IPv4 行動 IP (Mobile IP) 核心架構與流程
Mobile IP 解決行動節點 (MN) 跨子網移動時保持 IP 連線不中斷。定義三大實體：
- 行動節點 (Mobile Node, MN)： 移動的終端裝置，擁有固定「家鄉位址 (Home Address)」
- 家鄉代理 (Home Agent, HA)： 位於家鄉網路，維護 MN 位置綁定 (Binding)，攔截發往 MN 家鄉位址的封包
- 外部代理 (Foreign Agent, FA)： 位於外部網路，提供 MN 轉交位址 (Care-of Address, CoA)，解封裝並轉發封包給 MN
基本通信流程 (5 步驟)
- 通信節點 (CN) 以標準 IP 路由傳送封包給 MN 家鄉位址
- HA 攔截封包，查綁定表 (Home Address ↔ CoA)，匹配則封裝
- HA 以隧道封裝封包傳送至 MN 的 CoA (FA 位址或共置 CoA)
- FA 收到封包 → 解封裝 → 經無線鏈路傳給 MN
- MN 收到封包，以標準 IP 回覆 CN (回程可直送，不經隧道)
關鍵概念： 移動綁定 = (Home Address, CoA, Lifetime)。MN 移動時必須向 HA 註冊新綁定；定期重新註冊維持 Lifetime。
三大關鍵技術支柱
1. 代理發現
- 擴展 ICMP Router Discovery (IRDP)
- 代理通告： HA/FA 定期廣播 ICMP Router Advertisement + Mobility Extension (含服務類型、封裝支援、忙碌狀態)
- 代理請求： MN 主動發送 ICMP Router Solicitation (TTL=1) 獲取即時資訊
- MN 依通告判斷：收到 HA 通告 → 已回家鄉；收到 FA 通告 → 在外部網路，取得 CoA 向 HA 註冊
2. 註冊
- 觸發條件：換網路、綁定將過期、回家鄉 (註銷)
- 功能：取得 FA 路由服務、通知 HA 新 CoA、刷新 Lifetime、註銷舊綁定
- 進階：多 CoA 同時註冊 (冗余)、單一 CoA 註銷保留其他、動態取得 HA 位址
- 協定：UDP 封包，Registration Request / Reply，攜帶 MN 識別、HA 位址、CoA、Lifetime、驗證資料 (MH Authenticator)
3. 隧道封裝技術 (三種)
| 封裝方式 | RFC | 原理 | 開銷 | 適用性/限制 |
|---|
| IP-in-IP | 2003 | 完整 IPv4 封包放入新 IPv4 Payload | +20 Bytes (外層 IP Header) | 必須支援，最通用 |
| Minimal Encapsulation | 2004 | 移除內外層 IP Header 重疊欄位 | ~12 Bytes (省 8 Bytes) | 原始封包已分片則不可用；TTL 遞減導致不可達機率增 |
| GRE (Generic Routing Encapsulation) | 1701/2784 | 支援多種網路層協定封裝，含 Key、Sequence、Checksum | ≥24 Bytes | 多協定、防遞迴封裝、廠商廣泛支援 (Cisco, Juniper) |
Mobile IP 要求 HA/FA 至少支援 IP-in-IP；GRE 為常見擴充選項。
總結
Mobile IP 以「家鄉位址固定、轉交位址漂移、隧道封裝轉發」三大機制，實現網路層移動性。雖 3G/4G/5G 採用不同機制 (GTP, PMIPv6, NEMO)，但「錨點 + 隧道 + 位置更新」核心思想一脈相承，是理解行動網路核心架構的關鍵基礎。