Figure 7 - 1: Bandwidth Utilization Comparison on Packet Length not Exceeding MTU
封包封裝後超過最大傳輸單位當應用程式所送出的原始封包經過封裝後超過最大傳輸單位，意即該封包必須被分割成兩個 皆小於或等於最大傳輸單位的封包後方可分別傳送到網路上。 現假設原始的封包長度為最乙太網 路的大傳輸單位，也就是 1518 個位元組，同樣其中 IP 標頭的部分佔 20 個位元組而乙太網路標頭 加上檢查碼的部分共佔 18 個位元組。 因此在分割時，第一個封包的長度為 1486 個位元組，內含 乙太網路標頭與 IP 標頭，而第二個封包長度為 32 個位元組，其內純粹為數據資料，需要加入額 外的乙太網路標頭與 IP 標頭。 首先考慮 UDP 承載 IP 的封裝方式，由於有兩個封包，所以我們一 共需要兩個長度為 4 個位元組的行動網際網路協定訊息標頭，兩個長度為 8 個位元組的 UDP 標 頭，兩個長度為 20 個位元組。 此外由於第二個封包缺乏 IP 標頭及乙太網路標頭與檢查碼，也必 須補上。 總計下來一共需要花費 102 個位元組在封裝的額外負擔上，也就是佔整體封包的 (102/(1518+102))*100% = 6.30%，因此實際有效頻寬便僅剩下 93.70Mbits/s。 但如果是採用 IPHO承載 IP 的封裝方式，我們只需要額外的兩個包含標頭選項之 IP 標頭，個別的長度皆為 28 個 位元組以及為第二個封包準備的標準 20 個位元組之 IP 標頭與長度為 18 個位元組之乙太網路標頭 加上檢查碼。 換句話說，在封裝上的額外負擔只佔了(94/(1518+94))*100% = 5.83%，所以實際 有效頻寬便增加為 94.17Mbits/s。 透過圖 7-2 我們可以更清楚地瞭解兩種不同的封裝方式額外標 頭部分所佔用頻寬的情形。
93.70 6.30
94.17 5.83
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Percentage of Bandwidth Usage 1
2
Raw Data Overhead
IP-in-IP
HOEncapsulation
IP-in-UDP Encapsulation
Figure 7 - 2: Bandwidth Utilization Comparison on Packet Length Exceeding MTU
透過以上的分析比較可以知道由我們所提出的 IPHO承載 IP 之封裝方式無論在何種情況下的有 效頻寬使用率皆高於現有的 UDP 承載 IP 封裝方式。
7.2.2 TCP Throughput Estimation
為了比較兩種封裝模式運用在實際傳輸資料時的效能，我們建立如圖 7-3 所示的一個封閉式 網路環境。 該環境中只存在家代理器、行動端、通訊端、網路位址轉譯器與 DHCP 伺服器等必要 的主機，因此可避免不相關的通訊影響測試過程所得到的數據。 其中家代理器與網路位址轉譯器 之間是以 100MB/s 的乙太網路線直接連接，並在雙方路由表上設有彼此的路由。 測試的流程則為 先由行動端分別建立 UDP 承載 IP 通道與 IPHO承載 IP 通道並採用反向通道技術。 接著行動端以 FTP 客戶端程式 lftp 連線通訊端上的 FTP 伺服器 vsftpd 抓取大小為 1.2GB 的檔案並記錄使用不同 封裝方式下的平均的傳輸速度。 同時，為了避免硬碟存取速度所造成的誤差，我們並非真的將該 檔案儲存在硬碟上而是導入/dev/null。 如此便可純粹地表現出實際的傳輸速度。Home Network
Mobile Node Home
Agent
Correspondent Node
Ethernet link 140.113.215.0/24
140.113.215.206
140.113.215.207
LAN
DHCP Server
ModuleNAS NAPT Module
Foreign Networks
140.113.17.15
10.113.215.254
10.113.215.0/24
140.113.215.210
Figure 7 - 3: TCP Throughput Estimation Testbed
圖 7-4 便是傳輸十次所得到的測試結果，由圖中可看出 UDP 承載 IP 的封裝方式所得到的平 均傳輸速度為 10.82MB/s，而 IPHO承載 IP 的封裝方式則為 10.97MB/s。 由此可證實我們所提出 的方法確實在傳輸的效能上高出了 1.39%。
10.82
10.97
10.70 10.75 10.80 10.85 10.90 10.95 11.00
MB/s
1 2
Throughput
IP-in-IP
HOEncapsulation IP-in-UDP
Encapsulation
Figure 7 - 4: TCP Throughput Estimation Result
7.2.3 Fault Tolerence Cability
讓我們考慮一個實際的情況，當行動端在位於網路位址轉譯器之下的外地網域向家代理器完 成註冊後。 該網路位址轉譯器基於某種原因使得它必須被重新啟動或以另外的機器取代。 此時行 動端或是家代理器並沒有任何的機制可發現該行為的發生，於是乎將不會有新的註冊要求訊息被 送出。 假如先前是以 UDP 承載 IP 方式所建立的通道，由於網路位址轉譯器上的轉譯表已被清 空，原有的網路位址與埠號對應關係便不再存在，因此，經過封裝後的封包到達網路位址轉譯器 時便會被丟棄。 直到行動端所註冊的有效時間到期後再次地送出新的註冊要求訊息，原有的網路 位址與埠號對應關係才會便重新建立。 換句話說，在這段期間內恐將會造成連線的中斷。 相反 的，如果先前是採用我們所提出以 IPHO承載 IP 方式所建立的通道，由於我們並不仰賴網路位址轉 譯器上的網路位址與埠號對應關係。 所以只要其上的網路位址交換模組維持運作，上述的情況將 不會對我們造成任何的影響，我們也無須用額外的動作來恢復原本所建立的通道。 也就是說，應 用程式如採行 IPHO承載 IP 的封裝來穿越網路位址轉譯器，無形中該網路位址轉譯器將相對的具備 容錯或是備援能力。
透過以上的分析比較我們可以歸納出，我們所提出的方法唯一的缺點是必須修改現有的網路 位址轉譯器裝置，但該修改並不影響原有的功能。 且修改過後的網路位址轉譯器不但在效能上有 所提升進而也增加了它本身的容錯或是備援能力。
Chapter 8 Conclusion and Future Work
Section 8.1 Conclusion
自從英代爾推出迅馳行動運算技術之後，已經有越來越多的行動終端裝置如筆記型電腦，平 板電腦,個人數位助理甚至是智慧型手機皆擁有異質的網路介面卡可供連線至網際網路。 這意味著 使用者對於隨時隨地存取網路的需求日益提升。 在本篇論文中便隨著這項趨勢設計了一套異質網 路漫遊系統的整合平台，夠過該平台所提供的自動網路偵測與切換機制，使用者不僅可以享受到 擁有異質網路介面卡所帶來更寬廣的網際網路存取範圍，同時更可以享有漫遊時的連線不中斷服 務。
本平台的客戶端部分是在微軟的作業系統 Windows XP (Service Pack 2)上所開發，採行鬆散 連結式的整合架構並以行動網際網路協定作為漫遊時的行動管理機制，因此在運作上還需搭配芬 蘭赫爾辛基科技大學所開發的 Dynamics 之行動代理伺服器。 至於所支援的異質網路包含乙太網 路(Ethernet)、無線區域網路(WiFi)、整合封包無線電服務(GPRS)、個人手持電話系統(PHS)與第 三代全球行動電話系統等。 使用者除了可以透過平台所提供的圖形化操作介面得知目前系統依照 底層媒體連結狀態所自動選用的配接卡及其相關的網路狀態資訊外，也可依照自己的喜好指定使 用的配接卡。 此外，在應用程式的配合上，現有絕大部分的網路程式皆無須經過任何的修改便可 在此平台上運行並享有平台所提供的服務。
除了以上所描述的功能外，平台的另一項特色就是支援私有網域，也就是網路位址轉譯器的 使用。 誠如大家的瞭解，隨著網際網路的興起，主機與設備皆呈現高速度的成長導致原有 IPv4 的 網路位址已不敷使用。 現今最普遍的解決方案便是採用網路位址轉譯器，雖然它延長了 IPv4 位址 的使用壽命，但也破壞了許多既有網路協定的運作。 行動網際網路協定便是其一，因此 IETF 也 在隨後提出了因應的 IP-in-UDP 封裝解決方案，本平台即是採用此標準方法來克服此問題。 但是 我們認為穿越網路位址轉譯器仍有更佳的解決方式，於是在本論文中也提出了另外的 IP-in-IPHO封 裝來證實同樣也可克服行動網際網路協定運作於網路位址轉譯器內並可得到比原有解決方案更好 的效能。
Section 8.2 Future Work
在開發本異質網路漫遊系統的整合平台之時，我們預留了極大的空間讓程式設計師可以實作 各式各樣的切換抉擇演算法。 我們在文中已展示了一種以優先權為考量的方法，然而更進一步我 們可以加入媒體特性的考量，例如以訊號強度作為切換判斷的準則。 除此之外，我們還可以配合 具位置知覺的快速切換(Location-awared Fast Handoff)演算法改善在無線區域網路間切換所造成 的延遲。 或是為每個造訪的網路建立偏好設定檔(Profile)，讓系統根據該設定檔在連線到該網路時 套用相關的設定，例如自動啟用虛擬私有網路(Virtual Private Network, VPN)連線等。 此外，基於 安全性的考量，未來也可在系統的運作上加上認證授權與計費的機制。
另一方面，目前可攜式裝置上的作業系統除了筆記型電腦外，大多是微軟專為該類型裝置所 開發的 Windows CE .NET。 該作業系統可說是 Windows XP 的精簡版本，因此無論是在整體的 系統架構或是網路元件的部分皆有些許的差異。 未來如果能成功移植本平台至該作業系統，將可 大大地展現其運用的空間，並可激發更多運行於其上的應用程式，諸如網際網路電話，網路視迅 或及時訊息等。 讓使用者真正感受到異質網路整合所帶來的好處與更多可享受的服務。
最後在我們所設計的以 IP 標頭選項穿越網路位址轉譯器的方法上，由於我們所強調的是相較 於原有的網路位址埠號轉譯模組，網路位址交換模組可省略在封包經過網路位址轉譯器時的查表 動作。 因此理論上，當轉譯表的內容越大，也就是越多的連線被建立時，將會更凸顯我們的方法 在效能上的改進。 然而，在現實的考量下卻很難建立這樣的測試環境，因為需要太多的設備來達 成。 因此，未來可以考慮將我們的實作重新實現在 ns2 的模擬器上，藉由其便可設置出我們所需 要的虛擬實驗環境。 在該環境下重新地檢視 UDP 承載 IP 與 IPHO承載 IP 兩封裝方式在網路位址 轉譯器滿載的狀況下之表現，如此將可以更加地佐證我們所提出方法的優異點所在。