c. Địa lớp C:
3.4 Tổng quan về Mobile IP:
Giao thức Mobile IP cho phép một thiết bị rời khỏi mạng gốc mà vẫn duy trì mọi kết nối hiện tại cũng như khả năng kết nối đến phần còn lại của Internet. Điều này được thực hiện bằng cách xác định địa chỉ gốc (hay địa chỉ tĩnh) của mỗi thiết bị mà không quan tâm đến điểm truy cập Internet hiện thời của nó. Khi một thiết bị di động ở ngoài mạng gốc, nó sẽ gửi các thông tin về vị trí hiện thời đến đại lý trên mạng gốc, gọi là đại lý gốc (HA – Home Agent). Đại lý gốc sẽ đứng ra nhận các gói tin gửi cho các thiết bị di động, thay đổi một số thông tin và chuyển tiếp những gói tin này đến vị trí hiện thời của thiết bị di động.
Cơ chế này hoàn toàn trong suốt đối với các lớp trên lớp IP như: TCP, UDP, các lớp ứng dụng ….. do đó các phần tử DNS chỉ cần ánh xạ đến địa chỉ gốc của thiết bị di động và không thay đổi cho dù thiết bị di động có thay đổi điểm truy nhập. Thực tế Mobile IP có tác động đến quá trình định tuyến, xong giao thức này hoàn toàn độc lập với các giao thức được định tuyến (RIP)….
Giải pháp Mobile IP đưa ra là tạo ra một loại địa chỉ gọi là địa chỉ tạm (COA – Care of Address). Thiết bị di động luôn được nhận dạng bởi địa chỉ gốc của nó và không quan tâm đến điểm kết nối với Internet. Khi chuyển đến mạng mới, thiết bị di động sẽ có thêm một một địa chỉ tạm, xác định vị trí hiện tại của thiết bị. Thiết bị di động phải gửi địa chỉ tạm này tới một đại lý trên mạng gốc. Đại lý này đồng ý nhận các gói tin gửi đến địa chỉ gốc của thiết bị di động và sử dụng cách đóng gói IP – In – IP để lập kênh cho các gói tin đi đến địa chỉ tạm.
Nếu thiết bị di động chuyển rời nữa, nó sẽ tìm được địa chỉ tạm thứ 2 và thông báo cho đại lý gốc về vị trí mới này. Khi trở về mạng gốc, thiết bị di động phải liên hệ với đại lý gốc để huỷ bỏ việc đăng ký. Ở hình dưới minh hoạ một thiết bị di động chuyển từ mạng A đến mạng B. Trên mạng mới, thiết bị di động được cấp một địa chỉ tạm nới phần tiền tố là mạng B.
Hình 3. 2: Thiết bị di động sang mạng khác và được cấp địa chỉ tạm. 3.4.1 Các thành phần chính của mạng Mobile IP:
Mobile IP bao gồm ba thành phần chính sau đây: Thiết bị di động: Mobile Node (MN).
Đại lý gốc: Home Agent ( HA ). Đại lý ngoại: Foreign Agent (FA).
Hình 3. 3: Các thành phần của Mobile IP và mối quan hệ của chúng.
Trong đó :
Thiết bị di động (MN) là một thiết bị như cell phone, PDAs, (personal digital asisstant) hoặc là máy tính xác tay.
Đại lý gốc (HA) là một thiết bị định tuyến trên mạng chủ, phục vụ như là một điểm neo trong quá trình truyền thông tin của MN.HA tiếp nhận thông tin gửi cho MN và gửi tiếp tới MN thông qua một đường ngầm được thiết lập giữa HA và FA.
Đại lý ngoại (FA) là một thiết bị định tuyến có chức năng như một điểm gắn kết của MN khi nó di chuyển vào mạng ngoài (Foreign Network).
3.4.2 Các đặc tính của Mobile IP:
Mobile IP cung cấp khả năng di động cho các thiết bị IP với các đặc tính sau:
Khả năng mở rộng: Mobile IP có khả năng mở rộng linh hoạt bởi vì chỉ có các thiết bị đầu cuối mới cần hiểu Mobile IP, tất cả các thiết bị trung gian như các bộ định tuyến đều không cần có sự thay đổi.
Hình 3. 4: Tính trong suốt của Mobile IP.
Tính trong suốt: Mobile IP trong suốt với các ứng dụng chạy trên nó vì nó được thực hiện ở lớp mạng, độc lập với lớp vật lý và liên kết dữ liệu.
Tính bảo mật: mobile IP mang tính bảo mật cao bởi vì tất cả các gói tin gửi đi theo hai chiều đều được xác thực.
Tính chuyển động vĩ mô (Macro – mobility): Thay vì cố gắng xử lý việc định vị nhanh chóng như trường hợp của hệ thống Cellular không dây thì Mobile IP tập trung vào vấn đề dịch chuyển trong quá trình dài, chẳng hạn như trong vài giờ.
Cùng hoạt động trong IP: Các máy tính sử dụng Mobile IP có thể tương tác các máy tính để bàn sử dụng phần mềm IP thông thường cũng như với các tính động khác. Hơn nữa, Mobile IP không đòi hỏi phải có việc cấu hình địa chỉ đặc biệt, các địa chỉ gán cho máy tính động không khác gì với các địa chỉ gán cho máy tính cố định.
Có thể Mobile IP được thiết kế cho những di chuyển trong phạm vi lớn chứ không phải những dịch chuyển tốc độ cao, vì công việc quản lý đòi hỏi nhiều thời gian và công đoạn. Sau khi di chuyển, trạm di động phải nhận biết nó đang di chuyển, no phải thông tin với mạng mới để lấy địa chỉ phụ, rồi sau đó liên hệ với một đại lý ở mạng gốc qua Internet để bố trí việc chuyển dữ liệu.
CHƯƠNG 4: HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPv4 4.1 Tổng quan về giao thức Mobile IP:
Phần này sẽ giới thiệu một số khái niệm và hoạt động của giao thức Mobile IPv4. Mobile IPv4 được xây dựng dựa trên giao thức IPv4 để cho phép các nút mạng tiếp tục nhận được các gói tin dù kết nối với Internet ở bất kỳ vị trí nào. Những bổ xung bao gồm các bản tin điều khiển và các thủ tục dành riêng cho giao thức. Các thủ tục cơ bản của giao thức Mobile IPv4 gồm có: quảng cáo trạm, đăng ký, và chuyển tiếp.
4.1.1 Khái niệm địa chỉ care – of:
Khi một trạm di động ra khỏi mạng gốc, Mobile IP sử dụng cơ chế đường hầm (tuneling) để giữ địa chỉ gốc của trạm di động không bị nhầm nhầm giữa mạng gốc và vị trí hiện tại của trạm. Địa chỉ care – of là điểm cuối của đường hầm. Nó có thể là địa chỉ của một đại lý trên mạng ngoài hay cũng có thể là địa chỉ phụ của trạm di động. Tại đây, gói tin được thiết lập lại và được gửi tới trạm di động như khi đang ở mạng gốc.
Giao thức Mobile IPv4 cung cấp hai phương thức để nhận địa chỉ care – of.
o Địa chỉ care – of của đại lý ngoại: Là địa chỉ care – of được cấp bởi đại lý ngoại thông qua bản tin quảng cáo đại lý. Trong trường hợp này, địa chỉ care – of là địa chỉ IP của đại lý ngoại. Khi đó, đại lý ngoại sẽ là điểm cuối của đường hầm. Ngay khi nhận được gói tin gửi tới từ đại lý gốc, đại lý ngoại sẽ tiến hành mở gói để tạo lại gói tin ban đầu rồi chuyển đến trạm di động. Cách nhận địa chỉ care – of như trên có nhiều ưu điểm bởi nó cho phép nhiều trạm di động có thể sử dụng chung một địa chỉ care – of, nhờ đó sẽ tiết kiệm được tài nguyên không gian địa chỉ IPv4 đang ngày càng cạn kiệt.
o Địa chỉ colocated care – of: Là địa chỉ care – of mà trạm di động nhận được thông qua một số phương tiện trên mạng ngoài. Trạm di động có thể nhận được địa chỉ này thông qua giao thức DHCP. Khi sử dụng địa chỉ colocated care – of, trạm di động sẽ hoạt động với tư cách là điểm cuối của đường hầm và phỉa thực hiện việc mở/thiết lập lại gói tin “tunneled” tới trạm. Việc sử
dụng lại địa chỉ colocated care – of có ưu điểm là cho phép trạm di động có thể hoạt động mà không cần tới đại lý ngoại. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hởi phải cấp một địa chỉ IP (từ danh sách các địa chỉ IP mà mạng ngoài được cấp) cho mỗi trạm di động.
4.1.2 Nguyên lý hoạt động của Mobile IPv4:
1. Các đại lý di động ( bao gồm đại lý gốc và đại lý ngoại) thông báo sự hiện diện của chúng qua bản tin quảng cáo đại lý. Trạm di động khi mới đến, có thể gửi một bản tin tìm kiếm đại lý để yêu cầu các đại lý di động, trong mạng mà nó đang kết nối tới, gửi bnả tin quảng cáo đại lý.
2. Trạm di động nhận bản tin quảng cáo đại lý và xác định xem liệu nó đang ở mạng gốc hay trong một mạng ngoài.
3. Khi trạm di động phát hiện ra rằng nó đang ở mạng gốc, trạm di động sẽ hoạt động mà không sử dụng các chức năng di động Nếu trạm di động trở về mạng gốc từ bất kỳ một mạng đang được đăng ký nào đó, trạm di động sẽ huỷ bỏ việc đăng ký với đại lý gốc thông qua thủ tục đăng ký thông thường. 4. Khi trạm di động phát hiện ra rằng nó đã chuyển tới một mạng ngoài, trạm di
động sẽ nhận một địa chỉ care – of trên mạng ngoài. Địa chỉ care – of này có thể là địa chỉ care – of của đại lý ngoại (nhận được từ bản tin quảng cáo đại lý) hay địa chỉ colocated care – of (nhận được thông qua giao thức DHCP). 5. Khi hoạt động ở ngoài mạng gốc, trạm di động sẽ đăng ký địa chỉ care – of
hiện thời với đại lý gốc thông qua việc trao đổi các bản tin yêu cầu và trả lời đăng ký. Tuỳ thuộc vào phương thức liên kết, trạm di động có thể đăng ký trực tiếp với đại lý gốc của nó hoặc thông qua một đại lý ngoại.
6. Các gói tin được gửi tới địa chỉ gốc của trạm di động sẽ được đại lý gốc chặn lại, đóng gói và chuyển đến địa chỉ care – of hiện thời của trạm di động theo cơ chế đường hầm. Tại đây, gói tin được thiết lập lại và được gửi tới trạm di động.
7. Theo hướng ngược lại, các gói tin được gửi đi từ trạm di động sẽ được chuyển tới đích theo các cơ chế định tuyến IP chuẩn, không cần đi qua đại lý gốc.Trong đó trường địa chỉ nguồn của tất cả các gói tin IP gửi đi từ trạm di động sẽ là địa chỉ gốc của trạm.
Hình 4. 1: Mô hình định tuyến gói tin trong IPv4.
Nếu trạm di động đang sử dụng địa chỉ colocated care – of thì trạm di động phỉa được định vị trên tuyến được định danh bởi phần tiền tố mạng của địa chỉ care – of. Nếu không các gói tin hướng tơi địa chỉ care – of này sẽ không thể chuyển được.
Hình 5.3 miêu tả lộ trình các gói tin đi và đến trạm di động khi trạm di động nằm ngoài mạng gốc và đã thực hiện đăng kí với đại lý gốc của nó. Trong ví dụ này, trạm di động sử dụng địa chỉ care – of của đại lý ngoại. Mô hình này còn được gọi là mô hình định tuyến tam giác.
• Gói tin gửi cho trạm di động được chuyển đến mạng gốc theo giao thức IP chuẩn.
• Đại lý gốc nhận gói tin, đóng gói và chuyển tới địa chỉ care – of của trạm di động.
• Gói tin được thiết lập lại và được gửi tới trạm di động. Từ trạm di động các gói tin sẽ được chuyển trực tiếp tới đích theo cơ chế định tuyến IP thông thường. Trên hình vẽ, đại lý ngoại chính là bộ định tuyến mặc định của trạm di động.
4.1.3 Cấu trúc chung của các bản tin sử dụng trong giao thức.
Để thực hiện thủ tục đăng ký, Mobile IP định nghĩa một tập hợp các bản tin điều khiển mới được gửi đi bằng giao thức truyền tải UDP trên cổng 434. Hiện tại, có hai loại bản tin sau đây được định nghĩa là yêu cầu đăng ký và trả lời đăng ký.
Để phát hiện các đại lý, Mobile IP sửa đổi bản tin quảng cáo bộ định tuyến (Router Advertisement) và tìm kiếm bộ định tuyến (Router Solicitation), Được định nghĩa để sử dụng trong cơ chế phát hiện bộ định tuyến ICMP.
Mobile IP cụng định nghĩa một cơ chế mở rộng để cho pháp các thông tin tuỳ chọn có thể được truyền tải trên các bản tin điều khiển hay trên các bản tin phát hiện bộ định tuyến ICMP. Mỗi phần mở rộng này được mã hoá theo cấu trúc Kiểu – Độ dài – Giá trị (TLV: Type – Length – Value) như đã chỉ ra trên hình.
0 7 8 15 16
Type Length Data…
Hình 4. 2: Cấu trúc của mở rộng TLV.
Trong đó, trường kiểu chỉ thị kiểu của mở rộng. Trường độ dài xác định kích thước (tính theo bytes) của phần dữ liệu. Trường này có thể có giá trị lớn hơn hay băng không. Cấu trúc và độ dài trường số liệu được quy định bởi trường kiểu và trường độ dài.
Có hai tập riêng rẽ các số xác định trường kiểu của phần mở rộng sử dụng trong IPv4. Tập thứ nhất bao gồm các mở rộng có thể xuất hiện trong các bản tin điều khiển. Hiện tại, những kiểu sau đây xác định sự xuất hiện phần mở rộng trong các bản tin đăng ký:
32. Nhận thực Mobile – home. 33. Nhận thực Mobile – foreign. 34. Nhận thực foreign – home.
Tập thứ hai bao gồm những phần mở rộng có thể xuất hiện trong các bản tin phát hiện bộ định tuyến ICMP:
0. Đệm 1 byte (không có trường kiểu và trường giá trị). 16. Quảng cáo đại lý di động.
19. Độ dài tiền tố.
Có thể tóm tắt như sau: Mobile IP sử dụng một cơ chế để cung cấp các thông tin định tuyến cần thiết cho đại lý gốc của một trạm di động. Nhờ đó đại lý gốc có thể định hường lưu lượng từ mạng gốc tới địa chỉ care – of hiện thời của trạm di động. Cơ chế được thực hiện bằng việc đại lý ngoại quảng cáo sự có hiện diện của mình, và chuyển tiếp các bản tin đăng ký trao đổi giữa trạm di động và đại lý gốc.
Các bản tin quảng cáo đại lý chính là các bản tin quảng cáo bộ định tuyến ICMP có bổ xung thêm phần mở rộng, còn các bản tin đăng ký được truyền trên các gói tin UDP để tránh những phức tạp của giao thức TCP.
4.2 Phương pháp phát hiện đại lý.
Phát hiện đại lý (Agent Discovery) là phương pháp mà qua đó trạm di động xác định được nó đang kết nối với mạng gốc hay với mạng ngoài, nhờ vậy trạm di động có thể biết được khi nào nó chuyển từ một mạng này đến một mạng khác. Phần này giới thiệu về các phương pháp qua đó trạm di động có thể nhận địa chỉ care – of của đại lý ngoại trên mạng ngoài mà nó đang kết nối đến.
Phần này cũng miêu tả chi tiết các bản tin được sử dụng bởi các trạm và các đại lý di động để phát hiện sự hiện diện của nhau. Việc trao đổi các bản tin này được thực hiện dựa trên giao thức ICMP và cơ chế phát hiện bộ định tuyến thông thường, trong đó có bổ xung thêm một số phần mở rộng. Điều đó có nghĩa là Mobile IPv4 sử dụng phần mở rộng quảng cáo đại lý di động (Mobile Agent Advert. Extension) trong các bản tin phát hiện bộ định tuyến ICMP để làm cơ chế phát hiện đại lý.
4.2.1 Quảng cáo đại lý.
Các đại lý di động sẽ định kỳ gửi các bản tin quảng cáo đại lý để thông báo về các điểm dịch vụ trên mạng. Trạm di động sẽ sử dụng bản tin quảng cáo này để xác định điểm kết nối hiện tại của nó với internet. Bản tin quảng cáo đại lý được hình thành từ:
o Bản tin quảng cáo bộ định tuyến ICMP.
o Phần mở rộng quảng cáo đại lý di động.
o Có thể thêm phần mở rộng “prefix – length” hoặc phần đệm một byte hay cũng có thể là các mở rộng khác được định nghĩa sau này.
0 7 8 15 16 23 24 31
Ver IHL Type of Service Total Length
Identification Flag Fragment Offset
TTL Protocol Header Checksum
Source Address Destination Address
Num Addrs Addr Entry Size Lifetime Router Address(1)
Prefered Value(1) ….
Extensions…
Hình 4. 3: Cấu trúc bản tin quảng cáo đại lý.
Cần lưu ý rằng, bản tin ICMP được đặt trong trường dữ liệu của gói tin IP. Do vậy, các trường như địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, … của bản tin quảng cáo đại lý sẽ được xác định trong phần tiêu đề của gói tin IP.Trường địa chỉ đích có thể là địa chỉ multicast đến toàn bộ hệ thống (224.0.0.1) hoặc địa chỉ broadcast trực tiếp (255.255.255.255) trên toàn bộ hệ thống. Trường hợp bản tin quảng cáo là trả lời