Luận văn thạc sĩ tìm hiểu về mạng ip di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------

HỒNG TÙNG
TÌM HIỂU VỀ MẠNG IP DI ĐỘNG
Chun 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
-------------------

HỒNG TÙNG
TÌM HIỂU VỀ MẠNG IP DI ĐỘNG
Chun 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 cơ trong Khoa Tốn - 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

Hoàng Tùng

năm 2014.


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 NĨI 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
2.3

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

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
STT

Kí hiệu

Từ tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

1

ACK

ACKnowledgments

Tin báo nhận

2

AP

Access Point

Điểm truy cập

3

AR

Access Router

Bộ định tuyến truy cập

4

ARP

Address Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ

5

BA

Binding Acknowledgement

Báo xác nhận liên kết

6

BAck

Back Acknowledgement

Xác nhận trở lại

7

BU

Binding Update

Cập nhật liên kết

8

CCoA

Colocated Care-of-Address

Địa chỉ tạm của MN

9

CN

Correspondent Node

Nút giao dịch

Care of Address

Địa chỉ tạm

10 CoA
11 DHCP

Dynamic Host Configuration
Protocol

Giao thức cấu hình địa chỉ động

12 DiffServ

Differentiated Service

Dịch vụ phân biệt

13 DOS

Denial of Service

Từ chối dịch vụ

14 FA

Foreign Agent

Tác tử ngoài

15 FBAck
16 FBU
17 FCOA

Fast Binding
Acknowledgement
Fast Binding Update
Foreign agent-based Careof-Address

Báo xác nhận liên kết nhanh
Cập nhật liên kết nhanh
Địa chỉ tạm của FA

Fast Handovers for Mobile

Cơ chế chuyển giao nhanh

IPv6

trong Mbile IPv6

19 FN

Foreign Network

Mạng ngồi

20 FNA

Fast Neighbor Advertisement

Thơng báo nhanh láng giềng

21 GFA

Gateway Foreign Agent

Cổng tác tử ngoài mạng

18 FMIPv6


22 GRE

Generic routing

encapsulation

Đóng gói định tuyến chung

23 HA

Home Agent

Tác tử nhà

24 HAck

Handover Acknowledgement

Xác nhận chuyển giao

25 HI

Handover Initiate

Khởi đầu chuyển giao

26 HMAC

27

HMACMD5

Keyed-hash message
authentication code

Keyed-hash message
authentication code with
Message-Digest algorithm 5

Thuật toán xác thực HMAC
Thuật toán xác thực mạnh
HMAC- MD5
Cơ chế chuyển giao phân cấp

28 HMIPv6

Hierarchical Mobile IPv6

29 HN

Home Network

Mạng nhà

30 HoA

Home Address

Địa chỉ nhà

Internet Control Message

Giao thức tạo thông điệp điều

Protocol

khiển truyền của Internet

31 ICMP

32 IEEE

Institute of Electrical anh
Electronics Enginerrs

trong Mbile IPv6

Viện kỹ thuật điện và điện tử

Internet Engineering Task

Lực lượng chuyên trách kỹ

Forse

thuật kết nối Internet

34 IntServ

Integrated Services

Dịch vụ tích hợp

35 IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

36 IPSec

Internet Protocol Security

Giao thức bảo mật Internet

37 IPv4

Internet Protocol version4

Giao thức Internet phiên bản 4

38 IPv6

Internet Protocol version6

Giao thức Internet phiên bản 6

33 IETF

39 IRDP
40 L2

Internet Router Discovery
Protocol
Layer 2 or Data Link Layer

Giao thức IRDP
Tầng liên kết dữ liệu hoặc tầng


2
41 L3

Layer 3 or Network Layer

Tầng mạng hoặc tầng 3

42 LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

43 LCoA

On-Link Care of Address

Địa chỉ liên kết tạm thời

44 MAP

Mobility Anchor Point

Điểm neo đậu di động

45 MIP

Mobile IP

IP di động

46 MIPv4

Mobile IPv4

Mobile IPv4

47 MIPv6

Mobile IPv6

Mobile IPv6

48 MN

Mobile Node

Nút di động

49 NA

Neighbor Advertisement

Thông báo láng giềng

50 nAR

new Access Router

Bộ định tuyến truy cập mới

51 nLCoA

New on-link Care of Address

Địa chỉ liên kết tạm thời mới

52 nRCoA

New Regional Care of
Address

Địa chỉ vùng tạm thời mới
Giao thức đồng bộ thời gian

53 NTP

Network Time Protocol

54 oAR

old Access Router

55 PrRtAdv

Proxy Router Advertisement

56 QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

57 RA

Router Advertisement

Quảng bá bộ định tuyến

58 RCoA

Regional Care of Address

Địa chỉ vùng tạm thời

mạng
Bộ định tuyến truy cập cũ
Thông báo bộ định tuyến đại
diện

Tài liệu về chuẩn trên Internet
59 RFC

Request for Comments

dựa vào ý kiến góp ý của mọi
người

60

RFC 1701

Generic routing

Tài liệu chuẩn đóng gói định

GRE

encapsulation

tuyến chung

Mobile IP

Tài liệu chuẩn về IP di động

61 RFC


2002/3220
RFC 2003
62 và RFC

tunnel encapsulation

2004
63 RFC 2005

64 RFC 3024

Mobile IP applicability

Tài liệu chuẩn về đóng gói
đường hầm
Tài liệu chuẩn về ứng dụng IP
di động

Reverse Tunneling for Mobile Tiêu chuẩn về đường hầm
IP

ngược trong Mobile IP

65 RS

Router Solicitation

Yêu cầu bộ định tuyến

66 RtSolPr

Router Silitation for Proxy

Yêu cầu bộ định tuyến đại diện

67 SA

Security Association

Liên kết bảo mật

68 Sec MIP

Security Mobile IP

Bảo mật Mobile IP

69 SHA1

Secure Hash Algorithm 1

Thuật toán SHA1

70 SPI

Security Parameters Index

71 SQPS

72 TCP

Thơng số an ninh trong mơ hình
IPSec

Scalable QOS Provisioning

Kỹ thuật QoS cung cấp khả

Scheme

năng mở rộng

Transmission Control
Protocol

73 TTL

Time to Live

74 UDP

User Datagram Protocol

75 VOIP

Voice over Internet Protocol

Giao thức điều khiển truyền
Tham số thời gian sống
Giao thức gói dữ liệu người sử
dụng
Thoại qua giao thức IP


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 đốn các loại chuyển giao nhanh. ........................................................... 23
Hình 2.3: Dịng bản tin trong chuyển giao nhanh. ........................................................ 25
Hình 2.4: Dịng bản tin giữa oAR và nAR. ................................................................... 26
Hình 2.5: Dịng 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. Mơ 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: Dịng 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 thơng tin là vơ 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 q trình di chuyển đã khơng
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 cơng 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 cơ 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 khơng 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 khơng 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 ngồi 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 thơng 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 ngồi. Cơng việc này được thực hiện thơng qua một trong hai q 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 thơng qua q trình gửi thơng điệp quảng bá trạm [1]. Vì vậy, MN biết
mạng mà mình thuộc về. Trong trường hợp, MN khơng 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
thơng điệp quảng bá. Cịn nếu khơng 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

Type

Code

Checksum

#addressses

Addr.size

Lifetime

31

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
Zero or more CoAs
…

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

4

Reserved


STT

Các trường trong

Ý nghĩa

IRDP:
1

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

Type

xin trạm gửi thông điệp quảng bá.
2

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

Code

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

Số bit trong 32-bit thông tin trên mỗi địa chỉ bộ định

Addr Entry Size

tuyến.
6

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

Lifetime

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

Ý nghĩa

rộng

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 thơng 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 thơng 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
Type=1

8

15

16

S B D M G r T x

23

24

31

Lifetime

Home Address
Home Agent
CoA
Identification
Extensions…
Hình 1.3: Giao thức yêu cầu đăng ký.
0

7
Type=3

8

15

16

Code

23 24
Lifetime

Home address
Home agent
Identification
Extensions…
Hình 1.4: Giao thức trả lời đăng ký.

6

31


STT

Tên

1

Type

2

Lifetime

Ý nghĩa
Type = 1 yêu cầu đăng ký. Type=3 trả lời đăng ký
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 u 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 u 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 q 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 khơng 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 MessageDigest 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

Type

15

16

23 24

Length

31

SPI

SPI (cont)

Authenticator

Hình 1.5: Giao thức xác thực mở rộng
STT

Tên

Ý nghĩa

1

Type

Type = 31: Mobile-Home, Type = 33 : MobileForeign, Type =34 : Foreign-Home.

2

Length

4 cộng thêm số byte trong xác thực.

3

Security parameter

SPI là giá trị thơng 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 tốn xác thực, khóa bí mật chung hoặc cơng
khai để tính tốn 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

31


Protocol), bất cứ khi nào MN có q 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 phịng sự thay
đổi. Khi HA nhận được bản tin đó, NTP sẽ kiểm tra xem trường nhận dạng có hợp
lệ hay khơng. 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 tốn đầu tiên, q 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 q trình gửi thơng 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 tốn này được dựa trên thơng 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

New IP header

Original data

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 đơi kích
thước gói tin IP, điều này dẫn đến khơng hiệu quả cho một gói tin IP nhỏ, ví dụ, một
gói tin bằng giọng nói.

Ver

IHL

DS(TOS)

IP identification
TTL

Length
Flags

IP- in- IP

Fragment offset
IP checksum

IP address of HA
Care of Address CoA
Ver

IHL

DS(TOS)

IP identification
TTL

Length
Flags

Protocol

Fragment offset
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 khơng 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)

IP identification
TTL

Length
Flags

Min.encap

Fragment offset
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

Ver

New data

IHL

DS(TOS)

Length

IP identification
TTL

Flags

GRE

Fragment offset
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)

IP identification
TTL

length
Flags

protocol

Fragment offset
IP checksum

IP address of CN
IP address of MN
TCP/UDP/… payload
Hình 1.9: Đóng gói GRE.

12