定(IP version 6)的使用，其中以第四版較為通行。網際網路之封包路由以網路前置碼路由(Network prefix routing)為其基本原理，比對封包目的位址IP的網路前置碼以確定該封包之路由方向。如此的設計使得網路節點一旦離開原網路而漫遊至其他網路，立即會因為網路前置碼不同而無法將封包路由至正確地點。因應個人電腦發展快速，行動手持式裝置日益普遍，網路節點離開原網路或進行網路漫遊的現象十分普遍，因此網際網路標準組織IETF成立了行動網際網路位址工作小組(Mobile IP Working Group)以制訂支援網際網路位址行動能力(Mobility)的相關標準，Mobile IP的協定與相關技術因此得以制訂。因應IPv4與IPv6的不同，行動網際網路位址工作小組因此制訂了Mobile IPv4和Mobile IPv6與IPv4和IPv6配合使用。Mobile IPv4已於1996年完成網際網路標準化的程序，Mobile IPv6目前進行到17版的討論，相信也會在很快的時間內完成制訂工作。

以Mobile&nbspIPv4為例，圖一為其系統架構，系統元件包括Mobile Node，Home Agent，Foreign Agent及Correspondent Node ，其定義如下：

Mobile Node(MN)

具備IP行動能力之網際網路節點，該節點可以漫遊其他網路但仍可以透過其原位址(Home Address)進行封包傳遞。

Correspondent Node(CN)

與MN進行通訊之任何一個網際網路節點。

Home Network(HN)

MN所在的原網路。

Foreign Network(FN)

MN漫遊到的其他網路。

Home Agent(HA)

在MN原網路上負責記錄MN位置，Care of Address (CoA)轉送封包之代理人。

Foreign Agent(FA)

在漫遊至其他網路，負責封包轉送之代理人。

Care of Address(CoA)

MN在漫遊至其他網路之暫時網路位址。

圖一 Mobile IPv4的系統架構圖

Mobile IPv4的基本原理說明如下：

    1. MN在原網路收到來自HA廣播之Agent Advertisement信息，得知所在網路為原網路及HA位址。

    2. MN移至其他網路，同時收到FA廣播之Agent Advertisement信息，得知已移至其他網路，同時得知FA位址。

    3. MN透過FA轉送註冊信息給HA，並告知HA其拜訪網路之CoA。

    4. HA廣播Proxy ARP信息至原網路所有節點，告知目前MN的封包需交由HA轉送。

    5. CN傳送至原網路的封包將路由至HA，HA查表得知MN之CoA透過通道機制(Tunneling)將封包包裝後再送至FA。

    6. FA收到後，解通道封包後，將原封包轉送至MN。

    7. MN送至外部之封包可以直接遞送，若拜訪網路有作封包過濾(Packet Filtering)，則可以透過FA轉送至HA再行傳送到CN。

    8. MN返回原網路，傳送解除註冊動作，封包路由回原MN。

Mobile IPv6在配合IPv6的使用，與Mobile IPv4並不相容，表一說明了Mobile IPv4與Mobile IPv6的差異。其中主要技術差異包括：

    1. Mobile IPv6設計融入IPv6之中：

      1. 取消了原先Foreign Agent存在的必要性，將功能融入路由器中
      2. 由於IPv6位址豐富，與點對點安全(End to End Security)的重要性，因此取消Foreign Agent CoA的設計，僅支援Colocated CoA。
    2. 使用IPv6 Destination Option，利用封包遞送同時傳遞Mobile IP信息，增進信息傳遞效率。

    3. 簡化Mobile IP信息。

    4. 路由最佳化與平緩換手(Smooth Handover)為必要支援項目。 (MN CN HA皆需支援MIPv6才可運作)

　

表一 Mobile IPv4與Mobile IPv6之比較表

Compared Items

Mobile IPv4

Mobile IPv6

Foreign Agent

YES

NO

Care-of address

FA or CCoA

CCoA only

Obtaining Care-of address

By FA or DHCPv4

IPv6 stateless and stateful mechanisms

Route Optimization

Option

Mandatory

Packet tunnel during route optimization

Require packet tunneling between MN and CN

Forward packets with no tunneling

HA involves route optimization

YES

NO

MIP messages format

ICMP and UDP packets

IP headers and ICMP packets

MIP messages

Reg. Req, Bing Update, …

Reduced and allow piggybacked in header

Smooth hand-over

Option

Mandatory

Reverse tunneling

Solve ingress filtering

No ingress filtering problem

　

（二）發展現況(相關標準；關鍵技術；廠商；市場；應用／產品；台灣之技術現況..…等)

    Mobile IP相關協定規範都以IETF Mobile IP Working Group的制訂為主要依據。Mobile IPv4已於1996完成制訂工作，Mobile IPv6目前也進行最後17版的修改工作，相信在很快的時間就可以底定。以行動網際網路(Mobile Internet)的應用面來看，越來越多的設備裝置都可以連接上網際網路，甚至於越來越多的網路設備都可以支援行動能力與漫遊。因此行動網際網路與行動IP的市場是可以預期的。

    以目前技術的發展來看，Mobile IP仍是網際網路中處理IP行動能力的唯一解決方案，因此在網際網路行動的裝置與設備，若支援IP的行動能力，則必須具備Mobile IP，為使行動IP在漫遊上提供更好的效率，目前IETF分別為Mobile IPv4及Mobile IPv6進行擴充，主要在於階層式的架構設計(Hierarchical Mobile IP)與快速換手(Fast Handover)的技術，目的都在於加速Mobile IP的動作以因應未來多樣化行動網際網路的應用與服務。從網路部建的方面來看，Mobile IPv4由於需要額外網路節點，再加上應用與服務並不明確，使得雖然Mobile IP早在1996年即完成國際標準程序，實際部建與應用的情形都不甚理想。目前國外以Nextel(http://www.nextel.com)為最大之Mobile IP服務提供商，包括全美建構約20個 HA及約200 FA，目前約有700萬用戶。台灣目前則無網際網路業者提供Mobile IP服務。推究其原因，主要是Mobile IP之應用與服務並不明確，現階段使用者仍以筆記型電腦或行動裝置瀏覽網頁，並非必須使用固定且可漫遊之網際網路位址。然而由於行動網際網路的應用與服務日漸成形，因此對於Mobile IP的需求將可以預期。此外IPv6內建Mobile IP支援，安裝IPv6即可擁有Mobile IP能力，因此IPv6的部建也將加速對Mobile IP的使用。而行動網際網路的發展，手持式裝置大量出現且使用IP位址，相信也是IPv6以及Mobile IPv6早日建制完成的推手。

    就產品與市場面來看，Mobile IPv4多半以軟體的方式進行，網路設備廠商都可提供Mobile IPv4的軟體更新，手持設備上則有部分免費之協定堆疊protocol stack)供下載。由於無線區域網路(Wireless LAN)近年來的發展快速，因此將Mobile IP與Wireless LAN結合已成為目前市場產品的趨勢。使用Mobile IP完成無線區域網路之漫遊工作，為目前國外無線網路設備廠的主要技術方向如Cisco(www.cisco.com), Flarion Technologies(www.flarion.com)，相信相關結合Mobile IP與無線存取技術的網路設備，也會慢慢在國內產業界出現。

（三）未來發展趨勢

行動網際網路與無線網路的發展使得Mobile IP成為近兩年來網際網路組織IETF最重要的協定之一，Mobile IP原先的設計以支援改變連接網路的可攜帶性(Portability)為目的，要應用其於可移動性(Mobility)與無縫漫遊(Seamless Roaming)上，Mobile IP的效能仍受到很大的質疑，一般認為由於Mobile IP的訊息交換速度將無法滿足較快速的移動，亦不用以進行小範圍(Micro-Mobility)的移動管理。但對於較大範圍(Macro-Mobility)的移動，Mobile IP仍符合行動網際網路的使用。為解決Mobile IP效能問題，IETF目前正制訂階層式的架構設計與快速換手的標準。主要精神在於透過區域註冊(Local Registration)的技巧來避免原先Mobile IP要求MN常需要至HA註冊的行為，透過預先註冊(Pre-Registration)和延後註冊(Post-Registration)的技術，加速移動之訊息交換。

從應用面與產品面分析，Mobile IP有下列應用發展的趨勢：

    1. 無線區域網路產品或無線網路擷取網路(Radio Access Network)產品：WLAN, HIPPER LAN,或是其他無線區域網路之擷取網路設備，未來將不僅提供無線存取能力，在基地台間漫遊也將成為這些設備必備的功能之一。因此結合Mobile IP與無線區域網路如Access Point和Access Router已成為市場可見之產品，預期未來的無線網路設備將包括Mobile IP功能。

    2. 無線通訊網路設備：包括3GPP及3GPP2都提供Mobile IP的服務，也都有相關標準文件的規範。因此諸如GPRS, UMTS, cdma200等網路設備也將具備Mobile IP功能以支援行動台的網際網路漫遊能力。

    3. 使用者設備之行動IP支援：Mobile IP需要更動使用者設備，隨著應用與發展成形，行動使用者設備也將內建Mobile IP協定堆疊，可能的手持式產品除具漫遊能力標準筆記型電腦，PDA之外，智慧型手機，手機設備，單模(Single-Mode)或多模(Multi-mode)手機都將具備Mobile IP功能。

（四）結語

隨著無線區域網路的快速發展與行動網際網路相關服務與應用漸漸成形，沈寂已久的行動IP技術又重獲重視。Mobile IPv4的成熟使得現階段無線區域網路產品仍以與Mobile IPv4結合為主要趨勢。為增進Mobile IPv4的效能，階層式的架構設計與快速換手皆為必要的擴充功能。隨著GPRS與3G的部建與開始營運，行動網際網路的應用與服務將加速IPv6與Mobile IPv6的使用，手機內建Mobile IP功能與未來無線通訊網路提供Mobile IP服務也將是可以預期的未來。

聯絡人：資訊技術推廣部/洪榮欣 先生
電話 ：03-5917244
傳真 ：03-5820462
 E-mail ： Ronghsin@itri.org.tw

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