MỞ ĐẦU Mục tiêu của các mạng di động thế hệ tiếp theo là khả năng cung cấp cho ngƣời sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia ở mọi lúc, mọi nơi. Mạng di động 4G hứa hẹn là mạng di động đón đầu đƣợc những yêu cầu của ngƣời sử dụng. Mạng thông tin di động thế hệ sau với công nghệ IP là bƣớc phát triển đột phá từ mạng di động thế hệ 3G lên 4G. Điều này đặt ra cho các nhà nghiên cứu cần tìm ra và hoàn thiện hạ tầng IP trong môi trƣờng truyền dẫn không dây để tích hợp cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ băng hẹp và băng rộng, nhu cầu di chuyển kết nối liên tục tới ngƣời dùng.
Mobile IP hỗ trợ khả năng di động cho các đầu cuối trong khi vẫn sử dụng các dịch vụ nhƣ ở mạng IP cố định, do đó tích hợp Mobile IP vào mạng di động để có thể giải quyết vấn đề quản lý thuê bao di động mà vẫn đảm bảo đƣợc chất lƣợng dịch vụ là vấn đề cần đƣợc nghiên cứu. Khi thuê bao di động thực hiện các dịch vụ băng rộng multimedia vấn đề mất an toàn thông tin cần đƣợc quan tâm, thông qua các cơ chế xác thực, mã khóa để đảm bảo cho ngƣời dùng là vấn đề cấp thiết cần phải thực hiện. Luận văn bƣớc đầu tìm hiểu về giao thức Mobile IP và mạng di động 4G, cơ chế xác thực trong Mobile IP, tổ chức của luận văn gồm 3 chƣơng cấu trúc nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về Mobile IP, cho một cái nhìn tổng thể về giao thức, các phiên bản Mobile Ipv4, Mobile Ipv6, về thuật toán chọn đƣờng trong giao thức Mobile IP, qua đó đánh giá ƣu điểm, nhƣợc điểm của giao thức. Chƣơng 2: Tổng quan về 4G, khái quát về mạng di động 4G, các thế hệ thông tin di động từ 1G - 3G.
Các đặc điểm cơ bản của 4G và các mô hình khuyến nghị. Chƣơng 3: An toàn và bảo mật trong Mobile IP & 4G, cho biết vai trò của Mobile IP trong 4G, các cơ chế xác thực, đảm bảo an toàn cho Mobile IP. Cuối cùng tổng kết lại những kết quả đã đạt đƣợc của luận văn. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 1.1 Khái niệm cơ bản Mobile Ip là một giao thức của IETF giúp ngƣời dùng với thiết bị di động có thể di chuyển từ mạng này sang mạng khác với những địa chỉ IP subnet khác nhau mà vẫn duy trì đƣợc kết nối đang diễn ra.
Mobile Ip trở thành giao thức không thể thiếu trong thế giới di động, trong công nghệ tƣơng lai (công nghệ 4G). Mobile Ip có rất nhiều mở rộng và phát triển khác nhau nhƣ Mobile Ipv4, Mobile Ipv6, Fast Mobile Ip, Multiple CoA Mobile Ip,… Mobile Ip cho phép các node tiếp tục nhận dữ liệu mà không quan tâm đến vị trí kết nối của node vào mạng Internet. Mobile Ip cung cấp các bản tin điều khiển cho phép các thành phần trong mạng cập nhật các bảng định tuyến một cách tin cậy. Mobile Ip đƣợc triển khai mà không cần có bất cứ một yêu cầu nào với các tầng vật lý và liên kết dữ liệu, vì vậy Mobile Ip độc lập với các công nghệ truy cập không dây [3].
Một số khái niệm cơ bản trong Mobile Ip: - Mobile Node (viết tắt là MN) nút di động: để chỉ một host hoặc một rounter thay đổi điểm kết nối từ mạng này sang mạng khác. - Home Agent (viết tắt là HA), khi MN di chuyển khỏi mạng thƣờng trú (home network) nó cần một đại diện thay mặt, đại diện này là HA, vai trò của HA là tạo đƣờng hầm để chuyển tiếp gói tin đến MN khi nó rời khỏi mạng nhà và lƣu trữ thông tin ví trí hiện tại của MN. - Foreign Agent (viết tắt là FA), khi MN di chuyển khỏi mạng thƣờng trú nó phải có một địa chỉ tạm trú gọi là CoA (Care of Address) là địa chỉ IP có thể đƣợc sử dụng để truyền các gói dữ liệu đến đích tƣơng ứng với địa chỉ này theo những giao thức tìm đƣờng cơ bản của IP. MN thông báo địa chỉ CoA cho HA để biết địa điểm của MN, MN có địa chỉ này từ FA.
- Correspondent Node (viết tắt là CN) là một node trong mạng có nhu cầu truyền thông với MN, CN không phải là một thành phần của Mobile Ip nhƣng đƣợc đƣa vào để mô tả hoạt động của giao thức. Nguyên tắc hoạt động của Mobile Ip - Khi một MN ra khỏi mạng thƣờng trú (home network), làm thế nào để MN biết là nó đã đi ra khỏi mạng cũng nhƣ tìm đại diện mới nếu đã ở mạng khách (foreign network)? HA và FA thƣờng xuyên gửi gói tin quảng bá để thông báo khả năng của mình theo chu kỳ, do đó MN phát hiện ra nó đang ở mạng khác và tiến hành quá trình tìm kiếm đại diện tạm trú của nó. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3 - Sau khi đã nhận đƣợc thông tin về FA, MN có thể bắt đầu liên lạc với FA. MN gửi yêu cầu đăng ký thông tin đến HA (ở đây là địa chỉ CoA, tùy theo phƣơng thức kết nối mạng mà MN gửi đăng ký trực tiếp đến HA hoặc thông qua FA) để đƣợc lƣu thông trong một thời gian, yêu cầu này có thể là cho phép hoặc từ chối.
- Nếu HA cho phép nó sẽ làm việc nhƣ ngƣời đƣợc ủy nhiệm của MN. Khi mạng gốc của MN nhận đƣợc các gói tín hiệu có địa chỉ đến là MN, HA sẽ nhận những gói tin này đóng gọi lại và tiếp tục gửi tới địa chỉ của FA mà MN đã đăng ký. FA sẽ mở các gói tin này và gửi tới MN vì nó biết MN đang ở đó một cách chính xác. HA dùng phƣơng pháp đóng gói để chuyển thông tin cho MN bằng cách dùng thêm phần mào đầu của gói và chuyển theo đƣờng hầm đến MN.
- Quá trình trên sẽ tiếp tục cho đến khi hết hạn đăng ký hoặc MN chuyển đến mạng mới. Khi xảy ra hiện tƣợng hết hạn, MN phải đăng ký lại với HA của nó thông qua FA; khi MN chuyển đến mạng khác, nó gửi yêu cầu đăng ký mới qua FA mới, trong trƣờng hợp này HA sẽ thay đổi địa chỉ nhờ chuyển CoA của MN và sẽ gửi tiếp các gói tin đã đóng gói tới địa chỉ nhờ chuyển CoA. - Khi MN trở về mạng thƣờng trú, nó gửi một yêu cầu đăng ký lại đến HA thông báo nó đã ở mạng nhà để không thực hiện đƣờng hầm và dọn bỏ các địa chỉ nhờ gửi trƣớc. Nhƣ vậy có thể phân chia thành 3 chức năng tƣơng đối cách biệt nhƣ sau: - Phát hiện agent (agent discovery): qua chức năng này các HA và FA có thể quảng bá khả năng của mình trên mỗi liên kết mà nó cung cấp dịch vụ.
MN mới đến một mạng có thể gửi các yêu cầu nhận thông tin để qua đó xác định các agent có khả năng phục vụ. - Đăng ký (registration): chức năng cung cấp cho MN khi hoạt động ở ngoài mạng nhà, MN sẽ đăng ký CoA của nó với HA. Tùy thuộc vào phƣơng thức kết nối mạng ở mạng khách mà MN sẽ gửi trực tiếp đăng ký đến HA hoặc thông qua trung gian chuyển tiếp là FA. - Tạo đƣờng hầm (tunnelling): để chuyển tiếp dữ liệu đến MN khi rời khỏi mạng nhà, HA sẽ tạo một đƣờng hầm và gửi dữ liệu đến CoA của MN.
Nguyên tắc hoạt động của Mobile Ip có vẻ đơn giản nhƣng đây cũng là một giải pháp hiệu quả để đảm bảo sự di động trong thế hệ mạng tƣơng lai, mạng 4G. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của Mobile Ip ta xem xét bản Mobile Ipv4. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Giao thức Mobile Ipv4 Mobile Ipv4 thực hiện đầy đủ các chức năng: phát hiện agent, đăng ký và tạo đƣờng hầm. Các chức năng cụ thể thực hiện nhƣ sau.1 Phát hiện agent Mobile IP sử dụng các bản tin để thực hiện, các bản tin đƣợc định nghĩa dựa trên giao thức tiêu chuẩn ICMP Router Discovery (Internet Control Message Protocol Router Discovery).
Hai bản tin trong Mobile Ip đƣợc hình thành dựa trên 2 bản tin của ICMP có thêm phần mở rộng [3]. - Bản tin agent advertisement (bản tin quảng cáo trạm): đƣợc truyền bởi các trạm phục vụ để quảng cáo các dịch vụ của nó trên một liên kết. MN dùng các bản tin quảng cáo này để xác định điểm kết nối hiện tại của nó vào Internet. Bản tin agent advertisement chính là bản tin ICMP Router Advertisment đƣợc mở rộng thêm phần bắt buộc Mobility Agent Advertisement Extension, có thể có 2 phần tùy chọn phần Prefix-Lengths Extension, và One-byte Padding Extension, hoặc các phần mở rộng khác có thể đƣợc định nghĩa trong tƣơng lai [3].
Cấu trúc bản tin Agent Advertisement đƣợc định nghĩa nhƣ hình vẽ sau: Hình 1.1: Cấu trúc bản tin Agent Advertisement TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 Với phần IP header: Time to Live: luôn đƣợc thiết lập là 1, do bản tin này chỉ có tác dụng trên vùng mạng mà trạm phục vụ quản lý. Destination Address: với 1 bản tin multicast agent advertisement phải là địa chỉ multicast “all systems on this link” (224.1) hoặc địa chỉ broadcast đƣợc giới hạn (255. Phần ICMP: Trƣờng Code: giá trị 0 trạm phục vụ điều khiển lƣu lƣợng thông thƣờng, tức là nó hoạt động nhƣ một router cho các gói IP của MN hoặc của các máy trạm khác; giá trị 16 trạm phục vụ không định tuyến lƣu lƣợng thông thƣờng, tuy nhiên tất cả các FA ít nhất phải hƣớng đến một router mặc định bất kỳ các gói tin nhận đƣợc từ một MN đã đăng ký. Lifetime: độ dài thời gian tối đa mà bản tin agent advertisement này đƣợc xem là còn giá trị khi chƣa nhận đƣợc các bản tin agent advertisement của cùng một trạm sau đó.
Router address: địa chỉ IP của giao tiếp router mà tại đó bản tin này đƣợc gửi. Num addr: số các router address đƣợc quảng cáo trong bản tin này. Đặc biệt trƣờng này có thể đƣợc thiết lập thành 0. Nếu đƣợc gửi định kỳ, khoảng thời gian mà bản tin agent advertisement đƣợc gửi không nên dài quá 1/3 trƣờng Lifetime đƣợc chỉ định.
Điều này cho phép một MN đƣợc bỏ lỡ 3 bản tin agent advertisement liên tiếp trƣớc khi xóa trạm phục vụ từ danh sách các trạm phục vụ hợp lệ của nó. Thời gian truyền thật sự cho mỗi bản tin agent advertisement nên đƣợc tạo ngẫu nhiên ở mức nhỏ để tránh đồng bộ và xung đột với các bản tin agent advertisement khác có thể đƣợc gửi bởi các trạm phục vụ khác.