移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在越區(qū)切換時(shí)，首先需要無線鏈路的切換，如果新舊鏈路不在同一個(gè)IP子網(wǎng)內(nèi)，還要進(jìn)行IP子網(wǎng)切換。即使采用了路由優(yōu)化技術(shù)，在無線鏈路切換和子網(wǎng)切換過程中的分組延時(shí)還是相當(dāng)可觀的，而延時(shí)的主要部分是由鏈路切換完成后的端到端的移動(dòng)IP注冊操作引起的。在切換過程中，發(fā)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的分組可能被丟失，因此快速切換方案將有利于改善分組數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量。鏈路切換常由第二層協(xié)議或硬切換完成，而跨越IP子網(wǎng)的切換需要第三層協(xié)議或軟切換完成。

目前，研究移動(dòng)IP快速切換的文獻(xiàn)很多，其基本思路有3種組播、基于第二層移動(dòng)觸發(fā)的預(yù)先切換和分組緩存，本文主要討論基于第二層移動(dòng)觸發(fā)的預(yù)先切換思想，即:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在將要移往新的鏈路之前，先啟動(dòng)一個(gè)切換規(guī)程，預(yù)先獲取新鏈路上的轉(zhuǎn)交地址。切換規(guī)程通過在新老接入路由器之間以及接入路由器與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間交換新增的報(bào)文來實(shí)現(xiàn)。這種方法需要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)預(yù)先知道自己即將移動(dòng)到新的網(wǎng)絡(luò)，因此需要第二層的支持。我們知道，WLAN中AP是在進(jìn)行L2切換前就從beacon或探詢應(yīng)答中知道是否要進(jìn)行L3切換，并且移動(dòng)IP注冊非常耗時(shí)，因此要想辦法在某一環(huán)節(jié)節(jié)省時(shí)間，從而更早的恢復(fù)通信。這個(gè)移動(dòng)IPv6快速切換的主要思想是將鏈路層的信息用于L3切換，通過在新舊路由器間傳遞數(shù)據(jù)以提前獲得IP連接。其應(yīng)用的原理是:數(shù)據(jù)在接收方的傳遞過程是先鏈路層再網(wǎng)絡(luò)層，因此鏈路層比網(wǎng)絡(luò)層更早得到信息。

1. 系統(tǒng)建模

1.1快速切換步驟

首先詳細(xì)敘述一下草案快速切換的步驟:

MN從接收到的ESSID判定需要進(jìn)行L3切換，于是向原AP發(fā)送代理路由請求其中包括新AP的鏈路層地址。

(2)原AR將新AP的鏈路層地址映射到新AP的IP地址，這就需要在原AR處保留一個(gè)映射表。

(3)原AR決定MN在新AP中使用被動(dòng)的(stateful)還是主動(dòng)的(stateless)地址。

如果是主動(dòng)地址:原AR在新的子網(wǎng)上利用MN的接口標(biāo)識得到一個(gè)新的COA(careofaddress)，通常這個(gè)接口標(biāo)識就是MN的48位MAC地址，在前面加上新子網(wǎng)的前綴就形成了COA，通過HI/HACK發(fā)給MN。同時(shí)要先確認(rèn)該地址是否唯一，該“地址唯一確認(rèn)請求”是與HI/HACK同時(shí)發(fā)出的，如果不是唯一的就采用被動(dòng)地址。

如果是被動(dòng)地址:原AR利用HI/HACK交換向新AR請求地址，這種情況下，新AR往往采用來分配地址。

(4)原AR向MN返回一個(gè)代理路由消息。該消息在stateless地址配置的情況下與HI/HACK同時(shí)發(fā)出，再stateful地址配置的情況下在HI/HACK之后發(fā)出。

(5)MN再向原AR發(fā)送一個(gè)快速綁定更新(F—BU)，綁定到新的COA，注意，這屬于L3信息，它于L2切換之前進(jìn)行的。

(6)現(xiàn)在MN才開始進(jìn)行L2切換，到L2切換進(jìn)行到第5步結(jié)束時(shí)MN已移入新AP了。

(7)MN之后將收到F-BACK，表明原AR收到了他的F-BU，這時(shí)可以用新的COA通信了，該信息在新舊鏈路上同時(shí)發(fā)送(新鏈路，即原AR-新AR-新AP-MN;舊鏈路，即原AR-原AP-MN)。這樣，此后從原AR來的包將根據(jù)FBU送到新的AR。

注意在L2切換的步驟15都是由硬件完成的，要使MN能發(fā)送IP層信息如F-BU就不能開始L2切換，也即接口硬件在沒有MN的允許下不能開始切換。當(dāng)整個(gè)切換完成，可以看到，這比采用移動(dòng)IP注冊更有效得節(jié)省了切換時(shí)間。

1.2算法的改進(jìn)

從草案建議的切換算法可注意到，無論是L2切換還是L3切換，都是由MN控制的，因此為了保證MN能夠正常的通信，必須在L2切換之前先得到新的COA，然后再等L2主要切換步驟完成再進(jìn)行綁定更新等，這么一來，L2和L3切換能同時(shí)進(jìn)行的步驟較少。但是，倘若讓L3切換由網(wǎng)絡(luò)來控制，情況就不同了:

當(dāng)切換條件達(dá)到時(shí)，MN發(fā)送一個(gè)探詢請求，所有收到這個(gè)探詢請求的AP響應(yīng)一個(gè)探詢應(yīng)答。MN根據(jù)應(yīng)答中的信息選擇合適的新接入AP。

(2)MN同時(shí)向兩個(gè)AP發(fā)送切換觸發(fā)，宣告L2切換正式開始，考慮到此后MN在連接到新AP之前無法通信，且網(wǎng)絡(luò)如果沒有足夠的信息就不能決定是否進(jìn)行L3切換，所以該切換觸發(fā)中應(yīng)該含有新、舊兩個(gè)AP的MAC地址，原AP收到切換觸發(fā)，立即將此信息傳遞到原AR。新AP接到觸發(fā)，啟動(dòng)前面所提到的L2切換，開始和MN通過信息交換達(dá)到同步。

(3)原AR收到L2切換觸發(fā)，必須能夠識別出另一個(gè)AP的子網(wǎng)，這就要求在AR處要保留一個(gè)各個(gè)子網(wǎng)所含的AP的MAC地址集，并且不同的子網(wǎng)AP的MAC地址是不同的。

(4)如果原AR通過查找發(fā)現(xiàn)兩個(gè)AP分屬不同的子網(wǎng)(兩個(gè)AP與不同路由器相連)，就向新AP所屬的AR(即新AR)請求地址，新AR根據(jù)動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議分配一個(gè)COA地址，返回給原AR，原AR把該地址從兩個(gè)BSS內(nèi)發(fā)送給MN以確保其能收到，這是考慮到:MN可能與新AP建立了連接(鏈路層切換完成)，但也可能仍與原AP連接著。這一步同時(shí)進(jìn)行的是鏈路層切換，這樣MN一進(jìn)入新的網(wǎng)絡(luò)就有了COA地址了。這里需要注意的是原AR實(shí)際上是充當(dāng)了家鄉(xiāng)代理的角色。

(5)之后MN再向原AR(家鄉(xiāng)代理)發(fā)送綁定更新，進(jìn)行注冊，再接收綁定應(yīng)答，即注冊成功。

必須注意的是，在這個(gè)切換方案里新AR并不是外地代理，因?yàn)槿绻�是外地代理，在注冊請求時(shí)，它要對注冊請求進(jìn)行一系列的有效性檢查。如果其中有一項(xiàng)檢查失敗，外地代理就向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一條注冊應(yīng)答消息拒絕這次注冊請求。如果檢查成功，外地代理就將包含注冊請求消息的數(shù)據(jù)包的IP報(bào)頭和UDP頭完全剝?nèi)�，再加上新的�?bào)頭后才送給家鄉(xiāng)代理。同樣當(dāng)外地代理接到來自家鄉(xiāng)代理的注冊應(yīng)答后，將對消息進(jìn)行一系列的有效性檢查。外地代理一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)答是無效的，將產(chǎn)生一個(gè)包含適當(dāng)?shù)腃ode域的注冊應(yīng)答，并發(fā)送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。而我們這里，新AR僅僅作為一個(gè)路由器使用。

從上面的步驟看到，一方面采用了由鏈路層信息發(fā)起切換(草案的思想)，節(jié)省了一部分時(shí)間，另一方面由于COA地址的獲得和L2切換同時(shí)進(jìn)行，更是大大節(jié)省了時(shí)間，特別是對于WLAN，由于其所有控制信號和數(shù)據(jù)信號都共用一個(gè)信道，并且MAC層采用CSMA/CA的策略，如果同一BSS內(nèi)有幾個(gè)MN同時(shí)工作，L2切換所花的時(shí)間就很長。從仿真的結(jié)果看，同時(shí)有4個(gè)MN工作的時(shí)候，L2切換時(shí)間大約是2s，充分利用這2s的時(shí)間獲取COA將大大減少切換時(shí)延。