MOBILE IP 4g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGÔ THỊ THANH HUYỀN

MOBILE IP & 4G

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGÔ THỊ THANH HUYỀN

MOBILE IP & 4G

Ngành:

Công nghệ thông tin

Chuyên ngành:
Mã số:

Hệ thống thông tin
60 48 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM THẾ QUẾ

Hà Nội - 2009


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Mobile IP & 4G” là công trình nghiên cứu
của riêng tôi, không sao chép của bất kỳ ai. Nội dung của luận án đƣợc trình bày
từ những kiến thức tổng hợp của cá nhân, tổng hợp từ các nguồn tài liệu có xuất
xứ rõ ràng và trích dẫn hợp pháp. Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận
văn này chƣa từng đƣợc công bố tại bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, và nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức
kỷ luật theo quy định.
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2009
Học viên thực hiện
Ngô Thị Thanh Huyền


i

LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành tốt khóa luận này, ngoài nỗ lực nghiên cứu tìm hiểu, còn có
sự đóng góp không nhỏ của thầy giáo, bạn bè và gia đình của tôi.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Thế Quế, ngƣời thầy đã
hƣớng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình làm luận văn.
Bên cạnh đó, tôi nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn bè, ngƣời
thân và các đồng nghiệp đã có những nhận xét, đánh giá, trao đổi và cung cấp
cho tôi nhiều tài liệu tham khảo bổ ích giúp tôi hoàn thành tốt luận văn.

Xin chân thành cảm ơn Trung tâm Dịch vụ khách hàng - Công ty Dịch vụ
viễn thông đã tạo mọi điều kiện cho tôi đƣợc hoàn thành luận văn.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, nơi luôn động
viên, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Hà Nội, tháng 12/2009
Ngô Thị Thanh Huyền


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................ i
LỜI CÁM ƠN.............................................................................................................................. i
MỤC LỤC .................................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................. i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................................... i
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP ........................................................................... 2
1.1 Khái niệm cơ bản ................................................................................................. 2
1.2 Giao thức Mobile Ipv4 ........................................ Error!

Bookmark not defined.
1.2.1 Phát hiện agent ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Đăng ký ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Tạo đƣờng hầm............................................ Error! Bookmark not defined.
1.3 Mobile Ipv6 ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.1 Các tùy chọn trong Mobile Ipv6 ....................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2 Cấu trúc dữ liệu ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.4 Cơ chế định tuyến gói tin trong Mobile IP ................ Error! Bookmark not defined.
1.4.1 Định tuyến gói tin bởi MN .............................. Error! Bookmark not defined.

1.4.2 Định tuyến gói tin bởi HA .............................. Error! Bookmark not defined.
1.4.3 Định tuyến gói tin bởi FA ............................... Error! Bookmark not defined.
1.5 Đánh giá về Mobile Ipv4, Mobile Ipv6 .................... Error! Bookmark not defined.
1.5.1 Mobile Ipv4 ................................................ Error! Bookmark not defined.
1.5.2 Mobile Ipv6 ................................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ 4G ........................... Error! Bookmark not defined.
2.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động ...................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Hệ thống thông tin di động 4G .............................. Error! Bookmark not defined.
2.3 Các đặc điểm công nghệ của 4G ............................ Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Hỗ trợ lƣu lƣợng IP ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Hỗ trợ tính di động tốt ................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau ........ Error! Bookmark not defined.
2.3.4 Không cần liên kết điều khiển. ......................... Error! Bookmark not defined.
2.3.5 Hỗ trợ bảo mật đầu cuối – đầu cuối. .................. Error! Bookmark not defined.
2.4 Mô hình tham chiếu hệ thống di dộng 4G ................. Error! Bookmark not defined.
2.4.1 Miền dịch vụ và ứng dụng .............................. Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Miền nền tảng dịch vụ ................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói ....................... Error! Bookmark not defined.


iv
2.4.4 Miền truy cập vô tuyến. ................................. Error!

Bookmark not defined.
2.5 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G nhìn từ nền tảng dịch vụ Error! Bookmark not
defined.
2.5.1 Sự thuận tiện cho ngƣời sử dụng ...................... Error! Bookmark not defined.
2.5.2 Các dịch vụ tiên tiến ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.3 Quản lý hệ thống .......................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: AN TOÀN VÀ BẢO MẬT TRONG MOBILE IP & 4G . Error! Bookmark

not defined.
3.1 Vai trò, vị trí của Mobile Ip trong 4G ...................... Error! Bookmark not defined.
3.2 Quản lý di động tại tầng mạng ............................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Quản lý di động tại tầng mạng: Giải pháp cho Macromobility . Error! Bookmark not
defined.
3.2.2 Quản lý di động tại tầng mạng: Giải pháp cho Micromobility.. Error! Bookmark not
defined.
3.3 An toàn và bảo mật trong Mobile IP ....................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Sử dụng các mở rộng xác thực (authentication extensions) ..... Error! Bookmark not
defined.
3.3.2 Xác thực thông qua trƣờng Identification ............ Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ............................................................ Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 4


i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MN

Tên đầy đủ
Mobile Node

HA
FA
CoA

Home Agent
Foreign Agent

Care of Address

CN

Correspondent Node

Ký hiệu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu trúc bản tin Agent Advertisement …………………………….. .4
Hình 1.2 : Cấu trúc bản tin Agent Solicitation ....................................................6
Hình 1.3 Cấu trúc bản tin Registration Request ………………………………..8
Hình 1.4 : Cấu trúc bản tin Registration Reply ………………………………....9
Hình 1.5: Mobile Node đăng ký gián tiếp ………………………………………9
Hình 1.6: Mobile Node đăng ký trực tiếp ……………………………………..10
Hình 1.7: Các cách để đặt một HA trên mạng chủ ……………………………13
Hình 1.8: Định tuyến tam giác ………………………………………………...14
Hình 1.9: Định tuyến tối ƣu ……………………………………………………15
Hình 2.1: Dịch vụ thông tin y tế ……………………………………………….27
Hình 2.2 Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến ………………………………..28
Hình 2.3 Hệ thống định vị …………………………………………………….29
Hình 2.4 Hệ thống đặt hàng di động ………………………………………….30
Hình 2.5 Hệ thống quản lý thực phẩm ………………………………………...31
Hình 2.6 Hệ thống bảo hiểm rủi ro …………………………………………...32
Hình 2.7 Hệ thống quản lý di động ……………………………………………33
Hình 2.8 Mô hình tham chiếu hệ thống thông tin di động …………………….37
Hình 2.9: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ ………………………………40
Hình 2.10: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ : tiện nghi ngƣời dùng .........42
Hình 2.11: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ : Các dịch vụ tiên tiến …….43
Hình 2.12: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ Quản lý hệ thống …………44

Hình 3.1: Vị trí của Mobile IP ...........................................................................45
Hình 3.2: Mobile IP trong mạng GPRS ………………………………………46
Hình 3.3: Mobile IP trong mạng WCDMA …………………………………..46
Hình 3.4: Kiến trúc mô hình mạng Mobile IP phân cấp …………………….50


vi

Hình 3.5: MN đăng ký với HA ........................................................................50
Hình3.6. MN đăng ký tại vùng hoạt động ........................................................51
Hình 3.7 Thủ tục chuyển giao trong FMIPv6 ………………………………..54
Hình 3.8: Kiến trúc mạng HMIPv6 ………………………………………….58


1

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.


2

CHƯƠNG 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


3

- 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.
- 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.


4

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt
1. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2002), Thông tin di động thế hệ ba, Học viên Công
nghệ Bƣu chính Viễn thông.
Tiếng Anh
2. Charles E.Perkins (1997), Mobile IP Design Principles and Practices,
Prentince Hall PTR.
3. C. Perkins (2002), Rfc 3344: IP Mobility Support for Ipv4, IETF.
4. D.Johnson, C.Perkins and J.Arkko (2004), Rfc3375: Mobility Support in Ipv6,
IETF.
5. Dave Wisley, Philip Eard Ley and Louise (2002), IP for 3G Networking
Technologies for Mobile Communications, John Wiley & Sons.
6. Harri Holma and Anti Toskala (2000), W-CDMA for UMTS, John Wiley &
Sons.
7. Luis Correia (2006), Mobile Broadband Multimedia Networks, Elsevier.
8. Michael A.Gallo and William M.Hancock (2001), Computer Comunications
and Networking Technologies, Course Technology.
9. Ramjee Prasad and Marina Ruggieri (2003), Technology Trends in Wireless
Communication, Artech House Publishers.
10. Savo G.Glisic (2006), Advance Wireless Networks 4G Technologies, John
Wiley & Sons.
11. Shinsuke Hara and Ramjee Prasad (2003), Multicarrier Techniques for 4G
Mobile Communications, Artech House.
12. S.Gundavelli, K.Leung, V.Devarapalli, K.Chowdhury and B.Patil (2008),
Rfc5213: Proxy Mobile Ipv6, IETF.
13. Vijay K.Gary (2007), Wireless Communications and Networking, Elsevier.
14. William C.Y.Lee (1996), Mobile Communication Design Fundamental, John
Wiley & Sons.
15. 4G Mobile Communications Committee (2005), Towards the 4G Mobile
Communications Systems..
16. 4G Mobile Communications Committee (2006), 4G Technical Survey Report

– System Infrastructure.


5

17. 4G Mobile Communications Committee (2006), 4G Technical Survey Report
– Service Platform.