Mobile internet protocol

Mobile internet protocol

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-0o0 -BÁO CÁO ĐỀ TÀI:

MOBILE INTERNET PROTOCOL

Giảng viên hướng dẫn:

II.Các khái niệm

 Khi MN đang trong mạng thường trú, nó được phân phối một địa chỉ IP thường trú Khi đó quá trình liên lạc diễn ra bình thường.

 Nếu MN đi khỏi mạng thường trú, thì MN cần có một đại diện thay mặt nó Đại diện này là đại diện thường trú HA (Home Agent) Dễ hiểu là vai trò của HA là nhận thông tin gửi đến MN và tiếp tục gửi nó đến đúng địa chỉ mới của MN.

 Để làm được như vậy thì MN , khi đi khỏi nơi thường trú, phải có một địa chỉ tạm trú, gọi là CoA, và thông báo địa chỉ này cho HA để biết địa điểm hiện hữu của MN Có nhiều cách để có địa chỉ này, nhưng tiện nhất là MN có địa chỉ này từ một đại diện Đại diện này được gọi là đại diện tạm trú FA (Foreign Agent).

 Đây là 3 khái niệm xuyên suốt trong quá trình tìm hiểu và xây dựng giải phápIP di động.

III.Nguyên tắc hoạt động1) Hoạt động

• MN nhận những gói tin này và xác định được nó đang ở mạng nào, home network hay foreign network.

• Nếu một MN không muốn chờ đến chu kì quảng bá mà gói tin được phát đi, nó có thể gửi một thông điệp Agent Solicitation để yêu cầu các Agent phát quảng bá các thông tin về mạng.

b. Registration : gồm các bước sau

• Nếu một MN biết rằng nó đang ở home network, thì hoạt động liên lạc diễn ra bình thường, không cần phải đăng kí di động.

• Nếu MN đang ở một mạng mới, nó sẽ đăng kí với FA bằng cách gửi gói tin Registration Request mà bao gồm địa chỉ IP thường trú của nó và địa chỉ IP của HA.

• FA khi đó sẽ thực hiện quá trình đăng kí cho MN bằng cách gửi gói tin Registration Request chứ IP thường trú của MN và địa chỉ IP của FA đến HA.

• Khi HA nhận được những gói tin Registration Request này, nó sẽ cập nhật bảng Mobility Binding Table bằng cách thêm địa chỉ CoA của MN tương ứng với Home Address của nó vào bảng.

• HA sẽ gửi gói tin Ackowledgement để xác nhận đến FA.

• FA sẽ cập nhật bảng Visitor list của nó bằng cách thêm thông tin của MN vào và sau đó gửi gói tin xác nhận đến MN.

Hình 1 Registration Process In Mobile IP

c. In Service : bao gồm những bước sau :

• Khi một CN muốn truyền thông với MN, nó sẽ gửi một IP packet đến địa chỉ thường trú của MN.

• HA sẽ nhận những gói tin này và tham khảo bảng Binding Table để xác định liệu MN có đang ở mạng khác không.

• Khi HA xác định được địa chỉ tạm trú CoA của MN nó sẽ đóng gói IP packet bằng IP Header mới với địa chỉ Destination là CoA của MN IP Packet đầu tiên được đặt vào trường payload của IP Packet mới Sau đó, HA sẽ gửi packet này đi Quá trình đóng gói một IP Packet trong payload của một IP Packet khác được gọi là IP trong IP hay đường hầm ( tunneling ).

• Khi những gói tin này đến mạng tạm trú của MN, FA sẽ mở những gói tin này và thấy được địa chỉ thường trú của MN Nó sẽ tham khảo bảng Visitor List để xem nó có thông tin về MN không.

• Nếu có thông tin về MN trong Visitor list , FA sẽ biết được địa chỉ MAC tương ứng của MN và chuyển những gói tin này đến MN.

• Khi MN muốn gửi một thông điệp đến CN, nó sẽ gửi những gói tin này đến FA, FA sau đó sẽ chuyển nó đến CN bằng định tuyến IP.

• FA sẽ tiếp tục hỗ trợ quản lí MN cho đến khi MN hết hạn đăng kí với HA Nếu MN muốn tiếp tục được FA phục vụ, nó phải đăng kí lại với HA.

Hình 1 Tunneling operation in Mobile IP

d. Deregistration :

• Khi một MN quay về mạng thường trú, nó phải đăng kí lại với HA Nó gửi một gói tin Registration Request với lifetime là 0 MN không cần phải hủy bỏ đăng kí với FA vì sự đăng kí này sẽ tự động hết hạn khi lifetime trở về zero Tuy nhiên, nếu MN chuyển qua một mạng mới, thì mạng tạm trú cũ của nó sẽ không biết được địa chỉ CoA mới của MN Do đó những gói tin mà đã được HA gửi đến FA cũ rồi có thể bị mất mát, điều này sẽ được giải quyết trong MIPv6.

2) Nguyên tắc chuyển giao

a. Trường hợp MN đi từ FA1 sang FA2:

• MN phát hiện mình đang đi vào vùng khác dựa trên advertisement của FA2 (mỗi router sẽ phát định kỳ các advertisement, thời gian tùy vào giao thức định tuyến mà router dùng) Dựa vào advertisement này mà MN nhận được CoA MN gửi yêu cầu đăng ký cho HA thông qua FA2 HA sẽ thiết lập tunnel cho MN với FA2 rồi ngắt kết nối tunnel với FA (soft handover) hoặc nếu dùng hard handover thì nó kết thúc FA2 trước rồi mới tạo tunnel với.

b. Trường hợp MN đi từ FA sang vùng không có FA.

• MN phát hiện rằng mình đi vào vùng không có FA nếu nó không nghe được advertisement Nó sẽ gửi yêu cầu về cho HA HA sẽ cung cấp cho nó một Co-COA thông qua DHCP protocol Và quá trình handover tương tự.

Chương 2: Tìm hiểu ip di động V6

I.Giới thiệu

 Mobile IP V6 là công nghệ do IETF khuyến nghị tại RFC 3775 RFC 3776 được đưa thêm IP SEC vào mobile IPV6

• Những đặc điểm của Mobile IP V6

• Trong MIP V6 không tồn tại FA nên giảm chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng.• Tối ưu hóa định tuyến tránh được việc định tuyến “tam giác” giữa MN-

• MIP V6 được sử dụng trong IP over WLAN, WiMAX or BWA.

II.Bidirectional tunnel mode

Hình 2 Bidirectional tunnel

• MN kết nối đến foreign network để xin CoA

• Sau khi xin được CoA, MN gửi bản tin binding update

• HA sử dụng proxy neighbor discovery để chuyển các gói tin gửi đến MN bằng địa chỉ Home vào tunnel sang mạng FA bằng địa chỉ CoA

• MN sử dụng tunnel đó để chuyển gói tin ngược trở lại

 Nếu thông tin cứ truyền qua HA, thì rõ ràng thời gian trể sẽ lớn và quá trình định tuyến như thế là không hiệu quả Vấn đề này còn gọi là "định tuyến tam giác".

III.Route Optimization

Hình 2 Route optimization

• MN gửi binding update đến cho CN

• Sau đó MN gửi dữ liệu qua cho CN bằng IP CoA• Các gói tin có chưa HA address

• CN sau khi nhận gói tin thay đổi địa chỉ CoA thành HA rồi chuyển lên tầng trên.

• CN gửi gói tin đến MN bằng địa chỉ CoA. Đặc biệt gói tin binding update được bảo mật.

Hình 2 Secure binding update

 Các gói tin binding update giữa MN và HA được bảo mật nằng IP SEC  Cơ chế update giữa MN và CN

Hình 2 Return routeability procedure

 MN gửi 2 bản tin đến CN

• Home test init (HTi) thông qua HA.

• Care of test init (CTi) được gửi trực tiếp đến CN. CN sẽ dùng pre-generated key tạo ra 2 keygen tokens

Hình 2 Return routeability procedure-2

 CN gửi trả lại MN keygen tokens và bản tin HTi, CTi  Sau đó MN tạo nên binding message key

• MN gửi binding message key này được mã hóa bởi bmkey. Nhờ đó CN biết được MN và định tuyến đến MN.

Chương 3: Chuyển vùng GPRS với MIP

 Công nghệ thông tin di động đang chuyển dần sang thế hệ thứ 3 (3G) Nó không chỉ cung cấp các dịch vụ thông tin truyền thống mà còn cho phép kết nối với Internet,… Tuy nhiên trên thế giới hệ thống thông tin di động đang hoạt động và cung cấp dịch vụ

chủ yếu là các mạng 2G, trên cơ sở chuyển mạch kênh Hệ thống 3G sử dụng cấu trúc chuyển mạch gói nên không thể ngay lập tức thay thế toàn bộ các hệ thống 2G bằng hệ thống 3G Trước yêu cầu bức thiết đó đòi hỏi phải có một giải pháp quá độ, đó chính là công nghệ thế hệ 2,5G mà tiêu biểu là dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS - General Packet Radio Service) GPRS là mạng dữ liệu sử dụng giao thức IP, được tích hợp vào hệ thống GSM và một số mạng TDMA khác Về cơ bản không có sự thay đổi lớn đối với hệ thống GSM cũ ngoại trừ việc cài đặt thêm phần mềm và nâng cấp một số phần cứng

 Là một mạng dữ liệu trên cơ sở IP, GPRS có đầy đủ tính năng kết nối với các mạng dữ liệu khác và kết nối với Internet và kết nối với các mạng GPRS của các nhà khai thác khác Việc triển khai Mobile IP trên hệ thống GPRS sẽ cho phép các thiết bị di động vẫn tiếp tục duy trì và thực hiện việc kết nối với mạng dữ liệu ngay cả khi chuyển sang một mạng GPRS khác mà không phải thay đổi lại các tham số cấu hình như địa chỉ IP, mặt nạ mạng và cổng kết nối của mạng mới

 Cùng với sự phát triển của Internet, khách hàng là các thuê bao di động với mong muốn không chỉ truyền thoại, fax, số liệu; mà còn mong muốn có thêm những dịch vụ mới như truy nhập Internet, truyền file, giao dịch thương mại điện tử và Internet di động,… GSM (và một số hệ thống thông tin di động thế hệ 2G khác) được xây dựng trên kiến trúc chuyển mạch kênh nên không thích ứng được với các tốc độ số liệu cao Hơn nữa đó là sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn ở trạng thái mở ngay cả khi không có lưu lượng đi qua Hệ thống GPRS ra đời nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng và sử dụng hiệu quả tài nguyên trên cơ sở hạ tầng mạng sẵn có.

1) Các đặc trưng cơ bản

 Đối với người dùng:

• Tốc độ: tốc độ tối đa theo lý thuyết có thể đạt đến 171,2kbit/s, trường hợp sử dụng đồng thời 8 khe thời gian.

• Tính tức thì: GPRS có khả năng thực hiện các kết nối tức thì, ngay khi có nhu cầu trao đổi thông tin, người dùng không phải quay số để thực hiện kết nối

• Các ứng dụng mới: với GPRS, người dùng được sử dụng rất nhiều dịch vụ mới mà trước đây chưa có trên mạng GSM, do sự hạn chế về tốc độ số liệu (9,6kbit/s) và kích thước bản tin nhắn (160 ký tự) Chỉ với một thiết bị nhỏ, người dùng có thể sử dụng được rất nhiều dịch vụ khác nhau theo yêu cầu, như web, ftp, email, thương mại di động,… và có thể truy nhập nhanh chóng, bất cứ lúc nào và bất cứ đâu

• Cước dịch vụ: GPRS cung cấp một cơ chế tính cước hoàn toàn mới, đó là tính cước dựa trên dung lượng dữ liệu truyền dẫn Do vậy, người dùng sẽ không phải vội vàng trên các trang web hay các bức thư điện tử, bởi khi không truyền số liệu thì người dùng không bị tính tiền, đồng thời vẫn duy trì kết nối với mạng.

 Các đặc trưng về mạng

• Chuyển mạch gói: thông tin được chia thành các gói và được truyền đi một cách độc lập qua giao diện vô tuyến Tại nơi nhận, các gói được thiết lập lại thành bản tin ban đầu.

• Sử dụng hiệu quả dải phổ được cấp: chuyển mạch gói cũng đồng nghĩa với việc các tài nguyên vô tuyến GPRS chỉ được sử dụng khi người dùng thực sự gửi hoặc nhận dữ liệu và được giải phóng ngay khi truyền xong Nguyên tắc này phép một kênh vật lý (khe thời gian) có thể được chia sẻ đồng thời bởi nhiều người dùng và một người dùng có thể sử dụng nhiều kênh vật lý

• Hướng tới sự trật tự: Xu hướng hiện nay là các mạng đều hỗ trợ giao thức IP Điều này cho phép các mạng có thể liên kết với nhau và liên kết với mạng Internet toàn cầu Thống nhất sử dụng IP đảm bảo việc xây dựng, phát triển và tích hợp các dịch vụ thế hệ tiếp theo một cách dễ dàng, bất kể các kỹ thuật đang có trên cơ sở hạ tầng mạng Đồng thời cho phép nhà khai thác tiếp tục đầu tư nâng cấp thiết bị.• Kết nối với các mạng IP: nhờ khả năng kết nối với Internet, GPRS cho phép sử

dụng dịch vụ Internet di động Bất kỳ dịch vụ nào được xây dựng trên mạng Internet cố định đều có thể sử dụng được qua mạng GPRS.

3) Kiến trúc mạng

 GPRS được thiết kế bởi ETSI để triển khai trên cơ sở hạ tầng mạng sẵn có của mạng GSM (và một số mạng TDMA khác) mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện tại Với mục đích triển khai nhanh các dịch vụ số liệu gói trên mạng GSM với chi phí đầu vào thấp, các phần tử hiện hữu của mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ khối BSC phải nâng cấp về phần cứng Một số tuyến truyền dẫn được sử dụng chung cho cả GSM và GPRS, như các tuyến giữa BTS và BSC

 Mạng GSM truyền thống chỉ cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh Do đó hai nút mạng mới được định nghĩa để hỗ trợ chuyển mạch gói Bằng cách này, lưu lượng của chuyển mạch gói được tách biệt với lưu lượng thoại và số liệu của GSM Hai nút mới được bổ sung đó là nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN).

Hình 3 Kiến trúc mạng GPRS

• Thiết bị đầu cuối (TE -Terminal Equipment): về bản chất là một máy tính, thường là một máy tính xách tay, mà thông qua nó người sử dụng có thể truy nhập và lấy thông tin từ mạng.

• Đầu cuối di động (MT -Mobile Terminal): có nhiệm vụ kết nối TE với hệ thống GPRS thông qua giao diện vô tuyến Xét về bản chất, MT là một máy điện thoại GSM thông thường, tuy nhiên nó được trang bị thêm một số chức năng để cung cấp dịch vụ số liệu gói.3 Trạm di động (MS - Mobile Station): bao gồm một thiết bị đầu cuối di động (MT) và một thiết bị đầu cuối số liệu (TE) MT và TE có thể được đặt trên hai phần tử vật lý riêng biệt Tuy nhiên, MS cũng có thể là một thiết bị duy nhất thực hiện cả hai chức năng MT và TE.

• Phân hệ trạm gốc (BSS-Base Station Subsystem): bao gồm các trạm BTS và một hoặc nhiều bộ điều khiển trạm gốc BSC Thay đổi chính trên mạng GSM là việc bổ sung khối điều khiển gói (PCU) vào mỗi BSC để điều khiển các kênh số liệu gói, tách biệt dữ liệu chuyển mạch kênh với dữ liệu chuyển mạch gói Dữ liệu chuyển mạch kênh được gửi qua giao diện A tới trung tâm chuyển mạch di động MSC trong khi dữ liệu chuyển mạch gói được gửi đến SGSN trên mạng đường trục GPRS BSC của GSM cũng được bổ sung chức năng mới cho việc quản lý di động và tìm gọi GPRS Bằng cách này cả GPRS và GSM có thể sử dụng chung các tài nguyên trên giao diện vô tuyến

• HLR của GSM cũng được nâng cấp để chứa các thông tin về thuê bao và các thông tin định tuyến GPRS.

• Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ (SGSN): nhiệm vụ chính của SGSN là truyền các gói tin IP đi và đến tất cả các MS trong vùng phục vụ của nó Các gói tin gửi cho MS sẽ được định tuyến tới BSS SGSN sẽ thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng đường trục IP và giao thức tại BSS/MS Một SGSN thực thi hầu hết các chức năng trong GPRS, giống như MSC trong hệ thống GSM Nghĩa là nó phải điều khiển việc nhận thực, mã hoá, kiểm tra số IMEI, quản lý di động, quản lý phiên làm việc và đưa ra các thông tin về cước sử dụng tài nguyên vô tuyến đối với mỗi MS Các thuê bao GPRS có thể được phục vụ bởi bất kỳ SGSN nào tuỳ theo vị trí hiện thời của chúng Ngoài ra, SGSN còn thực hiện các chức năng của bộ ghi định vị tạm trú (VLR)

• Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): hoạt động như một cổng kết nối mạng GPRS với với các mạng số liệu bên ngoài (PDN), điển hình là các mạng dựa trên giao thức IP GGSN có nhiệm vụ định tuyến các gói tin đến đúng SGSN hiện thời đang phục vụ MS, chuyển đổi giao thức giữa PDN và mạng đường trục GPRS Nó cũng lưu địa chỉ IP của tất cả MS hiện đang kết nối với PDN Nếu nhìn từ mạng ngoài, mạng GPRS giống một mạng con IP (IP subnet) thông thường, trong đó GGSN hoạt động như một bộ định tuyến cho toàn bộ địa chỉ IP của tất cả các thuê bao được phục vụ bởi mạng GGSN cũng thực hiện việc quản lý phiên làm việc và đưa ra các thông tin về cước sử dụng tài nguyên mạng số liệu và tài nguyên mạng di động đối với mỗi thuê bao.

• Cổng tính cước (CGw): thu thập các dữ liệu cước từ mạng GPRS và gửi đến hệ thống in hoá đơn Các thông tin cước được ghi lại bởi SGSN và GGSN.

 Trên giao diện vô tuyến, GPRS có các thủ tục đăng ký, nhận thực, tìm gọi, chuyển giao (lựa chọn lại cell) và các thủ tục truy nhập kênh số liệu gói.

 Trên mạng đường trục, GPRS định nghĩa một giao thức định tuyến mới, hoạt động ở trên lớp IP, đó là giao thức đường hầm (GTP-GPRS Tunneling Protocol) Dữ liệu truyền qua đường hầm GTP sẽ được đóng gói với phần tiêu đề GTP/UDP/IP, cho phép thông tin truyền trên mạng có thể được mã hoá, chống lại hiện tượng nghe lén GTP

chỉ được thiết lập trên mạng đường trục, giữa SGSN và GGSN, có thể trên cùng một mạng hay giữa các mạng GPRS.

II.TRIỂN KHAI MOBILE IP TRÊN GPRS

 Mặc dù GPRS có khả năng hỗ trợ sử dụng nhiều giao thức lớp mạng khác nhau (IP, X.25,…) việc sử dụng giao thức IP lại 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 cách khác không có sự khác biệt nào giữa việc sử dụng mạng Ethernet, WLAN, hay GPRS… khi truy nhập Internet và người dùng có thể di chuyển từ hệ thống này sang hệ thống khác mà vẫn duy trì được các kết nối bên 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.

1) Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP

 Dịch vụ Mobile IP được đưa vào hệ thống GPRS bằng cách tích hợp chức năng FA vào nút GGSN Khi đó, trong trường hợp chuyển vùng, một MS (đã được cấp cố định một địa chỉ 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 3.2 miêu tả cấu trúc điển hình của một mạng GPRS hỗ trợ dịch vụ Mobile IP Trong đó, một bộ lọc (filter) được sử dụng để chặn các lưu lượng không mong muốn từ Internet

 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 về phần cứng, và được ký hiệu là GGSN/FA hay FA cổng (GFA - Gateway FA) Trên PLMN gốc, cần bổ sung thêm một nút (thường là bộ định tuyến) thực hiện chức năng 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 care-of đồng vị trí từ một máy chủ DHCP trên mạng dịch vụ của PLMN khách Mặc dù địa chỉ đồng vị trí care-of được cấp riêng cho MS, song theo cấu trúc này, MS buộc phải đăng ký với HA thông qua GFA.