Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tìm hiểu về mạng IP di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-------------------

HOÀNG TÙNG

TÌM HIỂU VỀ MẠNG IP DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Cơ sở toán cho tin học

Mã số: 60.46.35

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-------------------

HOÀNG TÙNG

TÌM HIỂU VỀ MẠNG IP DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Cơ sở toán cho tin học

Mã số: 60.46.35

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ TRỌNG VĨNH

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của bản thân. Các

số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng

được công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây.

Học viên

Hoàng Tùng

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Trọng Vĩnh, giảng viên

khoa Toán - Cơ - Tin học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã hướng dẫn em

thực hiện luận văn này.

Em xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa Toán - Cơ - Tin học, Trường Đại học

Khoa học Tự nhiên đã truyền đạt cho em không chỉ các kiến thức về khoa học học

tập mà còn cả kiến thức về cuộc sống.

Em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong suốt thời

gian học tập và hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày… tháng năm 2014.

Hoàng Tùng

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1: Tổng quan về Mobile IP. ........................................................................... 1

1.1. Ý tưởng phát triển Mobile IP............................................................................. 1

1.2. Một số thuật ngữ được sử dụng. ........................................................................ 2

1.3. Các nhiệm vụ của Mobile IP. ............................................................................ 3

1.3.1 Xác định vị trí. ............................................................................................ 3

1.3.2 Phát hiện di chuyển. .................................................................................... 9

1.3.3 Tạo đường hầm. .......................................................................................... 9

1.4. Mobile IPv4. .................................................................................................... 13

1.5. Mobile IPv6. .................................................................................................... 16

1.6. Điểm khác nhau giữa Mobile IPv4 và Mobile IPv6. ....................................... 17

Chương 2: Một số cơ chế chuyển giao trong Mobile IPv6. ..................................... 20

2.1 Chuyển giao nhanh trong MIPv6. ................................................................... 20

2.1.1 Dự đoán chuyển giao nhanh. .................................................................... 20

2.1.2 Dự đoán các loại chuyển giao nhanh ........................................................ 22

2.1.3 Đường hầm chuyển giao nhanh. ............................................................... 27

2.1.4 Đánh giá chuyển giao nhanh. .................................................................... 28

2.2 Cơ chế chuyển giao Mobile IPv6 phân cấp (HMIPv6). .................................. 28

2.2.1 Phần mở rộng trong MIPv6 phân cấp. ...................................................... 32

2.2.2 MIPv6 phân cấp. ....................................................................................... 33

2.2.3 Lựa chọn điểm gắn kết di động trong HMIPv6. ....................................... 33

2.2.4 Đánh giá MIPv6 phân cấp. ....................................................................... 34

2.3 Cơ chế liên kết đồng thời cho Mobile IPv6. .................................................... 35

2.3.1 Hoạt động của cơ chế liên kết đồng thời. ................................................. 36

2.3.2 Đánh giá cơ chế liên kết đồng thời cho MIPv6. ....................................... 37

2.4 Cơ chế chuyển giao kết hợp. ........................................................................... 38

2.4.1 Hoạt động chuyển giao kết hợp. ............................................................... 38

2.4.2 Đánh giá cơ chế chuyển giao kết hợp. ...................................................... 41

Chương 3: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. ................... Error! Bookmark not defined.

3.1 Giới thiệu về bộ mô phỏng NS2. ......................................................................... 43

3.2 Mô phỏng các giao thức Mobile IP bằng ns2 . .................................................... 44

KẾT LUẬN .................................................................................................................. 53

Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 55

PHỤ LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt STT Kí hiệu

ACKnowledgments Tin báo nhận 1 ACK

Access Point Điểm truy cập 2 AP

Access Router Bộ định tuyến truy cập 3 AR

Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ 4 ARP

Binding Acknowledgement Báo xác nhận liên kết 5 BA

Back Acknowledgement Xác nhận trở lại 6 BAck

Binding Update Cập nhật liên kết 7 BU

Colocated Care-of-Address Địa chỉ tạm của MN 8 CCoA

Correspondent Node Nút giao dịch 9 CN

Care of Address Địa chỉ tạm 10 CoA

Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình địa chỉ động 11 DHCP Protocol

Differentiated Service Dịch vụ phân biệt 12 DiffServ

Denial of Service Từ chối dịch vụ 13 DOS

Foreign Agent Tác tử ngoài 14 FA

Fast Binding Báo xác nhận liên kết nhanh 15 FBAck Acknowledgement

Fast Binding Update Cập nhật liên kết nhanh 16 FBU

Foreign agent-based Care- Địa chỉ tạm của FA 17 FCOA of-Address

Fast Handovers for Mobile Cơ chế chuyển giao nhanh 18 FMIPv6 IPv6 trong Mbile IPv6

Foreign Network Mạng ngoài 19 FN

Fast Neighbor Advertisement Thông báo nhanh láng giềng 20 FNA

Gateway Foreign Agent Cổng tác tử ngoài mạng 21 GFA

Generic routing Đóng gói định tuyến chung 22 GRE encapsulation

Home Agent Tác tử nhà 23 HA

Handover Acknowledgement Xác nhận chuyển giao 24 HAck

Handover Initiate Khởi đầu chuyển giao 25 HI

Keyed-hash message Thuật toán xác thực HMAC 26 HMAC authentication code

Keyed-hash message Thuật toán xác thực mạnh HMAC- 27 authentication code with HMAC- MD5 MD5 Message-Digest algorithm 5

Cơ chế chuyển giao phân cấp Hierarchical Mobile IPv6 28 HMIPv6 trong Mbile IPv6

Home Network Mạng nhà 29 HN

Home Address Địa chỉ nhà 30 HoA

Internet Control Message Giao thức tạo thông điệp điều 31 ICMP Protocol khiển truyền của Internet

Institute of Electrical anh Viện kỹ thuật điện và điện tử 32 IEEE Electronics Enginerrs

Internet Engineering Task Lực lượng chuyên trách kỹ 33 IETF Forse thuật kết nối Internet

Integrated Services Dịch vụ tích hợp 34 IntServ

Internet Protocol Giao thức Internet 35 IP

Internet Protocol Security Giao thức bảo mật Internet 36 IPSec

Internet Protocol version4 Giao thức Internet phiên bản 4 37 IPv4

Internet Protocol version6 Giao thức Internet phiên bản 6 38 IPv6

Internet Router Discovery Giao thức IRDP 39 IRDP Protocol

Layer 2 or Data Link Layer Tầng liên kết dữ liệu hoặc tầng 40 L2

2

Layer 3 or Network Layer Tầng mạng hoặc tầng 3 41 L3

Local Area Network Mạng cục bộ 42 LAN

On-Link Care of Address Địa chỉ liên kết tạm thời 43 LCoA

Mobility Anchor Point Điểm neo đậu di động 44 MAP

IP di động Mobile IP 45 MIP

Mobile IPv4 Mobile IPv4 46 MIPv4

Mobile IPv6 Mobile IPv6 47 MIPv6

Nút di động Mobile Node 48 MN

Neighbor Advertisement Thông báo láng giềng 49 NA

new Access Router Bộ định tuyến truy cập mới 50 nAR

New on-link Care of Address Địa chỉ liên kết tạm thời mới 51 nLCoA

New Regional Care of Địa chỉ vùng tạm thời mới 52 nRCoA Address

Giao thức đồng bộ thời gian Network Time Protocol 53 NTP mạng

old Access Router Bộ định tuyến truy cập cũ 54 oAR

Thông báo bộ định tuyến đại Proxy Router Advertisement 55 PrRtAdv diện

Quality of Service Chất lượng dịch vụ 56 QoS

Router Advertisement Quảng bá bộ định tuyến 57 RA

Regional Care of Address Địa chỉ vùng tạm thời 58 RCoA

Tài liệu về chuẩn trên Internet

Request for Comments dựa vào ý kiến góp ý của mọi 59 RFC

người

Generic routing Tài liệu chuẩn đóng gói định RFC 1701 60 encapsulation tuyến chung GRE

Mobile IP Tài liệu chuẩn về IP di động 61 RFC

2002/3220

RFC 2003 Tài liệu chuẩn về đóng gói 62 tunnel encapsulation và RFC đường hầm 2004

Tài liệu chuẩn về ứng dụng IP 63 RFC 2005 Mobile IP applicability di động

Reverse Tunneling for Mobile Tiêu chuẩn về đường hầm 64 RFC 3024 IP ngược trong Mobile IP

Router Solicitation Yêu cầu bộ định tuyến 65 RS

Router Silitation for Proxy Yêu cầu bộ định tuyến đại diện 66 RtSolPr

Security Association Liên kết bảo mật 67 SA

Security Mobile IP Bảo mật Mobile IP 68 Sec MIP

Secure Hash Algorithm 1 Thuật toán SHA1 69 SHA1

Thông số an ninh trong mô hình Security Parameters Index 70 SPI IPSec

Scalable QOS Provisioning Kỹ thuật QoS cung cấp khả 71 SQPS Scheme năng mở rộng

Transmission Control Giao thức điều khiển truyền 72 TCP Protocol

Time to Live Tham số thời gian sống 73 TTL

Giao thức gói dữ liệu người sử User Datagram Protocol 74 UDP dụng

Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức IP 75 VOIP

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc bản tin IRDP và phần mở rộng Mobility. ......................................... 4

Hình 1.2: Giao thức UDP. ............................................................................................... 6

Hình 1.3: Giao thức yêu cầu đăng ký. ............................................................................. 6

Hình 1.4: Giao thức trả lời đăng ký. ............................................................................... 6

Hình 1.5: Giao thức xác thực mở rộng ............................................................................ 8

Hình 1.6: Kỹ thuật tạo đường hầm. ............................................................................... 10

Hình 1.7: Đóng gói IP-in-IP. ......................................................................................... 10

Hình 1.8: Đóng gói tối thiểu. ........................................................................................ 11

Hình 1.9: Đóng gói GRE. .............................................................................................. 12

Hình 1.10: Cách vận hành Mobile IPv4 ........................................................................ 13

Hình 1.11: Bộ nhớ liên kết ............................................................................................ 14

Hình 1.12: Cập nhật liên kết/ cảnh báo liên kết. ........................................................... 15

Hình 1.13: Chuyển giao mịn. ........................................................................................ 15

Hình 1.14: Hoạt động của Mobile IPv6. ....................................................................... 17

Hình 2.1: Các bản tin trong quá trình chuyển giao nhanh. ........................................... 22

Hình 2.2: Dự đoán các loại chuyển giao nhanh. ........................................................... 23

Hình 2.3: Dòng bản tin trong chuyển giao nhanh. ........................................................ 25

Hình 2.4: Dòng bản tin giữa oAR và nAR. ................................................................... 26

Hình 2.5: Dòng bản tin trong thiết lập mobile và dự đoán trạng thái chuyển giao. ...... 26

Hình 2.6: Đường hầm hai hướng mở rộng cho AR thứ ba. .......................................... 28

Hình 2.7. Mô hình miền phân cấp Mobile IPv6 ............................................................ 39

Hình 2.8: Thủ tục chuyển giao HMIPv6 cho các chuyển giao nội miền. ..................... 31

Hình 2.9: Thủ tục chuyển giao HMIPv6 cho các chuyển giao liên miền. .................... 32

Hình 2.10: Chức năng cập nhật liên kết cùng lúc Bicasting. ........................................ 36

Hình 2.11: Chức năng cập nhật liên kết cùng lúc N-casting......................................... 37

Hình 2.12: Dòng bản tin trong quá trình chuyển giao kết hợp. .................................... 48

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Ý nghĩa các trường trong bản tin IRDP. ......................................................... 5

Bảng 1.2: Ý nghĩa các trường trong phần m3ở rộng Mobility. ...................................... 5

Bảng 1.3: Giao thức đăng ký. .......................................................................................... 7

Bảng 1.4: Giao thức xác thực mở rộng ........................................................................... 8

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nhu cầu trao đổi và nắm bắt thông tin là vô cùng quan trọng. Các

hình thức trao đổi thông tin ngày càng đa dạng, phong phú với chất lượng cao vẫn

chưa làm thỏa mãn người sử dụng. Kết nối không dây mọi lúc mọi nơi cần phải hỗ

trợ tính di động, mà khả năng duy trì kết nối trong quá trình di chuyển đã không

được thiết kế từ đầu cho các mạng IP. Vì vậy, việc ra đời của Mobile IP là tất yếu.

Tuy nhiên, Mobile IP hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề phải giải quyết trước khi được

triển khai rộng rãi. Vì thế, tìm hiểu về mạng Mobile IP và các cơ chế chuyển giao

trong Mobile IP là định hướng được chọn làm luận văn này. Luận văn được bố cục

thành 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về Mobile IP. Chương này sẽ giới thiệu ý tưởng phát

triển và một số thuật ngữ hay được sử dụng trong Mobile IP, sau đó sẽ trình bày

chức năng, nhiệm vụ cũng như cách thức hoạt động của Mobile IP với hai phiên bản

Mobile IPv4, Mobile IPv6.

Chương 2: Tìm hiểu các cơ chế chuyển giao mở rộng trong Mobile IPv6.

Chương này tập trung nghiên cứu một số cơ chế chuyển giao trong Mobile IPv6.

Chương 3: Mô phỏng và đánh giá các cơ chế chuyển giao đã trình bày ở

chương 2 bằng công cụ NS2.

Do sự hạn chế về thời gian cũng như sự hiểu biết chưa được đầy đủ, bài luận

văn này khó tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được thầy cô và bạn bè đóng

góp ý kiến.

Chương 1: Tổng quan về Mobile IP.

Trong các mạng IP, mỗi thiết bị đầu cuối (gọi chung là nút) khi gắn kết với

một mạng sẽ được cấp một địa chỉ IP thuộc mạng đó. Địa chỉ IP là địa chỉ được các

nút mạng dùng để nhận biết và liên lạc với nhau trên mạng máy tính sử dụng bộ

giao thức TCP/IP. Như vậy, về nguyên tắc khi một nút di chuyển đến một mạng

mới nó sẽ được gán một địa chỉ mới, đồng nghĩa với việc các kết nối hiện tại sẽ kết

thúc. Vậy làm thế nào để một nút khi di chuyển giữa các mạng khác nhau mà vẫn

duy trì kết nối? IETF (Internet Engineering Task Force) đã phát triển Mobile IP

nhằm giải quyết vấn đề này. Moblie IP cung cấp các cơ chế cho phép nút mạng thay

đổi điểm gắn kết tới Internet khi di chuyển mà vẫn duy trì được các kết nối.

1.1. Ý tưởng phát triển Mobile IP.

Muốn truy cập Internet ta cần sử dụng một địa chỉ IP. Thường người ta muốn

giữ địa chỉ này ở mọi nơi để sử dụng, nhưng thiết kế IP truyền thống không hỗ trợ

tính di động. Vì vậy, khi thay đổi vị trí chúng ta cần địa chỉ IP mới. Như chúng ta

đã biết, hầu hết các lưu lượng truy cập Internet là TCP và thay đổi địa chỉ IP buộc

TCP thiết lập một kết nối mới. Kết quả là các gói tin của phiên làm việc hiện hành

có thể bị mất trong quá trình thay đổi này.

Mặt khác, trong mạng IP, các gói tin được định tuyến dựa trên địa chỉ IP,

tương tự như cách để chuyển một bức thư đến một địa chỉ ghi trên bìa thư. Trên

mạng, đó là việc chuyển một gói IP đến các thiết bị thông qua định tuyến theo địa

chỉ IP được gán trên đó. Vấn đề nảy sinh khi một nút di chuyển ra khỏi mạng hiện

tại (mạng nhà) và lập tức không sử dụng định tuyến IP hiện thời được nữa. Kết quả,

các phiên làm việc hiện tại của nút này sẽ bị chấm dứt.

Mobile IP được thiết kế để giải quyết vấn đề trên. Mobile IP (MIP) là một

chuẩn do nhóm chuyên trách kỹ thuật IETF đề xuất, nó cho phép người dùng giữ

nguyên địa chỉ IP của mình trong quá trình di chuyển. Trong MIP, các thiết bị đầu

cuối là không dây có thể di chuyển và thay đổi điểm kết nối mà không bị mất liên

kết.

1

Trong MIP, một nút di chuyển được gọi là nút di động MN (Mobile Node) và

có 2 địa chỉ IP là: địa chỉ nhà (địa chỉ trên mạng nhà và cố định ngay cả khi nó di

chuyển tới một mạng khác) và địa chỉ tạm CoA (là địa chỉ MN có được khi nó ra

khỏi mạng nhà. Đây là địa chỉ hiện thời của MN trên mạng ngoài). Nhờ vậy MN có

thể tiếp tục duy trì phiên làm việc hiện tại.

1.2. Một số thuật ngữ được sử dụng.

- Nút di động MN (Mobile Node): là thiết bị đầu cuối như laptop, điện thoại,

thiết bị trợ giúp cá nhân số,… có thể thay đổi điểm kết nối của nó từ mạng

này sang mạng khác.

- Nút giao dịch CN (Correspondent Node): thiết bị giống như MN, thực hiện

giao dịch truyền thông với MN.

- Mạng nhà (Home Network): là mạng mà MN ban đầu kết nối tới trước khi di

chuyển.

- Địa chỉ nhà (Home Address): là địa chỉ IP được gắn cố định cho MN trên

mạng nhà.

- Tác tử nhà HA (Home Agent): là một thiết bị (thường là bộ đinh tuyến) trên

mạng nhà của MN, nơi mà MN đăng ký địa chỉ tạm hiện thời khi di chuyển

đến một mạng mới, HA sẽ nhận các gói tin gửi tới MN trên mạng nhà, đóng

gói và chuyển các gói tin đến địa chỉ tạm mà MN đã đăng ký.

- Tác tử ngoài FA (Foreign Agent): là một kỳ thiết bị (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 được HA chuyển tới. Khái niệm tác tử ngoài chỉ có

trong giao thức Mobile IPv4.

- Địa chỉ tạm CoA (Care-of Address ): Địa chỉ IP của MN ở mạng ngoài được

gửi tới HA. MN sử dụng địa chỉ này sau quá trình chuyển giao để gửi và

nhận các gói tin. Gồm có hai loại địa chỉ FCoA và CCoA.

+) FCoA (Foreign agent-based CoA): là địa chỉ của MN được cấp bởi

FA sau quá trình đăng ký, nhờ vào địa chỉ FCoA, các gói tin gửi đi và đến

2

MN sẽ được chuyển tới FA, sau đó FA tiếp tục chuyển tiếp các gói tin này

đến đích.

+) CCoA (Colocated CoA): trong quá trình đăng ký chuyển giao, nếu

sau một khoảng thời gian giới hạn MN không nhận được phản hồi từ FA,

MN sẽ sử dụng giao thức Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) để

nhận được một địa chỉ IP mới, địa chỉ này gọi là CCoA.

- Đóng gói (Encapsulation): là quá trình sát nhập một gói tin 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.

- Tạo đường hầm (Tunnel): là đường truyền ảo dùng để truyền các gói tin đã

đóng gói.

- Giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol): là giao thức

dùng để chuyển đổi giữa địa chỉ lớp 3 thành địa chỉ lớp 2. HA sử dụng giao

thức này để cập nhật bảng địa chỉ ARP cho tất cả các máy chủ được kết nối.

- Gắn kết di động (Mobility Binding): là sự kết hợp của một bộ ba giá trị: địa

chỉ nhà của MN, địa chỉ tạm và thời gian tồn tại của sự gắn kết này.

1.3. Các nhiệm vụ của Mobile IP.

Thông thường, Mobile IP có ba nhiệm vụ chính. Nhiệm vụ đầu tiên là xác

định vị trí xem MN đang ở đâu, mạng nhà hay mạng ngoài. Nhiệm vụ thứ hai: phát

hiện di chuyển, MN cũng phải tự nhận biết được nó đang di chuyển từ một vị trí này

sang vị trí khác trong cùng một mạng khác hay là di chuyển từ mạng này sang mạng

khác. Và nhiệm vụ thứ ba là tạo đường hầm truyền dữ liệu giữa HA và MN, MN

phải thông báo cho HA vị trí của nó để HA chuyển tiếp các gói tới địa chỉ này. Việc

tạo đường hầm giúp cho quá trình liên lạc giữa MN và HA được thuận lợi. Cụ thể

các nhiệm vụ này được chi tiết hóa như sau:

1.3.1 Xác định vị trí.

MN chịu trách nhiệm việc xác định xem MN nằm ở đâu, trong mạng nhà hay

ở mạng ngoài. Công việc này được thực hiện thông qua một trong hai quá trình:

3

thông điệp quảng bá trạm (Agent Advertisement) hoặc yêu cầu trạm gửi thông điệp

quảng bá (Agent Solicitation).

Thông thường, FA định kỳ phát bản tin broadcast theo giao thức IRDP

(Internet Router Discovery Protocol) để cho MN biết về FA và những dịch vụ mà

FA cung cấp thông qua quá trình gửi thông điệp quảng bá trạm [1]. Vì vậy, MN biết

mạng mà mình thuộc về. Trong trường hợp, MN không nhận được bản tin này, MN

có thể yêu cầu bằng cách gửi một thông điệp trực tiếp tới FA qua quá trình xin gửi

thông điệp quảng bá. Còn nếu không được phản hồi trong một khoảng thời gian giới

hạn, MN sử dụng giao thức Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) để nhận

được một địa chỉ IP mới. Cả hai quá trình trên tham số TTL (Time to Live) được

cấu hình bằng 1 giống như IRDP. Một địa chỉ đích trong gói IRDP có thể được sử

dụng như một địa chỉ multicast 224.0.0.1, hoặc một địa chỉ broadcast

255.255.255.255. Hình 1.1, bảng 1.1 và bảng 1.2 thể hiện cấu trúc và ý nghĩa các

trường trong bản tin IRDP cùng phần mở rộng hỗ trợ di động.

0 7 8 15 16 23 24 31

Type Code Checksum

#addressses Addr.size Lifetime

Router address 1

Preference level 1

Router address 2

Preference level 1

…

Type Length Sequence number

Registration Lifetime R B H F M G r T Reserved

Zero or more CoAs

…

Hình 1.1: Cấu trúc bản tin IRDP và phần mở rộng Mobility.

4

STT Các trường trong Ý nghĩa

IRDP:

1 Type Type = 9 : gửi thông điệp quảng bá trạm, Type= 10

xin trạm gửi thông điệp quảng bá.

2 Code Code = 0: trạm thông báo là một bộ định tuyến có đủ

chức năng.

3 Checksum Gồm 16-bit sửa lỗi cho bản tin ICMP / IRDP.

4 Num Addrs Số lượng địa chỉ của bộ định tuyến được thông báo

trong bản tin.

5 Addr Entry Size Số bit trong 32-bit thông tin trên mỗi địa chỉ bộ định

tuyến.

6 Lifetime Thời gian tối đa tính bằng giây mà bộ định tuyến có

thể coi các địa chỉ là hợp lệ.

7 Router Address[i] Địa chỉ IP các bộ định tuyến gửi đi (nằm trên bản tin

gửi) bắt đầu từ i=1 đến Num Addr.

8 Preference Level[i] Tùy chọn của từng Router Address[i].

Bảng 1.1: Ý nghĩa các trường trong bản tin IRDP.

STT Phần mở rộng Ý nghĩa

Mobility Extension

1 Type Type= 16: phần mở rộng.

2 Length 6+4*#CoA (6 là số byte trong các trường Sequence

Number, Registration Lifetime, Flags, và các trường

Reserved + thêm 4 byte cho mỗi CoA).

3 Sequence Number Số thứ tự của bản tin thông điệp quảng bá trạm đã

gửi, kể từ khi trạm được khởi tạo.

4 Registration Thời gian tồn tại lâu nhất (trong vài giây) mà yêu cầu

Lifetime đăng ký sẽ được trạm chấp nhận. Nếu là 0xffff = thời

gian vô cùng.

Bảng 1.2: Ý nghĩa các trường trong phần mở rộng Mobility.

5

Sau giai đoạn phát hiện, MN gửi một bản tin yêu cầu đăng ký hoặc xóa đăng

ký CoA mới với HA. Sau đó, một thông báo trả lời đăng ký sẽ được gửi trở lại MN

để xác nhận quá trình đăng ký. HA cập nhật địa chỉ nhà của MN và địa chỉ CoA

mới. Tất cả bản tin đăng ký đều sử dụng giao thức UDP, trong đó cổng đích được

thiết lập là 434. Giao thức yêu cầu đăng ký và trả lời đăng ký được hiển thị trong

hình 1.2, hình 1.3, bảng 1.3. Trong trường hợp MN trở về mạng nhà của mình, MN

vẫn gửi bản tin thông báo để xoá đăng ký cũ với HA (Lifetime được thiết lập là 0).

Source Port Destination Port = 434

Length Check sum

Hình 1.2: Giao thức UDP.

0 7 8 15 16 31 23 24

Type=1 S B D M G r T x Lifetime

Home Address

Home Agent

CoA

Identification

Extensions…

Hình 1.3: Giao thức yêu cầu đăng ký.

0 7 8 15 16 31 23 24

Type=3 Code Lifetime

Home address

Home agent

Identification

Extensions…

Hình 1.4: Giao thức trả lời đăng ký.

6

STT Tên Ý nghĩa

1 Type Type = 1 yêu cầu đăng ký. Type=3 trả lời đăng ký

2 Lifetime Số giây còn lại trước khi đăng ký hết hạn. Nếu = 0: yêu

cầu xoá đăng ký. Nếu = 0xffff: vô cùng. Nếu trường

Code chỉ ra rằng việc đăng ký đã bị từ chối, các nội

dung của trường Lifetime là không xác định và bỏ qua

tiếp nhận.

3 Identification Xác định yêu cầu đăng ký trùng với trả lời đăng ký, và

xác định tính duy nhất của MN.

4 S MN yêu cầu sử dụng liên kết đồng thời. Điều này đòi

hỏi HA sao chép tất cả các gói tin và chuyển đến nhiều

CoA (mục đích là để tránh gói tin bị mất).

5 B MN yêu cầu broadcast dữ liệu từ mạng nhà gửi đến nó.

6 D MN chuẩn bị thực hiện mở gói Mobile IP tại đường

hầm. Và sử dụng CCoA để kết thúc đường hầm tại MN.

7 M MN yêu cầu HA sử dụng đóng gói tối thiểu [RFC

2004], thay vì đóng gói IP-in-IP trong đường hầm.

8 G MN yêu cầu HA sử dụng GRE [RFC 1701], thay vì

đóng gói IP-in-IP trong đường hầm.

9 r r= 0 bỏ qua tiếp nhận.

10 T MN yêu cầu thiết lập đường hầm trở lại cho các gói tin

bắt đầu từ MN.

11 x x= 0 bỏ qua tiếp nhận.

Bảng 1.3: Giao thức đăng ký.

Sau quá trình đăng ký MN có thể truyền tải các gói dữ liệu qua đường hầm,

Mobile IP dễ bị ảnh hưởng nếu các bản tin đăng ký không được xác thực hoặc mã

hóa đúng cách. Về cơ bản, có ba loại chứng thực: xác thực của các thông báo đăng

7

ký giữa MN và HA (Mobile - Home), giữa MN và FA (Mobile - Foreign) và giữa

FA và HA (Foreign - Home ). Tuy nhiên, do khó khăn trong việc quản lý phân phối

khóa, chưa cần thiết để xác thực FA [2]. Để ngăn chặn một nút giả mạo là hoặc HA

hay FA, HMAC-MD5 (Keyed-hash message authentication code with Message-

Digest algorithm 5) là một thuật toán xác thực được sử dụng, với kích thước khóa

128 bit và sử dụng phân phối khóa (shared key). Hình 1.5 và Bảng 1.4 hiển thị các

giao thức xác thực mở rộng.

0 7 8 15 16 31 31 23 24

Type Length SPI

SPI (cont) Authenticator

Hình 1.5: Giao thức xác thực mở rộng

STT Ý nghĩa Tên

1 Type Type = 31: Mobile-Home, Type = 33 : Mobile-

Foreign, Type =34 : Foreign-Home.

2 Length 4 cộng thêm số byte trong xác thực.

3 Security parameter SPI là giá trị thông số an ninh dùng để xác định các

index (SPI) chính sách liên kết bảo mật SA (Security

Association), xác định giao thức IPSec và lựa chọn

các thuật toán xác thực, khóa bí mật chung hoặc công

khai để tính toán xác thực cho gói dữ liệu giữa hai

nút. Mỗi SA có một SPI duy nhất.

4 Authenticator Một mã dùng để xác thực thông điệp.

Bảng 1.4: Giao thức xác thực mở rộng

Hơn nữa, để tránh việc FA hoặc MN sử dụng lặp lại các bản tin đã đăng ký,

thì trường nhận dạng đóng một vai trò quan trọng. Đầu tiên, trường nhận dạng được

chia thành hai phần 32 bit. Với sự hỗ trợ của giao thức NTP (Network Time

8

Protocol), bất cứ khi nào MN có quá trình đăng ký, NTP đánh dấu thứ tự thời gian

trong 32 bit thấp trong trường nhận dạng. MN cũng tạo ra một số lượng nhịp (ngẫu

nhiên) và đặt nó trong 32 bit cao. Bản tin sử dụng mã xác thực để đề phòng sự thay

đổi. Khi HA nhận được bản tin đó, NTP sẽ kiểm tra xem trường nhận dạng có hợp

lệ hay không. Nếu là hợp lệ, HA sao chép nó vào trường nhận dạng trong bản tin trả

lời, và gửi nó trở lại MN.

1.3.2 Phát hiện di chuyển.

MN phải có trách nhiệm theo dõi vị trí của mình. Bất cứ khi nào MN di

chuyển, MN cũng phải thông báo cho HA để cập nhật CoA của nó, vì vậy HA có

thể gửi các gói tin trở lại MN theo địa chỉ CoA đúng của MN. Tiêu chuẩn RFC

3344 đưa ra hai thuật toán nhằm phát hiện sự di chuyển của MN [2].

Thuật toán đầu tiên, quá trình đăng ký dựa trên trường Lifetime trong phần

tiêu đề ICMP. Nếu MN không nhận được bất kỳ thông điệp quảng bá trạm từ FA

trong trường Lifetime của nó, MN coi như mất liên lạc với FA hiện tại, và sẽ thực

hiện đăng ký với FA mới sau khi nhận được một thông điệp quảng bá trạm khác.

Trong các thuật toán thứ hai, MN sử dụng tính năng network prefix của

Prefix Length Extension (Prefix type = 19) trong quá trình gửi thông điệp quảng bá

trạm. MN có thể nhận ra được nó đã di chuyển và tiến hành chuyển giao nếu MN đã

di chuyển sang mạng khác.

Hai thuật toán này được dựa trên thông điệp ICMP, nên đôi khi MN phải chờ

đợi một khoảng thời gian để thông điệp này hết hạn hoặc thời gian của giao thức

thông báo [3][4].

1.3.3 Tạo đường hầm.

Để cung cấp các gói tin từ MN tới HA và ngược lại, FA (với FCoA) hoặc

MN (với CCoA) cần có “đường hầm” để giảm vấn đề liên quan tới định tuyến. Sau

khi đường hầm được thiết lập, đường hầm đó được coi là bước nhảy end-to-end từ

các FA với nhau hoặc MN tới HA. Do vậy, tạo đường hầm chính là xác định (cách

thức) việc đóng gói gói tin IP gốc vào trong một gói tin IP khác như thế nào (hình

1.6).

9

Original IP header Original data

New IP header New data

Outer header Inner header Original data

Hình 1.6: Kỹ thuật tạo đường hầm.

Có ba kỹ thuật tạo đường hầm: đóng gói IP-in-IP, đóng gói tối thiểu

(Minimal Encapsulation) và đóng gói định tuyến chung GRE (Generic routing

encapsulation).

Kỹ thuật tạo đường hầm đơn giản nhất là đóng gói IP-in-IP [10] tức là đóng

gói các gói tin IP gốc trong tiêu đề IP mới (hình 1.7), giảm TTL về 1, và Trường

protocol được thiết lập là 4 (IP-in-IP). Đóng gói IP-in-IP làm tăng gấp đôi kích

thước gói tin IP, điều này dẫn đến không hiệu quả cho một gói tin IP nhỏ, ví dụ, một

gói tin bằng giọng nói.

Ver IHL DS(TOS) Length

IP identification Flags Fragment offset

TTL IP- in- IP IP checksum

IP address of HA

Care of Address CoA

Ver IHL DS(TOS) Length

IP identification Flags Fragment offset

TTL Protocol IP checksum

IP address of CN

IP address of MN

TCP/UDP/… payload

Hình 1.7: Đóng gói IP-in-IP.

10

Kỹ thuật thứ hai là đóng gói tối thiểu được sử dụng để tránh sự lặp lại của

các trường IP [11]. Các tiêu đề IP bản gốc được sửa đổi như thể hiện trong hình 1.8.

Trường protocol được thiết lập là 55 (Minimal Encapsulation). Trường S (Original

Source Address Present) trong gói tin xác định địa chỉ hiện tại là địa chỉ nguồn hay

không. Nếu S= 0, địa chỉ hiện tại không phải là địa chỉ nguồn, do đó, độ dài của

Inner header là 8 octet (bộ tám bit tạo thành 1 octet). Nếu S=1, địa chỉ hiện tại là địa

chỉ nguồn và độ dài của Inner header là mười hai octet.

Ver IHL DS(TOS) Length

IP identification Flags Fragment offset

TTL Min.encap IP checksum

IP address of HA

Care of Address CoA

Protocol S Reserved IP checksum

IP address of MN

Original sender IP address ( if S=1)

TCP/UDP/…payload

Hình 1.8: Đóng gói tối thiểu.

Đóng gói định tuyến chung GRE là một giao thức đường hầm khác, hỗ trợ

các loại giao thức vận chuyển qua mạng IP (hình 1.9) [12]. Trường protocol được

thiết lập là 47.

11

Original Original data

header

Outer header GRE header Original Original data

header

New header New data

Ver IHL DS(TOS) Length

IP identification Flags Fragment offset

TTL GRE IP checksum

IP address of HA

Care of Address CoA

C R K S s Rec. rsv Ver protocol

checksum( optional) Offset( optional)

Key ( optional)

Sequence number( optional)

Routing ( optional)

Ver IHL DS(TOS) length

IP identification Flags Fragment offset

TTL protocol IP checksum

IP address of CN

IP address of MN

TCP/UDP/… payload

Hình 1.9: Đóng gói GRE.

12

1.4. Mobile IPv4.

Mobile IPv4 được xây dựng dựa trên nền IPv4 để cho phép các nút mạng

tiếp tục nhận được các gói tin trong quá trình di chuyển. Phần này sẽ trình bày sự

hoạt động của giao thức Mobile IPv4.

Đầu tiên, CN muốn gửi bản tin đến MN. Nó sẽ gửi gói tin IP đến địa chỉ nhà

của MN. Các gói tin sẽ được chuyển tiếp đến mạng nhà với định tuyến bình thường

(quá trình (1), (2)). Kể từ khi HA biết MN không phải là trong mạng nhà, HA sẽ

chặn các gói dữ liệu, bằng cách cho sử dụng các tính năng của ARP và Proxy ARP.

Việc cập nhật bảng ARP chỉ ra rằng HA ở địa chỉ L2 là địa chỉ MN ở L2, do đó, các

gói tin IP gửi đến MN, sẽ được gửi trực tiếp đến HA. Sau đó, HA tạo một đường

hầm (đóng gói các gói tin ban đầu bên trong một gói tin IP mới), và chuyển tiếp các

gói tin đến CoA (3) (địa chỉ IP nguồn là địa chỉ HA, và địa chỉ IP đích là CoA). Sau

bỏ tiêu đề bên ngoài, FA chuyển tiếp các gói tin trực tiếp đến MN theo địa chỉ lớp

liên kết nếu nó là FCoA (4). Tuy nhiên, nếu nó là CCoA, HA chuyển tiếp các gói tin

trực tiếp đến MN để các gói tin được mở đóng gói (4’). Cuối cùng, MN sẽ gửi các

gói tin trở lại CN như bình thường (5), (6), (7). Tóm tắt cách thức hoạt động của

Mobile IP như thể hiện trong hình 1.10.

Hình 1.10: Cách vận hành Mobile IPv4

13

Mặc dù có vẻ như rằng Mobile IP có thể hoạt động theo mô hình này, thực tế

chỉ ra rằng: do phương thức Ingress Filtering [13] và các vấn đề quản lý vị trí, nếu

tường lửa được thiết lập, mô hình này không được sử dụng. Vấn đề này được gọi là

định tuyến tam giác bởi vì các gói tin được chuyển tiếp tạo thành một hình tam giác

(CN, HA, sau đó FA, và cuối cùng trở về CN). Thông thường, tường lửa không cho

phép một gói tin gửi đi có địa chỉ nguồn khác với địa chỉ trong mạng của nó. Ngoài

ra, các gói tin đi và đến từ những con đường khác nhau (1, 2, 6,7) là không phù hợp.

Kỹ thuật đường hầm ngược dùng để giải quyết những vấn đề trên [14]. Thay vì gửi

các gói tin trực tiếp đến CN, MN gửi các gói tin trở lại HA, và sau đó HA chuyển

tiếp chúng tới CN. Tuy nhiên, kỹ thuật tạo đường hầm ngược có thể không tốt vì nó

tạo ra độ trễ không cần thiết khi CN ở gần với MN nhưng xa HA và do vậy việc

định tuyến là không hiệu quả.

Do vậy, các tác giả trong [15] đã đề xuất một kỹ thuật mới gọi là tối ưu hóa

tuyến đường bằng cách sử dụng cơ chế thông báo liên kết như trong trong hình 1.11

dưới đây.

Hình 1.11: Bộ nhớ liên kết

Với sự cho phép của HA, CN có thể giữ địa chỉ nhà của MN và CoA trong

bộ nhớ đệm liên kết. Trong quá trình này, CN có thể gửi thông báo trực tiếp đến

CoA hơn là đến HA.

14

Trong trường hợp MN đã di chuyển (hình 1.12), FA sẽ gửi cảnh báo liên kết

tới HA về các liên kết mới, và sau đó HA sẽ gửi cập nhật liên kết với CoA đúng tới

CN. Nếu thời gian tồn tại đã hết hạn, CN sẽ gửi cập nhật liên kết đến HA để làm

mới bộ nhớ đệm liên kết của nó.

Hình 1.12: Cập nhật liên kết/ cảnh báo liên kết.

Cơ chế thông báo liên kết này cũng được gọi là kỹ thuật chuyển giao mịn

như hình hình 1.13.

Hình 1.13: Chuyển giao mịn.

15

1.5. Mobile IPv6.

Với sự bùng nỗ của người dùng Internet và sự hạn hẹp về không gian địa chỉ

của IPv4 sự ra đời của IPv6 là điều tất yếu. Tuy nhiên, IPv6 ra đời không có nghĩa

là phủ nhận hoàn toàn IPv4 (công nghệ mà hạ tầng mạng chúng ta đang dùng ngày

nay). Việc triễn khai IPv6 trong thực thế cho phép khai thác những thế mạnh của

IPv6 nhưng không nhất thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn bộ mạng (LAN, WAN,

Internet,…) lên IPv6. Cũng vì vậy, Moblie IPv6 hỗ trợ trong IPv6 thừa hưởng ưu

điểm từ Mobile IPv4 và những lợi thế của IPv6. Bởi vậy, Mobile IPv6 có một số

đặc điểm như của Mobile IPv4 nhưng có thêm nhiều cải tiến [20].

Đầu tiên, MN phát hiện láng giềng bằng tính năng network prefix trong địa

chỉ của bản tin thông báo [16]. Sau đó, MN lấy được CCoA (1) bằng việc sử dụng

giao thức DHCP được gọi là cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái. MN gửi cập

nhật liên kết với HA (2). HA cập nhật danh sách ràng buộc của nó và gửi bản tin

xác nhận lại. Nếu CN muốn gửi các gói tin đến MN, nó sẽ gửi chúng đến địa chỉ

nhà MN như bình thường (3). HA chặn các gói dữ liệu và kiểm tra danh sách ràng

buộc của nó với địa chỉ đích của dữ liệu. HA sau đó tạo một đường hầm tới địa chỉ

CoA của MN (4). Khi MN nhận được một gói, với trường Destination Options

(Mobile IPv6 định nghĩa trường này để định tuyến tối ưu), MN sẽ gửi cập nhật liên

kết đến CN (3),(4). Với các trường cập nhật liên kết, xác nhận liên kết và cơ chế

định tuyến lại được tích hợp trong IPv6 thì CN có thể gửi các gói tin trực tiếp đến

CoA của MN và ngược lại (5). Hình 1.14 thể hiện điều này:

16

Hình 1.14: Hoạt động của Mobile IPv6.

Mobile IPv6 làm giảm lưu lượng tín hiệu giữa MN, CN, và HA bằng phương

pháp địa phương hóa khu vực đăng ký, một kỹ thuật được gọi là phân cấp Mobile

IPv6 (sẽ trình bày chi tiết trong chương sau) [17]. Cùng với chuyển giao nhanh

trong Mobile IPv6 [7], độ trễ chuyển giao được cải thiện đáng kể. Về an toàn thông

tin, ngoài việc hỗ trợ chống tấn công DOS và tấn công lặp như IPv4, Mobile IPv6

hỗ trợ đầy đủ end-to-end IPSec [18][19]. Ngoài ra, Cookie và lượt truy cập với

HMAC_SHA1 thay vì HMAC_MD5 được sử dụng để bảo vệ thông báo cập nhật

liên kết.

Về bảo mật, Moblie IPv6 dùng IPsec để xác thực điều khiển lưu lượng giữa

MN và HA. Nếu thông tin này không được bảo vệ, MN và CN dễ bị tấn công ở

giữa, lấy cắp, nghe lén, mạo danh và tấn công từ chối dịch vụ.

1.6. Điểm khác nhau giữa Mobile IPv4 và Mobile IPv6.

Moblie IPv6 hỗ trợ trong IPv6 được thừa hưởng ưu điểm từ Mobile IPv4 và

những lợi thế của IPv6. Bởi vậy, Mobile IPv6 có một số đặc điểm như của Mobile

IPv4 nhưng có thêm nhiều cải tiến. So với Mobile IPv4, Mobile IPv6 có các điểm

khác chính sau:

17

- Phát hiện không thể tới láng giềng sẽ giữ nguyên kết nối giữa các nút mạng

với bộ định tuyến ở vị trí hiện tại.

- Không gian địa chỉ của MIPv6 lớn hơn so với MIPv4. Tiêu đề MIPv6 chia

thành nhiều tiêu đề mở rộng tùy chọn. Điều này làm cho tiêu đề cơ sở

MIPv6 nhỏ hơn và làm hiệu quả hơn trong quá trình truyền tin. Việc giới

thiệu các phần mở rộng tiêu đề làm cho MIPv6 có thể cung cấp cho MN

nhiều thông tin hơn.

- Cấu hình địa chỉ tự động trong MIPv6 làm đơn giản hoá việc gán địa chỉ

CoA cho MN. Việc này làm đơn giản hóa việc quản lý địa chỉ trong một

mạng lưới có cơ sở hạ tầng rộng lớn. Để có được một địa chỉ CoA, MN có

thể sử dụng một trong hai trạng thái là cấu hình địa chỉ tự động có trạng thái

hoặc cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái. Trong cấu hình địa chỉ tự động

có trạng thái, MN có được một địa chỉ CoA từ một máy chủ DHCPv6. Trong

cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái, MN trích tính năng network prefix từ

bộ định tuyến quảng cáo, ví dụ như thông điệp quảng bá trạm trong MIPv4,

và thêm vào một giao diện định danh duy nhất để tạo thành một địa chỉ CoA.

- Ở MIPv6, khoảng thời gian giữa hai bản tin thông báo là xác định, nó cho

phép MN tự quyết định số lượng bản tin thông báo bị mất (qua thông điệp

quảng bá trạm) mà nó chấp nhận được trước khi nó cho rằng là không thể kết

nối tới bộ định tuyến hiện tại.

- Tính năng tối ưu hóa tuyến đường để tránh vấn đề định tuyến tam giác được

xây dựng như một phần cơ bản của giao thức MIPv6. Trong MIPv4, tính

năng này được thêm vào như một tùy chọn, có thể không được hỗ trợ bởi tất

cả các nút mạng.

- Trong MIPv6 các chức năng của FA có thể được thực hiện bằng tính năng

cải tiến của IPv6, chẳng hạn như phát hiện láng giềng (Neighbour

Discovery) và cấu hình địa chỉ tự động. Do đó, không cần triển khai FA như

trong MIPv4.

18

- Mobile IPv6, không giống như Mobile IPv4, sử dụng IPsec cho tất cả yêu

cầu bảo mật chẳng hạn như xác thực người gửi, bảo vệ toàn vẹn dữ liệu, và

chống việc gửi lại các bản tin cập nhật liên kết. Trong MIPv4, các yêu cầu

bảo mật được cung cấp bởi cơ chế bảo mật riêng của mình cho mỗi chức

năng, dựa trên cấu hình tĩnh của liên kết bảo mật SA.

- MIPv6 và IPv6 sử dụng tính năng định tuyến nguồn , thưc hiện chèn thông

tin định tuyến vào một gói tin tại nút nguồn. Tính năng này được CN sử dụng

để gửi gói tin đến MN trong khi MN không nằm trong mạng nhà, bằng các

tiêu đề thay vì đóng gói IP, trong khi MIPv4 phải sử dụng đóng gói cho tất

cả các gói. Tuy nhiên, trong Mobile IPv6, HA được phép sử dụng đóng gói

cho đường hầm. Điều này là cần thiết trong giai đoạn khởi đầu của quá trình

cập nhật liên kết.

19

Chương 2: Một số cơ chế chuyển giao trong Mobile IPv6.

Trong chương trước đã trình bày về cơ chế chuyển giao của Mobile IPv4,

Mobile IPv6. Các cơ chế chuyển giao này giúp cho MN có thể duy trì kết nối khi di

chuyển giữa các mạng IP. Tuy nhiên các cơ chế này vẫn tồn tại các hạn chế như: trễ

chuyển giao, tỉ lệ mất gói cao. Chương này sẽ trình bày một số cơ chế chuyển giao

trong Mobile IPv6 nhằm làm giảm độ trễ, tỉ lệ mất gói trong quá trình chuyển giao.

2.1 Chuyển giao nhanh trong MIPv6.

Cơ chế chuyển giao nhanh FMIPv6 (Fast Handover for Mobile IPv6) [21]

với mục tiêu giảm thiểu trễ chuyển giao, hỗ trợ thời gian thực hay độ trễ lưu thông

mạng nhạy cảm. Cơ chế này cho phép MN kết nối nhanh tới một điểm kết nối mới

khi MN di chuyển. Cơ chế chuyển giao nhanh FMIPv6 đề nghị hai phương pháp để

giải quyết vấn đề quản lý chuyển giao của MN, cụ thể là dự đoán chuyển giao

nhanh và dự đoán đường hầm chuyển giao nhanh.

2.1.1 Dự đoán chuyển giao nhanh.

Trong phương pháp dự đoán chuyển giao nhanh, MN hoặc bộ định tuyến

truy cập biết được MN đã kết nối thì nên có dự đoán thông tin về việc chuyển giao.

Các thông tin dự đoán có thể là kiến thức về mạng con mới mà MN sẽ được di

chuyển đến hoặc địa chỉ của bộ định tuyến truy cập mới. Thông tin này được sử

dụng để làm giảm độ trễ chuyển giao khi MN di chuyển từ một mạng con này sang

một mạng con khác.

Trong kiến trúc cơ chế MIPv6, một bộ định tuyến truy cập AR được định

nghĩa là bộ định tuyến cuối cùng giữa mạng và MN. Trong cơ chế FMIPv6, bộ định

tuyến truy cập cũ oAR (old AR) là bộ định tuyến mà MN đang gắn kết và bộ định

tuyến truy cập mới nAR (new AR) là bộ định tuyến của mạng mà MN di chuyển

tới. Trong cơ chế MIPv6, MN có địa chỉ tạm CoA khi nó phát hiện ra nó thuộc một

mạng con mới và sau đó thông báo tới các tác tử nhà HA thông qua một bản tin cập

nhật liên kết BU. Việc phát hiện ra một CoA mới trên mạng con mới cần có một

khoảng thời gian mà đây sẽ là nguyên nhân làm cho chuyển giao chậm trễ. Phương

20

pháp dự đoán chuyển giao nhanh làm giảm thời gian phát hiện một CoA mới, bằng

cách bắt đầu quá trình lấy một CoA mới khi MN vẫn còn gắn kết với mạng cũ.

Nguyên lý của phương pháp này là thiết lập một CoA mới trước khi kết nối

giữa MN và oAR bị phá vỡ. Khi MN gắn kết với nAR, MN có thể duy trì liên lạc

nhờ vào địa chỉ mới của nó. Việc thiết lập CoA mới trước khi MN được gắn kết với

các nAR liên quan đến việc dự đoán sự di chuyển của MN. Phương pháp này có thể

thực hiện nhờ vào việc trao đổi bản tin ở lớp vật lý hay các thông tin liên quan ở lớp

L2. Ngày nay, hầu hết các cơ chế chuyển giao dựa trên cường độ tín hiệu nhưng

phương pháp này sẽ không loại trừ các giải pháp có thể khác.

Cơ chế chuyển giao nhanh FMIPv6 quy định một số lượng nhất định các bản

tin báo hiệu được trao đổi giữa MN với oAR cũng như giữa oAR với nAR. Các bản

tin này được mô tả như sau:

- Yêu cầu bộ định tuyến đại diện RtSolPr (Router Solicitation for Proxy): MN

gửi bản tin RtSolPr tới oAR, khi MN biết sắp chuyển giao với AR khác. Đây

cũng là một dấu hiệu để oAR biết rằng MN muốn thực hiện một chuyển giao

và yêu cầu các thông tin để cho phép việc chuyển giao được thực hiện.

- Thông báo bộ định tuyến đại diện PrRtAdv (Proxy Router Advertisement):

oAR gửi bản tin PrRtAdv tới MN để trả lời RtSolPr hoặc là các thông tin

hiện có tới oAR cho rằng MN chuyển giao tới AR khác. Nếu chuyển giao di

động bắt đầu, PrRtAdv cung cấp thông tin bao gồm cả việc di chuyển tới

nAR. Nếu chuyển giao mạng bắt đầu, nó chỉ ra dấu hiệu MN di chuyển và

thông tin MN sẽ sử dụng tại nAR.

- Cập nhật liên kết nhanh FBU (Fast Binding Update): MN gửi bản tin FBU

đến oAR. FBU chỉ ra rằng MN đã di chuyển và các gói tin được chuyển tiếp

đến nAR.

- Khởi đầu chuyển giao HI (Handover Initiate) : Bản tin HI được gửi bởi oAR

tới nAR để yêu cầu một CoA mới hoặc để xác nhận CoA mới.

- Xác nhận chuyển giao HAck (Handover Acknowledgment): Bản tin HAck

được gửi bởi nAR tới oAR, trả lời bản tin HI: xác nhận hoặc từ chối CoA.

21

Bản tin HAck chỉ ra địa chỉ CoA mới ở nAR và được gửi như một sự xác

nhận trả lời bản tin HI.

- Báo xác nhận liên kết nhanh FBAck (Fast Binding Acknowledgment ) : Bản

tin FBAck được gửi bởi oAR tới MN. Nó chỉ ra liệu cập nhật liên kết nhanh

có thể được thực hiện thành công hay không. Nhưng nó cũng có thể chỉ rằng

địa chỉ CoA mới không hợp lệ.

- Thông báo nhanh láng giềng FNA (Fast Neighbour Advertisement): MN gửi

bản tin FNA đến nAR để thông báo nó di chuyển đến nAR.

Chi tiết các bản tin này được thể hiện trong hình 2.1:

Hình 2.1: Các bản tin trong quá trình chuyển giao nhanh.

2.1.2 Dự đoán các loại chuyển giao nhanh

Dự đoán chuyển giao nhanh có thể được phân loại dựa trên việc tham gia

chuyển giao có thông tin dự báo về nAR:

a. Thiết lập chuyển giao mạng : oAR nhận được một dấu hiệu cho thấy

MN phải di chuyển và các thông tin về nAR mà MN sẽ di chuyển.

Ngoài ra, oAR báo hiệu tới MN và nAR để bắt đầu chuyển giao lớp

L3.

22

b. Thiết lập chuyển giao mobile: MN có dự báo thông tin về điểm gắn

kết mới mà nó sẽ di chuyển, hoặc lựa chọn để buộc di chuyển sang

một điểm gắn kết mới. MN báo hiệu cho oAR để bắt đầu chuyển giao.

Dự đoán nhanh chóng chuyển giao cũng có thể được phân loại dựa trên cấu

hình CoA trong mạng con mới:

a. Cấu hình tự động địa chỉ phi trạng thái (Stateless Address

Autoconfiguration): CoA được cho phép sử dụng cấu hình tự động địa

chỉ phi trạng thái IPv6.

b. Cấu hình tự động địa chỉ có trạng thái (Stateful Address

Autoconfiguration): CoA được cho phép sử dụng DHCPv6.

Hình 2.2: Dự đoán các loại chuyển giao nhanh.

2.1.2.1 Dự đoán hoạt động chuyển giao nhanh

Dự đoán hoạt động chuyển giao nhanh được dựa trên kích hoạt L2 trong đó

thông báo rằng MN sẽ sớm thực hiện một chuyển giao. Về cơ bản, cơ chế này dự

đoán di chuyển của MN và thực hiện chuyển tiếp gói tin cho phù hợp.

23

Trong thiết lập chuyển giao mobile, để bắt đầu chuyển giao nhanh, MN sẽ

gửi bản tin RtSolPr đến oAR chỉ ra là nó muốn thực hiện chuyển giao nhanh với

điểm gắn kết mới. Bản tin RtSolPr này chứa địa chỉ của điểm gắn kết mới.

Trong thiết lập chuyển giao mạng, oAR nhận được thông tin dự báo và

không yêu cầu gửi bản tin PrRtAdv tới MN. Trong thiết lập chuyển giao mobile,

MN nhận được thông báo PrRtAdv từ oAR để đáp lại RtSolPr. Các thông báo

PrRtAdv cho thấy một trong những phản hồi liên quan đến điểm gắn kết mới:

- Điểm gắn kết chưa được biết rõ.

- Điểm gắn kết được biết đến nhưng kết nối được thông qua cùng bộ định

tuyến oAR.

- Điểm gắn kết được biết đến. Các bản tin PrRtAdv chứa địa chỉ CoA để MN

sử dụng hoặc thông tin network prefix nên được sử dụng để tạo thành một

CoA mới.

Ngay sau khi MN nhận được một xác nhận về điểm gắn kết mới thông qua

bản tin PrRtAdv và có một địa chỉ CoA mới, MN sẽ gửi một bản tin cập nhật liên

kết nhanh (FBU) đến oAR như là thông báo cuối cùng trước khi chuyển giao thực

hiện. Sau đó, MN nhận được bản tin báo xác nhận liên kết nhanh FBAck từ oAR

chỉ ra rằng các liên kết đã thành công. Bản tin FBAck được gửi đến MN thông qua

một đường hầm tạm thời trên liên kết mới. Trong trường hợp, MN vẫn kết nối với

liên kết cũ thì bản tin FBAck này được gửi đến MN trên liên kết cũ này. Trong thực

tế, oAR chờ đợi bản tin FBU từ MN trước khi chuyển tiếp các gói tin đến nAR.

oAR không phải chuyển tiếp các gói tin cho đến khi nó nhận được bản tin FBU từ

MN. Khi MN di chuyển vào miền của nAR, MN sẽ gửi bản tin FNA để bắt đầu

chuyển các gói tin tại nAR. Sau khi MN được gắn kết với nAR, MN gửi bản tin BU

tới HA và CN của mình thông qua AR mới để đăng ký CoA mới của nó. Dự đoán

quá trình hoạt động chuyển giao nhanh được mô tả trong hình 2.3.

24

Hình 2.3: Dòng bản tin trong chuyển giao nhanh.

Ngoài liên lạc với MN, oAR cũng liên lạc với nAR để tạo điều kiện thuận lợi

cho các thủ tục chuyển tiếp các gói tin của MN. Các oAR gửi thông báo khởi đầu

chuyển giao HI tới nAR với yêu cầu CoA mới của MN. nAR kiểm tra ban đầu xem

CoA mới được yêu cầu là hợp lệ hay không bằng cách thực hiện kiểm soát để đảm

bảo rằng địa chỉ này không được sử dụng bởi một MN khác. Bản tin xác nhận

chuyển giao HAck được gửi bởi nAR tới oAR, trong trả lời bản tin HI để xác nhận

hoặc từ chối CoA mới. Nếu các nAR chấp nhận CoA mới, oAR thiết lập một đường

hầm tạm thời tới CoA mới. Hơn nữa, các oAR không chuyển tiếp các gói tin cho

đến khi nó nhận được BU từ MN. Dòng bản tin giữa oAR và nAR cũng được minh

họa trong hình 2.4.

25

Hình 2.4: Dòng bản tin giữa oAR và nAR.

Chú ý rằng thời gian oAR gửi PrRtAdv tới MN phụ thuộc vào việc cấu hình

địa chỉ phi trạng thái hoặc có trạng thái. Trong trường hợp phân phối địa chỉ có

trạng thái, oAR lấy được CoA mới từ nAR thông qua trao đổi HI và HAck, theo

như mô tả ở trên. Do đó, bản tin HI và HAck phải được hoàn thành trước khi truyền

bản tin PrRtAdv tới MN. Trong trường hợp cấu hình địa chỉ phi trạng thái, oAR có

thể gửi PrRtAdv trước khi hoàn thành trao đổi trao đổi HI và HAck. Hình 2.5 cho

thấy dòng bản tin trong khi thiết lập chuyển giao mobile và dự đoán trạng thái

chuyển giao nhanh.

Hình 2.5: Dòng bản tin trong thiết lập mobile và dự đoán trạng thái chuyển giao.

26

2.1.3 Đường hầm chuyển giao nhanh.

Đường hầm chuyển giao nhanh tương tự như dự đoán chuyển giao nhanh. Sự

khác biệt chính giữa đường hầm chuyển giao nhanh và dự đoán chuyển giao nhanh

là trong đường hầm chuyển giao nhanh MN chậm trễ hình thành CoA mới khi nó

chuyển đến một nAR và chỉ thực hiện chuyển giao trên L2 và tiếp tục sử dụng CoA

cũ của nó trong mạng con mới. Chuyển giao L3 chỉ được thực hiện khi MN có đủ

thời gian.

Trong phần này, để chuyển tiếp các gói tin đến MN và gửi các gói tin từ MN

đến CN, đường hầm hai hướng được thiết lập giữa oAR và nAR. Khi các gói tin gửi

tới MN chuyển đến oRA, oAR sẽ chuyển các gói tin này tới các nAR thông qua các

đường hầm. Khi MN gửi gói tin đến CN, các gói tin gửi đi của MN đi theo hầm hai

hướng từ nAR đến oAR và oRA chuyển tiếp chúng đến CN. Hầm chuyển giao

nhanh phụ thuộc vào việc sử dụng đường hầm hai hướng và đôi khi được gọi hầm

chuyển giao hai chiều BETH (Bidirectional Edge Tunnel Handover). Hơn nữa, nếu

MN di chuyển nhanh, đường hầm hai hướng được mở rộng cho AR thứ ba, nghĩa là

chuyển giao thứ ba HTT (handover to third), như thể hiện trong hình 2.6. Trong

trường hợp này, nAR báo cho bộ định tuyến neo đậu aAR (anchor Access Router)

thiết lập đường hầm tới chính nó. Vì vậy, MN di chuyển với sự trợ giúp của việc

thiết lập một loạt đường hầm giữa các AR, với một đầu của đường hầm được cố

định vào aAR và đầu kia của đường hầm là các bộ định tuyến truy cập hiện tại

27

Hình 2.6: Đường hầm hai hướng mở rộng cho AR thứ ba.

2.1.4 Đánh giá chuyển giao nhanh.

Cơ chế chuyển giao nhanh FMIPv6 nhằm mục đích cải thiện việc chuyển

giao của giao thức chuẩn Mobile IPv6 bằng cách giảm thiểu độ trễ khi thiết lập các

tuyến đường liên lạc mới giữa MN với nAR mà không bị mất gói. Tuy nhiên, một

số gói dữ liệu vẫn có thể bị mất nếu có sự di chuyển ngẫu nhiên và nhanh của MN

từ một AR đến AR khác mà không để cho bất kỳ quá trình chuyển giao nào được

hoàn thành. Trong phần tiếp theo, cơ chế liên kết cùng lúc trong Mobile IPv6 là một

trong những cơ chế được đề xuất để giải quyết vấn đề trên.

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,

28

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.

29

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.

30

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.

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.

31

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:

32

+ 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

33

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

34

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.

2.3 Cơ chế liên kết đồng thời cho Mobile IPv6.

Cơ chế chuyển giao nhanh FMIPv6 cải tiến với mục tiêu để giảm thiểu gián

đoạn dịch vụ trong quá trình chuyển giao. Liên kết đồng thời (Simultaneous

Bindings) cho FMIPv6 mở rộng các cải tiến với một chức năng liên kết đồng thời

để giảm thiểu mất gói tin tại MN. Tuy nhiên, rất khó để ước tính thời gian chính xác

để bắt đầu chuyển tiếp lưu lượng giữa oAR và nAR, nên sẽ làm ảnh hưởng đến

chuyển giao mịn. Mất gói xảy ra nếu dịch vụ chuyển tiếp này được thực hiện quá

muộn hoặc quá sớm đối với thời gian mà MN tách ra từ các oAR và gắn với nAR.

Các chức năng của liên kết đồng thời giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép lưu

lượng của MN là Bicasted hoặc N-casted trong một khoảng thời gian ngắn gửi tới vị

35

trí hiện tại của nó hoặc một hay nhiều địa điểm nơi MN dự kiến sẽ di chuyển đến

[23].

2.3.1 Hoạt động của cơ chế liên kết đồng thời.

Mục tiêu cho chức năng liên kết đồng thời là để giảm tổn thất gói tin tại MN

và loại bỏ sự mơ hồ về khoảng thời gian MN bắt đầu gửi lưu dữ liệu đến điểm gắn

kết mới của nó sau khi chuyển giao nhanh. Một mục tiêu quan trọng khác là để

tránh gián đoạn dịch vụ của MN trong trường hợp chuyển động “ping-pong”, tức là

khi một MN di chuyển qua lại giữa hai AR.

Hơn nữa, chức năng liên kết đồng thời là mở rộng của bản tin FBU sử dụng

trong FMIPv6. Sự khác biệt duy nhất giữa bản tin cập nhật liên kết nhanh FBU

được sử dụng trong FMIPv6 và bản tin cập nhật liên kết nhanh FBU được sử dụng

trong chức năng liên kết đồng thời cho MIPv6 là “cờ liên kết cùng lúc”. Cần lưu ý

rằng FBU với bản tin liên kết đồng thời gửi từ MN tới MAP cũng bao gồm trường

Lifetime để xác định thời gian sống của liên kết đồng thời. Khi hết thời gian sống

này, các thủ tục chuyển tiếp chấm dứt. Có hai loại chức năng liên kết đồng thời là

Bi-casting và N-casting:

- Bicasting : ở chức năng này, mỗi gói tin sẽ được sao chép và gửi đồng thời

tới vị trí hiện tại của MN và địa điểm nơi MN dự kiến sẽ di chuyển đến, như

minh họa trong hình 2.10.

Hình 2.10: Chức năng cập nhật liên kết cùng lúc Bicasting.

36

- N-casting : N-casting tương tự như Bicasting. Sự khác biệt chính là các gói

tin được sao chép thành ba hoặc nhiều bản tương ứng với vị trí hiện tại của

MN và hai hay nhiều địa điểm nơi MN dự kiến sẽ di chuyển đến, như minh

họa trong hình 2.11. Có một hiện tượng gọi là chuyển động “ping-pong” có

thể xảy ra khi MN ở gần hai hay nhiều bộ định tuyến truy cập (AR) và di

chuyển qua lại giữa chúng. Việc gửi lưu lượng truy cập đến tất cả các AR đã

giải quyết được vấn đề chuyển động “ping-pong” trên.

Hình 2.11: Chức năng cập nhật liên kết cùng lúc N-casting.

2.3.2 Đánh giá cơ chế liên kết đồng thời cho MIPv6.

Cơ chế liên kết đồng thời cho Mobile IPv6 cung cấp một giải pháp tốt cho

chuyển động “ping-pong”, tức là khi MN di chuyển qua lại giữa hai hay nhiều bộ

định tuyến truy cập bằng cách bi-casting hoặc N-casting trong một thời gian ngắn.

Một lợi thế lớn là cơ chế này loại bỏ các vấn đề thời gian trong dự đoán chuyển giao

nhanh ví dụ như xác định thời gian khi nào bắt đầu chuyển tiếp các gói tới nAR.

Như vậy, chức năng liên kết đồng thời cung cấp cho MN kết nối không bị gián

đoạn.

Một hạn chế của liên kết đồng thời trong Mobile IPv6 là có thể gây ra quá

nhiều tín hiệu mào đầu trong mạng. Thực tế là lưu thông Bi-casted hoặc N-casted có

thể làm cho mạng quá tải và tạo ra tắc nghẽn mạng. Vì vậy, Bi-casting hoặc N-

37

casting chưa thể là một giải pháp mở rộng trong một mạng với rất nhiều MN di

chuyển nhanh và nhiều bộ định tuyến lân cận. Điều này có thể dẫn đến quá nhiều

lưu lượng mạng cần xử lý. Kết quả cho thấy sự cần thiết của việc xác định những dữ

liệu nào quan trọng nên được lưu thông bicasted và những gì không nên. Trong

phần dưới đây, cơ chế chuyển giao kết hợp đó là sự kết hợp của cả ba loại chuyển

giao sẽ được mô tả chi tiết.

2.4 Cơ chế chuyển giao kết hợp.

Dựa trên các cơ chế chuyển giao đã đề xuất trong MIPv6, ba xu hướng chính

được xác định. Xu hướng đầu tiên, tức là HMIPv6, là việc sử dụng rộng rãi các kiến

trúc phân cấp để hỗ trợ di động nội miền và giảm tín hiệu giữa các mạng nhà và

MN. Xu hướng thứ hai, tức là FMIPv6, hình thành CoA mới trước khi MN gắn với

nAR và chuyển tiếp các gói tin đến MN từ oAR tới nAR. Xu hướng thứ ba, tức là

liên kết đồng thời cho MIPv6, là việc sử dụng các hình thức khác nhau của các khả

năng multicast để giảm mất gói trong quá trình chuyển giao.

Rõ ràng là người ta có thể có được hiệu suất tốt hơn bằng cách kết hợp ba cơ

chế đã đề xuất, tức là kết hợp các cơ chế chuyển giao một cách đúng đắn. Kết hợp

chuyển giao nhằm mục đích sử dụng kiến trúc phân cấp, cơ chế chuyển giao nhanh

và chức năng liên kết đồng thời với nhau. Trong phần sau đây, mô tả chi tiết hoạt

động của chuyển giao kết hợp.

2.4.1 Hoạt động chuyển giao kết hợp.

Trong cơ chế chuyển giao kết hợp, MAP nơi mà các thủ tục chuyển tiếp các

gói dữ liệu được thực hiện. MAP cũng chịu trách nhiệm cho việc gửi các gói tin tới

oAR và nAR sử dụng các bản tin liên kết đồng thời. Một điểm quan trọng khác cho

hoạt động chuyển giao kết hợp là một bộ đệm nhỏ trong nAR và oAR được sử dụng

để lưu trữ các gói tin tạm thời. Bộ đệm trong nAR được sử dụng trong suốt quá

trình chuyển tiếp của các gói tin. Các bộ đệm trong oAR được sử dụng trong quá

trình chuyển động “ping- pong” của MN.

Hoạt động bắt đầu khi MN nhận được một dấu hiệu cho thấy MN là đang di

chuyển và thông tin về nAR mà MN sẽ di chuyển đến. Trong khi đó, MN vẫn còn

38

gắn liền với các oAR. Bắt đầu chuyển giao được dựa trên dấu hiệu kích hoạt L2 mà

thông báo rằng MN sẽ sớm thực hiện một chuyển giao [24].

Trong thiết lập chuyển giao mobile, MN nhận được thông tin dự báo, ví dụ

kích hoạt L2 và sau đó nó sẽ gửi bản tin RtSolPr yêu cầu bộ định tuyến đại diện tới

oAR chỉ ra là nó mong muốn thực hiện chuyển giao nhanh tới một điểm gắn kết

mới. Bản tin RtSolPr chứa địa chỉ lớp L2 để chỉ ra điểm đính kèm mới.

Trong thiết lập chuyển giao mạng, oAR nhận được thông tin dự báo và gửi

một bản tin không yêu cầu bộ định tuyến đại diện PrRtAdv tới MN mà không nhận

được thông báo RtSolPr từ MN.

Nếu oAR biết điểm đính kèm mới và có thông tin về tính năng network

prefix thì các thông tin này nên được sử dụng để tạo thành một CoA mới, nó sẽ gửi

một xác nhận cho điểm gắn kết mới thông qua bản tin PrRtAdv tới MN. Khi MN

nhận được bản tin PrRtAdv từ oAR, MN hình thành CoA mới bằng cách sử dụng

cấu hình địa chỉ tự động phi trạng thái.

Hơn nữa, oAR phải thông báo cho MAP về khả năng chuyển giao để kiểm

soát việc hình thành CoA mới trong nAR. Để thông báo cho MAP, oAR gửi bản tin

khởi đầu chuyển giao HI đến MAP tương ứng bao gồm cả địa chỉ CoA cũ, CoA mới

và địa chỉ của nAR. Điều quan trọng là cần lưu ý rằng các oAR cần phải biết địa chỉ

của MAP tương ứng mà MN liên lạc với. Địa chỉ này được cung cấp trong bản tin

RtSolPr.

Khi MAP nhận được HI, MAP sẽ gửi HI đến nAR bao gồm cả địa chỉ CoA

mới được hình thành. nAR kiểm tra xem địa chỉ này hiện đang sử dụng hay không.

Với kết quả của việc kiểm tra địa chỉ, bộ định tuyến truy cập mới gửi bản tin xác

nhận chuyển giao HAck đến MAP, chỉ ra làm thế nào để chuyển tiếp gói tin. Nếu

quá trình kiểm tra địa chỉ là thành công, chuyển tiếp gói tin được thực hiện với CoA

mới. Nếu không, MAP thiết lập một đường hầm đến nAR, và nAR chuyển tiếp các

gói tin đến liên kết thực tế. Trong trường hợp này, MN vẫn còn sử dụng CoA cũ.

Để bắt đầu quá trình chuyển tiếp, MN sẽ gửi một bản tin cập nhật liên kết

nhanh FBU với liên kết đồng thời tới MAP để liên kết RCoA với CoA mới. Sau khi

39

nhận được FBU với liên kết đồng thời, MAP gửi một bản tin xác nhận nhanh

FBAck tới oAR, nAR và bắt đầu chuyển tiếp các gói tin đến MN sử dụng chức năng

bicasting. Kể từ khi MAP gửi các gói tin cho cả nAR và oAR thì không cần thiết

phải biết sự chuyển động chính xác của MN nữa. Vì vậy, tổn thất gói do vấn đề

đồng bộ hóa giảm thiểu được. Một điểm quan trọng khác là FBU với bản tin liên kết

đồng thời gửi từ MN tới MAP gồm có trường Lifetime, xác định thời gian sống của

liên kết đồng thời. Khi hết thời gian sống này, thủ tục chuyển tiếp được chấm dứt.

Khi các gói tin được chuyển tiếp đến nAR, thì MN có thể chưa đến vùng

quản lý của nAR do vậy các gói tin này có thể không đến được đích. Để không mất

bất kỳ gói tin nào thì cần thiết phải lưu trữ các gói tin trên trong một bộ đệm của

nAR. Khi MN đến với nAR, nó sẽ gửi một bản tin thông báo nhanh FNA thông báo

nó đến nAR. Sau khi nhận được bản tin FNA, nAR bắt đầu gửi các gói tin được lưu

trữ trong bộ đệm đó. Trong trường hợp chuyển động “ping-pong”, việc sử dụng các

gói dữ liệu được lưu trữ trong bộ đệm của oAR không làm giảm chất lượng truyền

thông. Nếu MN trở lại mạng con cũ và gửi bản tin FBU tới oAR, oAR có thể

chuyển tiếp các gói đệm cho MN.

Trong trường hợp cấu hình địa chỉ có trạng thái, nAR gửi địa chỉ CoA mới

hợp lệ với thông điệp HAcK tới MAP. Sau đó MAP gửi thông điệp PrRtAdv tới

MN cung cấp CoA mới.

Sau khi MN được gắn kết với các nAR, MN kiểm tra tùy chọn MAP trong

bản tin PrRtAdv nhận được bởi nAR để xác định cho xem nó có ở trong một miền

MAP mới hay không. Ngoài ra, MN cần phải biết liệu CoA mới gửi trong thông

điệp FBU có còn hợp lệ hay không. Thông tin này được cung cấp bởi bản tin

FBAck. Nếu MN di chuyển đến một miền MAP mới, MAP mới cũng gửi thông báo

cập nhật liên kết BU đến HA và CN để liên kết RCoA với địa chỉ nhà. Các hoạt

động của cơ chế chuyển giao kết hợp được minh họa trong hình 2.12.

40

Hình 2.12: Dòng bản tin trong quá trình chuyển giao kết hợp.

2.4.2 Đánh giá cơ chế chuyển giao kết hợp.

Việc kết hợp các cơ chế làm giảm mất gói tin đến mức tối thiểu. Kết hợp, cải

thiện ba cơ chế hiệu quả hơn. Trong cơ chế chuyển giao kết hợp, kiến trúc phân cấp

giảm độ trễ chuyển giao giao bằng cách giảm báo hiệu điều khiển không cần thiết

trong quá trình di chuyển nội miền. Hơn nữa, cơ chế chuyển giao nhanh với chức

năng liên kết đồng thời giảm thiểu tổn thất gói bằng cách hình thành CoA mới trước

khi MN gắn kết với nAR và chuyển tiếp các gói tin cho cả oAR và nAR trong một

khoảng thời gian ngắn. Việc kết hợp cơ chế chuyển giao nhanh với chức năng đồng

thời liên kết loại bỏ vấn đề xác định chính xác thời gian chuyển giao, tức là để xác

định thời gian khi nào bắt đầu chuyển tiếp các gói tin đến nAR. Tuy các thủ tục

chuyển tiếp trong cơ chế chuyển giao kết hợp giải quyết vấn đề đồng bộ hóa và

không làm giảm chất lượng thông tin liên lạc, nhưng nó cũng có thể gây ra tắc

nghẽn trong mạng.

Trong cơ chế chuyển giao kết hợp, sử dụng MAP thay vì bộ định tuyến truy

cập AR như trường hợp chuyển giao nhanh, MAP chuyển tiếp dữ liệu tới cả oAR và

nAR. Con đường chuyển tiếp được tối ưu hóa, bởi vì MAP là ở một lớp cao hơn

41

trong hệ thống phân cấp so với AR. Vì vậy, không cần thiết ngăn chặn gói tin di

chuyển giữa MAP và AR để nâng cao hiệu quả băng thông. Ngoài ra, vấn đề nút cổ

chai của kiến trúc phân cấp vẫn còn nhắc đến trong cơ chế.

Trong cơ chế này, bộ đệm của oAR và nAR được sử dụng để không làm mất

bất kỳ gói dữ liệu nào trong suốt quá trình chuyển giao và quá trình chuyển động

“ping-pong” của MN. Nên chọn đúng kích thước của các bộ đệm để đáp ứng yêu

cầu thời gian thực. Nếu độ trễ chuyển giao là lớn hơn so với thời gian mà bộ đệm

tương ứng có thể lưu trữ thì các gói tin chuyển tiếp bị mất. Nếu một bộ đệm lớn

được lựa chọn để có thể để lưu trữ các gói tin trong một khoảng thời gian dài, nó sẽ

trở thành vô ích trong các ứng dụng thời gian thực như là Voice over IP. Làm bộ

đệm lớn hơn không phải là một giải pháp khả thi cho độ trễ của lưu thông mạng

nhạy cảm, tức là các ứng dụng thời gian thực, khi tổng độ trễ trong khi lưu trữ các

gói dữ liệu không thể chịu đựng được. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ trễ tối đa mà có

thể chấp nhận được cho các cuộc truyền thông là khoảng 200 ms. Như vậy, độ trễ

end to end tối đa được cho phép của ứng dụng thời gian thực hạn chế khoảng thời

gian mà một bộ đệm có thể lưu trữ. Ngoài ra, vấn đề khả năng mở rộng bộ nhớ đệm

trong các AR là cần thiết và có thể được nhắc đến trong cơ chế chuyển giao kết hợp.

Trong cơ chế này, vấn đề phát hiện di chuyển của MN được giải quyết bằng

cách sử dụng thông báo kích hoạt L2, rằng MN đến nAR. Như vậy, vấn đề phụ

thuộc vào các bản tin thông báo bộ định tuyến để phát hiện MN di chuyển là khắc

phục được. Nhưng làm thế nào để biết lúc L2 kích hoạt là một vấn đề cần được giải

quyết bởi các nhà sản xuất phần cứng.

Cơ chế chuyển giao kết hợp giới thiệu đầy đủ và phù hợp hơn để quản lý di

động so với các cơ chế được đề xuất. Tuy nhiên, khả năng giải quyết các vấn đề nút

cổ chai của cơ chế này cũng cần được xem xét để cung cấp cơ chế chuyển giao hiệu

quả cho người sử dụng di động.

42

Chương 3: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC

3.1 Giới thiệu về bộ mô phỏng NS2.

Ns2 là bộ công cụ mô phỏng cho phép người dùng có thể mô phỏng, đánh giá

các mô hình mạng, hiệu năng, đồng thời cũng cho phép tạo ra những cái của riêng

họ. Đây được xem là một công cụ khá mạnh trong mô phỏng.

Ns2 là công cụ mô phỏng hướng đối tượng, sử dụng cả 2 ngôn ngữ mô phỏng là

C++ và Otcl. Nó đáp ứng cho cả việc tạo ra hiệu quả cao khi mô phỏng gói, bytes,

thuật toán... (nhờ ngôn ngữ C++) đồng thời lại đáp ứng việc thực hiện lặp đi lặp lại

việc mô phỏng với cùng một cấu hình (Otcl). Cả 2 đáp ứng này của Ns2 đã tạo ra

cho nó một các linh hoạt, uyển chuyển trong việc mô phỏng các mạng, kể cả với các

nguồn dữ liệu lớn.

Trên công cụ này đã xây dựng khá nhiều các đối tượng mô phỏng của mang bao

gồm: các nút, hàng đợi, các tầng (vật lý, giao vận, ứng dụng....) các gói tin, các kiểu

dữ liệu, các giao thức. Ns2 không những hỗ trợ cho mạng có dây mà đối với mạng

không dây, rất nhiều giao thức cũng đã được cài đặt.

Đặc biệt, ns2 là một phần mềm mã nguồn mở cho phép thực hiện mô phỏng

không chỉ những cái đã có sẵn mà còn cho phép người dùng sáng tạo ra, thêm mới

vào. Đây là một điểm mạnh của công cụ này mà nhiều công cụ khác không có.

Sau đây là một số thành phần cơ bản hỗ trợ trực tiếp cho việc mô phỏng:

Nút: Ns2 đã xây dựng sẵn một nút cơ bản. Nó cho phép gắn kết các thành phần

khác trên đó để có thể thực hiện mô phỏng.

Bộ lập lịch: Dùng để chia thời gian, kết hợp với đồng hồ của hệ thống để sắp

xếp các sự kiện xảy ra trong mô phỏng, nhờ đó mà có thể đan xen các hoạt động

giữa các nút khác nhau.

Hàng đợi: đây là thành phần quan trọng mà không chỉ mạng không dây cần mà

còn cần ở tất cả các mạng khác. Có nhiều kiểu hàng đợi cho phép người sử dụng có

thể lựa chọn (drop-tail, RED...) với mặc định là drop-tail. Ngoài ra trong mạng

không dây có hỗ trợ thêm priqueue. Hàng đợi này là kiểu hàng đợi ưu tiên đối với

các gói tin điều khiển (như AODV...).

43

Thành phần ứng dụng: TCP, UDP, CBR.... Đây đều là những thành phần phía

trên lớp định tuyến, đóng gói xuống lớp dưới để chuyển đi.

IP: Gắn cho mỗi nút một địa chỉ duy nhất trên mạng.

Mobilenode: Là thành phần hỗ trợ cho nút mà nếu thiếu thành phần này thì nút

sẽ trở thành một nút bình thường. Mobilenode cho phép xác định vị trí, và liên kết

với các thành phần hỗ trợ mạng không dây khác.

Thành phần vật lý: Đó là các bộ thu phát sóng radio thay cho các đường liên kết

có dây...

Định dạng gói tin (dữ liệu và điều khiển).

Ngoài ra để hỗ trợ cho việc phân tích dữ liệu nhằm cho các mục đích khác nhau,

ns2 có hỗ trợ các công cụ tìm vết ở nhiều mức khác nhau. Việc tìm vết nhằm đưa ra

cụ thể hơn những gì diễn ra trong quá trình hoạt động của mạng.

Phần mô phỏng các giao thức ở đây với mục đích so sánh độ trễ của các phương

pháp mở rộng trong MIPv6. Việc có được kết quả từ mô phỏng chúng ta có thể rút

ra các kết luận, lựa chọn các phương pháp hợp lý nhất để giảm độ trễ khi kết nối

dẫn đến xây dựng một mạng hoạt động hiệu quả hơn.

3.2 Mô phỏng các giao thức Mobile IP bằng ns2 .

Phần này trình này việc mô phỏng một giao thức Mobile IP sử dụng NS2. Phiên

bản cơ sở ban đầu được viết bởi Robert Hsieh trong bản ns-2 mở rộng. Tuy nhiên,

đó là phiên bản sơ khai nên để sử dụng được cho mục đích mô phỏng theo từng mục

đích nghiên cứu, người sử dụng cần phải sửa đổi khá nhiều. Phần dưới đây trình bày

chi tiết các bước để mô phỏng các giao thức mở rộng từ MIPv.6 ban đầu.

Như chúng ta đã biết, bộ mô phỏng ns-2 sử dụng các tệp .tcl (được viết theo

ngôn ngữ Tool Command Language) làm các tham số đầu vào do ngôn ngữ vào do

ngôn ngữ ngày là thông dịch nên khi thay đổi tham số đầu vào chúng ta không phải

biên dịch lại toàn bộ chương trình.

44

- Trong tệp mip-reg.cc (đây là tệp chương trình c++ chứa các thuật

toán dùng trong mô phỏng): Bỏ các thành phần MAP_MODE,

FAST_HANDOVER, MAP_FAST_HANDOVER trong khai báo

- Trong tệp simula.tcl (chứa các khai báo tham số đầu bào): Bỏ

thuộc tính 'priority' kết hợp với tất cả các nodes và bỏ 'attach-

mapagent'

Để mô phỏng MIPv.6 cơ sở, chúng ta cần sửa lại:

Để mô phỏng Mobile IP với các thuộc tính chuyển giao ưu tiên (chuyển giao

- Trong tệp mip-reg.cc (đây là tệp chương trình c++ chứa các thuật

toán dùng trong mô phỏng): Bỏ các thành phần MAP_MODE,

FAST_HANDOVER, MAP_FAST_HANDOVER trong khai báo

- Trong tệp simula.tcl: đảm bảo các thuộc tính ưu tiên được đặt

cho tất cả các nút và bỏ 'attach-mapagent'

nhanh):

- Trong tệp mip-reg.cc (đây là tệp chương trình c++ chứa các thuật

toán dùng trong mô phỏng): Khôi phục thành phần MAP_MODE và bỏ

FAST_HANDOVER, MAP_FAST_HANDOVER trong khai báo.

- Trong tệp simula.tcl (chứa các khai báo tham số đầu bào): đảm

bảo thuộc tính 'priority' kết hợp với tất cả các nodes khôi phục

lại 'attach-mapagent'

Để mô phỏng Mobile IP phân cấp trong miền thông thường:

- Trong tệp mip-reg.cc (đây là tệp chương trình c++ chứa các thuật

toán dùng trong mô phỏng): Bỏ phần MAP_MODE, MAP_FAST_HANDOVER và

Khôi phục FAST_HANDOVER trong khai báo.

- Trong tệp simula.tcl (chứa các khai báo tham số đầu bào): đảm

bảo thuộc tính 'priority' kết hợp với tất cả các nodes và bỏ

'attach-mapagent'

Để mô phỏng Mobile IP phân cấp trong miền với chuyển giao nhanh:

45

# To simulate (Flat Mobile IP with Fast-handover):

#

Using priority handoff.

#

Procedures: mip-reg.cc => unblock FAST_HANDOVER (block both

MAP_MODE and FAST_MAP_HANDOVER)

#

simula.tcl => make sure priority is set for nodes

# block out 'attach-mapagent'

#

- Trong tệp mip-reg.cc (đây là tệp chương trình c++ chứa các thuật

toán

dùng

trong

mô

phỏng):

Khôi

phục

lại

MAP_MODE,

MAP_FAST_HANDOVER và FAST_HANDOVER trong khai báo.

- Trong tệp simula.tcl (chứa các khai báo tham số đầu bào): đảm

bảo thuộc tính 'priority' kết hợp với tất cả các nodes và khôi

phục lại'attach-mapagent'

Để mô phỏng Mobile IP phân cấp liên miền với chuyển giao nhanh:

Thiết lập các ăng-ten và hướng đặt trên các nút với đọ cao 1.5m trên nó và Khởi

tạo các giao diện SharedMedia với các thông số để làm cho nó làm việc như giao

Phy/WirelessPhy set CPThresh_ 10.0

Phy/WirelessPhy set CSThresh_ 1.559e-11

Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 3.652e-10

Phy/WirelessPhy set bandwidth_ 2e6

Phy/WirelessPhy set Pt_ 8.5872e-4

Phy/WirelessPhy set freq_ 914e+6

Phy/WirelessPhy set L_ 1.0

Phy/WirelessPhy set debug_ false

diện vô tuyến 914MHz Lucent WaveLAN DSSS:

Sau khi thiết lập lại các tham số cần thiết ban đầu cho việc mô phỏng một giao

thức Mobile IP, chúng ta sẽ bắt đầu đặt các tham số chi tiết cho từng kịch bản mô

- Khởi tạo

phỏng:

46

set ns_ [new Simulator]

$ns_ node-config -addressType hierarchical

AddrParams set domain_num_ 7

lappend cluster_num 2 1 1 2 2 1 2

AddrParams set cluster_num_ $cluster_num

lappend eilastlevel 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1

AddrParams set nodes_num_ $eilastlevel

- Chỉ ra độ dài header, các cờ và số ack

set tracefd [open traffic.tr w]

$ns_ use-newtrace

$ns_ trace-all $tracefd

- Thiết lập topo

set topo [new Topography]

$topo load_flatgrid 1400 1400

set god_ [create-god 1]

- Thiết lập các nút: CH, MAP, N1, N2, N3, N4

#CH - 0

set CN [$ns_ node 0.0.0]

#MAP1 - 1

set MAP1 [$ns_ node 2.0.0]

#MAP1 - 2

set MAP2 [$ns_ node 5.0.0]

#N1 - 3

47

set N1 [$ns_ node 0.1.0]

#N2 - 4

set N2 [$ns_ node 3.0.0]

#N3 - 5

set N3 [$ns_ node 4.0.0]

#N4 - 6

set N4 [$ns_ node 6.0.0]

set chan_ [new Channel/WirelessChannel]

$ns_ node-config -mobileIP ON \

-adhocRouting NOAH \

-llType LL \

-macType Mac/802_11 \

-ifqType Queue/DropTail/PriQueue \

-ifqLen 50 \

-antType Antenna/OmniAntenna \

-propType Propagation/TwoRayGround \

-phyType Phy/WirelessPhy \

-channel $chan_ \

-topoInstance $topo \

-wiredRouting ON \

-agentTrace ON \

-routerTrace OFF \

-macTrace ON

#HA - 7

set HA [$ns_ node 1.0.0]

[$HA set regagent_] priority 3

#MN - 8

48

$ns_ node-config -wiredRouting OFF

set MN [$ns_ node 1.0.1]

[$MN set regagent_] set home_agent_ [AddrParams addr2id [$HA node-

addr]]

$ns_ node-config -wiredRouting ON

#AR1 - 9

set AR1 [$ns_ node 3.1.0 2.0.0]

[$AR1 set regagent_] priority 3

#AR2 - 10

set AR2 [$ns_ node 4.1.0 2.0.0]

[$AR2 set regagent_] priority 4

#AR3 - 11

set AR3 [$ns_ node 6.1.0 5.0.0]

$AR3 set regagent_] priority 2

- Đặt vị trí của các nút

$CN set X_ 80.0

$CN set Y_ 5.0

$N1 set X_ 120.0

$N1 set Y_ 10.0

$HA set X_ 160.0

$HA set Y_ 5.0

$MN set X_ 80.0

$MN set Y_ 135

$MAP1 set X_ 120.0

$MAP1 set Y_ 15.0

49

$MAP2 set X_ 225.0

$MAP2 set Y_ 15.0

$N2 set X_ 85.0

$N2 set Y_ 60.0

$N3 set X_ 155.0

$N3 set Y_ 60.0

$N4 set X_ 225.0

$N4 set Y_ 60.0

$AR1 set X_ 80.0

$AR1 set Y_ 135.0

$AR2 set X_ 155.0

$AR2 set Y_ 135.0

$AR3 set X_ 225.0

$AR3 set Y_ 135.0

- Thiết lập các liên kết

$ns_ duplex-link $CN $N1 10Mb 5ms RED

$ns_ duplex-link $HA $N1 10Mb 5ms RED

$ns_ duplex-link $MAP1 $N1 100Mb 50ms RED

$ns_ duplex-link $MAP2 $N1 100Mb 50ms RED

$ns_ duplex-link $N2 $MAP1 10Mb 5ms RED

$ns_ duplex-link $N3 $MAP1 10Mb 5ms RED

$ns_ duplex-link $N4 $MAP2 10Mb 5ms RED

$ns_ duplex-link $AR1 $N2 100Kb 2ms DropTail

$ns_ duplex-link $AR2 $N3 100Kb 2ms DropTail

$ns_ duplex-link $AR3 $N4 100Kb 2ms DropTail

50

- Thiết lập kịch bản mô phỏng

$ns_ attach-mapagent $MAP1

$ns_ attach-mapagent $MAP2

set tcp_(1) [$ns_ create-connection TCP $CN TCPSink $MN 1]

$tcp_(1) set window_ 32

$tcp_(1) set packetSize_ 512

$ns_ connection-monitor 1 $MN

set cwndtrace [open all.cwnd w]

$tcp_(1) trace cwnd_

$tcp_(1) attach $cwndtrace

set ftp_(1) [new Application/FTP]

$ftp_(1) attach-agent $tcp_(1)

$ns_ at 5.0 "$ftp_(1) start"

$ns_ at 160.0 "$ftp_(1) stop"

- Thực hiện mô phỏng

$ns_ at 6.0 "$MN set X_ 85.0"

$ns_ at 6.0 "$MN set Y_ 135.1"

$ns_ at 10.0 "$MN setdest 225.0 135.1 1"

for {set t 10} {$t < 160} {incr t 10} {

$ns_ at $t "puts stderr \"completed through $t/160 secs...\""

}

$ns_ at 0.0 "puts stderr \"Simulation started...\""

$ns_ at 160.0001 "puts stderr \"Simulation finished\""

51

$ns_ at 160.0002 "close $tracefd"

$ns_ at 160.0003 "$ns_ halt"

$ns_ run

Ngoài việc sửa đổi tệp .tcl chỉ để thay đổi các tham số đầu như trên. Chúng ta

cần sửa đổi các kịch bản mô phỏng (các thuật toán) cho phù hợp với mục đích của

mình trong tệp mip-reg.cc.

52

KẾT LUẬN

Công nghệ mạng ngày càng phát triển, nhiều công nghệ mạng mới đã ra đời.

Các công nghệ mạng mới có nhiều tính năng ưu việt, với nhiều dịch vụ mới được

cung cấp, chất lượng dịch vụ được nâng cao. Mobile IP được phát triển nhằm hỗ trợ

khả năng di động ở lớp IP (lớp mạng) cho các thiết bị đầu cuối. Mobile cho phép

các nút có thể di chuyển tới mạng khác mà vẫn duy trì được kết nối. Tương tự như

MIPv4 được phát triển trên nền giao thức IPv4, và thì MIPv6 cũng tiếp tục được

phát triển trên nền MIPv4 và giao thức IPv6, cho phép các thiết bị đầu cuối có thể

duy trì kết nối ngay cả khi nó di chuyển từ mạng này sang mạng khác. Tuy nhiên

hiệu năng chuyển giao của MIPv6 và các cơ chế chuyển giao mở rộng MIPv6 vẫn

chưa đáp tốt yêu cầu về chất lượng đường truyền của các ứng dụng thời gian thực

Với đề tài “Tìm hiều các cơ chế chuyển giao trong mạng IP di dộng”, luận

văn tập trung nghiên cứu công nghệ mạng Mobile IP với hai phiên bản MIPv4 và

MIPv6. Đồng thời đi sâu tìm hiểu các cơ chế mở rộng trong MIPv6 đã trở thành

chuẩn của IETF như FMIPv6, HMIPv6, cơ chế liên kết đồng thời và cơ chế chuyển

giao kết hợp. Luận văn đã đạt được kết quả chính sau:

1. Tìm hiểu nội dung nhiệm vụ của Mobile IP khi một nút di động thay đổi

vị trí cũng như là khi nó di chuyển từ mạng này sang mạng khác. Từ đó,

chúng ta thấy được các thủ tục Mobile IP cần làm trước khi chuyển giao

là: Xác định vị trí, phát hiện di chuyển và tạo đường hầm.

2. Nêu cơ chế chuyển giao trong MIPv4, bên cạnh đó tìm ra những mặt hạn

chế của MIPv4.

3. Cơ chế chuyển giao trong MIPv6 và so sánh điểm khác nhau giữa MIPv4

và MIPv6.

4. Tìm hiểu cơ chế chuyển giao mở rộng của MIPv6: chuyển giao nhanh,

chuyển giao phân cấp, cơ chế chuyển giao liên kết đồng thời và cơ chế

chuyển giao kết hợp.

5. Cơ chế chuyển giao nhanh FMIPv6 giảm độ trễ chuyển giao và mất gói

bằng cách cho phép MN tạo địa chỉ CoA trước khi nó gắn với nAR và

53

chuyển tiếp các gói tin đến MN từ oAR tới nAR. Quá trình này nhằm cải

thiện hiệu suất chuyển giao của giao thức MIPv6. Tuy nhiên, trong

FMIPv6 rất khó để xác định thời gian chuyển tiếp chính xác để duy trì

thông tin liên lạc mà không giảm chất lượng trong quá trình chuyển giao.

6. Cơ chế chuyển giao HMIPv6 mở rộng MIPv6 bằng cách quản lý di động

sử dụng vi mô và vĩ mô khác nhau và giảm tín hiệu giữa các mạng nhà và

MN. Để quá trình chuyển giao liên tục, HMIPv6 giới thiệu một nút mới

được gọi là MAP. Trong HMIPv6, MN giao tiếp với các MAP thay vì các

HA và CN để giảm trễ chuyển giao. Trong trường hợp MN di chuyển nội

miền, các yêu cầu đăng ký được xử lý tại địa phương và không truyền

cho HA. Điều này làm giảm độ trễ chuyển giao và chi phí quản lý vị trí.

Thêm nữa, luận văn cũng đã trình bày cách thức để mô phỏng các giao thức

này trên bộ công cụ ns-2. Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên việc mô phỏng các

giao thức này chưa được thực hiện một cách sâu rộng để phân tích các ưu nhược

điểm của các giao thức này. Vì vậy, chúng tôi sẽ thực hiện các công việc này trong

thời gian tới.

54

Tài liệu tham khảo

[1] S. Deering, "ICMP Router Discovery Messages", RFC 1256, IETF, September

1991. http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1256.txt.

[2] Charles E. Perkins, "IP Mobility Support for IPv4", RFC 3344, IETF, August

2002. http://www.ietf.org/rfc/rfc3344.txt.

[3] Stefan Raab and Madhavi W. Chandra, "Mobile IP Technology and

Applications", Cisco Press, 2005.

[4] Liu Yu, Ye Min-hua, and Zhang Hui-min, "The handoff schemes in mobile IP",

Vehicular Technology Conference, 2003. VTC 2003 Spring. The 57th IEEE

Semiannual Volume 1, 22-25 April 2003 Trang: 485 - 489.

[5] Charles E. Perkins, "Mobile IP" ,Communications Magazine, IEEE Volume 40,

Issue 5, Part Anniversary, May 2002 Trang: 66 - 82.

[6] Jiannong Cao, Liang Zhang, Henry Chan, and Das, S.K,"Design and

performance evaluation of an improved mobile IP protocol", INFOCOM 2004.

Twenty-third AnnualJoint Conference of the IEEE Computer and Communications

Societies Volume 1, March 2004 Trang: 7-11.

[7] Rajeev Koodli and Charles E. Perkins, "Mobile IPv4 Fast Handovers", Internet

Draft, IETF, draft-ietf-mip4-fmipv4-00.txt, February 2006.

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mip4-fmipv4-00.txt.

[8] Rajeev Koodli, "Fast Handovers for Mobile IPv6" ,Internet Draft, IETF, draft-

ietf-mipshop-fast-mipv6-03.txt, October 2005. http://www.ietf.org/internet-

drafts/draft-ietf-mipshop-fast-mipv6-03.txt.

[9] E. Gustafsson, A. Jonsson, and C. Perkins, "Mobile IPv4 Regional

Registration," Internet Draft, IETF, draft-ietf-mip4-reg-tunnel-01.txt, June 2006.

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mip4-reg-tunnel-01.txt.

[10] Charles E. Perkins, "IP Encapsulation within IP", RFC 2003, IETF, October

1996. http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2003.txt.

[11] Charles E. Perkins, "Minimal Encapsulation within IP", RFC 2004, IETF,

October 1996. http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2004.txt.

55

[12] D. Farinacci, T. Li, S. Hanks, D. Meyer, and P. Traina, "Generic routing

encapsulation GRE", RFC 2784, IETF March 2000. http://www.rfc-

editor.org/rfc/rfc2784.txt.

[13] P. Ferguson and D. Senie, "Network Ingress Filtering: Defeating Denial of

Service Attacks which employ IP Source Address Spoofing", RFC 2827, IETF,

May 2000. http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2827.txt.

[14] G. Montenegro, "Reverse Tunneling for Mobile IP, revised", RFC 3024 IETF,

January 2001. http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3024.txt.

[15] Charles E. Perkins and David B. Johnson, "Route Optimization in Mobile IP",

Internet Draft, IETF, draft-ietf-mobileip-optim-11.txt, September 2001.

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-optim-11.txt.

[16] T. Narten, E. Nordmark, and W. Simpson, "Neighbor Discovery for IP

Version 6 (IPv6)," RFC 2461, IETF, December 1998. http://www.rfc-

editor.org/rfc/rfc2461.txt.

[17] Hesham Soliman, Claude Catelluccia, Karim El Malki, and Ludovic Bellier,

"Hierarchical Mobile IPv6 mobility management (HMobile IPv6)," Internet Draft,

IETF, draft-ietf-mipshop-hmipv6-04.txt, December 2004.

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mipshop-hmipv6-04.txt.

[18] J. Arkko, V. Devarapalli, and F. Dupont, "Using IPsec to Protect Mobile IPv6

Signaling Between Mobile Nodes and Home Agents," RFC 3776, IETF, June 2004.

http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3776.txt.

[19] John K. Zao and Matt Condell, "Use of IPSec in Mobile IP," Internet Draft,

IETF, draft-ietf-mobileip-ipsec-use-00.txt, November 1997.

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-ipsec-use-00.txt.

[20]D. Johnson, C. Perkins, and J. Arkko, "Mobility Support in IPv6" , RFC 3775,

IETF , June 2004. http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3775.txt.

[21] H.Soliman, K.E. Malki, C. Casteluccia, L. Bellier, “Hierarchical MIPv6

mobility management (HMIPv6)”, Internet Draft, IETF, July 2001.

56

[22] G.Dommety, A. Yegin, C. Perkins, G. Tsirtsis, K.E. Malki, M. Khalil, “Fast

Handovers for Mobile IPv6”, Internet Draft, IETF, March 2002.

[23] K.E.Malki, H. Soliman, “Simultaneous Bindings for Mobile IPv6 Fast

[24] R.Caceres, V.N. Padmanabhan, “Fast and Scalable Handoffs for Wireless

Internetworks”, Proc. of ACM MobiCom, November 1996.

[25] http://www.isi.edu/nsnam/

Handoffs”, Internet Draft, IETF, November 2001.

57