24/09/2021

CÔNG NGHỆ MOBILE INTERNET (Phần 1)

1.     Giới thiệu về công nghệ Mobile IP

Từ Internet giờ đây đã thông dụng, quen thuộc với mọi người. Internet kết nối toàn bộ thế giới máy tính. Hàng ngày, có thêm hàng nghin người dùng mới kết nối vào Internet. Các công ty sử dụng Internet để kinh doanh, quảng cáo và thực hiện các dịch vụ thương mại khác. Thời đại ngày nay là thời đại bùng nổ Internet.

Việc hỗ trợ khả năng di động cho các thiết bị Internet trở nên rất quan trọng, do điện toán động (mobile computing) ngày càng phát triển rộng rãi. Số lượng máy tính động dự kiến sẽ tăng lên nhanh chóng. Hơn thế nữa, đã có những sản phẩm về điện thoại Cellular hỗ trợ các dịch vụ IP dựa trên WAP hay GPRS, và số lượng của chúng ngày càng tăng trong thời gian tới. Các thết bị Cellular của thế hệ 3G, 4G, 5G sẽ là các thiết bị chuyển mạch gói, thay vì chuyển mạch kênh như trước đây. Do đó các dịch vụ IP sẽ trở thành một bộ phận tích hợp trên các thiết bị Cellular 3G, 4G hay 5G.

Hiện nay chúng ta phải đương đầu với nhiều vấn đề khiến cho việc “roaming” của các thiết bị Internet gặp nhiều khó khăn. Vấn đề này bắt đầu nảy sinh nếu một người nào đó ngắt thiết bị di động ra khỏi Internet để kết nối đến một nơi khác. Bình thường thì người đó sẽ không thể kết nối nếu không cấu hình lại hệ thống với một địa chỉ IP mới, một mặt nạ mạng chính xác và một bộ định tuyến mặc định mới. Nguyên nhân là do các cơ chế hoạt động định tuyến đang được sử dụng hiện nay. Các địa chỉ IP định nghĩa một kiểu quan hệ về cấu hình mạng giữa các máy tính được liên kết. Các phiên bản gần đây của giao thức Internet ngầm định rằng mỗi trạm chỉ có một điểm liên kết với Internet. Ngoài ra địa chỉ IP của trạm định danh một liên kết đến trạm (chứ không phải là định danh trạm). Nếu một trạm di chuyển mà không thay đổi địa chỉ IP, sẽ không có thông tin nào trong địa chỉ chỉ ra rằng đó là một điểm liên kết Internet mới. Do đó các giao thức Internet đang tồn tại sẽ không có khả năng phân phối các gói tin một cách chính xác. Trên hình 5.1, các gói tin được định tuyến đến trạm với tiền tố mạng con là B sẽ luôn được chuyển đến B. Nếu trạm này chuyển đến một nơi khác nó sẽ không nhận được gói tin này, trong khi đó các gói tin vẫn được chuyển đến mạng B. Các giao thức định tuyến hiện tại yêu cầu phải thay đổi địa chỉ mạng khi một trạm di chuyển đến một vị trí mới.

Một trạm di chuyển và không thay đổi địa chỉ IP.

Tổ chức IETF đã chuẩn hoá một giao thức hỗ trợ các thiết bị Internet di động gọi là Mobile IP (nghĩa là giao thức IP hỗ trợ khả năng di động). Giao thức này cho phép các thiết bị có thể tự cấu hình điểm truy cập Internet của nó. Có 2 phiên bản giao thức Mobile IP là Mobile IPv4 dựa trên IPv4 và Mobile IPv6 dựa trên IPv6, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về hai giao thức này.

2.     Các khái niệm và thuật ngữ cơ bản dùng trong giao thức mạng di động

Địa chỉ gốc (Home Address): là địa chỉ IP được gắn cố định cho MN (Mobile Node – Thiết bị di động) trên mạng gốc.

Địa chỉ tạm (Care of Address): là địa chỉ IP được phân bổ cho MN khi thiết bị này chuyển đến một mạng ngoài. Tiền tố mạng con của địa chỉ IP này là một tiền tố của mạng ngoài. Trong số các địa chỉ tạm và một MN có thể có tại một thời điểm thì chỉ có một địa chỉ được đăng ký với địa chỉ gốc và được coi là địa chỉ tạm cơ bản.

Liên kết di động (Mobility Binding): là sự kết hợp của một bộ ba giá trị: Địa chỉ gốc của MN, địa chỉ tạm và thời gian tồn tại còn lại của kết hợp này.

Thiết bị tương đương: thiết bị ngang hàng với một MN, khi trao đổi thông tin, thiết bị tương đương có thể là một MN hay một thiết bị cố định.

Đóng gói (Encapsulation): là quá trình sát nhập một gói IP gốc vào trong một gói IP khác làm cho các trường tiêu đề của gói IP cũ tạm thời mất đi tác dụng của chúng.

Mạng gốc (HN – Home Network): là mạng mà tiền tố mạng con gốc của trạm di động được định nghĩa. Các cơ chế định tuyến IP chuẩn sẽ chuyển các gói tin, có đích là địa chỉ gốc của MN, đến mạng gốc của nó.

Mạng ngoài (FN – Foreign Network): là bất kỳ mạng nào không phải mạng gốc của trạm di động.

Đại lý di động (Mobility Agent): là một thiết bị (thường là bộ định tuyến) phục vụ cho trạm di động. Đại lý di động có thể là đại lý gốc hoặc đại lý ngoại.

Đại lý gốc (Home Agent): là một thiết bị (thường là bộ đinh tuyến) trên mạng gốc của MN, nơi mà MN đăng ký địa chỉ tạm hiện thời khi thiết bị di chuyển đến một mạng mới, đại lý gốc sẽ nhận các gói tin gửi tới MN trên mạng gốc, đóng gói và chuyển các gói tin đến địa chỉ tạm mà MN đã đăng ký.

Đại lý ngoại (Foreign Agent): là bất kỳ thiết bị nào (thường là bộ định tuyến) trên mạng ngoài, nơi mà MN có được địa chỉ tạm. Nó trợ giúp cho MN nhận các gói tin này được chuyển tới địa chỉ tạm. Khái niệm đại lý ngoại chỉ có trong giao thức Mobile IPv4.

Đăng ký (Home Regitration): là quá trình qua đó MN thông báo cho đại lý gốc về địa chỉ tạm cơ bản hiện thời của nó.

Sự di chuyển (Movement): là sự thay đổi điểm kết nối Internet đến một mạng khác với mạng trước đó. Nếu một trạm di động không được nối vào mạng gốc của nó thì trạm di động được gọi là “rời khỏi mạng gốc” (away from home).

Đường hầm (Tunnel): là quá trình các gói tin từ nguồn được đóng gói một lần nữa và chuyển đến đích trung gian (trong một số trường hợp, đích trung gian cũng chính là đích cuối cùng). Tại đây gói được mở ra và chuyển đến đích cuối cùng.

Địa chỉ gốc và địa chỉ tạm trong LTE.

3.     Các yêu cầu và mục tiêu của mạng di động

Trong các mạng sử dụng giao thức IP hiện nay, địa chỉ IP của các thiết bị phân biệt duy nhất qua điểm mà thiết bị nối với mạng. Chính vì vậy mà một thiết bị phải nối vào chính mạng được quy định bởi địa chỉ IP của nó thì mới có thể nhận được các gói IP. Khi mà một thiết bị thay đổi điểm kết nối của nó vào mạng mà không muốn mất khả năng gửi và nhận dữ liệu thì trước đây có 2 cách giải quyết vấn đề này:

  • Thiết bị thay đổi địa chỉ IP khi thay đổi điểm kết nối với mạng.
  • Các tuyến đặc biệt (bao gồm các thông tin chi tiết về đường đi của gói tin để tới được máy nhận) sẽ được truyền tới các bộ định tuyến trên mạng.

Tuy nhiên cả hai hướng giải quyết đều có những nhược điểm nhất định của nó. Đó là làm thiết bị mất kết nối ở lớp giao vận và các lớp cao hơn. Thứ hai là sẽ gây ra các vấn đề nghiêm trọng khi tiến hành mở rộng mạng và đặc biệt là khi số lượng các thiết bị mạng tăng cao.

Mobile IP chính là giải pháp được đưa ra để khắc phục nhược điểm cho cả hai phương pháp trên.

Các yêu cầu mà Mobile IP phải đáp ứng

  • Các thiết bị di động phải có khả năng liên lạc với tất cả các thiết bị khác khi thay đổi điểm kết nối mà không làm thay đổi địa chỉ IP.
  • Các thiết bị di động đó cũng phải có khả năng liên lạc với các thiết bị thông thường khác (các thiết bị không hiểu Mobile IP).
  • Tất cả các bản tin sử dụng để cập nhật thông tin về vị trí của thiết bị di động cần phải được xác thực nhằm đảm bảo tính an toàn của thông tin.

Mobile IP cho phép các thiết bị di động di chuyển từ một subnet này sang một subnet khác. Do chỉ hoạt động trên lớp mạng mà không bị bất cứ yêu cầu nào lên lớp liên kết dữ liệu (lớp 2 mô hình OSI). Mobile IP hỗ trợ khả năng di chuyển qua môi trường đồng nhất cũng như môi trường không đồng nhất. Nghĩa là Mobile IP tạo điều kiện thuận lợi cho thiết bị di chuyển từ một vùng Ethernet này sang vùng Ethernet khác cũng như hỗ trợ trạm di chuyển từ một vùng Ethernet tới một mạng LAN không dây, và địa chỉ IP của trạm di động vẫn không thay đổi sau khi di chuyển.

Các mục tiêu của Mobile IP

  • Mobile IP có thể được sử dụng trên các link có băng thông nhỏ tỉ lệ lỗi truyền cao hơn các kết nối hữu tuyến truyền thông.
  • Vấn đề tiêu thụ năng lượng của các thiết bị di động là hết sức quan trọng vì vậy trong quá trình xây dựng các thủ tục trong Mobile IP cần giảm thiểu các bản tin trao đổi cũng như kích thước của chúng tới mức tối thiểu.

(còn tiếp)

Chia sẻ: