Ứng dụng giao thức IGRP cho mạng 3G

Căn cứ vào các kỹ thuật sử dụng cho hệ thống, các dịch vụ mà hệ thống có thể đáp ứng được ta chia lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động thành các thế hệ được biểu diễn theo b

Trang 1

Mai Thanh Dương - 1 -

HỌC VIỆN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA VIỄN THÔNG I Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tên đề tài: Ứng dụng giao thức IGRP cho mạng 3G

Họ và tên: Mai Thanh Dương

 Giao thức định tuyến và IGRP

 Ứng dụng giao thức định tuyến IGRP cho mạng 3G

Ngày giao đề tài: 19/5/2005

Ngày nộp đồ án: 27/10/2005

Ngày 10 tháng 10 năm 2005

Giáo viên hướng dẫn

GVC-Th.s PHẠM KHẮC CHƯ

Trang 2

Mục lục

Lời mở đầu

CHƯƠNG I.TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G 1

I.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

I.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma2000 thế hệ 3 2

I.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA 5

I.2 Mạng 3G 8

I.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000 9

I.2.2 Mô hình tham khảo mạng W-CDMA 13

I.3 MIP 17

I.3.1 Tổng quan về MIP 17

I.3.2 MIPv4 19

I.3.3 MIPv6 20

I.4 Tóm tắt chương 21

CHƯƠNG II MẠNG IP 22

II.1 Giới thiệu về mạng IP 22

II.1.1 Cấu hình (topology) 22

II.1.2 Các thiết bị LAN trong một cấu hình 23

II.1.3 Các card mạng NIC (Network Interface Card) 23

II.1.4 Môi trường 23

II.1.5 Repeater 24

II.1.6 Hub 24

II.1.7 Bridge 25

II.1.8 Switch 25

II.1.9 Router 26

II.1.10 Mây (cloud) 27

I.1.11 Các segment mạng 27

II.2 Chồng giao thức TCP/IP 27

II.3 Địa chỉ IP 29

II.3.1 Khái niệm 29

Trang 3

II.3.2 Subnet, subnet mask và kỹ thuật subnetting 32

II.4 SIP ( Section initization Protocol) 35

II.4.1 Mô hình tham chiếu SIP 35

II.4.2 Kiến trúc mạng của hệ thống SIP 36

II.4.3 Các phương thức hoạt động của SIP 38

II.4.3 Các chức năng của SIP 39

II.5 Tóm tắt chương 41

CHƯƠNG III IP CHO MẠNG 3G 42

III.1 Mở đầu 42

III.1.1 IP 42

III.1.2 3G 42

III.1.3 IP cho mạng 3G 43

III.1.4 Nguyên lý thiết kế một mạng IP 43

III.2 IP cho 3G 44

III.2.1 Nguyên lý 44

III.2.2 Kiến trúc tổng thể 45

II.2.3 Định tuyến và tính di động 47

II.2.4 Giao diện 48

III.3 Quá trình phát triển mạng 50

III.3.1 Truyền dẫn trên mạng IP với UMTS R4 50

III.2.5 UMTS R5- điều khiển cuộc gọi IP và báo hiệu 51

III.3 Tóm tắt chương 55

CHƯƠNG IV GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN IGRP 56

IV.1 Router 56

Trang 4

IV.1.1 Các thành phần của

Router 56

IV.1.2 Hoạt động định tuyến của Router 58

IV.2 Định tuyến và các giao thức định tuyến 60

IV.2.1 Các cơ sở định tuyến 60

IV.2.2 Định tuyến tĩnh 61

IV.2.3 Định tuyến mặc định 61

IV.2.4 Định tuyến động 62

IV.2.5 Định tuyến Distance-vector 65

IV.2.6 Định tuyến Link-state 68

IV.3 Giao thức định tuyến IGRP : Interior Gateway Routing Protocol 71

IV.3.1 Hoạt động của IGRP 72

IV.3.2 Các bộ định thời trong giao thức IGRP và đặc trưng về sự ổn định 74

IV.3.3 IGRP metric 75

IV.3.4 Định dạng gói tin IGRP 80

IV.3.4 Cấu hình IGRP 83

IV.4 Tóm tắt chương 84

CHƯƠNG V ỨNG DỤNG GIAO THỨC IGRP CHO MẠNG 3G 85

V.1 Kiến trúc của một mạng 3G toàn IP 85

V.2 ứng dụng giao thức IGRP trong mạng 3G 87

Tham khảo

Trang 5

Trang 6

TỪ VIẾT TẮT

AAA :Authentication Authorization Accounting

AAAL: Local Access Authentication and Acouting server

AC : Authentication Center

BS : Base Station

BSC : Base Station Controller

BTS : Base Transceiver Station

BSS : Base Station System

CDCP: Call Data Collection Point

CDGP: Call Data Generation Point

CDIS : Call Data Information Source

CDRP: Call Data Rating Point

CF : Collection Funtion

CSC : Customer Service Center

CDPD : Cellular Digital Packet Data

CS: Circuit Switching

DCE :Data Circuit Equipment

DF : Delivery Function

EIR : Equipment Identity Register

GMSC: Geteway Mobile Services Switching Center

GGSN: Gateway GPRS Support Node

HA :Home Agent

HSS :Home Subcriber Server

HLR = Home Location Register

ISSLL :InServ over Specific Link Layer

ISDN : Intergrated Service Didital Network

LAC : Link Access Control

NPDB : Number Portability Database

OSF : Operation System Function

OTAF : Over The Air Service Function

PDN : Public Data Network

PDSN : Packet Data Serving Node

PS: Packet Switching

Trang 7

PLMN : Public Land Mobile Network

PDN : Public Data Network

P-CSCF: Proxy CSCF

SCP : Service Controll Point

SN : Service Node

SME : Short Message Entity

SMS :Short Message Service

UIM : User Identity Mudule

UA: User Agent

UAC: User Agent Client

UAS: User Agent Server

VLR : Visitor Location Register

WAP : Wireless Applycation Protocol

WNE : Wireless Network Entity

Trang 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G

I.1 Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động

Khi con người có hệ thống thông tin cố định thông qua các máy để bàn, họ mong ước có một hệ thống di động để có thể trao đổi thông tin mọi lúc mọi nơi Để đáp ứng yêu cầu đó, mạng thông tin di động ra đời, trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ hệ thống tương tự sử dụng kỹ thuật FDMA đến các hệ thống số TDMA và CDMA Căn cứ vào các kỹ thuật sử dụng cho hệ thống, các dịch vụ mà hệ thống có thể đáp ứng được ta chia lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động thành các thế hệ được biểu diễn theo bảng sau:

Bảng 1: lịch sử phát triển lên thế hệ 3 của mạng thông tin di động

TDMA, hoặc CDMA

số băng hẹp 13kbps)

(8-Thế hệ 2.5 GPRS, EDGE,

CDMA 1x

Trước hết là tiếng thoại có đưa thêm các dịch vụ số liệu gói

TDMA (kết hợp nhiều khe thoại hoặc nhiều tần số), CDMA tốc độ

mã cao hơn Thế hệ 3 (3G) CDMA2000,

W-CDMA

Các dịch vụ tiếng

và số liệu gói được thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiện

Sử dụng CDMA băng rộng

Sơ đồ hình h 1.1 sau đây tổng kết quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

Đề tài này nghiên cứu về thông tin di động thế hệ 3 trong khi đó các hệ thống trên thế giới đang sử dụng chủ yếu là thông tin di động thế hệ 2 vì vậy sau đây ta nghiên cứu hai quá trình phát triển lên 3G

Trang 9

IS-95 CDMA (J-STD-008) (1900)

IS-136 TDMA(800)

IS-95 CDMA (800)

IDEN (800)

W-CDMA

Cdma2000 Nx

h1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

I.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma2000 thế hệ 3

Mạng IS-95 (cdmaOne) không phải là mạng đầu tiên trên thế giới cung cấp truy nhập số liệu nhưng đây lại là mạng được thiết kế duy nhất để truyền số liệu Chúng xử lý truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau Khả năng truyền dẫn tốc độ thay đổi có sẵn ở trong cdmaOne cho phép quyết định lượng thông tin cần phát, vì thế cho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu Vì các hệ thống cdmaOne sử dụng truyền tiếng đóng gói trên đường trục ( ví dụ từ BTS đến MSC) nên khả năng truyền dẫn

số liệu gói đã có sẵn trong các thiết bị Công nghệ truyền dẫn số liệu gói của cdmaOne

sử dụng ngăn xếp giao thức số liệu gói tổ ong (CDPD : Cellular Digital Packet Data) phù hợp với giao thức TCP/IP

Bổ sung truyền số liệu vào mạng cdma 2000 sẽ cho phép nhà khai thác mạng tiếp tục sử dụng các phương tiện truyền dẫn, các phương tiện vô tuyến, cơ sở hạ tầng và các máy cầm tay sẵn có chỉ cần phải nâng cấp phần mềm cho chức năng tương tác Nâng cấp IS-95B cho phép tăng tốc độ kênh để cung cấp tốc độ số liệu 64-115 kbps và đồng

Trang 10

thời cải thiện chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số Các nhà sản xuất

đã công bố các khả năng số liệu gói, số liệu kênh, Fax số trên các thiết bị cdmaOne của

họ

IP di động (giao thức internet cho di động) là sự cải thiện các dịch vụ số liệu gói

IP di động cho phép người sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và nhận được một địa chỉ ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các mạng CDMA khác

Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT-2000 là tạo ra các tiêu chuẩn khuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức độ cao việc nhiều người thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao IMT-2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ túi kích cỡ nhỏ, mở rộng nhiều phương tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho phép đưa ra các công nghệ mới Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng

vô tuyến có các mức chất lượng hữu tuyến đồng thời tốc độ và dung lượng cần thiết để

hỗ trợ đa phương tiện và các ứng dụng tốc độ cao

Sự phát triển của các hệ thống 3G sẽ mở cánh cửa cho mạch vòng thuê bao vô tuyến đối với PSTN và truy cập mạng số liệu công cộng, đồng thời cũng đảm bảo các điều kiện thuận lợi hơn các ứng dụng và các tiềm năng mạng Nó cũng sẽ đảm bảo chuyển mạng toàn cầu, di động dịch vụ, ID trên cơ sở vùng, tính cước và truy nhập thư mục toàn cầu thậm chí có thể hy vọng công nghệ 3G cho phép nối mạng vệ tinh một cách liên tục

Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tương thích với hệ thống cũ cdmaOne về: các dịch vụ tiếng, các bộ mã hoá tiếng, các cấu trúc báo hiệu và các khả năng bảo mật

Giai đoạn một của cdma2000 sẽ sử dụng độ rộng băng tần 1,25 Mbps và truyền

số liệu tốc độ đỉnh 144 kbps cho các ứng dụng cố định hay di động Giai đoạn hai của cdma200 sẽ sử dụng động rộng băng tần 5Mhz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144kbps cho các dịch vụ số liệu và xe cộ, 2Mbps cho các dịch vụ cố định Các nhà công nghiệp tiên đoán rằng giai đoạn cdma200 3x sẽ dần tiến đến tốc độ 1Mhz cho từng kênh lưu lượng Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh người sử dụng sẽ đạt được tốc độ đỉnh 2Mbps là tốc độ đích của IMT-2000

Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và hai của cdma2000 là độ rộng băng tần và tốc độ băng thông tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh Giai đoạn hai sẽ đưa các khả năng tốc độ tiên tiến và đặt nền móng cho các dịch vụ tiếng 3G phổ biến, sử dụng VoIP Vì các tiêu chuẩn cdma2000 1x và cdma2000 3x phần lớn sử dụng chung các dịch

vụ vô tuyến băng gốc nên các nhà khai thác có thể sử dụng một bước tiến căn bản đến các khả năng đầy đủ của 3G bằng cách thực hiện cdma2000 1x Cdma2000 giai đoạn hai sẽ bao gồm mô tả chi tiết các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5Mhz đến 10 Mhz và 15 Mhz trong tương lai

Bằng cách chuyển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS-95 hiện nay sang IS-2000 1x của tiêu chuẩn cdma2000, các nhà khai thác đạt được tăng dung lượng vô tuyến gấp đôi và có khả năng xử lý số liệu gói đến 144kbps Khả năng của cdma2000 giai đoạn một bao gồm lớp vật lý mới cho các cỡ kênh 1x1,25 Mhz và 3x1,25 Mhz, hỗ trợ các tuỳ

Trang 11

chọn đường xuống trải phổ trực tiếp và đa sóng mang 3x và các định nghĩa cho 1x và 3x Các nhà khai thác cũng sẽ được hưởng sự cải thiện dịch vụ tiếng với dung lượng tăng 2 lần

Cùng với sự ra đời của cdma2000 1x các dịch vụ số liệu cũng sẽ được cải thiện Giai đoạn hai cũng sẽ hoàn thành cơ cấu MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường) và định nghĩa giao thức đoạn nối vô tuyến (RLP: Radio Link Protocol) cho số liệu gói để hỗ trợ các tốc độ số liệu gói ít nhất là 144 kbps

Thực hiện giai đoạn hai của cdma2000 sẽ mang lại rất nhiều khả năng mới và tăng cường dịch vụ Giai đoạn hai sẽ tăng cường tất cả các kích cỡ kênh (6x, 9x, 12x) cơ cấu cho các dịch vụ tiếng, bộ mã hoá tiếng cho cdma2000 bao gồm VoIP Với giai đoạn hai các dịch vụ đa phương tiện thực sự sẽ được cung cấp và sẽ mạng lại các cơ hội lợi nhuận bổ sung cho các nhà khai thác Các dịch vụ đa phương tiện sẽ có thể thực hiện được thông qua MAC số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ cho dịch vụ số liệu gói đến 2Mbps, RLP

hỗ trợ tất cả các tốc độ số liệu đến 2Mbps và mô hình gọi đa phương tiện tiên tiến

Ở lĩnh vực các dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai cdma2000 sẽ đem đến cấu trúc báo hiệu 3G cdma2000 tự sinh đối với điều khiển truy nhập đoạn nối (LAC : Link Access Control) và cấu trúc báo hiệu lớp cao Các cấu trúc này đảm bảo hỗ trợ để tăng cường tính riêng tư, nhận thực và chức năng mật mã Cấu trúc và thiết bị mạng hiện có của nhà khai thác sẽ ảnh hưởng đến sự chuyển đổi này Một mạng được xây dựng trên cấu trúc mở tiên tiến với lộ trình chuyển đổi rõ ràng có thể nhận được các khả năng của IS-2000 1x bằng cách chuyển đổi modul đơn giản Các mạng có cấu trúc ít linh hoạt hơn

có thể đòi hỏi các bước chuyển đổi tốn kém để thay thế toàn bộ hệ thống thu phát gốc BTS Để đạt được tốc độ đỉnh nhà khai thác có thể nâng cấp phần mềm cho mạng và các trạm gốc để hỗ trợ giao thức số liệu của IS-2000 1x

Sẽ phải có điểm phục vụ số liệu gói (PDSN : Packet Data Service Node) để hỗ trợ kết nối số liệu cho Internet Nhiều nhà cung cấp các thiết bị đã đưa ra các giải pháp tích hợp điểm phục vụ số liệu vì thế mở ra lộ trình liên tục tiến tới các công nghệ 3G Hình

vẽ sau cho thấy quá trình phát triển của IS-95

Trang 12

95A

95B

IS-Cdma20 0 giai ®o¹n mét

Cdma200 0 giai ®o¹n hai

2G cdmaOne

3G

64kbps

14.4kbps

2 Mbps

h1.2: Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000

Các nhà khai thác cdmaOne có khả năng nâng cấp lên hệ thống 3G mà không cần thêm phổ, cũng không phải đầu tư thêm đáng kể Thiết kế cdma2000 cho phép triển khai các tăng cường của 3G trong khi vẫn duy trì hỗ trợ 2G cho cdmaOne hiện có ở dải phổ

mà nhà khai thác đang sử dụng hiện nay

Cả cdma2000 giai đoạn một và hai đều có thể hoà trộn với cdmaOne để sử dụng hiệu quả phổ tần tuỳ theo nhu cầu của khách hàng Chẳng hạn một nhà khai thác có nhu cầu lớn về dịch vụ số liệu tốc độ cao có thể chọn triển khai giai đoạn một cdma2000 và cdmaOne với sử dụng nhiều kênh hơn cho cdmaOne Ở một thị trường khác, người sử dụng có thể chưa cần nhanh chóng sử dụng các dịch vụ tốc độ số liệu cao thì số kênh sẽ được tập trung chủ yếu cho cdmaOne Vì các khả năng cdma2000 giai đoạn hai đã sẵn sàng, nhà khai thác thậm chí có nhiều cách lựa chọn hơn trong việc sử dụng phổ để hỗ trợ các dịch vụ mới

I.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA

Để đảm bảo đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, tính hệ thống, thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế hệ ba Tổng quát quá trình chuyển đổi này như hình vẽ

h1.3: Lộ trình phát triển từ GSM đến W-CDMA

Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu trong cùng một mạng là chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switching) và chuyển mạch gói (PS:Packet Switching) như sau:

Trang 13

Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:

- Dịch vụ bản tin ngắn (SMS :Short Message Service)

- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 kbps

- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbps

Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:

độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD, dịch

vụ gói vô tuyến chung GPRS và tốc độ số liệu tăng cường để phát triển EDGE Các bước trung gian này gọi là thế hệ 2,5

a, Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD là một dịch vụ cho phép tăng tốc

độ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6 kbps (hay cải tiến 14,4kbps) của GSM Để tăng tốc độ số liệu người sử dụng có thể được cấp nhiều khe thời gian một lúc hơn Có thể kết hợp linh hoạt từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ số liệu cực đại

là 64kbps cho một người sử dụng Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x14.4 kbps và như vậy có thể đạt được tốc độ trên 100 kbps

Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó hỗ trợ cả kết nối đối xứng và không đối xứng (như hình h1.4) Từ hình h1.4 ta thấy ở chế độ HSCSD đối xứng, số khe phát từ BTS đến MS bằng số khe thời gian theo chiều ngược lại Ở chế độ bất đối xứng, số khe theo đường xuống lớn hơn số khe của đường lên Chế độ phát không đối xứng được sử dụng khi người dùng muốn truy nhập mạng internet, thông thường dữ liệu tải về lớn hơn rất nhiều dữ liệu đưa lên mạng

Trang 14

h1.4: Biểu đồ thời gian cho HSCSD đối xứng và không đối xứng

b, Dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS

Trang 15

B ¸ o h iÖ u

B ¸ o h iÖu v µ lu l î n g

h1.5 Cấu trúc mạng GPRS

EIR = Equipment Identity Register

HLR = Home Location Register

SMS = Short Message Sevice

SGSN = Serving GPRS Support Node

GGSN = Gateway GPRS Support Node

MT = Mobile Terminal

TE = Terminal Equipment

PLMN = Public Land Mobile Network

PDN = Public Data Network

BSS = Base Station System

IWMSC InterWorking MSC

GMSC= Geteway Mobile Services Switching Center

Dịch vụ GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM GPRS khác với HSCSD ở chỗ là nhiều người sử dụng có thể dùng chung một tài nguyên vô tuyến vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến sẽ rất cao Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành được tài nguyên vô tuyến khi nó thực sự có dữ liệu cần phát và ở thời điểm khác, người sử dụng khác có thể sử dụng chung tài nguyên vô tuyến này Nhờ vậy băng tần được sử dụng rất hiệu quả Cấu trúc của một mạng GPRS như trên hình h1.5

Trang 16

Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ trên 100 kbps Tuy nhiên đây chỉ là tốc độ đỉnh và nếu đồng thời có nhiều người sử dụng dịch vụ thì tốc độ sẽ thấp hơn nhiều

c, Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE)

Nói chung cấu trúc EDGE giống như GPRS tuy nhiên ở đây sử dụng kỹ thuật điều chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK) vì thế nâng cao được tốc độ truyền dẫn

I.2 Mạng 3G

Như chúng ta đã theo dõi lịch sử phát triển của mạng thông tin di động Để tiến tới một hệ thống thông tin di động 3G chúng ta có hai cách phát triển tuỳ theo hiện trạng mạng sẵn có sử dụng công nghệ GSM hay công nghệ cdmaOne Trên thế giới hiện nay

đã có một số nước xây dựng hoàn chỉnh hệ thống thông tin di động 3G như ở Hàn Quốc

và Nhật Bản và với ưu điểm về tốc độ và dịch vụ, 3G sẽ là xu thế tất yếu mà mỗi nhà khai thác cần phải hướng tới

Mạng thông tin di động 3G giai đoạn đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và các vùng chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch ứng dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng cũng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình h1.6 cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G

Chøc n¨ng CS Chøc n¨ng PS

ThiÕt bÞ chuyÓn m¹ch néi h¹t

ThiÕt bÞ chuyÓn m¹ch cæng

§Çu cuèi sè liÖu

§Çu cuèi tiÕng

Trang 17

I.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000

Hình h1.7 cho thấy mô hình tham khảo của mạng cho cdma2000

Z E

TAm

TE2 Rm

MT2 TE2 Rm

k j

V D1

X

WNE

IAP CDIS

h1.7: Mô hình tham khảo mạng cdma2000

AAA :Authentication Authorization Accounting :Nhận thực trao quyền và thanh toán

AC : Authentication Center : Trung tâm nhận thực

BS : Base Station : Trạm gốc

BSC : Base Station Controller: Điều khiển trạm gốc

BTS : Base Transceiver Station : Trạm thu phát gốc

CDCP : Call Data Collection Point : Điểm thu thập số liệu cuộc gọi

CDGP : Call Data Generation Point: Điểm tạo dữ liệu cuộc gọi

CDIS : Call Data Information Source: Nguồn thông tin dữ liệu cuộc gọi

CDRP : Call Data Rating Point : Điểm tính cước số liệu cuộc gọi

CF : Collection Funtion: Chức năng thu thập

CSC : Customer Service Center: Trung tâm phục vụ khách hàng

DCE : Data Circuit Equipment: Thiết bị mạch số liệu

Trang 18

DF : Delivery Function: Chức năng chuyển

EIR : Equipment Identity Register : Bộ ghi nhận dạng thiết bị

ISDN : Intergrated Service Didital Network: Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ

IP : Intelligent Peripheral : Ngoại vi thông minh

IAP : Intercept Access Point : Điểm truy cập mạng bị chặn

IWF : InterWorking Function: Chức năng liên kết mạng

MWNE : Manager Wireless Network: Mạng quản lý vô tuyến

MS : Mobile Station: Trạm gốc

MC : Message Center : Trung tâm tin nhắn

MSC : Main Switching Center: Trung tâm chuyển mạch chính

MT : Mobile Terminal : Đầu cuối di động

NPDB : Number Portability Database: Cơ sở dữ liệu lưu số máy cầm tay

OSF : Operation System Function: Chức năng khai thác hệ thống

OTAF : Over The Air Service Function: Chức năng dịch vụ không gian

PDN : Public Data Network : Mạng số liệu công cộng

PDSN : Packet Data Serving Node : Node phục vụ số liệu gói

SCP : Service Control Point : Điểm điều khiển dịch vụ

SN : Service Node : Node dịch vụ

SME : Short Message Entity :Thực thể bản tin ngắn

TA : Terminal Adapter :Tương thích đầu cuối

TE :Terminal Equipment :Thiết bị đầu cuối

UIM : User Identity Mudule : Modul nhận dạng thuê bao

VLR : Visitor Location Register : Bộ ghi vị trí thường trú

WNE : Wireless Network Entity: Thực thể mạng vô tuyến

Mô hình tham khảo bao gồm: Các thực thể mạng và các điểm tham khảo Dưới đây ta xét một số thực thể mạng đặc biệt trên hình và chưa được xét ở phần trước

1 AAA là một thực thể đảm bảo hoạt động giao thức Internet để hỗ trợ nhận thực trao quyền và thanh toán Các chức năng IP được định nghĩa trong tài liệu của IETF AAA tương tác với PSDN để thực hiện ba chức năng AAA trong việc hỗ trợ PSDN cho các trạm di động yêu cầu AAA tương tác với các thực thể AAA khác để thực hiện các chức năng khi AAA tại nhà nằm ngoài mạng di động đang phục vụ

2 AC là thực thể quản lý thông tin nhận thực liên quan đến MS AC có thể hoặc không đặt bên trong HLR Một AC có thể phục vụ nhiều HLR

Trang 19

3 BS là thực thể cung cấp các phương tiện để MS truy nhập mạng bằng đường

vô tuyến MS bao gồm BTS và BSC

4 BSC là thực thể đảm bảo điều khiển và quản lý với nhiều BTS BSC trao đổi bản tin với cả BTS và MSC Lưu lượng và báo hiệu liên quan với điều khiển cuộc gọi, quản lý tính di động và quản lý MS có thể được truyền trong suốt qua BSC

5 BTS là tực thể đảm bảo truyền dẫn qua điểm tham khảo U ( hay môi trường vô tuyến)

6 CDCP Là thực thể thu nhận thông tin chi tiết về cuộc gọi

7 CDGP là thực thể cung cấp các thông tin chi tiết về cuộc gọi cho CDCP ở khuôn dạng IS-124

8 CDIS là thực thể có thể là nguồn thông tin chi tiết về cuộc gọi Thông tin này

có thể ở một khuôn dạng riêng không nhất thiết phải ở dạng IS-124

9 CDRP là thực thể nhận thông tin chi tiết cuộc gọi khuôn dạng IS-124, không tính cước và cung cấp thông tin liên quan đến cước phí Thông tin này được bổ sung bằng cách sử dụng IS-124

!0 CF là thực thể chịu trách nhiệm thu thập thông tin bị chặn cho các cơ quan thi hành pháp luật

11 CSC là thực thể mà tại đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể nhận các cuộc gọi điện thoại từ khách hàng muốn đăng ký cho việc cho việc bắt đầu dịch vụ vô tuyến hoặc các yêu cầu khác

12 CDE là một kết cuối bảo đảm giao diện giữa mạng với người sử dụng không phải là ISDN

13 DF là thực thể làm nhiệm vụ chuyển các cuộc gọi bị chặn đến một hay nhiều

CF

14 EIR là một thực thể đảm bảo để ghi lại số nhận dạng thiết bị của người sử dụng

15 HLR là bộ ghi định vị để ghi lại số nhận dạng của người sử dụng

16 IP (ngoại vi thông minh) là thực thể thực hiện chức năng tài nguyên đặc biệt như: thông báo bằng lời (từ băng), thu thập các chữ số, thực hiện việc chuyển đổi tiếng thành văn bản hoặc văn bản thành tiếng, ghi và lưu các bản tin tiếng, các dịch vụ Fax, các dịch vụ số liệu

17 IAP đảm bảo việc truy nhập đến các cuộc thông tin đến hoặc từ thiết bị, các phương tiện hay các dịch vụ của một đối tượng bị chặn

18 IWF là một thực thể đảm bảo việc biến đổi thông tin cho một hay nhiều WNE Một IWF có thể có giao diện đến một WNE để đảm bảo các dịch vụ biến đổi

Trang 20

IWF có thể làm tăng thêm một giao diện được nhận dạng giữa hai WNE để cung cấp các dịch vụ biến đổi cho cả hai WNE

19 MWNE là thực thể vô tuyến bên trong thực thể tập thể hay một thực thể mạng đặc thù bất kỳ cần quản lý vô tuyến của OS bao hàm cả OS khác

20 MC là thực thể làm nhiệm vụ lưu và phát các bản tin ngắn MC cũng có thể đảm bảo các dịch vụ bổ sung cho dịch vụ bản tin ngắn (SMS)

21 MS là đầu cuối được thuê bao sử dụng để truy nhập mạng ở giao diện vô tuyến MS có thể là thiết bị cầm tay, đặt trong xe hoặc đặt cố định MS là thiết bị vô tuyến được dùng để kết cuối đường truyền vô tuyến tại thuê bao

22 MSC là thực thể chuyển mạch lưu lượng được khởi xướng hoặc kết cuối ở

MS Thông thường một MSC được kết nối với ít nhất một BS Nó cũng có thể đóng vai trò cổng khi kết nối với một mạng khác

23 MT0 là kết cuối MS có khả năng tự truyền số liệu mà không hỗ trợ giao diện ngoài

24 MT1 là kết cuối MS cung cấp giao diện người sử dụng ISDN và mạng

25 MT2 là kết cuối MS cung cấp giao diện kết nối không phải là giao diện người

28.OTAF là thực thể giao diện theo chuẩn riêng đến CSC để hỗ trợ các hoạt động trang bị dịch vụ

29 PDSN là thực thể cung cấp các chức năng giao thức Internet cho mạng di động PDSN thiết lập, duy trì và kết nối các phiên của lớp đoạn nốivới MS PDSN định tuyến các datagram IP đến PDN PDSN có thể hoạt động như một tác nhân MIP ngoài nhà trong mạng di động PDSN tương tác với AAA để hỗ trợ việc nhận thực, trao quyền,

và tính cước PDSN có thể giao tiếp với một hay nhiều mạng IP để đảm bảo truy nhập mạng Internet

30 PDN đảm bảo cơ chế truyền tải số liệu gói giữa các thực thể mạng và thực hiện xử lý các khả năng sử dụng các dịch vụ này

31 SCP là thực thể hoạt động như một cơ sở dữ liệu thời gian thực và hệ thống

xử lý thao tác để đảm bảo chức năng điều khiển dịch vụ và số liệu dịch vụ

32 SN là thực thể đảm bảo điều khiển dịch vụ, số liệu dịch vụ các tài nguyên đặc biệt và các chức năng điều khiển cuộc gọi để hỗ trợ các dịch vụ liên quan đến vật mang

Trang 21

33 SME là thực thể sắp xếp và giải sắp xếp các bản tin ngắn SME có thể hoặc không được sắp xếp bên trong HRL, MC, VLR hay MSC

34 TA là thực thể chuyển đổi báo hiệu và số liệu của người sử dụng giữa giao diện không phải là ISDN và giao diện ISDN

35 TAm (bộ thích ứng m) là thực thể biến đổi báo hiệu và số liệu của người sử dụng giữa giao diện không phải là ISDN và ISDN

36 TE1 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện người sử dụng ISDN và mạng

37 TE2 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện giữa người sử dụng không phải ISDN và mạng

38 UIM chứa thông tin về thuê bao và có thể chứa thông tin đặc thù thuê bao UIM có thể hoặc được kết hợp bên trong đầu cuối di động hoặc có thể rút ra được

39 VRL là bộ ghi định vị khác với HLR, nó được MSC sử dụng để thu nhận thông tin cho việc xử lý cuộc gọi đến hoặc từ thuê bao khác

internet

M¹ng sè liÖu riªng c«ng céng

BSC

BTS

BTS BTS

Trang 22

I.2.2 Mô hình tham khảo mạng W-CDMA

Hình h.1.9 cho thấy cấu trúc mạng cơ sở của W-CDMA phiên bản 3

Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC) và các node hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN) Các kênh thoại và chuyển mạch gói được kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch kênh và các node chuyển mạch gói cổng: GMSC và GGSN Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các node chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng di động như HLR, AUC và EIR

Mạng truy nhập vô tuyến có các phần tử sau:

- RNC: Radio Network Controller : Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò như BSC ở mạng thế hệ hai

- Node B: đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động

- UE :User Equipment : thiết bị người sử dụng

BTS

NODE B NODE B

SGSN RNC

Iur

IuB (ATM)

IuB

Iu-CS

Iu-CS Iu-PS

Internet G1

M¹ng truy nhËp v« tuyÕn (UTRAN)

M¹ng lâi (CN)

h.1.9: Kiến trúc chung của mạng 3G phát hành R3

Trang 23

UE bao gồm thiết bị di động ME và modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo an (giống như SIM ở GSM) Giao diện giữ UE và mạng gọi là giao diện Uu Trong các quy định của 3GPP trạm gốc được gọi là node B Node B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các node B được nối với nó RNC đóng vai trò giống như BSC ở GSM RNC kết hợp với các node B nối với

nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Giao diện giữa node B và RNC được gọi là giao diện Iub Khác với giao diện Abis tương ứng

ở GSM, giao diện này được tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở vì thế có thể kết nối node B của nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác

Khác với GSM các BSC trong mạng W-CDMA không nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC Giao diện này gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động của thuê bao giữa các RNC và chuyển giao gữa các node B ở biên RNS Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao

UTRAN được nối đến mạng lõi thông qua giao diện Iu Giao diện Iu có hai phần

tử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS để chuyên trách các loại kết nối chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Thông tin chuyển mạch kênh thông qua giao diện Iu-CS để đến MSC/VLR còn thông tin gói sẽ được chuyển qua giao diện Iu-PS đến SGSN

Trong thực tế tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UMTS đến GSM và ngược lại Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ của UMTS vì thế các thuê bao UMTS có khả năng nhận được dịch vụ của GSM cũ Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau chuyển giao giữa các hệ thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM thì các MSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC

Trang 24

Iu-CS (control)

vì nó mang tính kế thừa và phát triển Để xem xét mức cao hơn của mạng 3G ta xem xét phiên bản 4

Hình h1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3GPP phát hành R4 Sự khác nhau cơ bản của phiên bản này so với phiên bản trước là mạng lõi lúc này là mạng phân bố Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở các kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố được đưa vào

Về căn bản các MSC được chia thành MSC server và cổng đa phương tiện MGW MSC server chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động như một MSC tiêu chuẩn nhưng nó lại không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW và nó có thể đặt xa MSC server Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi được thực thiện giữa RNC và MSC server Thông thường các MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Protocol) dựa trên giao thức internet

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là kiến trúc mạng đa phương tiện IP Chúng được đưa ra với tên gọi R5 Ở phiên bản này trong mạng sẽ không còn phần chuyển mạch kênh và tất cả là chuyển mạch gói từ đầu cuối đến đầu cuối Điều này mở ra khả

Trang 25

năng chỳng ta xõy dựng một mạng toàn IP Cú thể coi kiến trỳc mạng này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu

Cx

Mr

Gi Mg Cx

T-SGW SS7

Iu

Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi CSCF

Chức năng điều khiển trạng cổng môI trường MGCF

h1.11: Kiến trỳc mạng đa phương tiện IP của 3GPP (R5)

IP di động là giải phỏp được lựa chọn cho di động IP trong cỏc hệ thống thụng tin di động 3G

I.3.1 Tổng quan về MIP

Đề xuất tốt nhất để xử lý chuyển giao di động vĩ mụ là MIP MIP đó được phỏt triển nhiều năm bởi IETF, đầu tiờn cho phiờn bản 4 và hiện nay cho phiờn bản 6 Mặc dự

đó tồn tại nhiều năm và được coi là một giải phỏp ngắn hạn nú vẫn chỉ được triển khai thương mại hạn chế Đó cú cỏc sản phẩm của MIP từ Nextel và IpUnplugged

Trong MIP, khụng phụ thuộc vào điểm nối mạng hiện thời, mỏy di động luụn luụn được nhận dạng bằng địa chỉ thường trỳ của nú Khi ra khỏi mạng nhà mỏy di động nhận được một địa chỉ khỏc gọi là CoA (Care of Address ) liờn quan đến vị trớ hiện thời của mỏy di động MIP giải quyết vấn đề lưu động bằng cỏch lưu giữ một chuyển động giữa nhận dạng cố định và CoA của mỏy di động CoA hoạt động như một định vị tạm thời

Trang 26

Phần tử then chốt của MIP là tỏc nhõn nhà HA (Home Agent) là một bộ định tuyến đặc biệt lưu giữ chuyển đổi giữa địa chỉ nhà và CoA của mỏy di động Mỗi lần mỏy di động (viết tắt là MH: Mobile Host hay MN: Mobile Node) chuyển đến một mạng con mới thụng thường là một bộ định tuyến truy nhập mới, nú nhận được một CoA mới

và đăng ký CoA này với tỏc nhõn nhà MIP đảm bảo là mỏy đối tỏc (viết tắt là CH: Correspondent Host) cú thể luụn luụn gửi cỏc gúi đến một mỏy di động theo địa chỉ nhà của mỏy di động, cỏc gúi được định tuyến theo đường truyền của mạng nhà đến HA Sau khi HA nhận được cỏc gúi này thỡ nú thực hiện đúng bao chỳng theo kiểu IP trong IP (IP

in IP encapsulation) rồi gửi xuyờn đường hầm (ta gọi là truyền tunnel) đến CoA của mỏy

di động (núi một cỏch khỏc HA tạo lập cỏc gúi mới với tiờu đề mới chứa CoA và phần

số liệu mới chứa toàn bộ gúi ban đầu và phần tiờu đề gốc) Tại đầu kia của tunnel, gúi gốc được khụi phục bằng cỏch bỏ đi tiờu đề IP ngoài, quỏ trỡnh này gọi là quỏ trỡnh mở bao

Lưu ý rằng MIP chỉ liờn quan đến lưu lượng tới mỏy di động, ở phương ngược lại cỏc gúi được gửi trực tiếp đến mỏy đối tỏc (ở phương này mỏy di động được coi như ở mạng nhà)

Sau đõy là một số tớnh năng của MIP:

- Trong suốt đối với cỏc ứng dụng Cỏc ứng dụng vẫn cú thể tiếp tục sử dụng cựng địa chỉ IP, vỡ HA chuyển chỳng trong suốt đến CoA

- Trong suốt đối với mạng Giao thức định tuyến mạng tiờu chuẩn vẫn được tiếp tục sử dụng Chỉ cú cỏc mỏy di động và cỏc tỏc nhõn nhà ( cỏc tỏc nhõn ngoài được xột sau) là biết được việc đưa vào MIP Cỏc bộ định tuyến khỏc coi đú chỉ là cỏc gúi IP thụng thường

MIP chỉ thực hiện truyền dẫn và sử lý phần bổ sung tại phớa từ HA đến mỏy di động

Vị trí tại nhà của máy di động MH

Mạng (mạng con) nhà

Đóng bao IP trong IP

Máy di động MH Mạng con khách

Bó số liệu từ máy di động được truyền trực tiếp

các máy đối tác, định tuyến IP bình thường.

Trang 27

CH đến NH

Cập nhật ràng buộc

tối ưu định tuyến.

h1.14: Tối ưu định tuyến

I.3.2 MIPv4

Cỏc giao thức MIPv4 được thiết kế đảm bảo hỗ trợ di động bờn trong mạng IPv4 Ngoài HA, MIPv4 cũn đưa ra khỏi niệm một bộ định tuyến đặc thự khỏc là FA (Foreign Agent : tỏc nhõn ngoài) Thớ dụ mọi bộ định tuyến truy nhập là FA Mỏy di động MN luụn nghe ngúng cỏc quảng cỏo tỏc nhõn (Agent Advertisement) được phỏt quảng bỏ định kỳ từ cỏc FA để nhận biết nú đang ở FA nào Quảng cỏo bao gồm tiền tố mạng của

FA Khi MN chuyển dịch vào một mạng ngoài mới và nghe thấy quảng cỏo của FA, MN gửi bản tin yờu cầu đăng ký Thay cho việc đợi cỏc quảng cỏo định kỳ MN cú thể phỏt bản tin khẩn nài (Solicitation) đến FA để yờu cầu nú phỏt quảng cỏo ngay lập tức

Cú hai phương ỏn MIP v4 phụ thuộc vào dạng CoA Phương ỏn tứ nhất MN sử dụng địa chỉ FA như CoA của mỡnh và FA đăng ký FA-CoA (Foreign Agent Care of Address: Chăm súc địa chỉ của tỏc nhõn ngoài) cho HA Lỳc này cỏc gúi gửi theo tunnel

từ HA đến FA, FA mở gúi và chuyển gúi gốc trực tiếp đến MN Trong phương ỏn hai

MN nhận được một CoA cho chớnh mỡnh chẳng hạn thụng qua DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) và đăng ký CoA đồng vị trớ này (CCoA: Co-Allocate CoA) hoặc trực tiếp với HA hoặc thụng qua FA Cỏc gúi được gửi tunnel từ HA được MN tự mỡnh mở bao

Trang 28

Ưu điểm chính của việc sử dụng FA-CoA là ta cần ít hơn địa chỉ IPv4 toàn cầu (IP global) vì nhiều MN có thể đăng ký tại cùng một FA Hiện nay các địa chỉ IPv4 đang rất khan hiếm nên cách này được ưa dùng Phương pháp này cũng loại bỏ phần bổ sung cho đóng bao trên đoạn nối vô tuyến mặc dù trong thực tế có thể sử dụng nén tiêu đề trong các phương án FA-CoA và CCoA

Dưới đây ta sẽ xét một số hạn chế mà MIPv4 thường gặp phải:

Định tuyến tam giác và tối ưu định tuyến

Trong MIPv4 cơ sở nói trên tất cả các gói từ máy đối tác CN đều đi qua HA đến

MN Định tuyến tam giác hiệu suất kém thí dụ một du khách từ Úc đến Anh muốn liên lạc với một người trong cùng một toà nhà Một mở rộng tuỳ chọn cho MIP được gọi là tối ưu định tuyến cho phép CH gửi trực tiếp đến MN HA gửi một ràng buộc (binding) đến CN để phúc đáp các thông báo trước của máy di động hoặc yêu cầu của CN Tuy nhiên tối ưu định tuyến yêu cầu cập nhật cho ngăn xếp giao thức của CN (để nó tàng trữ CoA của MN và đóng bao) và trong một số trường hợp nó không hiệu quả (chẳng hạn

MN đã thoả thuận với rất nhiều server để lấy thông tin)

Truyền tunnel ngược

MIPv4 gặp trở ngại với các tường lửa (hay nói một cách tổng quát hơn với một bức tường lửa lọc đầu vào) MN sử dụng địa chỉ tại nhà của nó như địa chỉ nguồn nhưng tường lửa muốn tất cả các gói trong mạng của nó sử dụng địa chỉ nguồn theo cấu hình topo (nghĩa là sử dụng cùng tiền tố của mạng) và vì thế loại bỏ các gói đến tù MN Để giải quyết vấn đề này một mở rộng của bổ sung đó là truyền tunnel ngược Nó thiết lập một tunnel ngược từ CoA đến HA Khi này các gói gửi từ MN được mở bao tại HA và được truyền đến CN theo địa chỉ IP nguồn

Truyền ngang NAT

MIPv4 gặp khó khăn với bộ phiên dịch địa chỉ mạng (NAT: Network Address Translator) NAT được sử dụng rất phổ biến trong các mạng IPv4 do thiếu các địa chỉ

IP NAT cho phép nhiều MN sử dụng chung một số ít các địa chỉ IP global trong đó nhiều nút IP sử dụng chung một địa chỉ với các port khác nhau Điều này rất bất lợi cho MIP: HA hay CN truyền tunnel bằng bao IP trong IP đến địa chỉ CoA định tuyến công cộng của MN, khi các gói này đến NAT, NAT phải phiên dịch địa chỉ này vào CoA riêng của MN nhưng nếu nhiều MN chung một địa chỉ nó không làm được điều này Một giải pháp được đề xuất là sử dụng đóng bao IP trong UDP (IP in UDP encapsulation) : Tiêu đề UDP mang thêm nhiều thông tin về số của port cho phép NAT nhận dạng được MN cần thiết

Thiếu hụt địa chỉ

Ngay cả khi sử dụng FA-CoA, MN vẫn cần địa chỉ thường trú Sự thiếu hụt các địa chỉ IPv4 thể hiện ở chỗ ISP hay nhà khai thác mạng phải gán cho mỗi người sử dụng một địa chỉ IP động thông qua giao thức DHCP

Trang 29

- Chỉ sử dụng CCoA vì số địa chỉ của IPv6 được tăng thêm

- Không có FA Nhờ các tính năng tăng cường của IPv6 như phát hiện nút lân cận, lập cấu hình tự động địa chỉ và khả năng mọi bộ định tuyến phát quảng cáo bộ định tuyến

- Không cần truyền tunnel ngược Gói chứa địa chỉ nhà của MN trong phần tuỳ chọn nơi nhận địa chỉ nhà (tiêu đề của gói IP thông thường được mở rộng bằng một trường tuỳ chọn) Điều này cho phép MN sử dụng CoA của mình như là địa chỉ nguồn trong tiêu đề IP của gói mà nó gửi đi vì thế các gói này

có thể truyền bình thường qua tường lửa

- Không cần đóng bao vì CoA của MN được mang trong tuỳ chọn tiêu đề định tuyến được bổ sung cho gói gốc (trong thực tế các gói được gửi qua HA trước khi định tuyến tối ưu không thể sử dụng tiêu đề định tuyến mà không an toàn

vì HA phải truyền tunnel các gói này đến CoA của MN) Vì thế ít tốn kém các phần bổ sung hơn và có thể đơn giản QoS

Không cần tách riêng gói điều khiển vì tuỳ chọn nơi nhận cho phép gộp các gói này trên mọi gói IP

I.4 Tóm tắt chương

Trong chương này chúng ta làm quen với khái niệm mạng 3G, quá trình phát triển lên mạng 3G và một số mô hình hệ thống mạng đã được phát hành Chương này chúng ta chú ý đến hai xu hướng phát triển mạng thông tin di động lên 3G xuất phát từ hai kỹ thuật mạng đang sử dụng trong hệ thống mạng hiện nay là mạng GSM và mạng CDMA Cuối chương chúng ta xem xét một kỹ thuật quan trọng xử lý tính di động của thuê bao

Trang 30

CHƯƠNG II MẠNG IP

II.1 Giới thiệu về mạng IP

Ngày nay chúng ta thấy rõ tầm quan trọng cũng như tính ưu việt của mạng internet toàn cầu Đây là kho thông tin vô tận đáp ứng toàn diện mọi nhu cầu của con người Về mặt kỹ thuật, internet là mạng sử dụng chồng giao thức TCP/IP đó là một hệ thống mạng mở có thể kết nối các loại mạng con sử dụng IP Với xu hướng chung của thế giới là xây dựng một hệ thống mạng IP chung nên tất cả các mạng ban đầu nằm độc lập với mạng internet như PSTN, PLMN đều có xu hướng IP hoá để có thể trao đổi qua lại thông tin dễ dàng với mạng internet Mạng 3G là một bước phát triển của mạng PLMN nên nó cũng không nằm ngoài xu thế này Chính vì vậy chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về mạng internet để tiến tới xây dựng một mạng IP cho 3G Trước hết ta tìm hiểu các thành phần cấu hình lên mạng internet dựa trên mô hình chuẩn OSI

Trang 31

II.1.1 Cấu hình (topology)

Cấu hình định nghĩa cấu trúc của một mạng Có hai loại cấu hình được xét đến là cấu hình vật lý và cấu hình luận lý

Cấu hình vật lý là biểu hiện thực của dây dẫn (môi trường truyền dẫn) Các cấu hình vật lý được sử dụng một cách phổ biến là bus, star, extended star, ring, hierarchical Chúng được thể hiện thông qua hình vẽ dưới đây

Token-ring

Bus Topology Ring Topology Star Topology

Extended Star Topology Hirarchical Topology Mesh Topology

h 2.1: Các cấu hình vật lý

Cấu hình luận lý của mạng là cách thức các host truyền tin qua mỗi môi trường

Có hai cấu hình luận lý phổ biến là Broadcast và Tokenpassing

Kỹ thuật Broadcast có ý nghĩa đơn giản là mỗi host gửi dữ liệu của nó đến tất cả các host khác trên môi trường Không có sự đăng ký các trạm kế tiếp sử dụng môi trường

thay vì thế dữ liệu đến trước sẽ được phục vụ trước Đây chính là cách thức làm việc của ethernet

Loại thứ hai là Tokenpassing điều khiển việc truy xuất mạng bằng cách chuyển một token tuần tự đến mỗi host Khi host này nhận được token nghĩa là nó được phép truyền dữ liệu trên mạng Nếu host không có dữ liệu để chuyển token sẽ được chuyển đến host tiếp theo

II.1.2 Các thiết bị LAN trong một cấu hình

Các thiết bị nối trực tiếp vào trong một segment mạng được gọi là một host Các host bao gồm có máy tính, cả server và client, các máy in, máy scaner Các thiết bị giúp người dùng thực hiện kết nối vào trong mạng, qua đó người dùng có thể chia xẻ môi trường, tạo ra và tiếp nhận thông tin

Trang 32

Thiết bị host không phải là phần của bất cứ lớp nào Chúng có một kết nối vật lý đến môi trường mạng bằng cách sở hữu một card giao tiếp mạng (NIC) và các lớp OSI khác được thực hiện bằng phần mềm bên trong host Điều này nói lên rằng chúng hoạt động tại tất cả bảy lớp

II.1.3 Các card mạng NIC (Network Interface Card)

Cho đến lúc này chúng ta có thể lặp lại các khái niệm và các thiết bị lớp 1 Khi bắt đầu với các card NIC thì chủ đề thảo luận là nằm ở lớp 2 trong mô hình OSI Trong thuật ngữ miêu tả, NIC là một bản mạch in cắm vào trong một khe mở rộng (expansion slot) của bus trên mainboard của máy tính hay thiết bị ngoại vi Các NIC được xem như thiết bị lớp 2 và mỗi NIC là duy nhất, nó sở hữu một địa chỉ duy nhất gọi là địa chỉ MAC Địa chỉ này dùng để điều khiển truyền số liệu của các host trên mạng Địa chỉ MAC dùng cho các giao thức ARP kết hợp với địa chỉ IP để tìm ra nguồn nhận tin

II.1.4 Môi trường

Ký hiệu về môi trường có thể thay đổi Các ký hiệu cơ bản được sử dụng như sau:

Trang 33

cáp Ví dụ cáp UTP trong mạng là 100m Nếu chúng ta cần mở rộng mạng thì chúng ta phải dùng thêm một thiết bị là repeater

h.2.2 Repeater: thiết bị lớp 1

Physical: lớp vật lý Data link: Lớp liên kết dữ liệu

Network: Lớp mạng Transport: Lớp chuyển tiếp

Trang 34

h2.3: Hub: thiết bị lớp 1

II.1.7 Bridge

Bridge (cầu) là một thiết bị lớp 2 được thiết kế để nối các segment LAN với nhau Mục đích của bridge là lọc các tải mạng, giữ lại các tải cục bộ và đồng thời cho phép các tải trao đổi thông tin giữa hai mạng Điều này thực hiện được là nhờ địa chỉ lớp 2 (MAC) của các thiết bị trong mạng Mỗi thiết bị trong mạng có một địa chỉ MAC duy nhất trên NIC, bridge theo dõi các địa chỉ này để quyết định việc truyền tải

h.2.4: Bridge: thiết bị lớp 2

II.1.8 Switch

Switch là một thiết bị lớp 2 giống như bridge Thực sự thì switch là một bridge đa port giống như hub là một repeater đa port Khác nhau giữa hub và switch là đưa ra quyết định dựa trên địa chỉ MAC Do vậy switch sẽ làm giảm vùng đụng độ trong mạng

và sẽ làm các LAN hoạt động hiệu quả hơn Hoạt động của chúng chỉ đưa dữ liệu ra đúng các port thích hợp để truyền đến các host thực sự cần Ngược lại hub sẽ truyền dữ

Trang 35

liệu ra các port làm cho tất cả các host có thể thấy và xử lý dữ liệu Cả switch và hub đều

có nhiều port kết nối vì một phần chức năng của chúng là kết nối tập trung Hình biểu diễn switch được biểu diễn như trong hình vẽ

h.2.5: Switch: thiết bị lớp 2

II.1.9 Router

Router là thiết bị đầu tiên mà chúng ta đề cập đến với vai trò là thiết bị lớp 3 của

mô hình OSI Làm việc ở lớp 3 cho phép router thực hiện các quyết định dựa vào nhóm địa chỉ lớp mạng, ngược lại với các địa chỉ MAC duy nhất ở lớp 2 Router cũng có thể kết nối các kỹ thuật khác nhau thuộc lớp 2 như ethernet, token ring, FDDI Tuy nhiên

vì khả năng định tuyến các gói dựa vào thông tin lớp 3 nên router trở thành một backbone của mạng internet chạy giao thức IP

h.2.6 Router: thiết bị lớp 3

Trang 36

Mục đích cua router là kiểm tra các gói tin đến( dữ liệu lớp 3), chọn đường dẫn tốt nhất để cho chúng xuyên qua mạng, sau đó chuyển chúng đến các port thích hợp Các router là các thiết bị điều khiển tải quan trọng nhất trong một mạng lớn, chúng cho phép bất kỳ thiết bị nào muốn liên lạc với một thiết bị khác ở bất kỳ đâu trên thế giới mà cùng tham gia mạng chung

II.1.10 Mây (cloud)

Ký hiệu mây ám chỉ một mạng khác có thể là toàn bộ mạng internet Nó nhắc bạn một con đường để nối đến mạng khác nhưng không trình bày mọi chi tiết của kết nối hay của mạng

Định nghĩa khác của segment được Cisco định nghĩa như sau: mỗi segment là một miền đụng độ Định nghĩa này giống với định nghĩa trước chỉ khác là nó đi sâu vào bản chất sự việc Ta hiểu sự đụng độ là thế nào? Sau đây ta sẽ tìm hiểu vấn đề này và hiểu cách truyền của ethernet hay token

Sự đụng độ xảy ra khi hai bit từ hai máy tính truyền khác nhau chạy trên một môi trường chia sẻ tại một thời điểm Rõ ràng sự kết hợp của hai bit dưới dạng tín hiệu sẽ phát sinh nhiều hiện tượng như giao thoa, chồng chập là nguyên nhân gây mất bit Cả hai bit đều mất Chính vì vậy chúng ta cần có các quy tắc chia sẻ môi trường truyền dẫn chung nhằm tránh sự đụng độ và dẫn đến sự ra đời của ethernet, token

Trang 37

II.2 Chồng giao thức TCP/IP

Trước hết ta tìm hiểu một số khái niệm:

Giao thức là một tập hợp các quy tắc, quy ước để truyền tín hiệu trên mạng

Chồng giao thức là tập hợp các giao thức cùng kết hợp với nhau để tạo thành quá trình trao đổi thông tin hoàn chỉnh

Chồng giao thức TCP/IP là sự kết hợp của các qui tắc khác nhau ở các lớp khác nhau không chỉ có các giao thức TCP, IP

Mô hình chồng giao thức TCP/IP cho phép các loại máy tính có kích cỡ cũng như được sản xuất bởi các hãng khác nhau và các hệ thống vận hành khác nhau có thể truyền thông được với nhau

TCP/IP là giao thức phân cấp từ các khối tương tác, mỗi khối cung cấp chức năng riêng nhưng các khối không nhất thiết phải phụ thuộc lẫn nhau TCP/IP chứa các giao thức khá độc lập với nhau, chúng có thể trộn lẫn và phối hợp với nhau tuỳ theo nhu cầu

hệ thống Thuật ngữ phân cấp có nghĩa là mỗi giao thức lớp trên được một hay nhiều giao thức lớp dưới hỗ trợ

Mô hình phân lớp TCP/IP:

Lớp 1: Network Access Layer: Lớp truy cập mạng Lớp này cung cấp các giao tiếp vật lý thông thường là các driver thiết bị trong hệ thống điều hành và các card giao diện mạng tương ứng trong máy tính Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với môi trường truyền dẫn Cung cấp kiểm soát lỗi phân bố trên mạng vật lý, cung cấp các địa chỉ vật lý cho thiết bị Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền như ethernet, Token Ring, FDDO, X25, wireless,ATM

Lớp 2: Internet Layer: Lớp mạng : Cung cấp chức năng đánh địa chỉ độc lập phần cứng mà nhờ đó dữ liệu có thể di chuyển qua các mạng con có kiến trúc vật lý khác nhau Lớp này điều khiển việc chuyển gói qua mạng, định tuyến gói.Hỗ trợ giao thức liên mạng IP

Lớp 3: Transport Layer: Lớp chuyển tiếp : Chịu trách nhiệm truyền thông điệp từ một tiến trình này đang chạy sang một tiến trình khác Lớp này có hai giao thức quan trọng là giao thức điều khiển truyền dẫn TCP và giao thức dữ liệu đồ người sử dụng UDP

Lớp 4: Application layer:Lớp ứng dụng : Lớp này điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn, phiên trong mô hình OSI

Nó gồm các giao thức mức cao, mã hoá, điều khiển hội thoại Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức lớp này

Trang 38

II.3.1 Khái niệm

Mọi thiết bị muốn tham gia mạng internet cần phải có một địa chỉ IP Địa chỉ IP được xác định ở lớp mạng của mô hình TCP/IP Địa chỉ này được phân theo vùng và nó

có vai trò quan trọng trong việc định tuyến Địa chỉ IP rất quan trọng bởi nó quyết định một thiết bị có được tham gia mạng hay không Bên cạnh đó nó còn giải quyết vấn đề liên lạc giữa các thiết bị tham gia mạng với nhau: một thiết bị muốn liên lạc với thiết bị khác thì nó cần phải biết địa chỉ IP của đối tác Chính vì vậy IP là một tài nguyên quan trọng của mạng Sau đây ta xét đến địa chỉ IPv4

Trang 39

đa là 255 Mỗi địa chỉ IP được chuyển thành kiểu nhị phân sẽ gồm 4 số cách nhau bởi một dấu chấm

Ví dụ:

11000000.00000000.11111111.00000011 tương ứng 192.0.255.3

b Các trường thành phần trong địa chỉ IP

Trong một địa chỉ IP được chia thành các phần định danh mạng và host

3 2 b it

Số bit dùng làm thành phần host hay mạng tuỳ thuộc từng vùng trên thế giới Ghi nhớ rằng địa chỉ đầu tiên trong mỗi mạng được dành riêng cho các địa chỉ mạng thực sự (hay chỉ số mạng) và địa chỉ cuối cùng trong mỗi mạng được dùng làm địa chỉ broadcast

Lớp B : bao gồm các địa chỉ bắt đầu bằng 10 Lớp B sử dụng 16 bit đầu làm thành phần mạng, như vậy có 214 mạng, 16 bit sau làm thành phần host Mỗi mạng sẽ có tối đa 65000 host Địa chỉ lớp B do các nước Châu Âu sử dụng

Lớp C : bao gồm các địa chỉ bắt đầu bằng 110 Lớp C sử dụng 24 bit đầu làm thành phần mạng, chỉ dùng 8 bit cho host Các địa chỉ lớp C được chia cho các nước còn lại

Lớp D,E sử dụng cho các multicast và anycast hay cho một số tổ chức quốc tế Tuy với 32 bit có thể cung cấp địa chỉ IP cho khoảng 4 tỷ máy, và với số máy tính truy cập mạng trên thế giới chỉ cỡ hàng trăm triệu thì con số 4 tỷ là rất thừa tuy nhiên do cách phân bố địa chỉ IP không đều dẫn đến một số vùng miền thừa địa chỉ IP

Trang 40

trong khi đó các vùng khác lại thiếu trầm trọng Thêm vào đó xu hướng hợp nhất các mạng thông tin thành một mạng chung duy nhất đòi hỏi ngày càng nhiều địa chỉ IP, do vậy đã dẫn đến sự ra đời của IPv6 với vùng địa chỉ được sử dụng lên đến 128 bit

d Địa chỉ IP global và địa chỉ IP private:

Để giải quyết tình trạng thiếu địa chỉ IP hiện nay, người ta đưa ra khái niệm địa chỉ IP global và địa chỉ IP private

IP private: Trong mỗi lớp địa chỉ A,B,C người ta dành ra một vùng địa chỉ không cấp phát cụ thể cho một quốc gia nào để làm địa chỉ IP private Như vậy đây là lớp địa chỉ chung mà bất cứ máy tính nào cũng có thể nhận Một mạng có thể có cùng lúc rất nhiều máy có cùng địa chỉ IP private nhưng các địa chỉ này không tham gia quá trình định tuyến trên mạng chung mà quá trình tham gia mạng thông qua địa chỉ IP global

IP global: Các địa chỉ nằm ngoài dải địa chỉ IP private là các địa chỉ IP global Trong mạng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một địa chỉ IP global và địa chỉ này tham gia định tuyến

Dải địa chỉ IP private:

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	1,64 MB