Chương 2: Một số cơ chế chuyển giao trong Mobile IPv6
2.2 Cơ chế chuyển giao Mobile IPv6 phân cấp (HMIPv6)
Trong giao thức tiêu chuẩn MIPv6 quản lý nội miền và liên miền là tương tự nhau. Thực tế này có thể dẫn đến một số người dùng có thể gặp các vấn đề như mất gói dữ liệu và sử dụng băng thông mạng không hiệu quả. MIPv6 phân cấp HMIPv6 (Hierarchical Mobile IPv6) cải thiện hiệu suất của MIPv6 bằng cách tách quản lý di động vào người dùng nội miền và liên miền. Trong HMIPv6, quyết định liên quan đến quản lý di động nội miền được thực hiện trong mạng hiện tại của người dùng,
do đó ngăn chặn các phản hồi và giảm thiểu số lượng bản tin truyền đi trên mạng lõi.
Trong giao thức tiêu chuẩn MIPv6, khi nút di động (MN) ở xa HA của mình thì độ trễ trong thời gian đăng ký lớn. Do đó, nhiều gói dữ liệu có thể bị mất trong quá trình đăng ký. Trong HMIPv6, khi MN di chuyển trong một mạng con hoặc nội miền, yêu cầu đăng ký được xử lý nội bộ và không truyền đến HA. Điều này làm giảm độ trễ chuyển giao và chi phí quản lý vị trí [21].
HMIPv6 là mở 1 rộng của Moblie IPv6 nhằm giảm số bản tin ở các chuyển giao nội miền và rút ngắn trễ tín hiệu tương ứng. Nhân tố trung tâm trong hoạt động của HMIPv6 là một phần tử đặc biệt gọi là điểm neo đậu di động MAP (Mobility Anchor Point). MAP là một bộ định tuyến thực hiện duy trì liên kết giữa chính nó và MN hiện đang có mặt trong phạm vi quản lý của MAP. MAP có thể được đặt ở bất kỳ cấp độ nào trong hệ thống bộ định tuyến phân cấp, bao gồm cả các bộ định tuyến truy cập AR (Access Router) là các bộ định tuyến cuối cùng giữa mạng và MN, và tập hợp lưu lượng gửi đi của MN. Tuy nhiên, MAP thường được đặt ở biên của một mạng, ở lớp trên của AR, để nhận được các gói tin thay cho các MN đang gắn kết vào mạng đó.
HMIPv6 có những lợi thế như:
- Giảm số lượng đăng ký với HA và CN trên toàn hệ thống.
- Giảm số lượng bản tin truyền qua giao diện không dây vì chỉ có MAP được cập nhật liên kết di động mới mà không phải cập nhật cho HA, CN mỗi khi MN di chuyển trong miền quản lý của MAP.
- Giảm trễ chuyển giao vì thủ tục định tuyến trở lại của MIPv6 chỉ cần khi cập nhật liên kết đăng ký với CN.
- Chỉ cần một cập nhật liên kết tại MAP trước khi tất cả lưu lượng truy cập từ các CN và HA được chuyển hướng tới vị trí mới của MN.
- Dễ dàng triển khai không yêu cầu thay đổi ở HA và các CN.
HA
AR1
MN MN LCoA1
AR2 CN
LCoA2 RCoA
MAP
Hình 2.7. Mô hình miền phân cấp Mobile IPv6
Khi MN đến một miền HMIPv6 lần đầu tiên, nó phải cấu hình 2 địa chỉ tạm:
CoA liên kết (LCoA) và CoA vùng (RCoA). MN nhận được RCoA từ miền MAP (bao gồm các AR quảng bá cho sự hiện diện của MAP). Khi MN di chuyển đến mạng mới, nó nhận được thông tin quảng bá của bộ định tuyến RA (Router Advertisement), thông tin này chứa về một hay nhiều MAP nội vùng, RA sẽ thông báo cho MN về các MAP khả dụng và khoảng cách từ các MAP này đến MN, sau khi chọn một MAP, MN sẽ nhận RCoA từ miền MAP và LCoA từ AR. Sau khi cấu hình địa chỉ LCoA và RCoA, MN gửi thông điệp cập nhật liên kết BU tới MAP để tạo liên kết giữa LCoA và RCoA. Địa chỉ LCoA được sử dụng làm địa chỉ nguồn của thông điệp BU. Khi đó MAP sẽ thực hiện thủ tục kiểm tra trùng địa chỉ đối với RCoA của MN trên liên kết và gửi thông điệp trả lời chấp nhận liên kết tới MN.
MAP sẽ lưu lại liên kết này trong bộ nhớ đệm. Cập nhập liên kết đến HA và CN chỉ cần thiết khi MN đi ra khỏi miền MAP, trong trường hợp này MN sẽ gửi cập nhập liên kết đến HA và CN để liên kết địa chỉ nhà với địa chỉ RCoA mới của MN. Khi cần, MN có thể đăng ký RCoA với các CN của nó.
Về cơ bản, chức năng của MAP là giống như của HA và thực tế là MAP hoạt động như một HA nội miền của MN. Sau khi MN đăng ký thành công với MAP, một đường hầm hai chiều giữa MN và MAP được thiết lập. Tất cả các gói tin từ MN được gửi qua đường hầm tới MAP. Tiêu đề trong chứa LCoA trong trường địa chỉ nguồn và địa chỉ của MAP trong trường hợp địa chỉ đích. Tiêu đề ngoài chứa RCoA trong trường hợp địa chỉ nguồn và địa chỉ của nút trao đổi CN trong trường hợp địa chỉ đích. Tương tự, tất cả các gói tin gửi đến RCoA của MN được chặn lại bởi MAP và tạo đường hầm tới LCoA của MN.
MN AR MAP
RtSolPr
PrRtAdv
Cập nhật liên kết( LCoA, RCoA) Xác nhận liên kết
Cấu hình LCoA và RCoA Phát hiện
trùng địa chỉ RCoA
Hình 2.8: Thủ tục chuyển giao HMIPv6 cho các chuyển giao nội miền.
Khi di chuyển tới một mạng mới, MN cấu hình LCoA mới (nLCoA) và RCoA mới (nRCoA). Nếu MN di chuyển giữa các AR trong cùng 1 miền MAP thì chỉ có LCoA thay đổi và cập nhật tới MAP, đây được gọi là chuyển giao nội miền.
Còn khi MN di chuyển giữa các AR thuộc các miền MAP khác nhau, khi đó LCoA và RCoA đều thay đổi, MN cập nhật với MAP và cả HA, để định tuyến tối ưu MN còn phải cập nhật nRCoA với các CN của nó, thủ tục này gọi là chuyển giao liên miền.
MN HA RtSolPr
PrRtAdv
Xác nhận liên kết
Cập nhật liên kết(RCoA, Home Address)
AR MAP
Phát hiện trùng địa chỉ RCoA Cập nhật liên kết ( LCoA, RCoA)
Xác nhận liên kết
Cấu hình LCoA và RCoA
Hình 2.9: Thủ tục chuyển giao HMIPv6 cho các chuyển giao liên miền.
HMIPv6 chỉ đơn giản là một phần mở rộng MIPv6. MN có thể chọn để sử dụng cơ chế HMIPv6 hay không. Hơn nữa, để tạo ra sự linh hoạt, MN có thể ngừng sử dụng MAP bất cứ lúc nào.
2.2.1 Phần mở rộng trong MIPv6 phân cấp.
Trong HMIPv6, một số phần mở rộng trong các bản tin cập nhật liên kết và thông báo của bộ định tuyến được đề xuất để xử lý các chức năng của MAP đúng cách. Phần mở rộng được mô tả như sau:
- Cập nhật liên kết mở rộng (Binding Update Extension): Một cờ mới được thêm vào, cờ M chỉ ra trạng thái đăng ký MAP. Khi MN đăng ký với MAP, cờ M phải thiết lập để phân biệt việc đăng ký thường trú hay một bản tin cập nhập liên kết được gửi đến CN.
- Thông báo mở rộng của bộ định tuyến (Router Advertisement Extension): định nghĩa một tùy chọn MAP mới. Các trường mới và cờ mới được thêm vào các gói tin phát hiện bộ định tuyến lân cận.
Phần thông báo bộ định tuyến mở rộng quan trọng nhất gồm có:
+ Khoảng cách (Distance): Là một số nguyên 4 bit hiển thị khoảng cách đến nơi nhận. Khoảng cách phải được đặt là 1 nếu MAP là trên cùng một liên kết. Trường hợp này không được hiểu là số bước nhảy, nhưng yêu cầu giá trị này luôn được hiểu một cách nhất quán trong một miền.
+ Độ ưu tiên(Preference): Là một số nguyên 4 bit hiển thị các mức độ ưu tiên của MAP. Độ ưu tiên có giá trị là 15 cho thấy mức độ ưu tiên thấp nhất, nó có thể được sử dụng để thông báo rằng MAP đang quá tải và không thể xử lý lưu lượng truy cập nhiều hơn nữa.
+ Thời gian sống hợp lệ (Valid lifetime): Giá trị này cho thấy tính hợp lệ của địa chỉ MAP và cũng là thời gian mà RCoA được coi là hợp lệ.
2.2.2 MIPv6 phân cấp.
Hai chế độ khác nhau được đề xuất trong HMIPv6 dựa trên việc sử dụng RCoA là: chế độ cơ bản (Basic Mode) và chế độ mở rộng (Extended Mode).
- Chế độ cơ bản: MN có hai địa chỉ, một là địa chỉ khu vực (RCoA) dựa trên địa chỉ MAP và địa chỉ còn lại là địa chỉ liên kết LCoA dựa trên địa chỉ AR hiện tại. Trong chế độ này, MAP hoạt động như HA nội miền và thực hiện liên kết RCoA với LCoA của MN. MAP ngăn chặn tất cả các gói tin đến RCoA và chuyển chúng qua đường hầm đến LCoA tương ứng.
- Chế độ mở rộng: MN đôi khi không thể có được một RCoA riêng vì vấn đề mở rộng hay chính sách của mạng. Trong chế độ mở rộng, MN có cùng RCoA. MAP giữ một bảng liên kết LCoA hiện tại với địa chỉ nhà của MN.
Khi MAP nhận được các gói tin đến MN, MAP tự đóng và mở hầm cho các gói tin tới LCoA của MN.
2.2.3 Lựa chọn điểm gắn kết di động trong HMIPv6.
Trong HMIPv6, một số MAP có thể được đặt trong hệ thống phân cấp và miền chồng lấn của MAP. MN nên đăng ký với tất cả các MAP mà nó nhận được thông tin và lựa chọn một trong số đó để giao tiếp với HA và CN. Hơn nữa, MN không nên giải phóng các liên kết cũ cho đến khi nó không còn nhận được các tùy chọn MAP hoặc thời gian sống tương ứng bị hết hạn. Cách tiếp cận này sẽ hữu ích
trong trường hợp bộ định tuyến bị hỏng, giảm thời gian MN phải thông báo địa chỉ mới của nó với CN và HA.
Trong trường hợp, MN nhận được thông tin từ các MAP khác, MN nên chọn MAP xa nhất (nhờ trường khoảng cách trong bản tin thông báo của bộ định tuyến) để giảm xác suất rời khỏi miền MAP. Nếu mức độ ưu tiên của MAP trong bản tin thông báo của bộ định tuyến là 15 thì MAP không khả dụng hoặc đang quá tải, MN nên chọn MAP tiếp theo nhờ vào trường khoảng cách trong thông báo của bộ định tuyến.
2.2.4 Đánh giá MIPv6 phân cấp.
HMIPv6 có thể được đánh giá về hiệu suất định tuyến, tức là liệu các gói tin có được đi qua các tuyến đường tối ưu khi mà độ trễ là mối quan tâm, làm thế nào để tốc độ chuyển giao nhanh hơn và các vấn đề QoS, khả năng của một phần tử mạng (ví dụ như một ứng dụng, một máy chủ hoặc một bộ định tuyến) để cung cấp một số mức độ đảm bảo rằng các yêu cầu dịch vụ có thể được thỏa mãn.
Khi quan tâm đến hiệu suất định tuyến, HMIPv6 không được tốt như MIPv6.
Lý do chính là các gói dữ liệu đến từ các mạng bên ngoài thông qua các hệ thống phân cấp MAP. Có nghĩa là, mọi gói tin đến MN đều đi qua MAP. Nếu miền MAP là rất nhỏ thì không có vấn đề. Tuy nhiên, trong các mạng công cộng quy mô lớn, cơ chế định tuyến gián tiếp này của HMIPv6 có thể tạo ra tắc nghẽn mạng và làm giảm QoS. Vì vậy, ở HMIPv6, định tuyến tối ưu tạo con đường thẳng từ CN đến MN có thể không được sử dụng để có được hiệu quả tốt trong quá trình chuyển giao. Mặt khác, trong MIPv6 các gói dữ liệu có thể được trao đổi trực tiếp giữa MN và CN sau các cơ chế đăng ký.
Đối với tốc độ chuyển giao, cơ chế HMIPv6 giảm độ trễ chuyển giao bằng cách sử dụng nội miền và liên miền khác nhau. Khi di chuyển nội miền, độ trễ chuyển giao trong HMIPv6 là ít hơn so với MIPv6, bởi vì tất cả các báo hiệu yêu cầu được thực hiện tại nội miền ở HMIPv6. Trong trường hợp liên miền, việc độ trễ trong chuyển giao là tương tự như của MIPv6, bởi vì trong trường hợp này HMIPv6 xử lý chính xác như MIPv6. Như vậy, HMIPv6 làm giảm số lượng bản tin thông
qua mạng xương sống, điều này có nghĩa là có nhiều băng thông hơn cho các mục đích khác. Kết quả là, việc thực hiện chuyển giao trong HMIPv6 là tốt hơn so với của MIPv6.
Khi xem xét đến các vấn đề QoS, trong chuyển giao nội miền, chỉ có đường truyền từ MAP tới MN thay đổi. Điều này là rất quan trọng khi vấn đề QoS dựa vào việc đặt trước tài nguyên cho con đường giữa MN và CN được sử dụng. Nếu chỉ có phần cuối con đường thay đổi, nó chỉ cần đặt trước tài nguyên cho phần này, phần còn lại của con đường không thay đổi. Do đó, quá trình thiết lập một con đường mới với nguồn tài nguyên dành riêng ở HMIPv6 là nhanh hơn so với MIPv6. Hơn nữa, thực tế là tất cả các thông tin liên lạc trong miền MAP dọc theo MAP có thể là một nút cổ chai. Trong HMIPv6, MAP xa nhất trong hệ thống phân cấp được chọn để giảm xác suất MN rời khỏi miền MAP. Điều này có nghĩa rằng MAP được chọn có thể có rất nhiều MN bên trong miền hoạt động của nó. Để giải quyết vấn đề này, trường Preference trong bản tin thông báo của bộ định tuyến đã phát huy tác dụng, nếu Preference có giá trị là 15 có nghĩa là MAP có thể bị quá tải và không nên được sử dụng. Ngoài ra, cũng có nhiều giải pháp khác đã được đề xuất. Một điểm quan trọng khác đó là nếu MN ở bên trong khu vực chồng lấn của nhiều MAP, nó có thể sử dụng các MAP khác nhau để giao tiếp với các CN khác nhau, như vậy có thể giải quyết vấn đề nút cổ chai.