Đề tài Công nghệ Mobile IP và ứng dụng của nó trong mạng di động

LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội phát triển như hiện nay, với ngành công nghệ Điện tử thay đổi theo từng ngày, nhu cầu trao đổi và nắm bắt thông tin là vô cùng quan trọng. Các hình thức trao đổi thông tin cũng ngày càng đa dạng, phong phú và đòi hỏi chất lượng cao hơn. Một đất nước muốn phát triển thì việc phát triển cơ sở hạ tầng của việc thông tin liên lạc của quốc gia đó là tối quan trọng. Và với nước ta cũng không ngoại lệ, Internet và thông tin di động là hai yếu tố phát triển mang tính chất toàn cầu. Cùng với các thông tin quan trọng, các dịch vụ và công nghệ điện tử mới hiện nay thường được triển khai nhanh chóng trên mạng Internet. Do đó với các thiết bị thông tin di động thì việc kết nối Internet là rất cần thiết. Trong khuôn khổ báo cáo này thì em tập trung nghiên cứu công nghệ Mobile IP và ứng dụng của Mobile IP vào việc truyền số liệu trong mạng thông tin di động. Mục đích của quyển đồ án này là đưa ra cái nhìn tổng quan về công nghệ Mobile IP và ứng dụng của nó trong mạng di động. Do sự hạn chế về thời gian cũng như sự hiểu biết chưa được đầy đủ, quyển đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được thầy cô và bạn bè đóng góp ý kiến. Trong quá trình thực hiện đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ của rất nhiều tập thể và cá nhân. Trước hết em xin chân thành cảm ơn TS.Phạm Văn Bình, giảng viên khoa Điện Tử Viên Thông trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em thực hiện đồ án này. Thầy cũng đã dành nhiều thời gian quý báu của mình để đọc và góp ý cho đồ án được hoàn thiện hơn. Em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ trong quá trình làm đồ án. MỤC LỤC.MỤC LỤC. 1 CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN. 5 LỜI NÓI ĐẦU. 7 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 8 CHƯƠNG 1: SƯ BÙNG NỔ THÔNG TIN DI ĐỘNG 10 1.1 Khái quát mạng điện thoại di động: 10 1.2 Tìm hiểu mạng di động GSM: 12 1.2.1.Tiêu chuẩn GSM: 12 1.2.2 Hoạt động của GSM: 12 1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống GSM: 14 a. Sử dụng giao diện vô tuyến: 14 b. Sử dụng phương pháp đa truy nhập: 14 1.2.4 Các tiêu chuẩn đang được phát triển: 16 1.3 DỊCH VỤ TRUYỀN SỐ LIỆU GÓI: 18 1.3.1 Kiến trúc hệ thống GPRS: 20 a.Thiết bị đầu cuối số liệu – TE: 21 b. Đầu cuối di động: 21 c. Trạm di động – MS: 21 d. Hệ thống trạm gốc BSS: 22 e. Bộ đăng ký định vị thường trú – HLR: 23 g. Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động – SGSN: 23 h. Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động cổng – GGSN: 24 1.3.2 Hoạt động của GPRS: 25 1.3.3 Các lựa chọn cấu hình triển khai: 28 a. Kết nối trực tiếp: 29 b. Kết nối gián tiếp: 30 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IP. 32 2.1 Giới thiệu: 32 2.2 Bộ giao thức TCP/IP: 32 2.2.1 Ưu điểm của bộ giao thức TCP/IP: 33 2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP: 34 2.2.3 Tầng mạng: 38 2.2.4 Tầng Internet: 39 a.Gói tin IP: 39 b.Gói tin ICMP: 42 c.Gói tin ARP: 43 2.2.5 Tầng giao vận: 43 a.Giao thức không kết nối UDP: 44 b. Giao thức điều khiển truyền tin TCP: 46 2.2.6 Tầng ứng dụng: 49 a.Dịch vụ tên miền DNS: 49 b. Đăng nhập từ xa Telnet: 49 c.Thư điện tử Email: 49 d.Giao thức truyền tệp FTP: 50 2.2.7 Cơ chế địa chỉ Internet: 50 a. Địa chỉ lớp A: 51 b.Địa chỉ lớp B: 51 c. Địa chỉ lớp C: 51 2.2.8 Subnet và Subnet Mask: 52 2.3 Vấn đề định tuyến trong mạng IP: 53 2.3.1 Định tuyến trực tiếp: 53 2.3.2 Định tuyến gián tiếp: 54 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP. 56 3.1 Giới thiệu về công nghệ Mobile IP: 56 3.2 Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản dùng trong giao thức: 57 3.3 Các yêu cầu và mục tiêu của Mobile IP: 59 3.2.1 Các yêu cầu mà Mobile IP phải đáp ứng: 59 3.2.2 Các mục tiêu của Mobile IP: 60 3.4 Tổng quan về Mobile IP: 60 3.4.1 Các thành phần chính của mạng Mobile IP: 61 3.4.2 Các đặc tính của Mobile IP: 62 CHƯƠNG 4: HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPv4. 64 4.1 Tổng quan về giao thức Mobile IP: 64 4.1.1 Khái niệm địa chỉ care – of: 64 4.1.2 Nguyên lý hoạt động của Mobile IPv4: 65 4.1.3 Cấu trúc chung của các bản tin sử dụng trong giao thức. 67 4.2 Phương pháp phát hiện đại lý. 68 4.2.1 Quảng cáo đại lý. 68 a.Mở rộng quảng cáo đại lý di động. 70 b. Mở rộng độ dài tiền tố: 72 c. Byte đệm mở rộng: 73 4.2.2 Tìm kiếm đại lý. 73 4.2.3 Hoạt động của đại lý di động. 74 4.2.4 Hoạt động của trạm di động. 75 a. Đăng ký khi có yêu cầu: 75 b. Trở về mạng gốc: 76 4.2.5 Thông tin liên lạc với đại lý ngoại: 76 4.3 Đăng ký với đại lý gốc: 77 4.3.1 Thủ tục đăng ký với đại lý gốc: 77 4.3.2 Cấu trúc bản tin đăng ký. 79 a.Các trường IP: 79 b. Các trường UDP: 79 c. Các trường Mobile IP: 80 4.4 Quá trình truyền và nhận gói tin. 81 4.4.1 Vấn đề đi qua hai lần. 82 4.4.2 Tối ưu hoá đường đi: 83 CHƯƠNG 5: GIAO THỨC MOBILE IPv6. 85 5.1 Giới thiệu về IPv6: 85 5.2 Tổng quan về Mobile IPv6. 87 5.2.1 Các đặc tính của Mobile IPv6: 87 5.2.2 Các bản tin điều khiển. 89 5.2.3 Cấu trúc dữ liệu: 90 5.3 Hoạt động của Mobile IPv6: 91 5.3.1 Phát hiện sự di chuyển: 91 5.3.2 Đăng ký với đại lý gốc: 91 5.3.3 Định tuyến tam giác: 92 5.3.4 Tối ưu hoá đường đi: 93 5.3.5 Quản lý liên kết: 94 5.3.6 Cơ chế phát hiện đại lý gốc: 95 5.4 So sánh Mobile IPv4 và Mobile IPv6: 97 CHƯƠNG 6:ỨNG DỤNG CỦA MOBILE IP VÀO VIỆC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 100 6.1 Triển khai Mobile IP trong mạng CDMA 2000: 100 6.2 Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS: 102 6.2.1 Bước 1 - Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP: 103 6.2.2 Bước 2 - Tối ưu hoá đường đi. 106 6.3 Kết luận: 107 KẾT LUẬN 109 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

doc112 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 4836 | Lượt tải: 27download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Công nghệ Mobile IP và ứng dụng của nó trong mạng di động, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ó tất cả các gói tin được quảng bá trên tuyến gốc. D: Trạm di động thực hiện mở gói (Deencapsulation): Bit này được thiết lập nếu trạm di động đang sử dụng địa chỉ colocated care – of. M: Trạm di động yêu cầu địa lý gốc sử dụng phương pháp đóng gói tối thiểu. G: Trạm di động yêu cầu đại lý gốc sử dụng phương pháp đóng gói GRE. V: Yêu cầu đại lý di động sử dụng phương pháp nén tiêu đề Van Jacobson. Rsv: Các bit dự trữ. Lifetime: Xác định khoảng thời gian (tính bằng giây) mà thông tin đăng ký được xem là hợp lệ. Giá trị 0 chỉ ra rằng trạm di động muốn huỷ đăng ký. Giá trị 65.535 sẽ tạo ra một đăng ký không bao giờ hết hạn. Home Address: Địa chỉ IP của trạm di động. Home Agent: Địa chỉ IP của đại lý gốc của trạm di động. Care – of Address: Địa chỉ IP ở điểm cuối của đường hầm. Indentification: Là số định danh gồm 64 bit, được phát sinh bởi trạm di động và được sử dụng để so khớp giữa yêu cầu với trả lời đăng ký để ngăn ngừa việc trạm di động chấp nhận các bản tin cũ, chống lại hiện tượng “replay attack”. 0 7 8 15 16 23 24 31 Type S B D M G V Rsv Lifetime Home Address Home Agent Care – of Address Identification Extentions… Hình 4. 9: Cấu trúc bản tin yêu cầu đăng ký. Nếu sử dụng địa chỉ colocated care – of, trạm di động có thể gửi yêu cầu đăng ký trực tiếp đến đại lý gốc. Nếu không, trạm di động sẽ gửi yêu cầu thông qua một đại lý ngoại. Đại lý ngoại sẽ nhận và chuyển tiếp yêu cầu đến đại lý gốc. Đại lý gốc sẽ gửi một bản tin trả lời theo hướng ngược lại với bản tin yêu cầu. Bản tin trả lời sẽ bao gồm các trường cần thiết để thông báo cho trạm di động về tình trạng của yêu cầu cùng với khoảng thời gian tồn tại của đăng kýmà đại lý gốc cho phép. Khoảng thời gian này có thể nhỏ hơn so với yêu cầu ban đầu. Đại lý ngoại không được phép sửa đổi trường này trong bản tin yêu cầu cũng như bản tin trả lời đăng ký. Khi thời gian tồn tại nhận được trong trả lời đăng ký nhỏ hơn thời gian tồn tại trong yêu cầu thì phải sử dụng thời gian tồn tại trong trả lời đăng ký. Nói cách khác, thời gian tồn tại là giá trị nhỏ nhất trong yêu cầu và trả lời đăng ký. Cấu trúc bản tin trả lời đăng ký gần giống với bản tin yêu cầu đăng ký. Trong đó các trường cờ và dự trữ của bản tin yêu cầu đăng ký được thay bằng trường mã (code), biểu thị kết quả của đăng ký. Trường kiểu có giá trị là 3, biểu thị đây là bản tin trả lời đăng ký. 4.4 Quá trình truyền và nhận gói tin. Như đã đề cập trong phần 5.3.1.2 (Nguyên lý hoạt động của Mobile IPv4), sau khi đăng ký với đại lý gốc, trạm di động có thể trao đổi thông tin với bất kỳ trạm nào khác. Các gói tin từ trạm di động sẽ được gửi trực tiếp theo con đường ngắn nhất đến địa chỉ đích. Tuy nhiên, lời đáp sẽ không theo con đường ngắn nhất trực tiếp đến trạm di động. Thay vào đó, lời đáp sẽ được chuyển đến mạng gốc của trạm di động. Đại lý gốc, đã biết được vị trí của trạm di động từ thủ tục đăng ký, sử dụng cách đóng gói IP – trong – IP để chuyển tiếp các gói tin này đến địa chỉ care – of của trạm di động. Hình 5.12 mô tả các bước truyền và nhận gói tin IP giữa trạm di động và một trạm tương đương. Trong đó quá trình trao đổi thông tin được thực hiện thông qua một đại lý ngoại. Hình 4. 10: Quá trình chuyển và nhận gói tin IP. Có thể tóm tắt như sau: Bởi vì trạm di động sử dụng địa chỉ gốc của nó làm địa chỉ nguồn khi trao đổi thông tin với các trạm khác, mỗi lời đáp sẽ được chuyển đến mạng gốc của trạm di động. Đại lý gốc, đại diện cho trạm di động, nhận gói tin, đóng gói nó vào trong một gói tin khác và chuyển đến địa chỉ care – of hiện thời của trạm di động. 4.4.1 Vấn đề đi qua hai lần. Mô tả vừa rồi nêu bất khuyết điểm của giao thức Mobile IPv4, đó là tính không hiệu quả trong việc định tuyến. Nguyên nhân bắt đầu từ việc trạm di động sử dụng địa chỉ gốc của nó trong trường địa chỉ nguồn, nên các gói tin gửi cho trạm di động sẽ được chuyển lên mạng gốc của nó. Sau đó đại lý gốc sẽ thực hiện chuyển tiếp các gói tin này đến trạm di động. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng bởi các máy tính thường trao đổi thông tin với nhau chủ yếu trong phạm vi cục bộ. Nghĩa là trạm di động thường có khuynh hướng trao đổi với trạm khác tại mạng ngoài. Hình 4.11 là minh chứng về khả năng yếu kém của Mobile IPv4 trong việc xử lý phạm vi cục bộ. Hình 4. 11: Vấn đề đi qua hai lần. Như hình trên ta thấy trạm di động M đã di chuyển từ mạng gốc đến mạng ngoài. Giả sử trạm di động đã đăng ký với đại lý gốc R1 của nó và đại lý gốc sẵn sàng chuyển gói tin đi. Bây giờ ta xem xet việc thông tin liên lạc giữa trạm di động và đích D, hiện đang ở cùng một mạng với trạm di động. Các gói tin từ M đến D sẽ đi qua bộ định tuyến R4 sau đó được phát đến D. Tuy nhiên do các gói tin gửi từ D đến M có địa chỉ đích là địa chỉ gốc của M, chúng sẽ tuân theo con đường đi qua R3 và qua Internet để đến mạng gốc của trạm di động. Khi các gói tin này tới đại lý gốc (R1), chúng được lập kênh ngược trở lại internet để đến mạng ngoài (có thể được gửi trực tiếp tới M hoặc thông qua đại lý ngoại). Bởi vì việc đi qua Internet tốn kém hơn nhiều so với việc chuyển phát cục bộ, đây là “vấn đề đi qua hai lần”. 4.4.2 Tối ưu hoá đường đi: Mobile IPv4 bổ xung thêm chức năng tối ưu hoá đường đi nhằm khắc phục vấn đề đi qua hai lần hay quá trình định tuyến tam giác.Giải pháp mà Mobile IPv4 đưa ra là mỗi trạm phải được yêu cầu duy trì một kho chứa liên kết, bao gồm địa chỉ care – of của một hay nhiều trạm di động. Điều này đồng nghĩa với mỗi trạm (dù không phải là trạm di động) muốn hỗ trợ chức năng này cần phải nâng cấp về phần mềm (ngoài phần mềm IPv4 thông thường). Khi cần gửi một gói tin cho trạm di động, nếu nơi gửi đã có một phần tử tương ứng của trạm di động trong kho chứa liên kết, nó sẽ thực hiện đóng gói và chuyển trực tiếp gói tin này tới trạm di động, bằng cách lấy địa chỉ care – of trong liên kết di động. Hình 4. 12: Tối ưu hoá đường đi. Nếu không tìm thấy phần tử nào trong kho chứa liên kết, gói tin này sẽ được gửi đi như bình thường. Nghĩa là gói tin sẽ được định tuyến đến mạng gốc rồi sau đó mới được chuyển đến địa chỉ care – of của trạm di động. Khi nhận được gói tin này, đại lý gốc sẽ biết rằng trạm nguồn chưa có địa chỉ trong kho chứa liên kết của trạm di động, và gửi một bản tin cập nhật liên kết tới trạm đó. Trạm nguồn sẽ tạo mới một phần tử trong kho chứa.Từ lúc này nó gửi các gói tin trực tiếp tới địa chỉ care-of của trạm di động. Trong phần IPv6 đề cập đến vấn đề này rõ hơn. CHƯƠNG 5: GIAO THỨC MOBILE IPv6 Phần này giới thiệu về hoạt động của các trạm sử dụng giao thức IPv6 có hỗ trợ khả năng di động (còn được gọi là Mobile IPv6). Với mục đích tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và các đặc trưng cở bản của giao thức Mobile IPv6, các bản tin điều khiển và các cấu trúc dữ liệu sẽ không được đề cập chi tiết. 5.1 Giới thiệu về IPv6: Một trong những đặc điểm nổi bật của giao thưc IPv6 là mở rộng cấu trúc địa chỉ. Với thiết kế mới, IPv6 cho phép tăng chiều dài một địa chỉ từ 32 bit lên 128 bit. Đồng nghĩa với việc tăng không gian địa chỉ lên con số vô cùng lớn. Do vậy khắc phục được hạn chế về số lượng địa chỉ của IPv4. Những thay đổi từ IPv4 lên IPv6 bao gồm các phần cơ bản sau: Tăng dung lượng địa chỉ: IPv6 tăng kích thước địa chỉ từ 32 bit lên 128 bit để hỗ trợ nhiều mức phân cấp địa chỉ hơn, việc cấu hình địa chỉ tự động đơn giản hơn. IPv6 còn định nghĩa thêm một kiểu địa chỉ mới có tên là địa chỉ Anycast, được sử dụng để gửi các gói tin đến một trạm bất kỳ trong một nhóm các trạm. Đơn giản hoá cấu trúc của phần tiêu đề: Phần tiêu đề trong gói tin IPv4 dành chỗ cho các trường tuỳ chọn. Các trường này không thường xuyên được sử dụng, song lại được xử lý đối với từng gói tin dẫn đến làm giảm hiệu quả làm việc của bộ định tuyến. IPv6 đã thay các trường này bằng các mở rộng, dựa trên nguyên tắc: Đơn giản hoá việc xử lý các gói tin. Hỗ trợ các thông tin tuỳ chọn một cách hiệu quả và linh hoạt: Các tuỳ chọn được truyền trong các phần tiêu đề mở rộng của gói tin IPv6 theo một khuôn dạng xác định để cho phép việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện hiệu quả hơn và độ linh hoạt tăng lên để cho phép đưa ra các tuỳ chọn mới trong tương lai. Khả năng ghi nhãn luồng: Một khả năng mới là cho phép ghi nhãn các gói tin thuộc về cùng một luồng lưu lượng nhất định để từ đó nới gửi có thể đưa ra những yêu cầu xử lý đặc biệt đối với các gói này, chẳng hạn như yêu cầu dịch vụ thời gian thực hay các dịch vụ với các mực QoS theo yêu cầu. Nhận thực và bảo mật: Đưa ra các phần mở rộng cho phép nhận thực, đảm bảo độ tin cậy và tính toàn vẹn của dự liệu. Đơn giản hoá việc xử lý các gói tin và tạo khả năng mở rộng sau này, IPv6 đã đưa các thông tin tuỳ chọn vào các tiêu đề mở rộng. Dưới đây là một số tiêu đề mở rộng hay hay được sử dụng trong IPv6. Tiêu đề định tuyến (Routing header): được sử dụng bởi trạm nguồn IPv6 để xác định danh sách địa chỉ IP của tất cả các trạm mà gói phải đi qua trên đường tới đích. Tiêu đề định tuyến được nhận dạng bởi trường “Next Header” với giá trị là 43. Có thể có nhiều kiểu khác nhau, hiện tại đang sử dụng kiểu 0. Tiêu đề phân mảnh (Fragment header): được sử dụng bởi trạm nguồn IPv6 để chứa các thông tin điều khiển trong trường hợp gói tin mức trên được chia thành nhiều gói tin IP. Trong IPv6 gói tin chỉ được phân mảnh một lần tại trạm nguồn và được xử lý bởi trạm đích. Tiêu đề phân mảnh được nhận dạng bởi trường “Next Header” với giá trị là 44. Tiêu đề nhận thực (Authentication header): được sử dụng để mang các thông tin điều khiển tạo ra bởi trạm nguồn và được sử dụng bởi trạm đích để nhận thực nơi gửi gói tin IP. Kiểu tiêu đề này được nhận dạng bởi trường “Next Header” với giá trị là 51. Tiêu đề các tuỳ chon đích (Destination Options Header): Được sử dụng để mang các thông tin bổ xung cần phải được xử lý bởi trạm đích. Kiểu tiêu đề này được nhận dạng bởi trường “Next Header” với giá trị là 60. Đây cũng chính là tiêu đề được sử dụng chủ yếu trong IPv6. Mỗi gói tin IPv6 có thể có 0, 1, hoặc nhiều mở rộng. Mỗi mở rộng có kích thước là bội số của 8 octer (64 bit). Các mở rộng phải được xử lý theo thứ tự mà chúng xuất hiện trong gói. Hầu hết các tiêu đề mở rộng được xử lý bởi trạm đích (Ví dụ các mở rộng liên quan đến bảo mật), do đó chúng không làm ảnh hưởng đến tính năng của các bộ định tuyến. Chỉ duy nhất một kiểu mở rộng được xử lý bởi tất cả các trạm trên đường đi của gói tin, đó là tiêu đề “Hop – by – Hop Options”. 5.2 Tổng quan về Mobile IPv6. 5.2.1 Các đặc tính của Mobile IPv6: Khả năng hỗ trợ tính động trong Mobile IPv6 (Mobile IPv6) được xây dựng dựa trên các kinh nghiệm có được từ giao thức Mobile IPv4 cùng với những cải tiến của IPv6. Bởi vậy, Mobile IPv6 sẽ có nhiều đặc trưng giống với Mobile IPv4. Tuy nhiên giao thức này được tích hợp hoàn toàn trong IPv6 và được tăng cường thêm nhiều tính năng mới. Dưới đây là một số sự khác nhau cơ bản giữa Mobile IPv6 và Mobile IPv4: Chức năng tối ưu hoá đường đi được tích hợp vào trong giao thức. Trong Mobile IPv4, chức năng này được bổ xung dưới dạng các tuỳ chọn mở rộng mà có thể không được hỗ trợ bởi tất cả các trạm Mobile IPv4. Việc tích hợp này cho phép các quá trình định tuyến có thể thực hiện một các trực tiếp từ một trạm tương đương bất kỳ tới một trạm di động. Do đó, tránh được vấn đề định tuyến tuyến tam giác (hay vấn đề đi qua hai lần) như đã đề cập trong phần Mobile IPv4. Chức năng đăng ký và tối ưu hoá đường đi trước đây trong Mobile IPv4 được thực hiện trên hai giao thức riêng biệt thì nay được tích hợp vào trong một giao thức duy nhất. Trong Mobile IPv6, trạm di động sử dụng địa chỉ care – of của nó là địa chỉ nguồn trong phần tiêu đề của các gói tin mà trạm gửi đi. Các địa chỉ gốc của trạm di động được mang trong tuỳ chọn đích “Home Address”. Nó cho phép sử dụng địa chỉ care – of trong gói tin một cách trong suốt đối với các lớp trên lớp IP. Ngoài ra, giao thức cũng yêu cầu tất cả các trạm IPv6, dù là di động hay cố định, máy tính hay bộ định tuyến, đều phải có khả năng xử lý tuỳ chọn địa chỉ gốc trong gói tin nhận được. Việc sử dụng các tiêu đề mở rộng của IPv6 cho phép toàn bộ lưu lượng điều khiển của Mobile IPv6 được đặt trên các gói tin IPv6 sẵn có. Trong khi đó, với Mobile IPv4, mỗi bản tin điều khiển phải sử dụng các gói tin UDP riêng biệt. Không cần triển khai các trạm thực hiện chức năng của đại lý ngoại như trong Mobile IP v4. Trong Mobile IPv6, các trạm di động sử dụng các đặc trưng của IPv4, như: phát hiện trạm cùng tuyến (neighbor Discovery [20]) và cấu hình địa chỉ tự động (Address Autoconfiguration [21]), để hoạt động trên bất kỳ vị trí nào khi rời xa tuyến gốc mà không đòi hỗ trợ đặc biệt nào từ bộ định tuyến cục bộ. Cơ chế phát hiện sự di chuyển trong Mobile IPv6 cung cấp sự xác nhận cả hai chiều cho tất các gói tin trao đổi giữa trạm di động và bộ định tuyến mặc định hiện thời của nó. Cơ chế này cung cấp khả năng phát hiện tình huống “back hole”, một hiện tượng thường xảy ra trong môi trường vô tuyến; trong đó chất lượng truyền dẫn không bình đẳng trên hai hướng. Trong trường hợp đó, trạm di động có thể tìm một bộ định tuyến khác và sử dụng địa chỉ care – of mới. Trong Mobile IPv4, chỉ có các gói tin theo hướng từ bộ định tuyến tuyến đến trạm di động là được xác nhận. Trong Mobile IPv6, hầu hết các gói tin gửi đến trạm di động (khi rời xa tuyến gốc) đều được gửi đi bằng cách sử dụng tiêu đề định tuyến mà không dùng phương pháp đóng gói IP – trong – IP như trong IPv4. Việc sử dụng tiêu đề định tuyến yêu cầu ít hơn số byte phải thêm vào phần tiêu đề của gói tin, do đó sẽ giảm được kích thước gói tin Mobile IP cũng như các yêu cầu phải xử lý đối với phần tiêu đề. Mặc dù vậy, để tránh việc thay đổi dữ liệu trên đường truyền, các gói tin chuyển tiếp bởi đại lý gốc vẫn sử dụng phương pháp đóng gói IP – trong – IP. Khi rời xa tuyến gốc, đại lý gốc sẽ đứng ra nhận tất cả các gói tin gửi cho trạm di động trên tuyến gốc, bằng cách sử dụng cơ chế phát hiện trạm cùng tuyến (Neighbor Discovery) thay vì sử dụng giao thức ARP như trong Mobile IPv4. Điều này làm đơn giản hoá việc thực thi giao thức Mobile IP do không phụ thuộc vào lớp liên kết như ARP. Trong Mobile IPv6 do cơ chế phát hiện đại lý gốc sử dụng gói tin anycast nên chỉ có một lời đáp của một đại lý gần nhất gửi về cho trạm di động. Trong khi đó cơ chế phát hiện đại lý gốc của Mobile IPv4 sử dụng gói tin broadcast trực tiếp, và trạm di động sẽ phải nhận được lời đáp từ tất cả các đại lý gốc có mặt trên tuyến. Bởi vậy cơ chế phát hiện đại lý gốc trong Mobile IPv6 tỏ ra hiệu quả và tin cậy hơn, do chỉ có một gói tin gửi lại trạm di động. Khi chuyển đến tuyến mới, trạm di động sẽ nhận được địa chỉ care – of nhờ việc nhận các bản tin quảng cáo của bộ định tuyến (trường hợp sử dụng phương pháp cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái – stateless address autoconfiguration). Các gói tin IPv6 gửi tới địa chỉ gốc của trạm di động sẽ được định tuyến một cách trong suốt đến địa chỉ care –of của nó. Giao thức cũng cho phép các trạm IPv6 lưu lại (cache) mối liên kết giữa địa chỉ gốc và địa chỉ care – of của trạm di động, để sau đó chúng có thể gửi trực tiếp các gói tin đến trạm di động tại địa chỉ này. 5.2.2 Các bản tin điều khiển. Tất cả các bản tin dùng trong Mobile IPv6 đều được định nghĩa dưới dạng các tuỳ chọn đích của giao thức IPv6. Mobile IP định nghĩa ba kiểu cấu trúc dữ liệu để lưu trữ các thông tin cần thiết phục vụ cho quá trình trao đổi thông tin động. Cập nhật liên kết: Bản tin cập nhật liên kết được sử dụng bởi trạm di động để thông báo cho đại lý gốc hoặc bất kỳ trạm tương đương nào khác về địa chỉ care – of hiện thời của nó. Bất kỳ gói tin nào có chứa bản tin cập nhật liên kết cần được gửi đi với phần địa chỉ nguồn là địa chỉ care – of của trạm di động. Và phải được kèm theo một tiêu đề nhận thực AH[18] hoặc một tiêu đề bảo mật ESP[19]. Xác nhận liên kết: Bản tin xác nhận liên kết được sử dụng để xác nhận việc đồng ý cập nhật liên kết. Nếu một trạm nhận được gói tinchứa bản tin cập nhật liên kết với bit A được thiết lập thì nó phải trả lời bằng một bản tin xác nhận liên kết. Bản tin xác nhận liên kết được gửi đến địa chỉ nguồn của bản tin cập nhật liên kết, và phải được kèm theo một tiêu đề nhận thực AH [18] hoặc một tiêu đề bảo mật ESP [19]. Yêu cầu liên kết: Bản tin yêu cầu liên kết có thể được sử dụng bởi bất kỳ trạm nào để yêu cầu liên kết của một trạm di động. Một gói tin chứa bản tin yêu cầu liên kết phải được gửi đến trạm di động giống như gửi một gói tin bất kỳ. Địa chỉ gốc: Tuỳ chọn địa chỉ gốc được sử dụng trong mỗi gói tin gửi đi từ trạm di động để thông báo cho nơi nhận về địa chỉ gốc của nó. 5.2.3 Cấu trúc dữ liệu: Đặc tả Mobile IPv6 giới thiệu 3 cấu trúc dữ liệu sau: Kho chứa liên kết: Tất cả các trạm IPv6 đều có một kho chứa liên kết, được sử dụng để lưu liên kết đến các trạm di động. Khi một trạm di động nhận được một bản tin cập nhật liên kết, nó sẽ bổ xung liên kết này vào kho chứa. Mỗi lần gửi đi một gói tin, kho chứa sẽ được sử dụng để tìm ra phần tử liên kết thích hợp. Nếu tìm thấy một phần tử, gói tin sẽ được gửi đến địa chỉ care –of của trạm di động bằng cách sử dụng tiêu đề định tuyến. Danh sách cập nhật liên kết: Tất cả các trạm di động đều có một danh sách cập nhật liên kết, được sử dụng để lưu thông tin về từng bản tin cập nhật liên kết được gửi đi từ trạm này mà trong đó thời gian tồn tại còn lại (lifetime) của liên kết vẫn chưa hết hạn. Danh sách cập nhật liên kết bao gồm các liên kết được gửi đi từ trạm di động: Các liên kết gửi đến các trạm tương đương, các liên kết gửi đến đại lý gốc của trạm di động, và các liên kết gửi đến một đại lý gốc trên tuyến ngoại mà trạm di động đã viếng thăm trước đó (tương ứng với địa chỉ care - of trước đó của trạm di động. Danh sách đại lý gốc: Trên tuyến gốc, một trạm (thường là bộ định tuyến) có thể hoạt động với tư cách là một đại lý gốc và nó sẽ tạo ra một danh sách lưu trữ thông tin về tất cả các đại lý gốc khác trên tuyến. Thông tin này được nhận từ những bản tin quảng cáo bộ định tuyến, được gửi đi từ các đại lý gốc (bit “đại lý gốc” được thiết lập) trên tuyến đó. Nếu trạm này được kết nối đến nhiều tuyến, nó sẽ duy trì một danh sách đại lý gốc trên mỗi tuyến mà nó đóng vai trò của một đại lý gốc. Trạm di động có thể lấy thông tin về các đại lý gốc bằng cách sử dụng cơ chế “phát hiện đại lý gốc động”. Nhờ đó trạm di động có thể thông báo cho đại lý gốc trên tuyến gốc hoặc trên tuyến mà nó đã viếng thăm trước đó việc di chuyển sang một tuyến mới. 5.3 Hoạt động của Mobile IPv6: 5.3.1 Phát hiện sự di chuyển: Một trạm di động có thể sử dụng kết hợp các cơ chế để phát hiện ra khi nào nó di chuyển đến một tuyến mới. Một khả năng đó là đợi các bản tin quảng cáo bộ định tuyến được phát đi theo định kỳ. Sau khi tìm được một bộ định tuyến mặc định, trạm di động vẫn tiếp tục nhận các bản tin quảng cáo gửi đến từ bộ định tuyến này. Nếu trạm di động không nhận được một bản tin quảng cáo nào trong một khoảng thời gian nhất định, nó sẽ cho rằng bộ định tuyến mặc định này là không thể với tới được và quyết định chuyển sang một bộ định tuyến khác mà hiện tại nó đã nhận được các bản tin quảng cáo. Dựa vào phần tiền tố mạng con trong trường địa chỉ của bản tin quảng cáo, trạm di động có thể nhận biết được nó đã chuyển sang tuyến khác hay chưa. 5.3.2 Đăng ký với đại lý gốc: Ngay khi phát hiện đã di chuyển sang tuyến mới và tìm được một bộ định tuyến mặc định, trạm di động sẽ thực thi quá trình cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái (stateless) hoặc có trạng thái (stateful), và sử dụng địa chỉ mới này làm địa chỉ care – of. Tiền tố của địa chỉ care – of chính là tiền tố của tuyến mà trạm di động đang kết nối đến. Mọi gói tin gửi đến địa chỉ care – of này sẽ được chuyển đến trạm di động trên tuyến hiện thời. Hình 5. 1: Đăng ký với đại lý gốc trong Mobile IPv6. Trạm di động phải đăng ký địa chỉ care – of mới của nó với một đại lý trên tuyến gốc bằng cách gửi đi một gói tin chứa bản tin cập nhật liên kết đến đại lý gốc. Đại lý gốc đăng ký liên kết này và gửi trở lại một gói tin chứa bản tin xác nhận liên kết tới trạm di động, hình 5.15. 5.3.3 Định tuyến tam giác: Kể từ lúc này , đại lý gốc sẽ đứng ra nhận tất cả các gói tin gửi đến địa chỉ gốc của trạm di động. Do đó nó sẽ sử dụng cơ chế “proxy Neighbor Discovery”. Nghĩa là địa lý gốc sẽ đại diện cho trạm di động phát quảng bá các bản tin quảng cáo của trạm (Neighbor Advertisement), chứa địa chỉ gốc của trạm di động, trên tuyến gốc. Đại lý gốc cũng đại diện cho trạm di động nhận và gửi lời đáp cho các bản tin tìm kiếm trạm (Neighbor Solicitation). Mỗi gói tin bị chặn lại sẽ được đóng gói vào một gói tin IPv6 mới và chuyển đến địa chỉ care – of mà trạm di động đã đăng ký. Nếu một trạm di động gửi các gói tin đến bất kỳ trạm nào khác, nó sẽ gửi trực tiếp đến trạm đó. Trạm di động sẽ đặt phần địa chỉ nguồn của gói tin này là địa chỉ care – of hiện thời và gửi kèm theo một tuỳ chọn “Home Address”. Bởi địa chỉ gốc là cố định (còn địa chỉ care – of là hiện thời), việc sử dụng địa chỉ care – of là hoàn toàn trong suốt đối với các lớp trên lớp IP ở trạm tương đương. Các lớp trên bao gồm cả lớp ứng dụng, không nhận ra địa chỉ care – of, chúng chỉ nhận ra địa chỉ gốc của trạm di động. Hình 5. 2: Định tuyến tam giác. Khi ở ngoài tuyến gốc, nếu trạm di động trao đổi thông tin với một trạm tương đương, các gói tin sẽ được định tuyến từ trạm tương đương tới đại lý gốc, từ đại lý gốc chuyển đến trạm di động và từ trạm di động gửi trực tiếp tới trạm tương đương. Quá trình này được gọi là định tuyến tam giác, hình 5.16. 5.3.4 Tối ưu hoá đường đi: Để tránh việc định tuyến tam giác, trạm di động cần phải gửi các bản tin cập nhật liên kết đến trạm tương đương. Trạm tương đương sẽ lưu địa chỉ care – of hiện thời của trạm di động vào kho chứa liên kết. Từ lúc này nó sẽ gửi các gói tin trực tiếp đến trạm di động. Bất kỳ trạm IPv6 nào, trước khi truyền một gói tin, đều tìm trong kho chứa liên kết địa chỉ đích của gói tin này. Nếu tìm thấy một phần tử, nó sẽ gửi gói tin tới trạm di động bằng cách dùng tiêu đề định tuyến (chứ không dùng phương pháp đóng gói IP – trong – IP). Nếu không tìm thấy phần tử nào trong kho chứa liên kết, gói tin sẽ được định tuyến tới tuyến gốc của trạm đi động. Tại đây gói tin sẽ được nhận bởi đại lý gốc, được đóng gói vào một gói tin IP khác và được chuyển đến trạm di động. 5.3.5 Quản lý liên kết: Sau khi cấu hình một địa chỉ care –of mới, trạm di động phải đăng ký địa chỉ mới này với đại lý gốc và với các trạm tương đương (các trạm mà đã được thông báo về liên kết của trạm di động). Để thực hiện điều này trạm di động gửi một bản tin cập nhật liên kết có chứa liên kết mới của nó. Nó có thể yêu cầu nơi nhận gửi một bản tin xác nhận cập nhật liên kết. Sau khi nhận được bản tin trả lời, nó thiết lập bit ACK trong bản tin cập nhật liên kếtvà tiếp tục phát đi bản tin này theo định kỳ. Trường hợp trạm di động nhận được gói tin từ một trạm tương đương. Nó có khả năng phát hiện ra trạm gửi đó đã có một phần tử trong kho chứa liên kết hay chưa. Cụ thể, nếu trạm tương đương đã có một phần tử chứa liên kết của trạm di động, trạm tương đương sẽ gửi trực tiếp gói tin đến địa chỉ care – of của trạm di động. Nếu không gói tin này sẽ được gửi đến đại lý gốc của trạm di động và được chuyển đến đích. Trong trường hợp này, trạm di động sẽ nhận được một gói chuyển tiếp.Nó có thể quyết định gửi một bản tin cập nhật liên kết đến trạm tương đương để cho phep trạm này gửi trực tiếp các gói tin bằng cách sử dụng tiêu đề định tuyến, không cần thông qua đại lý gốc. Trạm di động cần phải được thiết lập bit ACK trong các bản tin cập nhật liên kết gửi đến đại lý gốc. Nó cũng có thể thiết lập bit này khi gửi các bản tin cập nhật liên kết đến các trạm tương đương. Trạm tương đương có thể không nhận được bản tin cập nhật liên kết nào, và trạm di động sẽ phát hiện ra điều này khi nó vẫn tiếp tục nhận được các gói tin chuyển tiếp từ đại lý gốc. Trước khi một phần tử trong kho chứa liên kết hết hạn, trạm tương đương phỉa khởi tạo quá trình “làm tươi” liên kết bằng cách gửi đi một bản tin yêu cầu liên kết đến trạm di động. Nhận được yêu cầu này trạm di động phải trả lời bằng một bản tin cập nhật liên kết. Tại một thời điểm, trạm di động có thể có nhiều hơn một địa chỉ care – of. Mặc dù vậy chỉ có một địa chỉ care – of được đăng ký với đại lý gốc, gọi là địa chỉ care –of cơ sở. Đại lý gốc sẽ chuyển tiếp tất cả các gói tin gửi cho trạm di động trên tuyến gốc, đến địa chỉ care – of được đăng ký. Tuy nhiên trạm di động sẽ chấp nhận các gói tin mà nó nhận được tại bất kỳ địa chỉ care – of nào mà nó đang có. Điều đặc biệt có lợi cho quá trình chuyển giao (handoff) khi trạm di động di chuyển từ một tuyến không dây sang một tuyến không dây khác. Nếu mỗi tuyến trong các tuyến này được kết nối với Internet qua một trạm gốc riêng biệt thì trạm di động có thể duy trì kết nối tới đồng thời hai tuyến. Vùng truyền dẫn vô tuyến giữa hai tuyến này được gọi là “vùng chống lấn”. Trong trường hợp này khi chuyển sang tuyến mới, trạm di động sẽ nhận được một địa chỉ care – of mới trước khi ra khỏi “vùng chống lấn” và huỷ kết nối với tuyến cũ. Do đó, trạm di động vẫn có thể nhận được các gói tin tại địa chỉ care – of cũ trong khi thực hiện cập nhật liên kết mới với đại lý gốc và các trạm tương đương. Nhờ có kho chứa liên kết tại các trạm tương đương, các gói tin xuất phát từ các trạm này sẽ được định tuyến trực tiếp đến địa chỉ care – of của trạm di động. Do vậy sẽ giảm bớt được các công việc xử lý tại đại lý gốc. Đây chính là cơ sở đảm bảo cho sử ổn định, độ tin cậy, và giảm thiểu lượng tải trên toàn bộ mạng. 5.3.6 Cơ chế phát hiện đại lý gốc: Trường hợp trạm di động không biết địa chỉ của đại lý gốc, Mobile IPv6 cung cấp một cơ chế cho phép trạm di động có thể tự phát hiện địa chỉ của một đại lý gốc trên tuyến gốc và có thể đăng ký địa chỉ care –of của nó với đại lý này khi ra ngoài tuyến gốc. Hình 5. 3: Phát hiện địa chỉ của đại lý gốc động. Trước tiên, trạm di động gửi một bản tin cập nhật liên kết đến địa chỉ anycast gồm các đại lý trên tuyến gốc, do đó sẽ tìm được một trong số các bộ định tuyến hiện đang hoạt động như một đại lý gốc. Đại lý gốc này từ chối cập nhật liên kết của trạm di động và gửi trở lại một danh sách gồm tất cả các đại lý trên tuyến gốc, hình 5.17. Danh sách này được duy trì bởi mọi đại lý trên tuyến gốc và nhận được bằng cách học từ các bản tin quảng cáo bộ định tuyến, được quảng bá theo định kỳ. Địa chỉ IP của đại lý gốc trong danh sách này được sắp xếp theo thứ tự giảm dần của giá trị ưu tiên. Trạm di động sẽ gửi tiếp một bản tin cập nhật liên kết đến một trong các địa chỉ trong danh sách và đợi để nhận được bản tin xác nhận liên kết tương ứng. Nếu không nhận được bản tin xác nhận liên kết hoặc bị từ chối cập nhật liên kết, trạm di động có thể thử đăng ký với một đại lý khác trong danh sách. Nó sẽ thử với từng địa chỉ IP theo đúng thứ tự liệt kê trong danh sách, bởi địa chỉ đầu tiên bao giờ cũng là đại lý thích hợp nhất và địa chỉ cuối cùng là đại lý kém thích hợp nhất. Toàn bộ cơ chế hoạt động của Mobile IPv6 được mô tả trên hình 5.4: MN di chuyên sang tuyến B Bộ định tuyến (R3) Đại lý gốc (HA) Trạm tương đương (CN) Trạm di động (MN) Tạo địa chỉ COA1 Quảng cáo bộ định tuyến Bộ định tuyến (R2) Địa chỉ mạng con của tuyến B Tuỳ chọn đích “Home Address” (COA1, địa chỉ của HA, (địa chỉ gốc)) (Địa chỉ của HA, COA1, (Địa chỉ gốc)) Tiêu đề định tuyến > MN truy cập tới CN Kho chứa liên kết: -Địa chỉ gốc,COA1,.. (COA1, Địa chỉ của CN, (địa chỉ gốc)) TCP SYN +ACK+ (Địa chỉ của CN, COA1, (địa chỉ gốc)) TCP SYN (Địa chỉ của CN, địa chỉ gốc). Giả thiết CN chưa có phần tử trong kho chứa liên kết cho MN >: Gói tin IP – trong – IP. Địa chỉ của HA, COA1,IP(địa chỉ của CN,địa chỉ gốc) TCP SYN + ACK + (COA1, địa chỉ của CN, (địa chỉ gốc)) Tuỳ chọn đích “Home Address” TCP ACK + (Địa chỉ của CN, COA1,(địa chỉ gốc)) TCP DATA ...... MN di chuyển sang C Tạo địa chỉ COA2 Tiêu đề định tuyến Địa chỉ mạng con của tuyến C COA2, địa chỉ của HA, (địa chỉ gốc) (Địa chỉ HA, COA2. (địa chỉ gốc)) Kho chứa liên kết: - Địa chỉ gốc, COA2,.. (COA2, Địa chỉ của CN, (địa chỉ gốc)) (Địa chỉ của CN, COA2, (địa chỉ gốc)) Hình 5. 4: Hoạt động của Mobile IPv6. 5.4 So sánh Mobile IPv4 và Mobile IPv6: Khả năng hỗ trợ tính di động trong Mobile IPv6 được xây dựng trên các kinh nghiệm có từ giao thức mobile IPv4 cùng với những cải tiến của IPv6. Bởi vậy Mobile IPv6 sẽ có nhiều đặc trưng giống với Mobile IPv4. Tuy nhiên giao thức này được tích hợp hoàn toàn vào trong IPv6 và được tăng cường thêm nhiều tính năng mới.Sau đây là một số điểm khác nhau cơ bản giữa Mobile IPv4 và Mobile IPv6: Trong IPv4 chức năng định tuyến tối ưu được bổ xung dưới dạng các tuỳ chọn mở rộng mà có thể không được hỗ trợ bởi tất cả các trạm IPv4. Còn trong Mobile IPv6 chức năng này được tích hợp trong giao thức.Nó cho phép quá trình định tuyến có thể thực hiện một cách trực tiếp từ một thiết bị tương đương đến bất kỳ một MN nào mà không cần phải đi qua mạng gốc của MN.Do đó tránh được vấn đề định tuyến tam giác như đã đề cập đến trong Mobile IPv4 được thực hiện trên hai giao thức riêng biệt thì nay được tích hợp vào một giao thức duy nhất. Trong Mobile IPv6, MN sử dụng địa chỉ COA là địa chỉ nguồn trong phần tiêu đề của các gói tin mà thiết bị gửi đi. Còn địa chỉ gốc được mang trong tuỳ chọn đích “Home Address”. Nó cho phép sử dụng COA trong gói tin một cách trong suốt với các lớp trên lớp IP. Ngoài ra giao thức Mobile IPv6 cũng yêu cầu tất cả các thiết bị dù là di động hay cố định, máy tính hay bộ định tuyến, đều phải có khả năng xử lý tuỳ chọn địa chỉ gốc trong gói tin nhận được. Việc sử dụng các tiêu đề của IPv6 cho phép toàn bộ lưu lượng điều khiển của Mobile IPv6 đặt trên các gói tin IPv6 có sẵn. Trong khi đó, với Mobile IPv4 mỗi bản tin điều khiển phải sử dụng các gói tin UDP riêng biệt. Không cần triển khai các thiết bị thực hiện chức năng của đại lý ngoại như trong Mobile IPv4. Trong Mobile IPv6 các MN sử dụng các đặc trưng củaIPv6 như: Phát hiện thiết bị cùng tuyến và cấu hình địa chỉ tự động, để hoạt động trên bất kỳ vị trí nào khi rời xa tuyến gốc mà không đòi hỏi sự hỗ trợ đặc biệt nào từ bộ định tuyến cục bộ. Cơ chế phát hiện sự di chuyển trong Mobile IPv6cung cấp sự xác nhận cả hai chiều. cho tất cả các gói tin trao đổi giữa MN và bộ định tuyến mặc định hiện thời của nó. Cơ chế này cung cấp khả năng phát hiện tình huống “back hole”, là tình huống mà chất lượng truyền dẫn không đồng đều trên hai hướng. Trong trường hợp đó MN có thể thử tìm một bộ định tuyến khác và sử dụng COA mới. Trong Mobile IPv4 chỉ có các gói tin từ bộ định tuyến đến MN là được xác nhận. Trong Mobile IPv6, hầu hết các gói tin gửi đến MN (khi rời xa mạng gốc) đều được gửi đi bằng cách sử dụng tiêu đề định tuyến mà không dùng phương pháp đóng gói IP – trong – IP như trong Mobile IPv4. Việc sử dụng tiêu đề định tuyến yêu cầu ít hơn số byte phải thêm vào phần tiêu đề của gói tin, do đó sẽ gảm được kích thước gói tin IP cũng như các yêu cầu phải xử lý đối với phần tiêu đề. Mặc dù vậy để tránh việc thay đổi dữ liệu trên đường truyền, các gói tin chuyển tiếp bởi HA vẫn sử dụng phương pháp đóng gói IP – trong – IP. Khi rời xa mạng gốc, HA sẽ đứng ra nhận tất cả các gói tin gửi cho MN bằng cách sử dụng cơ chế phát hiện thiết bị cùng tuyến thay vì sử dụng giao thức ARP như trong Mobile IPv4. Điều này làm đơn giản hoá việc thực thi giao thức Mobile IP do không phụ thuộc vào lớp liên kết như ARP. Trong Mobile IPv6 do cơ chế phát hiện HA sử dụng gói tin anycast nên chỉ có một lời đáp của một đại lý gần nhất gửi cho MN. Trong khi cơ chế phát hiện đại lý gốc của Mobile IPv4 sử dụng gói tin broadcast trực tiếp và MN phải nhận lời đáp từ tất cả các HA có mặt trên tuyến. Bởi vậy cở chế phát hiện đại lý gốc của Mobile IPv6 tỏ ra hiệu quả và tin cậy hơn do chỉ có một gói tin gửi trở lại MN. CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA MOBILE IP VÀO VIỆC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Với sự bùng nổ của các thiết bị di động cá nhân thì dịch vụ thoại truyền thống trở nên đơn điệu. Hai xu hướng mang tính toàn cầu trong thế gới công nghệ hiện nay chính là Internet và thông tin di động. Việc triển khai các dịch vụ IP cho mạng thông tin di động sẽ là một tất yếu. Nó cho phép người dùng có thể duyệt Web, gửi mail, và làm nhiều việc khác với máy di động của mình.Các thiết bị di động thế hệ 3 (gọi tắt là 3G) sẽ là các thiết bị chuyển mạch gói, thay vì chuyển mạch kênh như trước đây. Do đó, các dịch vụ IP sẽ trở thành một bộ phận tích hợp của thiết bị di động thế hệ 3.Để triển khai các dịch vụ IP cho 3G, các giao thức Internet cần phải thay đổi cho phù hợp với việc cung cấp chức năng 3G, như các dịch vụ chuyển giao thời gian thực và đảm bảo chất lượng dịch vụ. 6.1 Triển khai Mobile IP trong mạng CDMA 2000: Hệ thống thông tin di động CDMA là một hệ thống thông tin hiện đại, với nhiều tính năng ưu việt. Bằng việc ứng dụng kỹ thuật CDMA đã đem lại cho người dùng nhiều tiện lợi, cũng như đem lại cho khai thác khả năng cung cấp nhiều dịch vụ hữu ích. Ngoài khả năng cung cấp dịch vụ thoại thông thường, CDMA còn cung cấp nhiều dịch vụ khác như: SMS, hợp thoại, fax, audio,…Một trong những ưu điểm lớn nhất của CDMA2000 1x là cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao 144kbps đến 2Mbps. Để sử dụng được các dịch vụ của Mobile IP, thì ngoài việc triển khai Mobile IP vào trong hệ thống, các mạng di động thế hệ 3 đều hỗ trợ giao thức Mobile IP. Đều có khả năng truy cập Web, gửi thư, truyền tải dữ liệu,…Trong trường hợp này các trạm di động chính là các MN. Các MN kết nối với mạng IP thông qua mạng vô tuyến và các nút dịch vụ số liệu gói (PDSN). PDSN là điểm kết nối MN với mạng IP và nó hoạt động như là một FA. Nó sử dụng giao thức PPP để thiết lập, duy trì và kết thúc một liên kết với MN. PDSN hiện thời cũng có thể tuỳ chọn ảnh hưởng với PDSN trước để hỗ trợ chuyển giao giữa các PDSN, điều này không bao gồm mạng gốc.PDSN có thể định tuyến các gói tin đến mạng IP hoặc có thể định tuyến trực tiếp các gói tin đến HA (trường hợp đường ngầm hướng ngược). Nó cũng giám sát địa chỉ nguồn của các gói tin gửi đi từ MN, nếu địa chỉ nguồn không hợp lệ (chưa được đăng ký) thì PDSN sẽ huỷ các gói tin và khởi động lại liên kết với MN (sử dụng giao thức PPP). Mạng gốc của MN là một mạng máy tính truyền thông có truy nhập Internet, một đại lý gốc có cấu trúc như một bộ định tuyến thông thường có thêm chức năng giao thiếp với PDSN và các chức năng liên quan đến việc quản lý và điều khiển hoạt động của các MN thông qua giao thức Mobile IP. Trung tâm nhận thực, cấp phép và tính cước AAA là một máy chủ lưu trữ chi tiết về thuê bao, nó được sử dụng để cấp giấy phép người dùng và kiểm tra khả năng sử dụng các dịch vụ yêu cầu. Trong trường hợp này nó hoạt động tương tự như HLR, nó cũng có thể lưu trữ và truyền tải các thông tin về tài khoản người dùng. Hình 6. 1: Mô hình mạng CDMA 2000 1x với Mobile IP. Quá trình đăng ký Mobile IP trong CDMA 2000 diễn ra như sau: MN di chuyển sang một mạng mới và gửi một thông báo yêu cầu dịch vụ đến BTS. BSC kiểm tra sự tồn tại của liên kết và chuyển tiếp yêu cầu đến PSDSN. MN sử dụng giao thức PPP để liên kết với PDSN rồi gửi ID và dữ liệu bảo mật của nó cho PDSN. PDSN sử dụng ID của MN để định vị AAA gốc và yêu cầu AAA gốc cấp phép người dùng. AAA yêu cầu xác nhận xem MN có đăngg ký sử dụng dịch vụ Mobile IP không? (thông qua dữ liệu bảo mật của MN). HA trả lời AAA. Nếu MN có đăng ký sử dụng dịch vụ Mobile IP thì AAA sẽ cấp phép cho người dùng. MN tìm kiếm FA và PDSN đáp lại bằng bản tin quản bá. Từ bản tin quảng bá MN nhận được địa chỉ tạm COA. MN đăng ký địa chỉ COA với HA. Việc triển khai giao thức Mobile IP trong mạng CDMA 2000 giúp cho người dùng có thể duy trì kết nối với mạng gốc liên tục.Nhờ đó mà người dùng có thể sử dụng bất cứ dịch vụ nào mà mạng gốc cung cấp như: truy cập Internet, truy cập vào hệ thống quản lý, cơ sở dữ liệu của mạng gốc…. 6.2 Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS: Mặc dù Mobile IP có khả năng hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng khác nhau (IP, X25,…), nhưng việc sử dụng giao thức IP tỏ ra vượt trội hơn cả. Xu hướng hiện nay là các mạng đều hỗ trợ giao thức IP. Việc lựa chọn giao thức IP cho mạng vô tuyến cũng có nhiều lý do khác nhau: Thứ nhất, bằng việc xây dựng các mạng trên cơ sở IP, các ứng dụng được viết cho mạng dữ liệu hữu tuyến có thể hoạt động được trên mạng vô tuyến. Thứ hai, giảm chi phí nhờ việc tích hợp và quản lý tập trung các mạng hữu tuyến và vô tuyến.Thứ ba, những cải tiến trên công nghệ IP như chất lượng dịch vụ (QoS),…có thể được áp dụng trực tiếp trên mạng vô tuyến. Ngoài ra việc hướng tới một mạng IP cho phép phát triển và đưa ra các dịch vụ theo yêu cầu rất dễ dàng, cho phép các dịch vụ có mặt ở mọi nơi, bất kể sự khác biệt hay các trở ngại về kỹ thuật trên hạ tầng mạng. Người dùng có thể thực hiện các kết nối IP từ bất kỳ mạng truy nhập nào, bao gồm cả GPRS. Nói các khác không có sự khác biệt nào giữa việc sử dụng mạng Ethernet, WLAN, hay GPRS,…khi truy cập Internet và người dùng có thể di chuyển từ hệ thống này sang hệ thống khác mà vẫn duy trì được các kết nối trên lớp IP. Đây cũng chính là điều mà Mobile IP có thể làm được trên GPRS. Phần này sẽ giới thiệu về cách triển khai Mobile IPv4 trên mạng GPRS. Hai bước cần được thực hiện để phát triển hệ thống GPRS theo hướng hỗ trợ Mobile IP: Trong bước đầu tiên chỉ cần thực hiện một số thay đổi nhỏ là có thể cho phép người sử dụng di chuyển giữa các GPRS hỗ trợ Mobile IP. Bước tiếp theo là tối ưu hoá đường đi giúp cho việc trao đổi thông tin hiệu quả hơn. 6.2.1 Bước 1 - Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP: Trong bước này dịch vụ Mobile IP được đưa vào hệ thống GPRS một cách tích hợp chức năng đại lý ngoại (FA) vào nút GGSN. Khi đó trong trường hợp chuyển vùng, một trạm di động (MS, đã được cấp cố định một địa chỉ IP công cộng) có thể yêu cầu sử dụng và kết nối qua GGSN của PLMN khách. Nếu PLMN khách không hỗ trợ tính năng này thì GGSN trên PLMN gốc sẽ được sử dụng; nghĩa là MS được kết nối qua giao diện Gp. Để đơn giản bước này chỉ đề cập đến trường hợp MS sử dụng cùng một GGSN, trên mỗi PLMN trong suốt quá trình kết nối. Hình 6.1 miêu tả cấu trúc điển hình của một mạng GPRS hỗ trợ dịch vụ Mobile IP. Trong đó một firewall được sử dụng để ngăn chặn các lưu lượng không mong muốn từ Internet. Hình 6. 2: Kiến trúc mạng GPRS hỗ trợ Mobile IP. Để hỗ trợ dịch vụ Mobile IP, mỗi mạng GPRS chỉ cần một nút GGSN thực hiện chức năng của FA, chỉ cần cài đặt thêm phần mềm mà không yêu cầu nâng cấp thêm phần cứng, và được ký hiệu là GGSN/FA hay FA cổng (GFA – Gateway FA). Trên PLMN gốc, cần bổ xung thêm một nút (thường là bộ định tuyến) thực hiện chức năng đại lý gốc (HA). Địa chỉ care – of mà MS đăng ký với HA là địa chỉ IP của GFA. MS cũng có thể yêu cầu một địa chỉ colocated care – of từ một máy chủ DHCP trên mạng dịch vụ của PLMN khách. Mặc dù địa chỉ colocated care – of được cấp riêng cho MS song theo cấu trúc này MS buộc phải đăng ký với HA thông qua GFA. Sự có mặt của GFA tạo ra một sự phân cấp trong quản lý di động. Trong đó, Mobile IP là giao thức quản lý tính động (macro – mobility) trong mạng dịch vụ. Nó được sử dụng để quản lý tính động của lớp IP, giữa hai mạng truy nhập (có thể là hữu tuyến hay vô tuyến). Chức năng quản lý di động (micro – mobility) được thực hiện trong nội bộ của mạng truy nhập (WLAN, GPRS,…). Chức năng này hoàn toàn trong suốt đối với các giao thức IP và Mobile IP của mạng dịch vụ. Nếu nhìn từ mạng ngoài, sẽ không có sự khác biệt nào giữa mạng hữu tuyến và mạng vô tuyến. Nghĩa là người sử dụng có thể kết nối với Internet từ bất kỳ mạng truy nhập nào, có hỗ trợ Mobile IP, mà không phải cấu hình lại thiết bị di động của minh. Trong trường hợp chuyển vùng, Mobile IP không đủ khả năng nhận dạng và xác định quyền truy nhập của người sử dụng. Vì lý do này, các máy chủ AAA(ví dụ như RADIUS) được sử dụng để nhận thực, cấp quyền và tạo tài khoản giữa các Domain quản trị khác nhau. Tiêu chuẩn thiết kế của hệ thống này là phải đảm bảo sao cho các tài nguyên vô tuyến và tài nguyên địa chỉ IPv4 được sử dụng một cách tiết kiệm và hiệu quả; giảm tối thiểu các bản tin báo hiệu với MS. Biện pháp tốt nhất là MS được phân bố địa chỉ care – of của FA. Bởi trong trường hợp này, đường hầm định tuyến của giao thức Mobile IP chỉ được thiết lập giữa HA và FA, do đó giảm lượng thông tin trao đổi qua môi trường vô tuyến (nhờ các thông tin bổ xung do các gói tin IP được đóng gói lần thứ 2 chỉ được truyền giữa HA và FA) và không yêu cầu thêm địa chỉ IP để cấp cho các thiết bị di động. Hình 6.2 mô tả thủ tục đăng ký của MS với mạng gốc. Trước tiên thiết bị đầu cuối số liệu (TE) gửi lệnh AT để truyền các tham số tới thiết bị di động (MT). Một trong những tham số được truyền là tên điểm truy nhập (APN), được sử dụng để chọn ra GGSN thích hợp. Bằng cách sử dụng chuỗi APN với giá trị là: “MIPv4FA”, người dùng trực tiếp yêu cầu kết nối qua GGSN hỗ trợ FA. MT sẽ gửi yêu cầu kích hoạt giao thức số liệu gói, cùng với chuỗi APN, tới GGSN. Thông thường yêu cầu này sẽ bao gồm một địa chỉ IP. Tuy nhiên nếu sử dụng dịch vụ Mobile IP, trường địa chỉ này sẽ không được sử dụng và được cập nhật khi GGSN nhận được bản tin trả lời đăng ký từ HA của MS. Ngay khi nhận được yêu cầu, SGSN sẽ phải tìm ra địa chỉ IP của một GGSN thích hợp và gửi yêu cầu tạo kết nối với GGSN vừa tìm được. Các bước tiếp theo được thực hiện như trong thủ thục kích hoạt giao thức số liệu gói GPRS. Hình 6. 3: Thủ thục đăng ký Mobile IP trong GPRS. Bình thường MS (thực chất là MN hay TE có khả năng di động) phải gửi đi các bản tin tìm kiếm đại lý để lấy các thông tin cần thiết trước khi bắt đầu thủ tục đăng ký với HA. Tuy nhiên do GGSN phát hiện được việc MS mới di chuyển vào vùng mạng nên ngay khi được yêu cầu và thiết lập kết nối, GGSN/FA cũng đồng thời gửi đi bản tin quảng cáo đại lý tới MS. Cách làm này sẽ giảm lưu lượng trên giao diện vô tuyến và quá trình đăng ký được diện ra nhanh hơn. Từ bản tin quảng cáo, MS sẽ nhận được địa chỉ care – of của FA và gửi yêu cầu đăng ký tới GGSN dưới dạng lưu lượng người dùng (tải tin).GGSN tách địa chỉ của HA từ yêu cầu đăng ký, đóng gói, và chuyển tiếp yêu cầu tới HA. Khi nhận được bản tin trả lời đăng ký từ HA, GGSN tách địa chỉ gốc của MS để cập nhật trường địa chỉ mà đã được bỏ qua khi thực hiện thủ tục kích hoạt giao thức số liệu gói, rồi chuyển tiếp bản tin này đến MS. Cấu trúc của các bản tin trong thủ tục đăng ký hoàn toàn giống như trong thủ tục đăng ký Mobile IP thông thường. 6.2.2 Bước 2 - Tối ưu hoá đường đi. Trong phần trước chúng ta đã giả thiết rằng mỗi kết nối của MS chỉ được thực hiện thông qua một GGSN duy nhất. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, một PLMN có thể có nhiều GGSN khác nhau. Vấn đề xảy ra nếu MS duy trì kết nối trong một khoảng thời gian dài và di chuyển giữa nhiều SGSN khác nhau. Việc định tuyến sẽ không thực sự hiệu quả nếu các SGSN này không được phục vụ bởi cùng một GGSN.Trường hợp này tương tự như vấn đề định tuyến tam giác đã được trình trong phần Mobile IP. Nếu MS không truyền số liệu tại thời điểm tiến hành chuyển giao (handover) từ một SGSN tới một SGSN khác, một kết nối logic sẽ được thiết lập giữa SGSN mới và GGSN phục vụ SGSN đó. Khi đó MS sẽ nhận được một care – of mới. Nếu quá trình trao đổi dữ liệu đang tiếp diễn trong khi tiến hành chuyển giao, MS sẽ chuyển sang SGSN mới nhưng nhưng vẫn giữ nguyên kết nối với GGSN cũ. Sau khi dữ liệu được truyền xong, kết nối logic sẽ được chuyển qua GGSN phục vụ SGSN mới này. Trong một số trường hợp GGSN mới có thể từ chối kết nối (ví dụ GGSN mới không hỗ trợ FA) và chuyển kết nối trở về GGSN cũ. Khi đó trên GGSN cũ phải có một bộ định thời để đảm bảo rằng các gói tin không bị xoá và kết nối còn được duy trì trong một khoảng thời gian xác định. 6.3 Kết luận: Cùng với các khả năng chuyển vùng IP hiện có, việc hỗ trợ Mobile IP giúp cho nhà cung cấp có thể cung cấp giải pháp kết nối IP toàn diện cho hệ thống GPRS, như hình 6.3. Một trạm di động từ PLMN A chuyển đến PLMN B. Để truy nhập Internet, trạm di động có thể kết nối qua mạng đường trục liên mạng (Giao diện Gp) (1).Trường hợp này thường xảy ra khi trạm di động được gán địa chỉ IP cố định và chuyển vùng đến mạng không hỗ trợ Mobile IP. Người dùng cũng có thể yêu cầu kết nối với Internet thông qua VGGSN và chỉ sử dụng các tài nguyên cục bộ (2). Khi đó MS phải được gán một địa chỉ IP động. Trường hợp này thưòng áp dụng với các dịch vụ truy cập Internet thông thường. Hình 6. 4: Các trường hợp chuyển vùng trong GPRS. Cùng với các mạng truy cập khác, việc hỗ trợ Mobile IP trong GPRS là rất quan trọng. Nó không chỉ cho phép các thiết bị đầu cuối di chuyển từ một PLMN này sang một PLMN khác mà còn cho phép các thiết bị này có thể được sử dụng thông qua nhiều mạng truy cập khác nhau, bao gồm cả mạng hữu tuyến và mạng vô tuyến. Điểm quan trọng là khi di chuyển như vậy địa chỉ IP của trạm không thay đổi. Nhờ vậy thông tin có thể được trao đổi theo hướng đi/đến trạm di động, bất kỳ lúc nào, bất kỳ đâu và người sử dụng không phải cấu hình lại thiết bị di động của minh. Với GPRS, thuê bao chuyển vùng chỉ cần sử dụng tài nguyên nội bộ trên PLMN khách, do đó giảm được chi phí và tăng hiệu quả truyền dẫn. KẾT LUẬN Đồ án đã trình bày được một cách khái quát mạng GSM, mạng Interet và nhu cầu đáp ứng các dịch vụ trong thời đại bùng nổ thông tin di động ngày nay. Những hoạt động kinh tế và xã hội ngày càng không thể thiếu được thông tin di động và Interet. Và vấn đề bức xúc được đặt ra là tính di động của mạng IP. Đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra như Wifi, Wimax,…Tuy nhiên Mobile IP với nhiều lợi thế như: Việc triển khai đơn giản, không ảnh hưởng đến cấu trúc hiện tại của hệ thống…. đang và sẽ là xu hướng tất yếu để kết nối các mạng dữ liệu IP. Mobile IP là chuẩn mở được định nghĩa bởi IETF, nó cho phép người sử dụng giữ nguyên địa chỉ IP trong khi di chuyển qua các mạng IP khác nhau mà không phải cấu hình lại máy. Mobile IP có khả năng mở rộng tốt vì nền tảng của nó là giao thức IP. Ngày này, khi mà dịch vụ số liệu gói vô tuyến đã và đang ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì việc nghiên cứu triển khai công nghệ Mobile IP là một yêu cầu tất yếu. Với IPv6, có nhiều tính năng vượt trội và đang dần thay thế IPv4 thì việc triển khai Mobile IP (Mobile IPv6) trở nên dễ dàng hơn nhiều và cũng dễ hơn đối với người sử dụng. Trong khuôn khổ đồ án này em tập trung tìm hiểu công nghệ Mobile IP và khả năng chuyển vùng của nó.Vấn đề này còn mới và có nhiều phức tạp nên em không tránh khỏi những thiếu sót. Em xin được sự góp ý của tất cả các thầy cô và bạn bè. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Văn Bình đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Vinh, tháng 5 năm 2009. BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AAA ACL APN ARP BSC BSS BTS CDMA COA DHCP DNS EDGE EIR FA FDMA GFA GGSN GMSC GPRS GRE HA HLR ICMP IETF IP ISDN ISP IRDP LAN MAC MN MS MSC MT NAI NAS NSS PCF PDSN PLMN PPP RIP SGSN SMS SIM TCP TDMA UDP Authentication, Authoization, Accouting Access Control List Access Point Name Address Resolution Protocol Base Station Controler Base Station Subsystem Base Station Transceiver Subsystem Code Division Multiplex Access Care – of Address Dynamic Host Configuration Protocol Domain Name System Enhanced Data rate for GSM Evolution Equipment Identity Register Foreign Agent Frequency Division Multiplex Access Gateway FA Gateway GPRS Support Node Gateway MSC General Packet Radio Service General Routing Encapsulation Home Agent Home Location Register Internet Control Message Protocol Internet Engineering Task Fore Internet Protocol Intergrated Services Digital Network Internet Service Provider ICMP Router Discovery Protocol Local Area Network Media Access Control Mobile Node Mobile Station Mobile Services Switching Center Mobile Terminal Network Access Indentifier Network Access Server Network Switching Subsystem Packet Control Function Packet Data Service Node Public Lan Mobile Network Point – to – Point Protocol Routing Internet Protocol Serving GPRS Support Node Short Message Service Subscriber Identity Module Transmission Control Protocol Time Division Multiplex Access User Datagram Protocol Trung tâm nhận thực, cấp phép, tính cước Danh sách điều khiển truy nhập Tên điểm truy nhập Giao thức giải quyết địa chỉ Trung tâm điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Phân hệ thu phát trạm gốc. Đa truy nhập phân chia theo mã Địa chỉ tạm được cấp bởi mạng khách Giao thức tự cấu hình trạm Hệ thống tên miền Tiến trình nâng cao tốc độ dữ liệu GSM Thanh ghi nhận dạng thiết bị Đại lý ngoại Đa truy nhập phân chia theo tần số FA cổng Nút hỗ trợ GPRS cổng Tổng đài di động cổng Dịch vụ vô tuyến gói chung. Đóng gói định tuyến đa năng Đại lý gốc Bộ định vị thường trú Giao thức bản tin điều khiển Internet Tổ chức công nghệ Giao thức Internet Mạng số tích hợp đa dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ Internet Giao thức tìm kiếm bộ định tuyến Mạng cục bộ Điều khiển truy nhập đa phương tiện Thiết bị di động Trạm di động. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động Đầu cuối di động Khai báo truy nhập mạng Mạng truy nhập máy chủ Phân hệ chuyển mạch Chức năng điều khiển gói Nút dịch vụ số liệu gói Mạng di động công cộng nội vùng Giao thức kết nối điểm - điểm Giao thức dẫn đường động Nút hỗ trợ GPRS hiện hành Dịch vụ bản tin ngắn Modun nhận dang thuê bao Giao thức điều khiển truyền vận Đa truy nhập phân chia theo thời gian Giao thức dữ liệu người dùng TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình thông tin di động - Nguyễn Phạm Anh Dũng. The GSM system for Mobile Communication M. Mouly and M. Pautet. Mobile IP Overview – Sulaimn. A1 – A1Abbas. TCP/IP – Sidnie Feit. McGraw – Hill. Công nghệ Mobile IP với thương mại điện tử TS.Nguyễn Hoàng Phúc. RFC 3344 Mobility Surpport for IPv4. RFC 3344 Mobility Surpport for IPv6. Mobile IP in CDMA 2000 - Kieran Molloy. Mobile IP & PDSN – Disco Documentation. Cisco Mobile IP. Mobility Support in IPv6 – C.perkins. Cùng các tài liệu tìm được trên Internet.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docMobile IP va ung dung_Quan Che Linh_45.DOC