Tiểu luận Thông tin di động - Mobile IP

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM BỘ MÔN THÔNG TIN DI ĐỘNG GVHD : THẦY VŨ VĂN TẤN SVTH : TRẦN NGUYỄN MINH TOÀN NGUYỄN THỊ CÁT CHI NGUYỄN PHAN MINH Thành phố Hồ Chí Minh (12/2010) CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 2 THÔNG TIN DI ĐỘNG MOBILE IP 1. Giới thiệu Mobile IP ............................................................................................... 3 1.1 Các khái niệm ........................................................................................... 3 1.2 Các chuẩn và đặc trưng ........................................................................... 4 1.3 Các phiên bản ........................................................................................... 4 2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................. 5 2.1 Agent Discovery ........................................................................................ 5 2.2 Registration ............................................................................................... 6 2.3 Data Transfer ............................................................................................ 8 2.3.1 Encapsulation & Optimization ....................................................... 8 2.3.2 Routing .......................................................................................... 9 2.3.3 Tunneling ...................................................................................... 10 3. Hướng phát triển ................................................................................................... 11 3.1 GPRS ....................................................................................................... 11 3.2 Fourth Generation (4G) ............................................................................ 13 4 Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 13 CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 3 1. Giới thiệu Mobile IP : 1.1 Các khái niệm : * Giao thức IP (Internet Protocol) : giao thức liên mạng, hướng dữ liệu được sử dụng bởi các máy chủ nguồn và đích để truyền dữ liệu trong một liên mạng chuyển mạch gói. Dữ liệu trong một liên mạng IP được gửi theo các khối gọi là các gói (packet hoặc datagram). Giao thức IP cung cấp một dịch vụ gửi dữ liệu không đảm bảo, nghĩa là gói dữ liệu có thể đến nơi mà không còn nguyên vẹn và không theo thứ tự. Trên Internet thì địa chỉ IP của mỗi người là duy nhất và nó sẽ đại diện cho chính người đó. * Mobile IP : là một giao thức của IETF giúp người dùng với thiết bị di động của mình có thể di chuyển từ mạng này sang mạng kia mà vẫn duy trì được liên lạc đang diễn ra, đồng thời không thay đổi địa chỉ IP cố định của nó. IP đã trở thành giao thức không thể thiếu trong thế giới di động và trong công nghệ tương lai (4G). Mobile IP cho phép thiết bị di động có 2 địa chỉ : địa chỉ nhà (cố định vĩnh viễn) và địa chỉ care-of (thay đổi khi thiết bị di chuyển sang mạng khác). Các khái niệm dùng trong Mobile IP :  Mobile Node (MN) : trạm di động được gán cố định một địa chỉ IP từ HA.  Home Agent (HA) : đại diện thường trú của MN, và có thể thông tin với MN theo trực tuyến không phụ thuộc vào vị trí hiện hữu của MN.  Forign Agent (FA) : đại diện tạm trú. Khi MN ra khỏi nơi thường trú, nó phải có một địa chỉ tạm trú và thông báo địa chỉ này cho HA để biết địa chỉ hiện hữu của MN.  Care-of Address (CoA) : Địa chỉ tạm do FA cấp khi MN di chuyển sang mạng khác.  Correspondent Node (CN) : trạm mong muốn gửi dữ liệu đến MN.  Registration Request (RRQ) : Yêu cầu đăng ký được MN gửi đến FA và HA CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 4 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. - 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. CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 5 2. Nguyên lý hoạt động : Làm thế nào MN biết nó đang ở đâu ? Làm thế nào MN thông báo cho HA biết vị trí hiện tại của nó ? Làm thế nào MN nhận dữ liệu từ HA ? 2.1 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 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). CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 6 - 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. 2.1 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 : CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 7 - 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. * RRQ Reply : - CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 8 - HA kiểm tra tính đúng đắn của RRQ và tính xác thực của MN thông qua từ khóa riêng (message diggest). Nếu sai, HA gửi phản hồi cho MN thông qua FA. Ngược lại, HA sẽ tạo một bảng liên kết giúp sơ đồ hóa địa chỉ nhà và địa chỉ care- of của MN. 2.3 Data Transfer : Sau khi đăng ký thành công, các gói tin gửi đến MN trên mạng gốc sẽ được HA đóng gói và chuyển tiếp (tunnel) tới CoA hiện thời của MN. Ba phương thức đóng gói có thể sử dụng đó là: IP-in-IP, MHE và GRE. 2.3.1 Đóng gói và tối ưu hóa (Encapsulation & Optimization) :  Mobility Binding Table o Maintained on HA of MN o Maps MN’s home address with its current COA  Visitor List o Maintained on FA serving an MN o Maps MN’s home address to its MAC address and HA address CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 9 Dữ liệu gửi đến MN (gồm data và địa chỉ IP nhà của MN) được đóng lại thành một gói mới bao gồm data gốc và 2 header (outer và inner). Các gói dữ liệu này có thể được nén lại để giảm dung lượng và tăng tốc độ truyền tải. Các gói này sau đó được HA gửi đến FA. Tại đây FA sẽ bỏ đi outer header rồi gửi cho MN. Cuối cùng gói dữ liệu khi đến MN sẽ được lược bỏ inner header, chỉ còn lại data gốc ban đầu. 2.3.2 Định tuyến (Routing) : - Các gói tin gửi đi từ MN được chuyển trực tiếp tới nơi gửi (CN - Correspondent Node). Tuy nhiên, các gói tin gửi cho MN luôn được định tuyến qua HA. Vấn đề này được gọi là định tuyến tam giác. - Việc tối ưu hoá đường đi được thực hiện trên giao thức IPv4: mỗi CN sẽ duy trì một kho chứa liên kết, chứa địa chỉ care-of của các MN. Khi đó các gói tin sẽ được “chuyển tiếp” trực tiếp từ CN đến địa chỉ care-of hiện thời của MN. CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 10 2.3.3 Chuyển tiếp (Tunneling) : - Sau khi định tuyến, HA sẽ sẽ tạo nên 2 đường thông tin nối giữa HA với FA và giữa FA với MN (hay HA với MN). - Khi CN gửi dữ liệu cho MN, nó sẽ được đưa đến HA. Dữ liệu sẽ được đóng gói với header là địa chỉ của HA và FA. Khi đưa đến FA, dữ liệu được gỡ bỏ header địa chỉ HA rồi chuyển tiếp đến MN. Tại MN các header sẽ được gỡ bỏ chỉ còn dữ liệu nguyên vẹn ban đầu. - Một khi MN gửi thông điệp đăng ký mới (tức khi MN chuyển vùng), định tuyến cũ sẽ bị vô hiệu. Còn trong trường hợp MN đang ở nhà thì bảng liên kết và việc chuyển vùng không còn cần thiết. - Dữ liệu mà CN gửi đến MN sẽ được chuyển tiếp qua HA, ngược lại dữ liệu từ MN sẽ được chuyển trực tiếp cho CN. CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 11 3. Hướng phát triển : 3.1 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, việc xây dựng các mạng trên cơ sở IP giúp các ứng dụng được viết cho mạng 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. CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 12 - 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. - Hai bước cần phải thực hiện để phát triển hệ thống GPRS theo hướng hỗ trợ Mobile IP : Trong bước đầu tiên chỉ cần thực hiện một số thay đổi nhỏ là có thể cho phép người dùng di chuyển giữa các mạng GPRS hỗ trợ Mobile IP. Bước tiếp theo là tối ưu hoá đường đi, giúp cho việc trao đổi thông tin hiệu quả hơn. CNDVK1 - Nhóm 11 Mobile IP Trang 13 3.2 Fourth Generation (4G) : - Từ sau sự ra đời của MIPv4, có rất nhiều nghiên cứu nhằm giảm thời gian từ lúc dị chuyển đến lúc HA nhận được thông tin CoA của MN (delay). Cùng với sự ra đời của IPv6, MIPv6 cũng đã được đề nghị. Hiện tại Mobile IP vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện. Mobile IP hứa hẹn là một giải pháp cho chuyển giao mạng trong thế hệ mạng thứ 4 (heterogeneous networks). 4. Tài liệu tham khảo : http:// ietf.org Mobile Networking Technology – Cisco Systems. 2002