tổng quan về công nghệ mobile ip và ứng dụng của nó trong mạng di động

Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. MỤC LỤC. MỤC LỤC 1 CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 5 LỜI NÓI ĐẦU 6 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 7 CHƯƠNG 1: SỰ BÙNG NỔ THÔNG TIN DI ĐỘNG 9 1.1 Khái quát mạng điện thoại di động: 9 1.2 Tìm hiểu mạng di động GSM: 11 1.2.1.Tiêu chuẩn GSM: 11 1.2.2 Hoạt động của GSM: 11 1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống GSM: 13 a. Sử dụng giao diện vô tuyến: 13 b. Sử dụng phương pháp đa truy nhập: 13 1.2.4 Các tiêu chuẩn đang được phát triển: 15 1.3 DỊCH VỤ TRUYỀN SỐ LIỆU GÓI: 17 1.3.1 Kiến trúc hệ thống GPRS: 18 a.Thiết bị đầu cuối số liệu – TE: 19 b. Đầu cuối di động: 20 c. Trạm di động – MS: 20 d. Hệ thống trạm gốc BSS: 21 e. Bộ đăng ký định vị thường trú – HLR: 22 g. Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động – SGSN: 22 h. Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động cổng – GGSN: 23 1.3.2 Hoạt động của GPRS: 24 1.3.3 Các lựa chọn cấu hình triển khai: 27 a.Kết nối trực tiếp: 28 b.Kết nối gián tiếp: 29 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IP 31 2.1 Giới thiệu: 31 2.2 Bộ giao thức TCP/IP: 31 2.2.1 Ưu điểm của bộ giao thức TCP/IP: 32 2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP: 33 2.2.3 Tầng mạng: 37 2.2.4 Tầng Internet: 38 Page 1 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. a.Gói tin IP: 38 b.Gói tin ICMP: 41 c.Gói tin ARP: 42 2.2.5 Tầng giao vận: 42 a.Giao thức không kết nối UDP: 43 b. Giao thức điều khiển truyền tin TCP: 45 2.2.6 Tầng ứng dụng: 47 a.Dịch vụ tên miền DNS: 47 b. Đăng nhập từ xa Telnet: 48 c.Thư điện tử Email: 48 d.Giao thức truyền tệp FTP: 48 2.2.7 Cơ chế địa chỉ Internet: 48 a. Địa chỉ lớp A: 49 b.Địa chỉ lớp B: 50 c. Địa lớp C: 50 2.2.8 Subnet và Subnet Mask 50 2.3 Vấn đề định tuyến trong mạng IP: 51 2.3.1 Định tuyến trực tiếp: 52 2.3.2 Định tuyến gián tiếp: 53 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 54 3.1 Giới thiệu về công nghệ Mobile IP: 54 3.2 Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản dùng trong giao thức: 55 3.3 Các yêu cầu và mục tiêu của Mobile IP: 57 3.2.1 Các yêu cầu mà Mobile IP phải đáp ứng: 57 3.2.2 Các mục tiêu của Mobile IP: 58 3.4 Tổng quan về Mobile IP: 58 3.4.1 Các thành phần chính của mạng Mobile IP: 59 3.4.2 Các đặc tính của Mobile IP: 60 CHƯƠNG 4: HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPv4 62 4.1 Tổng quan về giao thức Mobile IP: 62 4.1.1 Khái niệm địa chỉ care – of: 62 4.1.2 Nguyên lý hoạt động của Mobile IPv4: 63 4.1.3 Cấu trúc chung của các bản tin sử dụng trong giao thức 64 4.2 Phương pháp phát hiện đại lý 66 4.2.1 Quảng cáo đại lý 66 Page 2 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. a.Mở rộng quảng cáo đại lý di động 68 b. Mở rộng độ dài tiền tố: 70 c. Byte đệm mở rộng: 70 4.2.2 Tìm kiếm đại lý 71 4.2.3 Hoạt động của đại lý di động 71 4.2.4 Hoạt động của trạm di động 72 a. Đăng ký khi có yêu cầu: 73 b. Trở về mạng gốc: 73 4.2.5 Thông tin liên lạc với đại lý ngoại: 73 4.3 Đăng ký với đại lý gốc: 74 4.3.1 Thủ tục đăng ký với đại lý gốc: 75 4.3.2 Cấu trúc bản tin đăng ký 76 a.Các trường IP: 76 b. Các trường UDP: 77 c. Các trường Mobile IP: 77 4.4 Quá trình truyền và nhận gói tin 78 4.4.1 Vấn đề đi qua hai lần 79 4.4.2 Tối ưu hoá đường đi: 80 CHƯƠNG 5: GIAO THỨC MOBILE IPv6 82 5.1 Giới thiệu về IPv6: 82 5.2 Tổng quan về Mobile IPv6 84 5.2.1 Các đặc tính của Mobile IPv6: 84 5.2.2 Các bản tin điều khiển 86 5.2.3 Cấu trúc dữ liệu: 87 5.3 Hoạt động của Mobile IPv6: 88 5.3.1 Phát hiện sự di chuyển: 88 5.3.2 Đăng ký với đại lý gốc: 88 5.3.3 Định tuyến tam giác: 89 5.3.4 Tối ưu hoá đường đi: 90 5.3.5 Quản lý liên kết: 91 5.3.6 Cơ chế phát hiện đại lý gốc: 92 5.4 So sánh Mobile IPv4 và Mobile IPv6: 94 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA MOBILE IP VÀO VIỆC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 97 6.1 Triển khai Mobile IP trong mạng CDMA 2000: 97 Page 3 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. 6.2 Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS: 99 6.2.1 Bước 1 - Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP: 100 6.2.2 Bước 2 - Tối ưu hoá đường đi 103 6.3 Kết luận: 104 KẾT LUẬN 106 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 Page 4 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN. Page 5 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. 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. Vinh tháng 5 năm 2009. Sinh Viên: Quan Chế Linh Page 6 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong khuôn khổ đồ án này, 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. Nội dung của đồ án gồm 6 chương: Chương 1: Chương này giới thiệu tổng quát về cấu trúc và thành phần mạng GSM; về sự phân vùng địa lý và các đặc tính kỹ thuật của hệ thống GSM. Giới thiệu về dịch vụ truyền số liệu gói, kiến trúc cũng như các thành phần chính của mạng GPRS. Chương 2: Tổng quan về công nghệ IP, về giao thức TCP/IP, các vấn đề về định tuyến trong mạng IP. Chương 3: Khái quát chung về giao thức Mobile IP. Chương 4: Tập trung vào giao thức Mobile IPv4 với các nội dung như: cấu trúc bản tin dùng trong giao thức, các thủ tục tìm kiếm, đăng ký và định tuyến gói tin. Chương 5: Giới thiệu về hoạt động của các trạm sử dụng giao thức IPv6 có hỗ trợ khả năng di động (hay Mobile IPv6), với mục đích tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và các đặc trưng cơ bản của giao thức so sánh với giao thức Mobile IPv4. Chương 6: Ứng dụng của Mobile IP vào việc truyền số liệu trong mạng thông tin di động. Page 7 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. THE SUMMARISATION OF PROJECT In the framework of this project, I focus on studying Mobile IP technology and Mobile IP applications in data transmission in a mobile information system. The content includes six chapters in total. Chapter 1: General introduction of structure and elements of a GSM network; geographical placement anh technical characteristics of a GSM system. Introduction of services data packet transmission; structure and elements of a GPRS network. Chapter 2: Overview of IP technology, TCP/IP protocol, and routing in a IP network. Chapter 3: General introduction of Mobile IP Protocol. Chapter 4: Focusing on Mobile IPv4 with content: Structure of message, searching procedures, information packet registration and routing. Chapter 5: Introduction of operation of station using IPv6 protocol with mobile ability, or Mobile IPv6, in order to study operation principles and its basic characterisations compared to Mobile IPv4 protocol. Chapter 6: Mobile IP applications in data transmission in a mobile information system. Page 8 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. CHƯƠNG 1: SỰ BÙNG NỔ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Khái quát mạng điện thoại di động: Tốc độ phát triển mạng điện thoại di động là đáng ghi nhận. Trong vòng hơn 20 năm nó đã trở thành đối thủ cạnh tranh với mạng cố định đã phát triển 100 năm để đạt tới trạng thái hiện nay.Và con người ngày càng phải di chuyển nhiều hơn, xa hơn nên thiết bị di động ngày càng trở thành một phương tiện không thể thiếu được trong công việc cũng như trong cuộc sống. Người ta dự báo sẽ có khoảng 1 tỷ máy điện thoại di động được sử dụng vào năm 2003. Sự phát triển nhanh như mạng điện thoại di động - với tốc độ phát triển điển hình là 40% năm - chắc chắn các dịch vụ mới sẽ phát triển cho cộng đồng rất nhiều người sử dụng. Chính điều đó là động lực để phát triển dịch vụ dịch vụ dữ liệu vào khả năng thoại hiện có. Để hiểu điều này sẽ xảy ra như thế nào, ta hãy xem bức tranh về mạng hiện tại và cho thấy mạng đó sẽ phát triển như thế nào để hỗ trợ dịch vụ dữ liệu di động. Hai yếu tố hạn chế của bất kì hệ thống nào dựa trên truyền dẫn vô tuyến là: Nguồn tài nguyên phổ tần số là hữu hạn công nghệ hiện có để khai thác nguồn tài nguyên phổ tần số này. Giới hạn đầu tiên đã được khắc phục phần nào khi viện nghiên cứu Bell (Bell labs) phát minh ra kĩ thuật sử dụng lại tần số vào những năm 1950. Nhưng phải đến đầu những năm 1980 với sự ra đời của bộ vi sử lý phát minh này mới được triển khai trong các mạng và thiết bị thực tế. Công nghệ tế bào cho phép sử dụng có hiệu quả phổ tần số bằng cách chia vùng phủ sóng địa lý thành các vùng nhỏ ( hoặc tế bào), mỗi vùng có trạm gốc riêng. Các tế bào được ghép nhóm vào thành các cụm (cluster) và các kênh vô tuyến được phân bổ cho mỗi cụm tương ứng với một quy luật không đổi, lặp đi lặp lại trong vùng phủ sóng. Số lượng các tế bào trong cụm càng nhỏ thì số kênh và tuyến trong một cụm càng lớn và do đó khả năng truyền tải lưu lượng của các tế bào càng lớn. Song có một nhược điểm là trong khoảng cách giữa các cụm càng gần thì nhiễu giữa các cụm càng lớn. Tỉ số giữa khoảng cách lặp trên bán kính tế bào và của cường độ tín hiệu nhiễu đối với mỗi cấu hình được trình bày hình dưới và bảng 1.1. Page 9 Công nghệ Mobile IP. SV:Quan Chế Linh – 4 5K2. Hình 1. 1: Mô hình lặp tế bào điển hình Bảng 1.1: Hướng dẫn lập quy hoạch cho các mô hình lặp tế bào. Số lượng các tế bào 4 7 12 Khoảng cách lặp/bán kính tế bào 3,5 4,6 6,0 Tín hiệu nhiễu (dB) 13,7 19,4 24,5 Do không có điểm kết nối cố định tới một mạng di động và để hỗ trợ chuyển vùng giữa các tế bào, tất cả các mạng di động cần triển khai một số hình thức quản lý vị trí. Các mạng tế bào được chia thành các miền quản lý gọi là các vùng định vị nhận dạng ( tương đối ) khu vực mà người gọi đang đứng. Miền quản lý sẽ giữ các bản ghi thuê bao của một khách hàng trong một cơ sở dữ liệu thưòng trú ( home database ) và cơ sở dữ liệu này được sử dụng cho cả việc kết nối cuộc gọi và thanh toán. Bất cứ sự chuyển giao nào cần thiết giữa các tế bào trong một cuộc gọi được giải quyết bằng việc xử lý cuộc gọi trong phạm vi mạng. Một số công nghệ hệ thống vô tuyến hiện đang được sử dụng. Các hệ thống tương tự cũ bao gồm hệ thống truyền thông truy nhập toàn bộ ( TACS – Total Access Communication System ) và hệ thống điện thoại di động tiên tiến ( APMS – Advanced Mobile Phone System ). Các hệ thống số được đưa ra gần đây bao gồm hệ thống truyền thông di động toàn cầu ( GSM – Global System for Mobile Communication ) và DSC – 1800 ( hiện nay gọi là GSM – 1800 ). GSM cũng xuất hiện trên băng tần 1900MHz ( GSM – 1900 ) ở Bắc Mỹ, Chilê, gần đây đã được quy định cho băng tần 450MHz ở một số nơi. GSM chịu sự cạnh tranh của các hệ thống IS-136 và IS-95. Tiêu chuẩn IS-136 triển khai kỹ thuật vô tuyến giống GSM, còn IS-95 khai thác kỹ thuật vô tuyến trải phổ. Ở đây chúng ta sử dụng GSM vì có rất Page 10 2 2 14 1 3 4 2 2 1 3 4 3 1 3 4 [...]... ta ứng tại giao di n Gi ( là điểm linh hoạt giữa mạng di động của chúng ta và mạng IP ) và xem xét quyền sỡ hữu và kết nối thì có bốn tình huống cơ bản như trình bày trong hình như sau: Lựa chọn 1: Truy nhập mạng IP cơ bản cho các khách hàng của riêng nhà khai thác di động của mình Lựa chọn 2: Truy nhập mạng IP cơ bản cho các khách hàng của nhà khai thác di động khác, những đơn vị sử dụng mạng di động. .. thuận giữa nhà khai thác di động với nhà cung cấp mạng IP hoặc bằng thiết kế của nút GPRS và mạng IP Ngay cả khi nhà Page 29 Công nghệ Mobile IP SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 khai thác di động muốn kết nối tới một vài mạng IP, việc lập cấu hình các kết nối cần thiết là tương đối dễ dàng Trong thực tế, lựa chọn đơn giản nhất là kết nối trực tiếp của người sử dụng của nhà khai thác di động ( bất kể họ là thường... cấp dịch vụ khác) tới mạng IP Page 30 Công nghệ Mobile IP SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IP 2.1 Giới thiệu: Mạng máy tính ngày nay đã trở thành một thành phần quan trọng trong ngành truyền thông Trên thế giới, ban đầu chỉ có vài mạng máy tính được đưa vào sử dụng ở các viện nghiên cứu và phục vụ quốc phòng Cùng với thời gian, khoa học công nghệ phát triển, mạng máy tính đã có... thức số liệu gói Page 23 Công nghệ Mobile IP - SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 Đưa ra các thông tin về cước: GGSN có nhiệm vụ ghi nhận các thông tin về cước liên quan tới việc sử dụng tài nguyên của mạng bên ngoài đối với tưng thuê bao Cả GGSN và SGSN đều ghi nhận các thông tin về cước liên quan tới việc sử dụng tài nguyên của bản thân mạng di động - Bảo mật IP (IPSec): Đặc trưng bảo mật IP ( là các biện pháp... nối được với mạng thông qua giao thức IP mà không nhận biết được sự di động của nó Nghĩa là TE không nhận biết được rằng nó đang di chuyển và địa chỉ IP của nó còn được gán chừng nào MT còn liên kết với hệ thống GPRS c Trạm di động – MS: Để hỗ trợ dịch vụ số liệu gói, trạm di động (MS) sẽ bao gồm một thiết bị đầu cuối di động (MT) và một thiết bị đầu cuối số liệu (TE) Đầu cuối di động và thiết bị đầu... tin về lớp dịch mà một khách hàng cụ thể được pháp sử dụng Page 12 Công nghệ Mobile IP SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống GSM: a Sử dụng giao di n vô tuyến: Trong mỗi ô, trạm BTS liên lạc với nhiều trạm di động Qua giao di n vô tuyến trạm di động có thể thiết lập và thực hiện cuộc gọi với bất kỳ thuê bao nào khác, bao gồm các thuê bao di động cũng như các thuê bao của mạng. .. kiến thảo luận về triển vọng tương lai vẫn còn tiếp tục Cho đến nay, chúng ta sử dụng tiêu Page 15 Công nghệ Mobile IP SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 chuẩn GSM đã được thiết lập như một chuẩn Tình trạng của một số công nghệ và tiêu chuẩn của các ứng cử viên khác cho mạng di động trong bảng 1.2 sau: Công nghệ Thời điểm Chú thích Tốc độ dữ liệu nâng cao cho 2001 Một biến thể kém chặt chẽ hơn của phát triển... nghiệp gắn kết cũng tồn tại trong các mạng di động chuyển mạch kênh truyền thống trong đó nó được sử dụng để làm cho mạng biết vị trí và việc nhận thực của máy điện thoại di động Kết nối chỉ được thiết lập khi máy di động cần chuyển lưu lượng qua giao di n vô tuyến, cũng giống như khi nhận thực và xác định vị trí của thiết bị, thủ tục gắn kết thiết lập địa chỉ của thiết bị di động Một giải pháp cho vấn... 1.2: Một số công nghệ ứng cử viên cho dịch vụ dữ liệu di động Ngoài ra còn có rất nhiều mạng điện thoại di động trị giá nhiều tỷ USD khác Thậm chí còn có nhiều công nghệ cho mạng cục bộ vô tuyến (LAN) và mạng truy Page 16 Công nghệ Mobile IP SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 cập cá nhân (PAN – personal Access Network) Do vậy, chúng tôi sẽ giới thiệu các phần tử cơ bản cần thiết để liên kết cho máy di động tới.. .Công nghệ Mobile IP SV :Quan Chế Linh – 4 5K2 nhiều nhu cầu về dịch vụ dữ liệu di động dựa trên công nghệ GSM, cho tới nay đây là công nghệ di động tế bào số quan trọng nhất Cũng như mạng điện thoại di động thì mạng Internet hiện nay cũng phát triển với một tốc độ chóng mặt Người ta tính rằng, cứ mỗi năm thì số lượng thuê bao internet lại tăng gấp đôi so với năm trước đó Cùng với đó, giao thức TCP/IP . Mobile IPv4 và Mobile IPv6: 94 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA MOBILE IP VÀO VIỆC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 97 6.1 Triển khai Mobile IP trong mạng CDMA 2000: 97 Page 3 Công nghệ Mobile IP. . Mobile IP: 58 3.4 Tổng quan về Mobile IP: 58 3.4.1 Các thành phần chính của mạng Mobile IP: 59 3.4.2 Các đặc tính của Mobile IP: 60 CHƯƠNG 4: HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPv4 62 4.1 Tổng quan về giao. 6 Công nghệ Mobile IP. SV :Quan Chế Linh – 4 5K2. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong khuôn khổ đồ án này, em tập trung nghiên cứu công nghệ Mobile IP và ứng dụng của Mobile IP vào việc truyền số liệu trong mạng