GPRS与Mobile IP的互通策略

2019-11-03 09:38:12

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供稿：网友

黄丽亚摘要：本文讨论一种在GPRS上实现对Mobilt ip支持的方法，并简单分析了演进策略。

关键词：GPRS Mobile IP GGSN

　　一、引言

　　IP协议并不能有效支持跨子网的主机移动，这是因为IP地址与特定网段相关联，终端的移动破坏了这种关联使得通信无法正常进行。IETF提出的Mobile IP及ETSI提出的GPRS都是为了解决日益频繁的终端移动问题。无线移动接入IP网络的模式主要有两种：一种是无线LAN；另一种是基于公众蜂窝移动系统的数据网络，比较典型的是叠加在GSM网络上的GPRS。现在也不断有一些新的无线接入方式，如蓝牙和3G等。

　　各种系统在实现移动性管理上有各自的特点。移动性管理从本质上分为宏区域级与蜂窝级。相对而言宏区域级的管理对低层的差异性不太敏感，因此各种标准本质上非常类似；而蜂窝级的管理考虑到无线传输的工作模式，往往有不同的方法。IETF针对宏区域级的管理提出MobileIP；针对蜂窝级的管理提出Ce11ular IP。MobileIP逐步被越来越多的系统所采用，原因是目前IP已经是主流的网络层协议，MobileIP承载移动IP业务最通用最方便，能比较好地溶入现有IP体系；Ce11ul。rIP的推广则要困难一些，因为在蜂窝级采用基于第三层的管理势必会消耗无线带宽。

　　目前无线 LAN、 CDPD、 IS— 9 5包括以后的 3G都采用或基于MobileIP，而GPRS则是另外一套完整涵盖从宏区域级到蜂窝级规范。就本质而言，GPRS中许多机制与MobileIP非常接近；但是GPRS最初的设计目标是一种通用的无线接入手段，可以承载各种网络层协议，而IP over Everything是不可阻挡的。“通用”承载模式目前几乎没有实际商业意义，GPRS的一些设想只能作为理论探讨。

　　我们希望无论采用哪种接入手段，如有线LAN、无线LAN或GPRS，都能以相同的模式支持对IP的承载。即使终端在几种接入模式之间切换，仍能维持IP的连接性，这就是所谓“on the fly”。要实现这一点，首先要在支持终端移动的协议上取得一致。因此讨论在GPRS上如何实现对MobileIP的支持是向“on thefly”的IP跨出实质性的一步。

　　二、Mobile IP

　　IETF提出一系列MobileIP的建议。MobileIP的基本概念是无论终端移动到何处，它始终采用相同的IP地址，并且维持处于激活状态的TCP连接，从而确保上层应用的透明。

　　Mobile IP中提出了归属代理一Home Agent（HA、外部代理一Foreign Agent（FA）及转交地址（care of address）等概念。

　　每个移动终端都由HA永久分配一个IP地址。当终端移动到另一个子网，该子网的FA将给终端分配一个临时地址，即外部代理转交地址。临时地址可以由多个来访终端动态共享。HA与FA可以宣告它们的服务，新进入拜访地的终端可以发出探询以确认是否有合适的代理存在。移动终端漫游后，需要向其HA登记转交地址；登记可以由终端直接完成也可以通过FA完成，这取决于终端对FA的附着模式。登记完成后，在归属地收到的指向移动终端的数据由HA通过隧道方式传到FA。

　　传统的 Mobile IP会形成所谓“三角”路由：因为数据包总是先到达归属地，然后由HA通过隧道转到FA，FA再将数据包发往终端。这种“兜圈子”的模式不利于IP网络上支持实时性较强的业务，于是有人提出若干种路由优化的MobileIP，由发端将数据直接路由到FA的转交地址。IPv6中比较明确地提出了对终端移动性的支持。

　　三、MobileIP overGPRS的方法

　　Mobile IP over GPRS的原则是尽量不对现有的GPRS系统作大的修改：对于不支持MobileIP的终端仍然可以维持原先的工作模式而不受任何影响；对于支持MobileIP的终端则可以在GPRS的网络环境中获得移动IP的支持。

　　MobileIP overGPRS的方法是将外部代理功能集成到GGSN中。在漫游情况下，如果拜访地的GGSN能提供FA功能，那么可以通过拜访地的GGSN访问外网；当然如果拜访地GGSN无法提供FA功能时，那么只能使用归属地的GGSN。当然并不要求拜访地的所有GGSN都能提供FA，只要有一个GGSN具备此功能，移动终端就可选择该GGSN作为外部代理。

　　GPRS与 Mobile IP都采用隧道方式支持漫游时IP数据包的封装：GPRS采用GTP协议，而Mobile IP采用IP in IP。Mobile IP的隧道终结于移动主机的转交地址（care－of address），在该地址从隧道中将原先数据包取出并转发给移动主机。转交地址有两种方式，即外部代理转交地址（指移动主机登记的外部代理的地址）与联合位置转交地址（即移动主机在外部获得的本地地址，该地址与其归属的网络地址关联）。在蜂窝环境中，频率资源很宝贵，采用外部代理转交地址方式意味着隧道建立到外部代理；而采用联合位置转交地址方式时，隧道一直要建立到移动主机；在无线段也需要IP封装，存在比较大的开销。在GPRS系统中，GTP隧道仅延伸到SGSN，与外部代理转交地址方式类似。

　　GGSN在移动终端IP地址与TID（GPRS Tunnel ID）之；司建立关联，TID起到了联合位置转交地址的作用，但它又不是FA本地的IP地址。本着尽量少修改现有GPRS系统的信令系统、保持无线带宽利用率高的特点。

　　（1）用户在终端上输入对应Mobile IP功能的APN，例如该 APN名字为 MobileIPv4FA。

　　（2）终端收到用户服务请求后，向SGSN发起“激活PDP上下文请求”消息，该消息的APN字段=MobileIPv4FA，该请求中不包含 PDP Address。

　　（3）SGSN根据APN，选择能够提供FA功能的GGSN，并向该GGSN发送“创建PDP上下文请求’消息。

　　（4）如GGSN接受 PDP上下文建立请求，则向SGSN发响应，但仍不分配PDP地址。

　　（5）SGSN向终端发“激活 PDP上下文接受”消息。

　　（6）此时 GGSN开始扮演 FA的角色，在创建的GPRS隧道上向终端发送“代理宣告”消息，从该消息中终端知道了FA转交地址。注意GGSN无需象通常情况下等待终端发送“代理请求”消息而后再发宣告消息，因为GGSN知道是漫游终端。

　　（7）在 GTP环境中，终端也开始由信令平面转向传输手面，在创建的GPRS隧道上向GGSN（FA）发送登记请求消息。

　　（8）GGSN得到了终端的IP地址，建立该IP地址与TID之间的关联，然后向该终端的HA转发“代理请求”消息。

　　（9）GGSN收到HA的响应后，GGSN从IP InIP隧道中取出“登记应答”消息，分析终端地址，查找出该地址对应的TID。

　　（10）将该“登记应答”消息在GPRS隧道中转发给终端，完成MobileIP的登记。

　　（11）进行正常的 Mobile IP数据包的传送。

　　（12）用户通过AT命令向终端发出终止服务，终端将向SGSN发“去激活PDP上下文请求”消息；SGSN向GGSN发“删除PDP上下文请求”；GGSN响应SGSN，同时关闭该GPRS隧道，取消终端地址与TID的关联，并向SGSN发“删除PDP上下文响应”；SGSN向终端发“去激活PDP上下文响应”。

　　四、 GPRS对 Mobile IP的支持策略

　　我们审慎地考察GPRS的体系结构，GPRS引入SGSN与GGSN两个网络实体是有其深刻的背景的。GPRS支持通用第3层网络协议确实是一种“大而全”的思想，电信史上“大而全”的先例不少，如ISDN、ATM等，但这种模式求必获得商业上的成功。GPRS理论上可以支持X.25、IPX等，但事实上几乎没有这种产品。

　　“大而全”的技术思路确也有其技术上的借鉴和可取之处，如 ATM逐渐演化为 MPLS；而GPRS的SGSN与GGSN的分设也为引入新的网络层协议提供了很好的基础。增加新的网络层协议只需GGSN支持，SGSN无需作任何修改。MobileIP也是一种特殊的网络层协议，因此在 GGSN引入对Mobile IP的支持非常符合GPRS的体系结构：GGSN上只要用一种特殊的APN标识MobileIP服务就可与提供的其他服务相区别。

　　在初期，每个地区只需个别GGSN支持MobileIP即可；如果Mobile IP的需求量增加，可逐步将GGSN升级。另外可以引入一些路由优化的策略。路由优化包括两部分：一是指Mobile IP范畴，主要是避免数据包总是经过HA转发到FA，当然主机、HA、FA的功能都要作一些改进；二是指SGSN与GGSN之间，SGSN需要选择合适的能够提供Mobile IP的 GGSN。

　　五、结束语

　　在现有GPRS体系上实现对MobileIP的支持是一种“叠加”模式，事实上 GPRS中有许多移动性管理的功能在MobileIP中是不支持的。新一代的移动数据通信如 3G正着手以MobileIP为基础、吸取GPRS的一些优点，建立一种“集成”模式，这样才能高效地解决移动IP的问题。

摘自《数据通信》2001.9

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