<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

LỜI MỞ ĐẦU

Ý tưởng Mobile IP (Mobile Internet Protocol) được đưa ra vào năm 1995 và được phát triển bởi IETF, hỗ trợ tính di động bằng bộ giao thức TCP/IP. Mobile IP được xây dựng nhằm mục đích cho phép người dùng với thiết bị di động có thể di chuyên từ mạng này sang mạng khác mà vẫn tiếp tục duy trì các dịng thông tin đang diễn ra. Cùng với sự phát triển của công nghệ mạng thông tin 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

Việc tìm hiểu về Mobile IP là thật sự cân thiết, đặc biệt khi xu hướng công nghệ đang tiến đến AlI-IP. Với mục tiêu tìm hiểu và nghiên cứu khả năng truy nhập các dịch vụ Internet trên các thiết bị động, áp dụng cho mạng Viễn thông Lào. Tôi đã chọn đề tài

“NGHIÊN CUU MOBILE IP VA UNG DUNG DE QUAN LÝ

TINH DI DONG TRONG MANG THONG TIN 4G“ CHUONG I: TONG QUAN VE MOBILE IP

1.1 KHÁI NIỆM CO BAN VE MOBILE IP

1.1.1 Dat van đề

Vì nhiều người sử dụng Internet di chuyên từ noi nay đến nơi khác, cần đảm bảo truy nhập tải nguyên mạng và các dịch vụ thuận tiện cho họ khi di chuyên. Nhu cầu về các dịch vụ gói và Internet di động dẫn tới địi hỏi tất yếu phải có một giao thức thống nhất quản lý tính di động của mạng Internet.

Giao thức MIP giúp người dùng với thiết bi di động có thé di chuyển từ mạng này sang mạng khác với những địa chỉ IP

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

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 4G. Mobile IP có rất nhiều mở rộng và phát triển khác nhau như Mobile IPv4, Mobile IPv6, Fast Mobile IP,

<small>MultIPle CoA Mobile IP,...</small>

1.1.2 Cac yêu cầu của giao thức Mobile IP

- Mode di động phải có khả năng giao tiếp với các Node khác

- Node di động phải có khả năng giao tiếp với các Node khơng

<small>hỗ trợ giao thức này.</small>

<small>- Mọi ban tin cập nhật vi tri Node phải được nhận thực tránh</small>

nguy cơ bị tan công từ xa kiểu định hướng lại.

- Giao thức không gây cản trở cho cơ chế gan địa chi IP

- Node di động không thay đổi điểm kết nỗi với mang Interne 1.1.3. Các thành phan cơ bản trong Mobile IP

<small>- Node di động —- MN(Mobile Node</small>

- Home Agent (viết tắt là HA

<small>- Foreign Agent — FA</small>

- Correspondent Node (viết tắt là CN)

<small>1.1.4 Nguyén lý hoạt động của Mobile IP- Phát hiện Agent (Agent discovery)</small>

<small>- Đăng ky (registration)</small>

- Tao đường ham (tunnelling)

1.2 GIAO THUC MOBILE IPV4

<small>1.2.1 Phat hiện Agent</small>

<small>Mobile IP sử dụng các ban tin được định nghĩa dựa trên giao</small>

<small>thức ICMP Router Discovery (Internet Control Message Protocol</small>

Router Discovery) dé thực hiện. Có hai bản tin trong:

<small>a) Bản tin Agent advertisement (bản tin quảng bá trạm</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

b) Cấu trúc bản tin Agent Advertisement

<small>1.2.2 Đăng ky</small>

<small>Một MN thực hiện dang ky:</small>

- Yéu cầu các dịch vụ chuyên tiếp gói tin khi MN dang ở

<small>một mạng ngoài.</small>

- Cho HA của chúng biết CoA hiện tại của chúng. - Lam mới lại một đăng ký sắp hết hạn.

- _ Hoặc hủy đăng ký khi chúng trở về mạng nhà.

Các bản tin đăng ký trao déi thông tin giữa một MN va HA, có thé có thêm FA. Đăng ký dẫn đến việc tạo hoặc sửa một “liên kết

di động” tại HA, đang liên kết home Address của MN với CoA

<small>của MN trong thời gian Lifetime được chỉ định. Thông qua thủ tục</small>

<small>đăng ký cho phép một MN có khả năng:- Kham phá Home Address của nó,</small>

- Duy trì nhiều đăng ký đồng thời,

<small>- Huy đăng ký CoA</small>

Trong MobileIP cung cap 2 kiéu thay thế cho việc nhận được

<small>một địa chỉ:</small>

<small>- Foreign Agent CoA</small>

<small>- CcoA là một dia chi cục bộ của vùng mang ngoài</small>

Các quy tắc:

- _ Nếu một MN đang đăng ký một địa chi FA CoA, MN phải

<small>đăng ký theo FA đang quảng cáo địa chỉ CoA đó.</small>

- Néu một MN đang dùng một địa chỉ CCoA, và nhận một

<small>ban tin Agent Advertisement có bit ‘R’ được bật, từ một</small>

FA trén lién két ma no dang dung dia chi CcoA nay, MN

<small>phai dang ky theo FA nay.</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

- Nếu FA không yêu cầu đăng ký và nếu một MN đang dùng một CcoA, MN phải đăng ký trực tiếp với HA của

- Néu MN đã trở về đến mạng nhà của nó va đang đăng ký với HA của nó, MN phải đăng ký trực tiếp với HA.

1.2.3 Tạo đường hầm

Tạo đường ham có 2 chức năng: đóng gói các gói dit liệu dé tiến đến điểm kết thúc đường ham, và mở gới khi gói được phân phối đến điểm kết thúc. Kiểu đường ham mặc định là IP đóng gói trong IP. CoA chỉ đơn giản là điểm cuối của đường ham, nó có thé là địa chỉ của FA, hoặc là địa chỉ tạm thời được yêu cầu bởi MN.

1.3 CƠ CHE ĐỊNH TUYẾN TRONG MOBILE IP

Cơ chế định tuyến gói tin thực hiện cả trên MN, HA, FA trên

<small>từng Node:</small>

1.3.1 Định tuyến gói tin bởi MN

Khi được kết nối với HA, MN hoạt động khơng có sự hỗ trợ

của các dịch vụ di động. Nghĩa là nó hoạt động giống như một

host hay Router cơ định nào đó. MN có thé dựa vào DHCP dé biết một Router mặc định khi được kết nối đến HA của mình hoặc khi

<small>ra khỏi mạng chủ và dùng địa chỉ CCOA.</small>

1.3.2 Định truyền gói tin bởi HA

HA được yêu cau dé co thé chặn các gói tin trên mạng chủ địa

chỉ gửi đến MN trong khi MN được đắng ký rởi khỏi mạng nhà. Proxy và Gratuitous ASP có thê được sử dụng dé có thé thực hiện

<small>cơng việc này.</small>

HA phải so sánh IP đích của tất cả các gói tin đến có phải là

<small>home Address của Mobile Node nào đó đã đăng ky rời khỏi mạng</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

chủ không. Nếu đúng , HA truyên đường ham gói tin đến COA

<small>hoặc các địa chỉ hiện đã đăng ký.</small>

1.3.3. Dinh tuyến gói tin bởi FA

<small>FA khơng được phép thơng báo sự có mặt của MN hoặc</small>

Router nào đó đến các Router khác trong Routing Domain của nó, cũng như bất kỳ MN khác nảo đó.

FA được yêu cầu định tuyến các gói tin nhận được từ các MN đã đăng ký. Tại mức tối thiểu, nghĩa là FA phải xác nhận IP

<small>header checksum, giảm bớt IP TTL, tính tốn lại IP header</small>

checksum và gửi các gói tin đến một Router mặc định. 1.3.4 Định tuyến tối ưu

Các mở rộng tôi ưu định tuyến cung cấp phương thức cho các Node để bổ sung việc lưu trữ danh sách (binding) của MN và rồi truyền tunnel các gói tin trực tiếp đến COA được chỉ trong danh

sách đó, bỏ qua định tuyến đường dài đến và từ HA của MN.

Bởi vì tối ưu định tuyến ảnh hưởng đến việc định tuyến của các gói IP đến MN, nó có thể được nhận thực sử dụng cùng cơ chế

<small>được dùng trong giao thức Mobile IP cơ bản. Nhận thực này dựa</small>

vao su phối hợp an ninh di động được thiết lập trước giữa người

<small>gửi và người nhận các bản tin đó.</small>

Khi HA của MN chặn gói tin từ mạng chủ và truyền tunnel đến MN, HA có thể suy ra rằng nguồn ban đầu của gói tin khơng có đầu vào binding cache cho MN đích. HA nên gửi bản tin cập nhật binding đến Node nguồn ban đầu, thơng báo nó binding di

<small>động hiện tai cua MN. Cập nhật binding được nhận thực bởi Node</small>

nguồn ban đầu, Node nguồn và HA phải thiết lập một an ninh di

<small>động.</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Tương tự khi một Node nao đó (chang han FA) nhận một gói tin được truyền đường ham, nếu nó có đầu vào binding cache cho MN đích (và vì vậy khơng có đầu vào danh sách tạm trú cho MN nay), Node nhận gói tin truyền tunnel này có thể suy ra rang Node truyền tunnel có đầu vào binding cache hết hạn (out-of- date) cho

<small>MN này. Trong trường hợp này, Node nhận nên gửi một bản tin</small>

cảnh báo binding đến HA của MN, báo nó gửi bản tin cập nhật binding đến Node truyền tunnel gói tin này. HA của MN có thê được nhận biết từ đầu vào binding cache; thường thì địa chỉ HA được biết từ cập nhật binding mà đã thiết lập đầu vào cache nay. Địa chỉ của Node mà đã truyền tunnel gói tin này có thé được

nhận biết từ header của gói tin, bởi vì địa chỉ của Node truyền

<small>tunnel gói tin này là outer source Address của gói tin được đóng</small>

<small>gói. Tuy nhiên không như bản tin cập nhật binding, bản tin cảnh</small>

báo binding khơng cần thiết nhận thực, bởi vì nó khơng tác động trực tiếp định tuyến các gói tin IP đến MN.

1.4 GIAO THỨC MOBILE IPv6

<small>Giao thức Mobile IPv6 là mở rộng hỗ trợ cho di dộng của</small>

<small>giao thức IPv4.</small>

<small>1.4.1 Cac tùy chọn trong Mobile IPv6</small>

<small>Có 4 tùy chon đích được định nghĩa trong Mobile IPv6</small>

- Cập nhật liên kết (Binding Update)

- Su báo nhận liên kết (Binding Acknowledgement) - Yéu cau liên kết (Binding Request)

<small>- Diachi nhà (Home Address)</small>

1.42 Cau trúc dữ liệu

Đặc tả Mobile IPv6 mô tả giao thức theo 3 cau trúc đữ liệu: - __ Bộ nhớ đệm liên kết (Binding Cache — BC)

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<small>Danh sách HA (Home Agent List)</small>

Kién tric Mobile IPv6

<small>MN là một máy chủ được trang bi Mobile IPv6 stack.</small>

CN có thé là một máy chủ IPv6 stack

HA thực hiện đăng ký cho các thiết bị đầu cuối di động.

<small>Khơng có FA trong foreign network ma chỉ có bộ định</small>

tuyên IPv6.

Khối chức năng của Mobile IPv6

<small>a) Chức năng cuả Home Network</small>

b) Di chuyên sang Foreign Network

<small>Chức nang Foreign NetworkRouter IPv6</small>

MN tu cau hinh dia chi CoA

Yéu cau thiét ké gianh cho Mobile IP:

Thông báo cho HA băng việc gửi một tin nhắn bao ham

<small>CoA mới của MN và thông tin chứng thực cua MN. Tin</small>

nhắn này gọi là binding update.

<small>HA duy trì đăng ký của MN, CoA và home addresses bâygiờ cập nhật Binding Cache của nó theo thơng báo của</small>

Yêu cầu thiết kế cho Mobile IP:

* Đường ham

Y Sau khi Binding Update thì HA biết được CoA mới của MN và cho phép đường hầm để các gói dữ liệu trong đuờng ham IPv6-in-IPv6 tới MN.

<small>Home Agent’s work items:</small>

Tối ưu hóa phương án 1

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

- Binding Update: MN tái chế các ý tưởng của binding update và gửi Binding update tới CN kiểm tra nó.

- Cac giao thức trao đổi khóa một lần. Sau khi xác minh thì CN khơng cần gửi Binding Update

1.4.7 Tối ưu hóa phương án 2

- _ Những lợi thé của hình thức nay là tối ưu hóa đường đi:

v Giảm sử dụng mạng, liên kết ít hơn. Điều này có nghĩa là tắc nghẽn ít hơn nhiều trong tất cả các phương pháp định tuyến của internet.

v Giảm tải trên các HA và tiềm năng để hoan thành sự cô lập của MN do mất mát của HA.

<small>vˆ.. Giảm thời gian đi vịng quanh của ứng dụng.</small>

1.5 TÍNH AN TOAN BẢO MAT TRONG MOBILE IP

<small>1.5.1 Giới thiệu</small>

Trong lĩnh vực máy tính di động có nhiều điểm khác với máy tính thơng thường. Trong nhiều trường hợp máy tính di động

thường được kết nối với mạng qua liên kết không dây. Liên kết

không dây này, là liên kết đặc biệt rất dễ bị nghe trộm và bị tấn

công từ bên ngoài và các kiểu truy nhập khác. 1.5.2 Phương pháp bảo vệ chống phat lại

Phương pháp bảo vệ chống phát lại (Replay Protection) dua

<small>trên Timestamp là phương pháp hay được sử dụng. Ngồi ra</small>

những Node này cũng có thể sử dụng phương thức bảo vệ dựa

<small>trên Nonce.</small>

<small>1.53 Phuong pháp bao mật trả lời</small>

Nguyên tác cơ bản của việc sử dung Nonce dé bảo mật tra lời là trong mỗi ban tin gửi tới Node B, Node A kèm theo một con số ngẫu nhiên và Node A kiểm tra xem trong bản tin tiếp sau tới

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Node A, Node B có gửi lại con số tương tự hay không. Cả hai bản tin đều sử dụng một mã số xác nhận dé tránh sự biến đổi do kẻ tan cơng gây ra. Cùng lúc đó Node B có thé gửi Nonce của chính nó trong tất các các bản tin tới Node A (Node A sẽ lặp lại như vậy), do đó Node B có thể xác minh là nó đang nhận bản tin mới.

KÉT LUẬN

Mobile IP được tô chức IETF đưa ra để xử ly tính di động đầu cuối giữa các mạng IP và được thiết kế để cho phép một Node có thé thay đổi điểm kết nối một cách linh hoạt và trong suốt đối với mạng IP. Tuy nhiên, IPv4 đã bộc lộ nhiều hạn chế nhất định và cũng là tiền dé cho sự phát triển của Mobile IPv6.

<small>Phiên bản Mobile IPv4, được xây dựng sử dụng cho các địa</small>

chỉ IPv4. Mỗi node mạng có một địa chỉ IP duy nhất xác định điểm kết nối với mạng.

Mobile IPv6 về cơ bản kế thừa các phần tử cấu trúc va nguyên tắc hoạt động của Mobile IPv4. Tuy nhiên do được tích hợp hoan tồn với giao thức IP nên nó có những cải thiện đáng kê

so với phiên bản truyền thống. Đó là việc sử dụng các tác nhân

ngồi khơng cịn cần thiết nữa. Với khơng gian địa chỉ rộng lớn, node di động (MN) dễ dàng nhận được một địa chỉ CoA đồng VỊIỞ

<small>mạng ngồi thơng qua các tính năng Neighbor Discovery hayAddress Auto Configuration.</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<small>CHUONG II: MOBILE IP TRONG MẠNG DI DONG 4G</small>

2.1 TONG QUAN MẠNG 4G

<small>2.1.1 Giới thiệu</small>

Nhu cầu trao đồi dữ liệu, sử dụng dịch vụ đa phương tiện, nhu cầu giải trí (nghe nhạc, xem phim, chơi game ...) trên thiết bị di động ngày càng tăng khi điều kiện sống tăng. Trước nhu cầu đó,

các chuẩn về hệ thống thông tin di động 3.5G, 4G đã được nghiên cứu và phát trién.

Hệ thống 4G được ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực

của cuộc song, cung cap rat nhiéu dich vu nhu: dich vu cung cap

nội dung tiễn tiễn, dich vụ chăm sóc sức khỏe, dich vu đặt hàng di động, thương mại di động, phòng chống thiên tai... 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 thơng thơng tin diđộng

4G là cần thiết.

2.1.2 Tồn cảnh hệ thống thơng tin di động

a) Thế hệ thứ nhất 1G: Thế hệ thông tin đi động 1G là các hệ thống tương tự, sử dụng kỹ thuật đatruy nhập phân chia theo tần số FDMA, bắt đầu xuất hiện vào đầu thập niên 80va hoạt động

cho đến khi bi thay thé bởi các thế hệ 2.

b) Thế hệ thứ hai 2G: Thế hệ thứ hai 2G xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,sử dụng kỹ thuật phân chia

<small>theo thời gian (TDMA).</small>

c) Thế hệ thứ ba 3G: Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn

<small>IMT-200 (International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ</small>

thống 3G với các ưu điểm chính Hệ thống 3G là:

- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

<small>10</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...

- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền

<small>hình,nghe nhạc,...)</small>

<small>- Truy nhập Internet (duyệt Web, tai tài liệu, ...)</small>

- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích tồn cầu giữa các hệ thống.

Tên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G: UMTS (W-CDMA) và

2.1.3. Hệ thống thông tin di động 4G

Hệ thống di động thế hệ thứ tư (4G) đưa vào sử dụng, khai thác vao khoảng năm 2012. Với sự đột phá về tốc độ va dung lượng, hệ thống di động 4G cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt thường nhật, cơng việc cũng như có sự tác động lớn đến lỗi sống trong tương lai gần.

<small>- _ Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học</small>

- iéu trị trong các tình trạng khan cấp

- Ung dụng trong thảm họa thiên tai

- Dich vụ cung cấp thông tin y tế

- Dich vụ cung cấp nội dung tiên tiến

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<small>- Dich vụ hành chính (quan lý) di động</small>

2.2. SO SÁNH 3G VỚI 4G

2.2.1 Động lực phát triển lên 4G

Các động lực phát triên mạng di động lên 4G bao gồm:

- Nang lực của 3G không đủ dé đáp ứng cho các nhu cầu

<small>Đặc điêm chính | Phân lớn là thoại, di] Hội tụ thoại và dữ liệu</small>

<small>liệu được thêm vào saul qua IP</small>

<small>Kiên trúc mạng Diện rộng dựa trên | Mạng lai tích hợp WLANcell (Wifi, Bluetooth) va cell</small>

<small>dién rong</small>

<small>Tốc độ 384 Kbps đến 2 Mbps | 20 dén 100 Mbps</small>

<small>Cơ sở chun | Gói va kênh Tồn gói</small>

<small>Cơng nghệ truy | W-CDMA, IxRTT, OFDM và MC-CDMAcập GPRS, EDGE (Multi-carrier CDMA)</small>

2.2.2 Các đặc điểm cơ bản của 4G so với 3G

<small>- _ Đa phương tiện di động- Moi lúc mọi nơi</small>

- _ Hỗ trợ tính di động tồn cầu - _ Giải pháp vơ tuyến tích hợp

<small>12</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

- Dich vụ tuỳ biến theo khách hàng

2.2.3 Hỗ trợ lưu lượng IP trong 4G so với 3G

Kiến trúc mạng 4G được xây dựng với mục tiêu chính là cung cấp dịch vụ IP chất lượng cao, khả năng xử lý lưu lượng thoại và các lưu lượng thời gian thực sẽ chỉ là mục tiêu thứ yếu. Việc cung cấp các dịch vụ có chất lượng theo yêu cầu qua mạng vô tuyến là một thử thách lớn đối với các hệ thống 4G.

2.2.4 Hỗ trợ tính di động trong 4G tốt hơn so với 3G

Trong các hệ thống 4G, người dùng sẽ di động trong một vùng có kích thước đáng kề và giao tiếp thơng qua các thiết bị đầu cuối vơ tuyến. Người dùng phải có khả năng liên lạc băng một số nhận dạng duy nhất. Mạng 4G sẽ phải có một phương tiện để nhận

dạng người dùng và cho phép người dùng điều khiến số nhận dạng và thực hiện ánh xạ một cách hiệu quả tới một điểm đích

2.2.5 Hỗ trợ nhiều cơng nghệ vô tuyễn khác nhau so với 3G

Trong các hệ thống 4G, nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến

khác nhau được sử dụng. Xu hướng hiện nay là sử dụng phổ tan

trong băng tần không cần cấp phép ISM. Cơng nghệ Bluetooth (mới được IEEE chuẩn hóa thành tiêu chuẩn 802.15.1) được dùng như là công nghệ cho mạng vô tuyến cá nhân WPAN. Tiêu chuẩn IEEE 802.1 Ib được dùng cho mang nội hạt vô tuyến WLAN cũng ở dai tan này.

Một số công nghệ vô tuyến có thé sử dụng trong mạng 4G là: cơng nghệ ghép kênh theo tần số trực giao OFDM, công nghệ

<small>OFDM băng rộng, công nghệ Flash OFDM, công nghệ siêu băng</small>

rộng UWB, công nghệ truy nhập Internet tốc độ cao iBurst, công nghệ vô tuyến xác định bằng phần mềm SDR.

<small>13</small>

</div>