tìm hiểu về giao thức mobile IP và mạng di động 4g

LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành tốt bản báo cáo này, ngoài nỗ lực nghiên cứu tìm hiểu, còn có sự đóng góp không nhỏ của thầy giáo, bạn bè và gia đình của tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Đào Ngọc Tú , người thầy đã hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình làm báo cáo. Bên cạnh đó, tôi nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn bè, và các thầy cô giáo đã có những nhận xét, đánh giá, trao đổi và cung cấp cho tôi nhiều tài liệu tham khảo bổ ích giúp em hoàn thành tốt bản báo cáo này. Em xin chân thành cảm ơn. Hải phòng,ngày 3/4/2014 Sinh viên:Hoàng Thị Thu Hiền 1 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4 MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 6 1.Giới thiệu Mobile Ip 6 1.1.Khái niệm cơ bản 6 1.1.1.Một số khái niệm cơ bản trong Mobile IP 6 1.1.2.Sử dụng Mobile IP 7 1.2.Các chuẩn và đặc trưng 7 1.2.1. Các chuẩn trong Mobile IP 7 1.2.2. Các đặc trưng của Mobile IP 7 1.2.3.Các phiên bản 7 1.3.Nguyên lí hoạt động của giao thức 8 1.3.1.Agent Discovery 8 1.3.2.Registration 9 1.3.3.Data Transfer 11 1.4. An toàn và bảo mật trong Mobile IP 13 1.4.1.Sử dụng các mở rộng xác thực(authentication extensions) 12 1.4.2.Xác thực thông qua trường Identification…………… 15 CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN VỀ 4G…………………………………………… 18 2.1.Toàn cảnh hệ thống di động……………………………………………19 2.1.1.Khái quát…………………………………………………… 19 2.1.2.Hệ thống thông tin di động 4G…………………………………25 2.2.Các đặc điểm công nghệ của 4G……………………………………… 33 2.2.1.Hỗ trợ lưu lượng IP …………………………………………….33 2.2.2.Hỗ trợ tính di động tốt……………………………………… 33 2 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G 2.2.3.Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau ………………….33 2.2.4.Không cần liên kết điều khiển………………………………….34 2.2.5.Hỗ trợ bảo mật đầu cuối – đầu cuối…………………………….35 CHƯƠNG3:TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI MOBILE IP VÀ 4G 36 3.1.Tình hình triển khai ở Việt Nam 36 3.2.Tình hình triển khai trên thế giới 37 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………….39 3 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên đầy đủ MN Mobile Node HA Home Agent FA Foreign Agent CoA Care of Address CN Correspondent Node DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1:Cách thức gửi gói tin đến MN 8 Hình 1.2:Mô hình Agent Discovery 8 Hình 1.3:Mô hình Registration Request 10 Hình 2.1:Quá trình phát triển của thông tin 21 Hình 2.2: Dịch vụ thông tin y tế 27 Hình 2.3 Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến 28 Hình 2.4: Hệ thống địnhvị 29 Hình 2.5:Hệ thống đặt hàng di động 30 Hình 2.6: Hệ thống quản lý thực phẩm……………………………………… 32 Hình 2.7: Hệ thống quản lý di động………………………………………………32 4 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G MỞ ĐẦU Mục tiêu của các mạng di động thế hệ tiếp theo là khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia ở mọi lúc, mọi nơi.Mạng di động 4G hứa hẹn là mạng di động đón đầu được những yêu cầu của người sử dụng. Mạng di động thế hệ sau với công nghệ IP là bước phát triển đột phá từ mạng di động thế hệ 3G lên 4G. Điều này đặt ra cho các nhà nghiên cứu cần tìm ra và hoàn thiện hạ tầng IP trong môi trường truyền dẫn không dây để tích hợp cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ băng hẹp và băng rộng, nhu cầu di chuyển kết nối liên tục tới người sử dụng. Mobile IP hỗ trợ khả năng du động cho các đầu cuối trong khi vẫn sử dụng các dịch vụ như trong mạng Mobile IP cố định, do đó tích hợp Mobile IP vào mạng di động để có thể giải quyết các vấn đề quản lí thuê bao di động mà vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ là vấn đề cần được nghiên cứu. Khi thuê bao di động thực hiện các dịch vụ băng thông multimedia ,vấn đề mất an toàn thông tin cần được quan tâm , thông qua các cơ chế xác thực,mã khóa để đảm bảo cho người dùng là vấn đề câp thiết cần phải thực hiện. Bản báo cáo bước đầu tìm hiểu về giao thức Mobile IP và mạng di động 4G, cơ chế xác thực trong Mobile IP, tổ chức của luận văn gồm 3 chương cấu trúc như sau: Chương 1:Tổng quan về Mobile IP,cho một cái nhìn tổng thể về giao thức, các phiên bản Mobile Ipv4,Mobile Ipv6, về thuật toán chọn đường trong giao thức Mobile IP, qua đó đánh giá ưu điểm, nhược điểm của giao thức. Chương 2:Tổng quan về 4G, khái quát về mạng di động 4G, các thế hệ thông tin di động từ 1G- 3G. Các đặc điểm cơ bản của 4G và các mô hình khuyến nghị. Chương 3:Tình hình triển khai Mobile IP và 4G trên thế giới Cuối cùng tổng kết lại những kết quả đã đạt được của bản báo cáo. 5 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 1.Giới thiệu Mobile IP 1.1.Khái niệm cơ bản Mobile IP lả một giao thức của IETF giúp người dùng với thiết bị di động có thể di chuyển từ mạng này sang mạng khác với những địa chỉ IP subnet 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 tương lai(công nghệ 4G). Mibile IP có rất nhiểu mở rộng và phát triển khác nhau như Mobile Ipv4, Mobile Ipv6, Fast Mobile IP,… Mobile IP cho phép các node tiếp tục nhận dữ liệu mà không quan tâm đến vì trí kết nối của node vào mạng Internet. Mobile IP cung cấp các bản tin điều khiển cho phép các thành phần trong mạng cập nhật các bảng định tuyến một cách tin cậy. Mobile IP được triển khai mà không cần có bất cứ một yêu cầu nào với các tầng vật lí và liên kết dữ liệu, vì vậy Mobile IP độc lập với các công nghệ truy cập không dây. IP di động (Mobile IP) là một chuẩn do nhóm chuyên trách kỹ thuật Internet (Internet Engineering Task Force - IETF) đề xuất và được trìnhbày cụ thể trong tài liệu RFC 3344 và RFC 5944 (RFC 5944 mới được công bố vào tháng 11/2010). 1.1.1.Một số khái niệm cơ bản trong Mobile IP: - Mobile IP Node(viết tắt là MN) nút di động : để chỉ 1 host hoặc 1 router thay đổi điểm kết nối từ mạng này sang mạng khác. - Home Agent (viết tắt là HA), khi MN di chuyển khỏi mạng thường trú (homework) nó cần một đại diện thay mặt, đại diện này là HA, vai trò của HA là tào đường hầm để chuyển tiếp gói tin đến MN khi nó rời khỏi mạng nhà và lưu trữ thông tin vị trí hiện tại của MN. - Forein Agent ( viết tắt là FA), khi MN di chuyển khỏi mạng thường trú nó phải có một địa chỉ tạm trú gọi là CoA(Care of Address) là địa chỉ IP có thể được sử dụng để truyền các gói dữ liệu đến đích tương ứng với địa chỉ này theo những giao thức tìm đường cơ bản của IP. MN thông báo địa chỉ CoA cho HA để biết địa điểm của MN, MN có địa chỉ này từ FA. - Corespondent Node ( viết tắt là CN) là một node trong mạng có nhu cầu truyền thông với MN, CN không phải là một thành phần của Mobile IP nhưng được đưa vào để mô tả hoạt động của giao thức. 1.1.2.Sử dụng Mobile IP: IP di động được xây dựng nhằm mục đích cho phép người dùng với thiết bị di động của mình có thể di chuyển 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 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 lai. Chúng tôi hy vọng rằng nội dung bài này sẽ giúp các bạn nắm bắt được nguyên lý hoạt động và một số vấn đề cơ bản của mobile IP. 6 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G Trong thiết kế của giao thức IP, mỗi thiết bị khi nối kết vào mạng sẽ được gắn kết với một địa chỉ IP nhất định. Đây được xem như điểm nối vật lý của thiết bị với mạng internet. Khi trao đổi dữ liệu trên mạng các thiết bị được giả định là không thay đổi địa chỉ IP. Nếu một nút liên lạc CN (Correspondent Node) gửi gói tin đến nút di động MN (Mobile Node) thì trước tiên gói tin sẽ được định tuyến đến mạng thường trú HN (Home Network) của MN mà không phụ thuộc vào vị trí hiện tại của MN. Sau đó, IP di động đảm nhiệm việc chuyển tiếp gói tin này đến cho MN để duy trì dòng thông tin không bị gián đoạn giữa hai thiết bị. 1.2.Các chuẩn và đặc trưng 1.2.1 Các chuẩn trong Mobile IP : - Approved by the Internet Engineering Steering Group (IESG) in June 1996; published proposed standard in Nov. 1996 - Mobile IP is an IETF proposed standard solution for mobility at Layer 3 IP • RFC2002/3220 - Mobile IP • RFC2003 and RFC2004 - Tunnel encapsulation • RFC2005 - Mobile IP applicability • RFC2006 - Mobile IP MIB - Associated RFCs • RFC1701 GRE – Generic Routing Encapsulation • RFC3024 - Reverse Tunneling for Mobile IP 1.2.2 Các đặc trưng của Mobile IP : Mobile IP hỗ trợ khả năng di động ở lớp IP (lớp mạng) cho các thiết bị đầu cuối với hai đặc trưng cơ bản sau : • Sự di động hoàn toàn trong suốt đối với các ứng dụng bên trên lớp IP. Nghĩa là các ứng dụng được thực hiện giống như khi thiết bị đầu cuối không di chuyển. • Là giao thức dựa trên IP nên Mobile IP có thể được triển khai trên bất kỳ mạng truy nhập nào, bao gồm cả các mạng hữu tuyến (PSTN, ISDN, Ethernet, xDSL,…) và vô tuyến (WLAN, GPRS, UMTS…). 1.2.3 Các phiên bản : MIPv4, MIPv6, Hierarchical MIP, Fast MIP, NEMO … - MIPv4 : Giải pháp di động cho mạng sử dụng IPv4. Giao thức Internet phiên bản 4 (Internet Protocol version 4) là phiên bản thứ 4 trong quá trình phát triển các của các giao thức. Hiện nay, MIPv4 vẫn đang được sử dụng rộng rãi nhất. 7 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G - MIPv6 : Giải pháp di động cho mạng sử dụng IPv6. Địa chỉ IP sử dụng 128 bit để mã hóa dữ liệu, nó cho phép sử dụng nhiều địa chỉ hơn so với Ipv4. 1.3.Nguyên lí hoạt động của giao thức Mobile IP Chắc hẳn các bạn sẽ thắc mắc làm thế nào để MN xác định nó đã di chuyển khỏi mạng thường trú hay chưa cũng như tìm kiếm FA mới ở mạng tạm trú. Vấn đề này sẽ được HA và FA giải quyết bằng cách định kỳ gửi thông điệp quảng bá trên các mạng cục bộ của chúng, MN tiếp nhận các gói tin này và xác định được những thông tin cần thiết. Quá trình này được biết đến với tên là Agent Discovery.Vậy thì cách thức mà Mobile IP thực hiện để duy trì được dòng dữ liệu liên tục khi thiết bị di chuyển đến mạng khác với địa chỉ IP mới như thế nào. Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải xem cách thức gửi gói tin đến MN khi chúng ở mạng tạm trú trong hình minh họa số 1 bên dưới: Hình 1.1:Cách thức gửi gói tin đến MN 1.3.1.Agent Discovery Hình1.2:Mô hình Agent Discovery -Các tác nhân di động (HA/FA) có thể quảng bá sự có mặt của mình trên mỗi tuyến mà nó cung cấp dịch vụ. Một MN khi mới đến, cũng có thể gửi đi bản tin tìm kiếm tác 8 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G nhân trên tuyến mà nó liên kết tới. Bất kỳ agent nào khi nhận được yêu cầu này sẽ trả lời bằng bản tin quảng cáo tác nhân (Mobility Agent Advertisements) hay thông điệp báo hiệu (Beacon messages). - MN sẽ lắng nghe các thông điệp này để tiến hành đăng ký. + Trong hình trên MR sẽ phát đi các thông điệp tìm kiếm tác nhân đến tuyến có địa chỉ là 224.0.0.2 + FA phản hồi thông điệp từ MR kèm theo CoA. + Sau khi nhận được quảng cáo tác nhân, MR sẽ xác định tác nhân này là HA/FA. + Nếu là FA (tức MN đang ở ngoài phạm vi của HA) thì nó sẽ tiến hành đăng ký. Ngược lại thì Mobile IP không cần thiết sử dụng. 1.3.2.Registration : Khi ra khỏi mạng gốc, MN phải đăng ký CoA với HA. Tuỳ thuộc vào phương thức liên kết với FA, MN có thể đăng ký trực tiếp với HA hoặc gián tiếp thông qua FA (FA chuyển tiếp các bản tin đăng ký giữa MN và HA).  Registration Request : 9 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G Hình 1.3:Mô hình Registration Request - MN nhận COA từ quảng cáo tác nhân và tiến hành gửi yêu cầu đăng ký (RRQ). - RRQ của MN bao gồm địa chỉ nhà do HA cung cấp và key chia sẻ giữa MN và HA để xác thực. - FA chứng thực yêu cầu, đồng thời chuyển tiếp RRQ đến HA. Do đó MN thông báo cho HA địa chỉ care-of hiện thời của nó bằng việc gửi yêu cầu đăng ký qua FA. 10 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G [...]... đề sau: - Giao thức Mobile IP, tìm hiểu các loại bản ghi trong giao thức, cách giao tiếp sử dụng các loại bản ghi này để thực hiện các chức năng của giao thức, tìm hiểu thông qua phiên bản Mobile Ipv4, đánh giá ưu nhược điểm của Mobile Ipv4 - Nghiên cứu về mạng di động 4G, về kiến trúc tổng quan, về các dịch vụ chủ yếu có thể hướng tới của mạng 4G, các mô hình được khuyến nghị cho 4G - Tìm hiểu cơ chế... thông tin truy nhập tổng thể + NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900MHz + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động tinSMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng + + GSM(900) (Global System for Mobile) : Hệ thống thông tin di động toàn cầu băng tần 900MH MOBILE IP VÀ MẠNG 4G 20 + GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần... hàng di động, thương mại di động, phòng chống thiên tai… Hiện nay, ở nước ta đang tồn tại đồng thời nhiều thế hệ của hệ thống di động( 2G,2.5G,3G) Việc triển khai hệ thống di động 4G vẫn đang là vấn đề trong tương lai Nhưng 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 thống di động 4G là cần thiết 2.1.Toàn cảnh hệ thống di động. .. nhất một mẫu “dế 4G của nhà mạng Sprint phân phối mang tên HTC EVO 4G Trước đó, HTC cũng đã giới thiệu một chiếc WiMax phone dành riêng cho các nhà mạng ở Nga Verizon tuyên bố họ sẽ có những mẫu di động LTE vào khoảng giữa năm 2011 KẾT LUẬN Với mục đích bước đầu tìm hiểu về mạng thông tin di động 4G, và một số kĩ thuật sử dụng trong mạng, cũng như cơ chế xác thực để đảm bảo an toàn cho mạng, luận văn... nước MOBILE IP VÀ MẠNG 4G 18 Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ ba và thứ tư phát triển về dịch vụ dữ liệu và đa phương tiện Các hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ thứ hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba và thế hệ thứ ba cộng (3.5G) Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động. .. trình đăng ký của Mobile IP Tuy nhiên luận văn vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu tiếp để hoàn thiện hơn như: - Nghiên cứu chi tiết về việc quản lý tính di động trong Mobile IP để có thể áp dụng đối với mạng 4G - Tìm hiểu các phương thức mà mạng 4G có thể bị tấn công khi việc truyền thông đa phương tiện được đáp ứng với tốc độ ngày càng cao mọi lúc, mọi nơi để qua đó có thể tìm hiểu các giải pháp... cao khả năng bắt sóng và hoạt động của thiết bị, mạng lưới Tuy nhiên, mỗi công nghệ đều sử dụng một dải băng tần khác nhau Hệ thống di động thế hệ thứ tư (4G) dự kiến sẽ đưa vào sử dụng, khai thác vào khoảng năm 2012 Với sự đột phá về tốc độ và dung lượng, hệ thống di động 4G sẽ 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 lối sống... cung cấp dịch vụ trên 77 quốc gia đã đưa vào khai thác dịch vụ các mạng di động thế hệ 3 của mình Với hệ thống di động 3.5G (HSDPA) thì có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63 quốc gia đã cung cấp các dịch vụ của hệ thống di động 3.5G Hệ thống tiền 4G (Pre -4G) là WiMax cũng đã được triển khai và đưa vào khai thác dịch Thời kỳ đầu, khi mới triển khai, hệ thống di động thế hệ thứ nhất mới chỉ cung cấp... đặt ra trong Internet hiện nay Giao thức Mobile IP được xây dựng trên nền là giao thức TCP /IP, do vậy nó cũng sử dụng tất cả các biện pháp bảo mật dữ liệu như giao thức TCP /IP và ngoài ra còn sử dụng thêm một số phương pháp trong đó xem xét phương pháp xác thực trong quá trình đăng kí An toàn và bảo mật là những yêu cầu tối quan trọng trong quá trình đăng kí trong Mobile IP Vì trong quá trình này có... dịch vụ di động cũng được sử dụng trong nhiều trường hợp của cuộc sống, ví dụ như tải chương trình tivi trên các máy chủ đặt tại gia đình lên thiết bị di động và xem chúng khi đi ra ngoài, hoặc sử dụng thiết bị cầm tay di động để điều khiển Robot từ xa Y tế và chăm sóc sức khoẻ Công nghệ di động thế hệ thứ tư được sử dụng trong y tế và chăm sóc sức khoẻ Những dữ liệu về sức khoẻ có thể tự động gửi . cáo. 5 MOBILE IP VÀ MẠNG 4G CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 1.Giới thiệu Mobile IP 1.1.Khái niệm cơ bản Mobile IP lả một giao thức của IETF giúp người dùng với thiết bị di động có thể di chuyển. giao thức, các phiên bản Mobile Ipv4 ,Mobile Ipv6, về thuật toán chọn đường trong giao thức Mobile IP, qua đó đánh giá ưu điểm, nhược điểm của giao thức. Chương 2:Tổng quan về 4G, khái quát về mạng. về giao thức Mobile IP và mạng di động 4G, cơ chế xác thực trong Mobile IP, tổ chức của luận văn gồm 3 chương cấu trúc như sau: Chương 1:Tổng quan về Mobile IP, cho một cái nhìn tổng thể về giao