LỜI MỞ ĐẦU
Ý tưởng Mobile IP (Mobile Internet Protocol) được đưa ra vào năm 1995 và được phát triển bởi IETF, hỗ trợ tính di động bằng bộ giao thức TCP/IP Mobile IP được xây dựng nhằm mục đích cho phép người dùng với thiết bị di động có thể di chuyên từ mạng này sang mạng khác mà vẫn tiếp tục duy trì các dòng thông tin đang diễn ra Cùng với sự phát triển của công nghệ mạng thông tin 4G, Mobile IP vẫn đang được nghiên cứu và cải tiến nhằm đảm bảo tính di động của thiết bị trong thế hệ mạng tương
Việc tìm hiểu về Mobile IP là thật sự cân thiết, đặc biệt khi xu hướng công nghệ đang tiến đến AlI-IP Với mục tiêu tìm hiểu và nghiên cứu khả năng truy nhập các dịch vụ Internet trên các thiết bị động, áp dụng cho mạng Viễn thông Lào Tôi đã chọn đề tài
“NGHIÊN CUU MOBILE IP VA UNG DUNG DE QUAN LÝ
TINH DI DONG TRONG MANG THONG TIN 4G“ CHUONG I: TONG QUAN VE MOBILE IP 1.1 KHÁI NIỆM CO BAN VE MOBILE IP
1.1.1 Dat van đề
Vì nhiều người sử dụng Internet di chuyên từ noi nay đến nơi khác, cần đảm bảo truy nhập tải nguyên mạng và các dịch vụ thuận tiện cho họ khi di chuyên Nhu cầu về các dịch vụ gói và Internet di động dẫn tới đòi hỏi tất yếu phải có một giao thức thống nhất quản lý tính di động của mạng Internet.
Giao thức MIP giúp người dùng với thiết bi di động có thé di chuyển từ mạng này sang mạng khác với những địa chỉ IP
Trang 2subnet khác nhau mà vẫn duy trì được kết nối đang diễn ra Mobile IP trở thành giao thức không thể thiếu trong thế giới di động trong công nghệ 4G Mobile IP có rất nhiều mở rộng và phát triển khác nhau như Mobile IPv4, Mobile IPv6, Fast Mobile IP,
MultIPle CoA Mobile IP,
1.1.2 Cac yêu cầu của giao thức Mobile IP
- Mode di động phải có khả năng giao tiếp với các Node khác
- Node di động phải có khả năng giao tiếp với các Node không
hỗ trợ giao thức này.
- Mọi ban tin cập nhật vi tri Node phải được nhận thực tránh
nguy cơ bị tan công từ xa kiểu định hướng lại.
- Giao thức không gây cản trở cho cơ chế gan địa chi IP
- Node di động không thay đổi điểm kết nỗi với mang Interne 1.1.3 Các thành phan cơ bản trong Mobile IP
- Node di động —- MN(Mobile Node
- Home Agent (viết tắt là HA
- Foreign Agent — FA
- Correspondent Node (viết tắt là CN)
1.1.4 Nguyén lý hoạt động của Mobile IP- Phát hiện Agent (Agent discovery)
- Đăng ky (registration)
- Tao đường ham (tunnelling)
1.2 GIAO THUC MOBILE IPV4
1.2.1 Phat hiện Agent
Mobile IP sử dụng các ban tin được định nghĩa dựa trên giao
thức ICMP Router Discovery (Internet Control Message Protocol
Router Discovery) dé thực hiện Có hai bản tin trong:
a) Bản tin Agent advertisement (bản tin quảng bá trạm
Trang 3b) Cấu trúc bản tin Agent Advertisement
1.2.2 Đăng ky
Một MN thực hiện dang ky:
- Yéu cầu các dịch vụ chuyên tiếp gói tin khi MN dang ở
một mạng ngoài.
- Cho HA của chúng biết CoA hiện tại của chúng - Lam mới lại một đăng ký sắp hết hạn.
- _ Hoặc hủy đăng ký khi chúng trở về mạng nhà.
Các bản tin đăng ký trao déi thông tin giữa một MN va HA, có thé có thêm FA Đăng ký dẫn đến việc tạo hoặc sửa một “liên kết
di động” tại HA, đang liên kết home Address của MN với CoA
của MN trong thời gian Lifetime được chỉ định Thông qua thủ tục
đăng ký cho phép một MN có khả năng:- Kham phá Home Address của nó,
- Duy trì nhiều đăng ký đồng thời,
- Huy đăng ký CoA
Trong MobileIP cung cap 2 kiéu thay thế cho việc nhận được
một địa chỉ:
- Foreign Agent CoA
- CcoA là một dia chi cục bộ của vùng mang ngoài
Các quy tắc:
- _ Nếu một MN đang đăng ký một địa chi FA CoA, MN phải
đăng ký theo FA đang quảng cáo địa chỉ CoA đó.
- Néu một MN đang dùng một địa chỉ CCoA, và nhận một
ban tin Agent Advertisement có bit ‘R’ được bật, từ một
FA trén lién két ma no dang dung dia chi CcoA nay, MN
phai dang ky theo FA nay.
Trang 4- Nếu FA không yêu cầu đăng ký và nếu một MN đang dùng một CcoA, MN phải đăng ký trực tiếp với HA của
- Néu MN đã trở về đến mạng nhà của nó va đang đăng ký với HA của nó, MN phải đăng ký trực tiếp với HA.
1.2.3 Tạo đường hầm
Tạo đường ham có 2 chức năng: đóng gói các gói dit liệu dé tiến đến điểm kết thúc đường ham, và mở gới khi gói được phân phối đến điểm kết thúc Kiểu đường ham mặc định là IP đóng gói trong IP CoA chỉ đơn giản là điểm cuối của đường ham, nó có thé là địa chỉ của FA, hoặc là địa chỉ tạm thời được yêu cầu bởi MN.
1.3 CƠ CHE ĐỊNH TUYẾN TRONG MOBILE IP
Cơ chế định tuyến gói tin thực hiện cả trên MN, HA, FA trên
từng Node:
1.3.1 Định tuyến gói tin bởi MN
Khi được kết nối với HA, MN hoạt động không có sự hỗ trợ
của các dịch vụ di động Nghĩa là nó hoạt động giống như một host hay Router cô định nào đó MN có thé dựa vào DHCP dé biết một Router mặc định khi được kết nối đến HA của mình hoặc khi
ra khỏi mạng chủ và dùng địa chỉ CCOA.
1.3.2 Định truyền gói tin bởi HA
HA được yêu cau dé co thé chặn các gói tin trên mạng chủ địa chỉ gửi đến MN trong khi MN được đắng ký rởi khỏi mạng nhà Proxy và Gratuitous ASP có thê được sử dụng dé có thé thực hiện
công việc này.
HA phải so sánh IP đích của tất cả các gói tin đến có phải là
home Address của Mobile Node nào đó đã đăng ky rời khỏi mạng
Trang 5chủ không Nếu đúng , HA truyên đường ham gói tin đến COA
hoặc các địa chỉ hiện đã đăng ký.
1.3.3 Dinh tuyến gói tin bởi FA
FA không được phép thông báo sự có mặt của MN hoặc
Router nào đó đến các Router khác trong Routing Domain của nó, cũng như bất kỳ MN khác nảo đó.
FA được yêu cầu định tuyến các gói tin nhận được từ các MN đã đăng ký Tại mức tối thiểu, nghĩa là FA phải xác nhận IP
header checksum, giảm bớt IP TTL, tính toán lại IP header
checksum và gửi các gói tin đến một Router mặc định 1.3.4 Định tuyến tối ưu
Các mở rộng tôi ưu định tuyến cung cấp phương thức cho các Node để bổ sung việc lưu trữ danh sách (binding) của MN và rồi truyền tunnel các gói tin trực tiếp đến COA được chỉ trong danh
sách đó, bỏ qua định tuyến đường dài đến và từ HA của MN.
Bởi vì tối ưu định tuyến ảnh hưởng đến việc định tuyến của các gói IP đến MN, nó có thể được nhận thực sử dụng cùng cơ chế
được dùng trong giao thức Mobile IP cơ bản Nhận thực này dựa
vao su phối hợp an ninh di động được thiết lập trước giữa người
gửi và người nhận các bản tin đó.
Khi HA của MN chặn gói tin từ mạng chủ và truyền tunnel đến MN, HA có thể suy ra rằng nguồn ban đầu của gói tin không có đầu vào binding cache cho MN đích HA nên gửi bản tin cập nhật binding đến Node nguồn ban đầu, thông báo nó binding di
động hiện tai cua MN Cập nhật binding được nhận thực bởi Node
nguồn ban đầu, Node nguồn và HA phải thiết lập một an ninh di
động.
Trang 6Tương tự khi một Node nao đó (chang han FA) nhận một gói tin được truyền đường ham, nếu nó có đầu vào binding cache cho MN đích (và vì vậy không có đầu vào danh sách tạm trú cho MN nay), Node nhận gói tin truyền tunnel này có thể suy ra rang Node truyền tunnel có đầu vào binding cache hết hạn (out-of- date) cho
MN này Trong trường hợp này, Node nhận nên gửi một bản tin
cảnh báo binding đến HA của MN, báo nó gửi bản tin cập nhật binding đến Node truyền tunnel gói tin này HA của MN có thê được nhận biết từ đầu vào binding cache; thường thì địa chỉ HA được biết từ cập nhật binding mà đã thiết lập đầu vào cache nay Địa chỉ của Node mà đã truyền tunnel gói tin này có thé được
nhận biết từ header của gói tin, bởi vì địa chỉ của Node truyền
tunnel gói tin này là outer source Address của gói tin được đóng
gói Tuy nhiên không như bản tin cập nhật binding, bản tin cảnh
báo binding không cần thiết nhận thực, bởi vì nó không tác động trực tiếp định tuyến các gói tin IP đến MN.
1.4 GIAO THỨC MOBILE IPv6
Giao thức Mobile IPv6 là mở rộng hỗ trợ cho di dộng của
giao thức IPv4.
1.4.1 Cac tùy chọn trong Mobile IPv6
Có 4 tùy chon đích được định nghĩa trong Mobile IPv6
- Cập nhật liên kết (Binding Update)
- Su báo nhận liên kết (Binding Acknowledgement) - Yéu cau liên kết (Binding Request)
- Diachi nhà (Home Address)
1.42 Cau trúc dữ liệu
Đặc tả Mobile IPv6 mô tả giao thức theo 3 cau trúc đữ liệu: - Bộ nhớ đệm liên kết (Binding Cache — BC)
Trang 7Danh sách HA (Home Agent List)
Kién tric Mobile IPv6
MN là một máy chủ được trang bi Mobile IPv6 stack.
CN có thé là một máy chủ IPv6 stack
HA thực hiện đăng ký cho các thiết bị đầu cuối di động.
Không có FA trong foreign network ma chỉ có bộ định
tuyên IPv6.
Khối chức năng của Mobile IPv6
a) Chức năng cuả Home Network
b) Di chuyên sang Foreign Network
Chức nang Foreign NetworkRouter IPv6
MN tu cau hinh dia chi CoA
Yéu cau thiét ké gianh cho Mobile IP:
Thông báo cho HA băng việc gửi một tin nhắn bao ham
CoA mới của MN và thông tin chứng thực cua MN Tin
nhắn này gọi là binding update.
HA duy trì đăng ký của MN, CoA và home addresses bâygiờ cập nhật Binding Cache của nó theo thông báo của
Yêu cầu thiết kế cho Mobile IP: * Đường ham
Y Sau khi Binding Update thì HA biết được CoA mới của MN và cho phép đường hầm để các gói dữ liệu trong đuờng ham IPv6-in-IPv6 tới MN.
Home Agent’s work items:
Tối ưu hóa phương án 1
Trang 8- Binding Update: MN tái chế các ý tưởng của binding update và gửi Binding update tới CN kiểm tra nó.
- Cac giao thức trao đổi khóa một lần Sau khi xác minh thì CN không cần gửi Binding Update
1.4.7 Tối ưu hóa phương án 2
- _ Những lợi thé của hình thức nay là tối ưu hóa đường đi:
v Giảm sử dụng mạng, liên kết ít hơn Điều này có nghĩa là tắc nghẽn ít hơn nhiều trong tất cả các phương pháp định tuyến của internet.
v Giảm tải trên các HA và tiềm năng để hoan thành sự cô lập của MN do mất mát của HA.
vˆ Giảm thời gian đi vòng quanh của ứng dụng.
1.5 TÍNH AN TOAN BẢO MAT TRONG MOBILE IP
1.5.1 Giới thiệu
Trong lĩnh vực máy tính di động có nhiều điểm khác với máy tính thông thường Trong nhiều trường hợp máy tính di động
thường được kết nối với mạng qua liên kết không dây Liên kết không dây này, là liên kết đặc biệt rất dễ bị nghe trộm và bị tấn
công từ bên ngoài và các kiểu truy nhập khác 1.5.2 Phương pháp bảo vệ chống phat lại
Phương pháp bảo vệ chống phát lại (Replay Protection) dua
trên Timestamp là phương pháp hay được sử dụng Ngoài ra
những Node này cũng có thể sử dụng phương thức bảo vệ dựa
trên Nonce.
1.53 Phuong pháp bao mật trả lời
Nguyên tác cơ bản của việc sử dung Nonce dé bảo mật tra lời là trong mỗi ban tin gửi tới Node B, Node A kèm theo một con số ngẫu nhiên và Node A kiểm tra xem trong bản tin tiếp sau tới
Trang 9Node A, Node B có gửi lại con số tương tự hay không Cả hai bản tin đều sử dụng một mã số xác nhận dé tránh sự biến đổi do kẻ tan công gây ra Cùng lúc đó Node B có thé gửi Nonce của chính nó trong tất các các bản tin tới Node A (Node A sẽ lặp lại như vậy), do đó Node B có thể xác minh là nó đang nhận bản tin mới.
KÉT LUẬN
Mobile IP được tô chức IETF đưa ra để xử ly tính di động đầu cuối giữa các mạng IP và được thiết kế để cho phép một Node có thé thay đổi điểm kết nối một cách linh hoạt và trong suốt đối với mạng IP Tuy nhiên, IPv4 đã bộc lộ nhiều hạn chế nhất định và cũng là tiền dé cho sự phát triển của Mobile IPv6.
Phiên bản Mobile IPv4, được xây dựng sử dụng cho các địa
chỉ IPv4 Mỗi node mạng có một địa chỉ IP duy nhất xác định điểm kết nối với mạng.
Mobile IPv6 về cơ bản kế thừa các phần tử cấu trúc va nguyên tắc hoạt động của Mobile IPv4 Tuy nhiên do được tích hợp hoan toàn với giao thức IP nên nó có những cải thiện đáng kê so với phiên bản truyền thống Đó là việc sử dụng các tác nhân ngoài không còn cần thiết nữa Với không gian địa chỉ rộng lớn, node di động (MN) dễ dàng nhận được một địa chỉ CoA đồng VỊIỞ
mạng ngoài thông qua các tính năng Neighbor Discovery hayAddress Auto Configuration.
Trang 10CHUONG II: MOBILE IP TRONG MẠNG DI DONG 4G
2.1 TONG QUAN MẠNG 4G
2.1.1 Giới thiệu
Nhu cầu trao đồi dữ liệu, sử dụng dịch vụ đa phương tiện, nhu cầu giải trí (nghe nhạc, xem phim, chơi game ) trên thiết bị di động ngày càng tăng khi điều kiện sống tăng Trước nhu cầu đó,
các chuẩn về hệ thống thông tin di động 3.5G, 4G đã được nghiên cứu và phát trién.
Hệ thống 4G được ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực
của cuộc song, cung cap rat nhiéu dich vu nhu: dich vu cung cap
nội dung tiễn tiễn, dich vụ chăm sóc sức khỏe, dich vu đặt hàng di động, thương mại di động, phòng chống thiên tai Trước những xu thế phát triển chung về công nghệ viễn thông, đặc biệt là công nghệ thông tin di động, thì việc tìm hiểu hệ thông thông tin diđộng
4G là cần thiết.
2.1.2 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động
a) Thế hệ thứ nhất 1G: Thế hệ thông tin đi động 1G là các hệ thống tương tự, sử dụng kỹ thuật đatruy nhập phân chia theo tần số FDMA, bắt đầu xuất hiện vào đầu thập niên 80va hoạt động cho đến khi bi thay thé bởi các thế hệ 2.
b) Thế hệ thứ hai 2G: Thế hệ thứ hai 2G xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,sử dụng kỹ thuật phân chia
theo thời gian (TDMA).
c) Thế hệ thứ ba 3G: Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn
IMT-200 (International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ
thống 3G với các ưu điểm chính Hệ thống 3G là:
- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao
10
Trang 11- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat,
- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền
hình,nghe nhạc, )
- Truy nhập Internet (duyệt Web, tai tài liệu, )
- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu giữa các hệ thống.
Tên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G: UMTS (W-CDMA) và
2.1.3 Hệ thống thông tin di động 4G
Hệ thống di động thế hệ thứ tư (4G) đưa vào sử dụng, khai thác vao khoảng năm 2012 Với sự đột phá về tốc độ va dung lượng, hệ thống di động 4G cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thường nhật, công việc cũng như có sự tác động lớn đến lỗi sống trong tương lai gần.
- _ Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học
- iéu trị trong các tình trạng khan cấp - Ung dụng trong thảm họa thiên tai
- Dich vụ cung cấp thông tin y tế
- Dich vụ cung cấp nội dung tiên tiến
Trang 12- Dich vụ hành chính (quan lý) di động
2.2 SO SÁNH 3G VỚI 4G
2.2.1 Động lực phát triển lên 4G
Các động lực phát triên mạng di động lên 4G bao gồm:
- Nang lực của 3G không đủ dé đáp ứng cho các nhu cầu
Đặc điêm chính | Phân lớn là thoại, di] Hội tụ thoại và dữ liệu
liệu được thêm vào saul qua IP
Kiên trúc mạng Diện rộng dựa trên | Mạng lai tích hợp WLANcell (Wifi, Bluetooth) va cell
dién rong
Tốc độ 384 Kbps đến 2 Mbps | 20 dén 100 Mbps
Cơ sở chuyên | Gói va kênh Toàn gói
Công nghệ truy | W-CDMA, IxRTT, OFDM và MC-CDMAcập GPRS, EDGE (Multi-carrier CDMA)
2.2.2 Các đặc điểm cơ bản của 4G so với 3G
- _ Đa phương tiện di động- Moi lúc mọi nơi
- _ Hỗ trợ tính di động toàn cầu - _ Giải pháp vô tuyến tích hợp
12
Trang 13- Dich vụ tuỳ biến theo khách hàng
2.2.3 Hỗ trợ lưu lượng IP trong 4G so với 3G
Kiến trúc mạng 4G được xây dựng với mục tiêu chính là cung cấp dịch vụ IP chất lượng cao, khả năng xử lý lưu lượng thoại và các lưu lượng thời gian thực sẽ chỉ là mục tiêu thứ yếu Việc cung cấp các dịch vụ có chất lượng theo yêu cầu qua mạng vô tuyến là một thử thách lớn đối với các hệ thống 4G.
2.2.4 Hỗ trợ tính di động trong 4G tốt hơn so với 3G
Trong các hệ thống 4G, người dùng sẽ di động trong một vùng có kích thước đáng kề và giao tiếp thông qua các thiết bị đầu cuối vô tuyến Người dùng phải có khả năng liên lạc băng một số nhận dạng duy nhất Mạng 4G sẽ phải có một phương tiện để nhận
dạng người dùng và cho phép người dùng điều khiến số nhận dạng và thực hiện ánh xạ một cách hiệu quả tới một điểm đích
2.2.5 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyễn khác nhau so với 3G
Trong các hệ thống 4G, nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau được sử dụng Xu hướng hiện nay là sử dụng phổ tan trong băng tần không cần cấp phép ISM Công nghệ Bluetooth (mới được IEEE chuẩn hóa thành tiêu chuẩn 802.15.1) được dùng như là công nghệ cho mạng vô tuyến cá nhân WPAN Tiêu chuẩn IEEE 802.1 Ib được dùng cho mang nội hạt vô tuyến WLAN cũng ở dai tan này.
Một số công nghệ vô tuyến có thé sử dụng trong mạng 4G là: công nghệ ghép kênh theo tần số trực giao OFDM, công nghệ
OFDM băng rộng, công nghệ Flash OFDM, công nghệ siêu băng
rộng UWB, công nghệ truy nhập Internet tốc độ cao iBurst, công nghệ vô tuyến xác định bằng phần mềm SDR.
13