Các nguyên lý: định địa
chỉ, định tuyến tới người
dùng di động
home, visited networks
direct, indirect routing
care-of-addresses
Nghiên cứu
mobile IP
mobility in GSM
Tác động lên các giao
thức tầng cao hơn
69 trang |
Chia sẻ: nguyenlam99 | Lượt xem: 1009 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Quản trị mạng - Chapter 6: Mạng không dây và mạng di động (Wireless and Mobile Networks), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Chapter 6
Mạng không dây
và mạng di động
(Wireless and
Mobile Networks)
Computer
Networking: A Top
Down Approach
6th edition
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley
March 2012
A note on the use of these ppt slides:
We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers).
They’re in PowerPoint form so you see the animations; and can add, modify,
and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs.
They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only
ask the following:
If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source
(after all, we’d like people to use our book!)
If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted
from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this
material.
Thanks and enjoy! JFK/KWR
All material copyright 1996-2012
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved
Mạng không dây, di động 6-1
Mạng không dây, di động 6-2
Chương 6: Mạng không dây và
mạng di động
Background:
Hiện nay, số lượng thuê bao mạng không dây (di
động) vượt qua số lượng thuê bao mạng có dây (5
so với 1)!
Số lượng thiết bị được kết nối Internet không
dây bằng với số lượng thiết bị được kết nối
internet có dây
Máy tính xách tay, điện thoại Internet cho phép truy
cập Internet bất cứ lúc nào
2 thách thức quan trọng (nhưng khác nhau)
Không dây: truyền thông trên kết nối không dây
Di động (mobility): quản lý người dùng di động, là người
sẽ thay đổi vị trí kết nối mạng
Mạng không dây, di động 6-3
Chương 6 Nội dung
6.1 Giới thiệu
Wireless (không dây)
6.2 Các kết nối không
dây, đặc tính
CDMA
6.3 Mạng LAN không dây
(“Wi-Fi”)
6.4 Truy cập cellular
Internet
Kiến trúc
Các chuẩn (ví dụ GSM)
Mobility (tính di động)
6.5 Các nguyên lý: định địa
chỉ và định tuyến tới
người dùng di động
6.6 Mobile IP
6.7 quản lý sự di động trong
mạng cellular
6.8 Tính di động và các
giao thức tầng cao hơn
6.9 Tổng kết
Mạng không dây, di động 6-4
Các thành phần của mạng di động
hạ tầng
mạng
Mạng không dây, di động 6-5
Các host không dây
laptop, smartphone
Chạy các ứng dụng
Có thể cố định hoặc di
động
Không dây không có
nghĩa là luôn luôn di
động
Các thành phần của mạng di động
hạ tầng
mạng
Mạng không dây, di động 6-6
base station
Thường được kết nối
vào mạng có dây
relay – chịu trách
nhiệm cho việc gửi các
gói giữa mạng có dây
và các host không dây
trong “vùng” của nór
Ví dụ cell towers,
802.11 access
points
Các thành phần của mạng di động
hạ tầng
mạng
Mạng không dây, di động 6-7
Kết nối không dây
Thường được sử dụng để
kết nối các mobile tới
base station
Cũng được sử dụng như
là đường kết nối xương
sống (backbone link)
Giao thức đa truy cập
Tốc độ dữ liệu và khoảng
cách truyền khác nhau
Các thành phần của mạng di động
hạ tầng
mạng
Mạng không dây, di động 6-8
Các đặc điểm của các chuẩn kết nối
không dây
Indoor
10-30m
Outdoor
50-200m
Mid-range
outdoor
200m – 4 Km
Long-range
outdoor
5Km – 20 Km
.056
.384
1
4
5-11
54
2G: IS-95, CDMA, GSM
2.5G: UMTS/WCDMA, CDMA2000
802.15
802.11b
802.11a,g
3G: UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO
4G: LTWE WIMAX
802.11a,g point-to-point
200 802.11n
D
a
ta
r
a
te
(
M
b
p
s
)
Mạng không dây, di động 6-9
kiểu cơ sở hạ tầng
base station kết nối
các mobile vào mạng
có dây
handoff: mobile thay
đổi base station cái
mà cung cấp kết nối
vào mạng có dây
Các thành phần của mạng di động
network
infrastructure
Mạng không dây, di động 6-10
Chế độ ad hoc
Không có base
stations
Các node chỉ có thể
truyền tới các node
khác trong vùng phủ
kết nối
Các node tự tổ chức
thành 1 mạng: tự định
tuyến giữa chúng
Các thành phần của mạng di động
Mạng không dây, di động 6-11
Phân loại mạng không dây
single hop multiple hops
infrastructure
(ví dụ APs)
no
infrastructure
host kết nối tới
base station (WiFi,
WiMAX, cellular) cái
mà sẽ kết nối tới mạng
Internet lớn hơn
Không có base station,
Không kết nối tới mạng
Internet lớn hơn
(Bluetooth, ad hoc nets)
host có thể phải chuyển
tiếp qua một vài node
không dây để kết nối tới
mạng Internet lớn hơn:
mesh net
Không có base station,
không kết nối tới mạng
Internet lớn hơn. Có thể
phải chuyển tiếp để tới
được các node khác
MANET, VANET
Mạng không dây, di động 6-12
Chương 6 Nội dung
6.1 Giới thiệu
Wireless (không dây)
6.2 Các kết nối không
dây, đặc tính
CDMA
6.3 Mạng LAN không dây
(“Wi-Fi”)
6.4 Truy cập cellular
Internet
Kiến trúc
Các chuẩn (ví dụ GSM)
Mobility (tính di động)
6.5 Các nguyên lý: định địa
chỉ và định tuyến tới
người dùng di động
6.6 Mobile IP
6.7 quản lý sự di động trong
mạng cellular
6.8 Tính di động và các
giao thức tầng cao hơn
6.9 Tổng kết
Mạng không dây, di động 6-13
Các đặc điểm kết nối không dây (1)
Những điểm khác nhau quan trọng so với kết nối
có dây.
Cường độ tín hiệu giảm: tín hiệu radio giảm khi
nó lan truyền trên đường đi (mất mát trên
đường truyền (path loss))
Nhiễu từ các nguồn khác: các tần số mạng không
dây được chuẩn hóa (ví dụ 2.4 GHz) được chia sẽ
bởi nhiều thiết bị (như là điện thoại); các thiết
bị gây cũng gây nhiễu
multipath propagation (lan truyền nhiều hướng):
sóng radio phản xạ với các vật xung quanh, vì vậy
đến đích tại các thời điểm khác nhau
. Làm cho truyền thông thông qua kết nối không dây
(thậm chí cả điểm điểm) gặp nhiều khó khăn
Không dây
Mạng không dây, di động 6-14
Các đặc điểm kết nối không dây (2)
SNR: signal-to-noise ratio
SNR lớn hơn – dễ dàng hơn
trong việc lấy tín hiệu từ
nhiễu (noise)
So sánh SNR và BER
tradeoffs
given physical layer: tăng năng
lượng -> tăng SNR-> giảm BER
given SNR: chọn tầng vật lý mà
đáp ứng được yêu cầu của BER,
cho thông lượng cao nhất
• SNR có thể thay đổi với
tính di động: tự động thích
ứng tầng vật lý (kỹ thuật
điều chế, tốc độ)
10 20 30 40
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
SNR(dB)
B
E
R
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
Mạng không dây, di động 6-15
Các đặc điểm kết nối không dây (2)
Nhiều bên gửi và nhận không dây sinh ra nhiều vấn đề
(ngoài vấn đề đa truy cập):
A
B
C
Vấn đề thiết bị đầu cuối bị ẩn
(Hidden terminal problem)
B, A nghe lẫn nhau
B, C nghe lẫn nhau
A, C không thể nghe lẫn nhau.
Có nghĩa là A, C không biết sự
giao thoa (interference) của
chúng tại B
A B C
A’s signal
strength
space
C’s signal
strength
Sự suy giảm tín hiệu
(Signal attenuation)
B, A nghe lẫn nhau
B, C nghe lẫn nhau
A, C không thể nghe lẫn
nhau dù giao thoa tại B
Mạng không dây, di động 6-16
Code Division Multiple Access (CDMA)
“mã” duy nhất được gán cho từng người dùng;
assigned to each user; như là phân hoạch tập
mã
Tất cả các user chia sẻ cùng tần số, nhưng mỗi
user có chuỗi “chipping” (“chipping” sequence )
của riêng nó (mã) để mã hóa dữ liệu
Cho phép nhiều user “cùng tồn tại” và truyền đồng
thời với nhiễu tối thiểu (nếu các mã là “trực giao”)
Tín hiệu được mã hóa (encoded signal )=
(dữ liệu gốc) X (chipping sequence)
Giải mã: sản phẩm bên trong của tín hiệu đã
được mã hóa và chipping sequence
Mạng không dây, di động 6-17
CDMA mã hóa/giải mã
slot 1 slot 0
d1 = -1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
Zi,m= di
.cm
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0
channel
output
slot 1
channel
output
channel output Zi,m
Bên gửi
code
data
bits
slot 1 slot 0
d1 = -1
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0
channel
output
slot 1
channel
outputBên nhận
code
received
input
Di = SZi,m.cm
m=1
M
M
Mạng không dây, di động 6-18
CDMA: nhiễu do 2 bên gửi
(two-sender interference)
Dùng chung mã như
bên gửi 1, bên nhận
không phục dữ liệu
gốc của bên gửi 1 từ
dữ liệu của kênh đã
được tổng hợp
Sender 1
Sender 2
Kênh tổng hợp việc
truyền bởi người gửi 1
và 2
Mạng không dây, di động 6-19
Chương 6 Nội dung
6.1 Giới thiệu
Wireless (không dây)
6.2 Các kết nối không
dây, đặc tính
CDMA
6.3 Mạng LAN không dây
(“Wi-Fi”)
6.4 Truy cập cellular
Internet
Kiến trúc
Các chuẩn (ví dụ GSM)
Mobility (tính di động)
6.5 Các nguyên lý: định địa
chỉ và định tuyến tới
người dùng di động
6.6 Mobile IP
6.7 quản lý sự di động trong
mạng cellular
6.8 Tính di động và các
giao thức tầng cao hơn
6.9 Tổng kết
Mạng không dây, di động 6-20
IEEE 802.11 Wireless LAN
802.11b
2.4-5 GHz phổ sóng không
cần license
Lên đến 11 Mbps
direct sequence spread
spectrum (DSSS) trong tầng
layer
Tất cả các host dùng cùng
mã chipping
802.11a
5-6 GHz
Lên đến 54 Mbps
802.11g
2.4-5 GHz
Lên đến 54 Mbps
802.11n: nhiều antennae
2.4-5 GHz
Lên đến 200 Mbps
Tất cả sử dụng CSMA/CA cho đa truy cập
Tất cả đều có các phiên bản mạng base-station và
ad-hoc
Mạng không dây, di động 6-21
Kiến trúc 802.11 LAN
Host không dây truyền
thông với base station
base station = access
point (AP)
Basic Service Set
(BSS) (gọi là “cell”)
trong infrastructure
mode chứa:
Các host không dây
access point (AP): base
station
ad hoc mode: chỉ có các
host
BSS 1
BSS 2
Internet
hub, switch
Hoặc router
Mạng không dây, di động 6-22
802.11: kênh và sự liên kết
802.11b: phổ từ 2.4GHz-2.485GHz được chia thành
11 kênh tại các tầng số khác nhau
Quản trị AP chọn tầng số cho for AP
Có thể nhiễu: kênh có thể giống với AP bên cạnh!
host: phải liên kết với 1 AP
Quét các kênh, lắng nghe các beacon frame
chứa tên của AP (SSID) và địa chỉ MAC
Chọn AP để liên kết
Có thể thực hiện chứng thực [chương 8]
Thông thường sẽ chạy DHCP để lấy địa chỉ IP
trong subnet của AP
Mạng không dây, di động 6-23
802.11: quét thụ động/chủ động
AP 2AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
2
3
1
Quét thụ động:
(1) Các beacon frame được gửi từ APs
(2) Frame yêu cầu liên kết được gửi: H1
tới AP được lựa chọn
(3) frame đáp ứng liên kết được gửi từ
AP được chọn lựa tới H1
AP 2
AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
22
3
4
Quét chủ động:
(1) Quảng bá Probe Request frame từ
H1
(2) Các Probe Response frame được
gửi từ các AP
(3) Association Request frame được
gửi: H1 tới AP được lựa chọn
(4) Association Response frame được
gửi từ AP được chọn lựa tới H1
Mạng không dây, di động 6-24
IEEE 802.11: đa truy cập
Tránh đụng độ: hơn 2 node truyền tại cùng 1 thời điểm
802.11: CSMA – cảm nhận trước khi truyền
Không đụng độ với quá trình đang truyền của node khác
802.11: không phát hiện đụng độ!
Khó khăn để cảm nhận (cảm nhận đụng độ) khi truyền bởi vì tín
hiệu được nhận yếu (fading)
Không thể cảm nhận tất cả các đụng độ trong những trường
hợp: hidden terminal, fading
Mục tiêu: tránh đụng độ: CSMA/C(ollision)A(voidance)
space
A
B
C
A B C
A’s signal
strength
C’s signal
strength
Mạng không dây, di động 6-25
Giao thức MAC IEEE 802.11: CSMA/CA
Bên gửi 802.11
1 nếu cảm nhận kênh rãnh rỗi trong khoảng thời
gian DIFS thì
truyền toàn bộ frame (không có phát hiện
đụng độ)
2 nếu cảm nhận kênh bận thì
Khởi tạo thời gian chờ ngẫu nhiên (random
backoff time)
Bộ định thì giảm xuống trong khi kênh rãnh
Truyền khi bộ định thì kết thúc
if không có ACK, tăng thời gian chờ ngẫu
nhiên, lặp lại bước 2
Bên nhận 802.11
- nếu frame được nhận thành công
trả lại tín hiệu ACK sau khoảng thời gian SIFS
(ACK được cần vì vấn đề hidden terminal)
sender receiver
DIFS
data
SIFS
ACK
Mạng không dây, di động 6-26
Tránh đụng độ (tt)
Ý tưởng: cho phép bên gửi được “đăng ký trước” kênh hơn là
truy cập ngẫu nhiên của các frame dữ liệu: tránh đụng độ
với các frame dữ liệu dài
Đầu tiên, bên gửi truyền các packet nhỏ được gọi là
request-to-send (RTS) tới base station dùng cơ chế CSMA
Các RTS có thể vẫn đụng độ lẫn nhau (tuy nhiên chúng rất ngắn)
Base station quảng bá clear-to-send CTS để trả lời cho
RTS
CTS được nghe bởi tất cả các node
Bên gửi truyền frame dữ liệu
Các trạm khác trì hoãn việc truyền
Tránh đụng độ frame dữ liệu một cách
triệt đểdùng các packet nhỏ để đăng ký trước!
Mạng không dây, di động 6-27
Tránh đụng độ: trao đổi RTS-CTS
AP
A B
time
DATA (A)
reservation collision
defer
Mạng không dây, di động 6-28
frame
control
duration
address
1
address
2
address
4
address
3
payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
802.11 frame: định địa chỉ
Địa chỉ 2: địa chỉ MAC
của host không dây hoặc
AP để truyền frame này
Địa chỉ 1: địa chỉ MAC
của host không dây hoặc
AP để nhận frame này
Địa chỉ 3: địa chỉ MAC
của interface của router
mà AP được kết nối vào
Địa chỉ 4: chỉ được sử
trong chế độ ad hoc
Mạng không dây, di động 6-29
Internet
routerH1 R1
AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
Địa chỉ 1 Địa chỉ 2 Địa chỉ 3
802.11 frame
R1 MAC addr H1 MAC addr
Địa chỉ đích Địa chỉ nguồn
802.3 frame
802.11 frame: định địa chỉ
Mạng không dây, di động 6-30
frame
control
duration
address
1
address
2
address
4
address
3
payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
Type
From
AP
Subtype
To
AP
More
frag
WEP
More
data
Power
mgt
Retry Rsvd
Protocol
version
2 2 4 1 1 1 1 1 11 1
khoảng thời gian truyền
đã được đăng ký (RTS/CTS)
frame seq #
(for RDT)
Kiểu frame
(RTS, CTS, ACK, dữ liệu)
802.11 frame: định địa chỉ
Mạng không dây, di động 6-31
802.11: tính di động trong cùng subnet
H1 vẫn còn trong
cùng IP subnet: địa
chỉ IP có thể duy trì
giống vậy
switch: AP nào được
liên kết với H1?
Tự học (Ch. 5):
switch sẽ thấy frame
từ H1 và “nhớ” port
nào của switch có thể
được sử dụng để tới
H1
H1 BBS 2BBS 1
Mạng không dây, di động 6-32
802.11: các khả năng nâng cao
Sự thích ứng tốc độ
(Rate adaptation)
base station, mobile
tự động thay đổi tốc
độ truyền (kỹ thuật
điều chế tầng physical)
khi mobile di chuyển,
thay đổi SNR
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
10 20 30 40
SNR(dB)
B
E
R
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
operating point
1. SNR giảm, BER tăng khi
node di chuyển ra xa base
station
2. Khi BER quá cao, chuyển
sang tốc độ truyền thấp hơn
nhưng với BER thấp hơn
Mạng không dây, di động 6-33
power management (Quản lý năng lượng)
node-tới-AP: “tôi đang chuẩn bị đi ngủ
cho đến khi beacon frame kế tiếp”
AP biết là không truyền frame tới node này
node thức dậy trước khi beacon frame kế tiếp
beacon frame: chứa danh sách các mobile
với các frame AP-tới-mobile đang đợi để
được gửi
node sẽ vẫn thức nếu các frame từ AP-tới-
mobile được gửi; nếu không ngủ lại cho tới khi
beacon frame kế tiếp
802.11: các khả năng nâng cao
Mạng không dây, di động 6-34
M
radius of
coverage
S
SS
P
P
P
P
M
S
Thiết bị Master
Thiết bị Slave
Parked device (inactive)P
802.15: mạng vùng cá nhân
Đường kính ít hơn 10 m
Thay thế cho các loại cáp
(mouse, keyboard,
headphones)
ad hoc: no infrastructure
master/slaves:
Slave yêu cầu quyền để gửi
(tới master)
master chấp nhận các yêu cầu
802.15: phát triển từ
Bluetooth
Dải tần số radio từ 2.4-2.5
GHz
Tốc độ lên đến 721 kbps
Mạng không dây, di động 6-35
Chương 6 Nội dung
6.1 Giới thiệu
Wireless (không dây)
6.2 Các kết nối không
dây, đặc tính
CDMA
6.3 Mạng LAN không dây
(“Wi-Fi”)
6.4 Truy cập cellular
Internet
Kiến trúc
Các chuẩn (ví dụ GSM)
Mobility (tính di động)
6.5 Các nguyên lý: định địa
chỉ và định tuyến tới
người dùng di động
6.6 Mobile IP
6.7 quản lý sự di động trong
mạng cellular
6.8 Tính di động và các
giao thức tầng cao hơn
6.9 Tổng kết
Mạng không dây, di động 6-36
Mobile
Switching
Center
Public telephone
network
Mobile
Switching
Center
Các thành phần của kiến trúc mạng cellular
kết nối các cell tới mạng
điện thoại có dây
quản lý thiết lập cuộc gọi
Quản lý tính di động
MSC
bao trùm vùng địa lý
base station (BS)
giống với 802.11 AP
user di động gắn vào
mạng thông qua BS
air-interface: giao
thức tầng link và
physical giữa mobile và
BS
cell
Mạng có dây
Mạng không dây, di động 6-37
Mạng Cellular: hop đầu tiên
2 kỹ thuật để chia sẽ phổ sóng
radio từ mobile-tới-BS
FDMA/TDMA kết hợp: chia
phổ thành các kênh tần số,
chia mỗi kênh thành các
time slot
CDMA: code division
multiple access frequency
bands
time slots
Mạng không dây, di động 6-38
BSCBTS
Base transceiver station (BTS)
Base station controller (BSC)
Mobile Switching Center (MSC)
Mobile subscribers
Base station system (BSS)
Legend
2G (voice) kiến trúc mạng
MSC
Public
telephone
network
Gateway
MSC
G
Mạng không dây, di động 6-39
3G (voice+data) kiến trúc mạng
radio
network
controller
MSC
SGSN
Public
telephone
network
Gateway
MSC
G
Serving GPRS Support Node (SGSN)
Gateway GPRS Support Node (GGSN)
Public
Internet
GGSN
G
Key insight: mạng dữ liệu cellular mới
hoạt động song song (trừ mạng cạnh)
với mạng voice cellular đang tồn tại
Mạng voice không thay đổi trong lõi
Mạng dữ liệu hoạt động song song
Mạng không dây, di động 6-40
radio
network
controller
MSC
SGSN
Public
telephone
network
Gateway
MSC
G
Public
Internet
GGSN
G
radio access network
Universal Terrestrial Radio
Access Network (UTRAN)
core network
General Packet Radio Service
(GPRS) Core Network
public
Internet
radio interface
(WCDMA, HSPA)
3G (voice+data) kiến trúc mạng
Mạng không dây, di động 6-41
Chương 6 Nội dung
6.1 Giới thiệu
Wireless (không dây)
6.2 Các kết nối không
dây, đặc tính
CDMA
6.3 Mạng LAN không dây
(“Wi-Fi”)
6.4 Truy cập cellular
Internet
Kiến trúc
Các chuẩn (ví dụ GSM)
Mobility (tính di động)
6.5 Các nguyên lý: định địa
chỉ và định tuyến tới
người dùng di động
6.6 Mobile IP
6.7 quản lý sự di động trong
mạng cellular
6.8 Tính di động và các
giao thức tầng cao hơn
6.9 Tổng kết
Mạng không dây, di động 6-42
Di động là gì
Quang phổ của tính di động, từ quan điểm mạng:
no di động Di động high
Người dùng không dây
di động, sử dụng cùng
access point
Người dùng di động,
mobile user, di
chuyển sang nhiều
access point trong khi
vẫn duy trì kết nối liên
tục (như điện di động)
Người dùng di
động, kết nối/ ngắt
kết nối từ mạng
dùng DHCP.
wide area
network
Mạng không dây, di động 6-43
Tính di động: từ vựng
Mạng gia đình: “gia đình”
bền vững của các thiết bị
di động
(e.g., 128.119.40/24)
Địa chỉ cố định
(permanent address):
địa chỉ trong mạng gia
đình, có thể luôn luôn
được sử dụng để tới
được các thiết bị di
động
Ví dụ 128.119.40.186
home agent: thực thể sẽ thực
hiện các chức năng di động với
tư cách của thiết bị di động, khi
thiết bị di động ở xa
Mạng không dây, di động 6-44
Tính di động: từ vựng (tt)
wide area
network
care-of-address: address
in visited network.
(e.g., 79,129.13.2)
visited network: mạng mà
thiết bị di động đang
thường trú trong đó (ví dụ,
79.129.13/24)
permanent address: giữ
nguyên không đổi (ví dụ
128.119.40.186)
foreign agent: là thực
thể trong visited
network cái mà thực
hiện những chức năng
di động với tư cách
của thiết bị di động.
correspondent: có nhu
cầu truyền thông với
mobile
Mạng không dây, di động 6-45
Làm cách nào liên lạc với một người
bạn dùng thiết bị di động:
Tìm tất cả danh bạ điện
thoại?
Gọi cho cha mẹ cô ta?
Mong chờ cô ta sẽ cho
bạn biết là cô ta đang ở
đâu?
Tôi tự hỏi Alice đã
di chuyển tới đâu?
Khảo sát trường hợp người bạn
thường xuyên thay đổi địa chỉ,
làm cách nào để tìm được cô ta?
Mạng không dây, di động 6-46
Tính di động: cách tiếp cận
Để routing quản lý nó: router quảng cáo địa chỉ cố định của
các node di động (mobile-nodes-in-residence ) thông qua
việc trao đổi bảng định tuyến.
Các bảng định tuyến này chỉ ra từng thiết bị di động
đang ở đâu
Không thay đổi gì ở các hệ thống đầu cuối
Để cho các hệ thống đầu cuối quản lý:
Định tuyến không trực tiếp (indirect routing): truyền
thông từ correspondent tới thiết bị di động thông qua
home agent, sau được chuyển tiếp đến thiết bị ở xa
Định tuyến trực tiếp: correspondent lấy địa chỉ ngoài
của thiết bị di đông (foreign address), gửi trực tiếp đến
thiết bị di động
Mạng không dây, di động 6-47
Để routing quản lý nó: router quảng cáo địa chỉ cố định của
các node di động (mobile-nodes-in-residence ) thông qua
việc trao đổi bảng định tuyến.
Các bảng định tuyến này chỉ ra từng thiết bị di động đang
ở đâu
Không thay đổi gì ở các hệ thống đầu cuối
Để cho các hệ thống đầu cuối quản lý:
Định tuyến không trực tiếp (indirect routing): truyền
thông từ correspondent to thiết bị di động thông qua
home agent, sau được chuyển tiếp đến thiết bị ở xa
Định tuyến trực tiếp: correspondent lấy địa chỉ ngoài của
thiết bị di đông (foreign address), gửi trực tiếp đến thiết
bị di động
Không thể
mở rộng tới
hàng triệu thiết
bị di động
Tính di động: cách tiếp cận
wide area
network
Mạng không dây, di động 6-48
Tính di động: đăng ký (registration)
Kết quả cuối cùng:
foreign agent biết về thiết bị di động này
home agent biết vị trí của thiết bị di động
home network
visited network
1
Thiết bị di động
liên hệ với
foreign agent để
đăng nhập vào
visited network
2
foreign agent liên hệ home agent
home: “thiết bị di động này
thường trú trong mạng của tôi”
Mạng không dây, di động 6-49
Tính di động thông qua định tuyến gián tiếp
wide area
network
home
network
visited
network
3
2
4
1
correspondent định vị
packets dùng địa chỉ
home của thiết bị di
động
home agent chặn các
packet, chuyển tiếp đến
cho foreign agent
foreign agent nhận
các packet, chuyển
tiếp đến cho thiết bị
di động
Thiết bị di động
phản hồi trực tiếp
cho correspondent
Mạng không dây, di động 6-50
Định tuyến gián tiếp: chú thích
Thiết bị di động dùng 2 địa chỉ:
permanent address: được sử dụng bởi correspondent (do
đó vị trí của thiết bị di động là trong suốt (transparent )
đối với correspondent)
care-of-address: được dùng bởi home agent để chuyển
tiếp datagram tới thiết bị di động
Các chức năng của foreign agent có thể được thực
hiện bởi chính các thiết bị di động
Định tuyến tam giác (triangle routing):
correspondent-home-network-mobile
Không hiệu quả khi
correspondent, thiết bị di động ở
cùng mạng
Mạng không dây, di động 6-51
Định tuyến gián tiếp: di chuyển
giữa các mạng
Giả sử người dùng di động di chuyển tới mạng khác
Đăng ký với foreign agent mới
foreign agent mới đăng ký với home agent
home agent cập nhật care-of-address cho thiết
bị di động
Các packet tiếp tục được chuyển tiếp tới thiết
bị di động (nhưng với care-of-address mới)
Tính di động, thay đổi mạng là trong suốt: các kết
nối liên tục được duy trì!
1 2
3
4
Mạng không dây, di động 6-52
Tính di động thông qua định tuyến trực tiếp
home
network
visited
network
correspondent yêu
cầu, nhận địa chỉ của
thiết bị di động
Correspondent chuyển
tiếp cho foreign agent
foreign agent nhận
các packet, chuyển
tiếp cho thiết bị di
động
Thiết bị di động trả
lời trực tiếp cho
correspondent
Mạng không dây, di động 6-53
Tính di động thông qua định tuyến
trực tiếp: chú tích
Khắc phục vấn đề triangle routing
Không trong suốt đối với correspondent:
correspondent phải lấy care-of-address từ
home agent
Cái gì xảy ra nếu thiết bị di động thay đổi visited
network?
1 2
3
4
Mạng không dây, di động 6-54
wide area
network
1
foreign net visited
at session start
anchor
foreign
agent
2
4
Foreign agent
mới
3
correspondent
agent
correspondent
foreign
Network
mới
Accommodating mobility with direct routing
anchor foreign agent: FA trong visited network đầu
tiên
Đầu tiên, Dữ liệu luôn luôn được định tuyến tới anchor
FA
Khi thiết bị di động di chuyển: FA mới sắp xếp để dữ
liệu được chuyển tiếp từ FA cũ (dây chuyển)
5
Mạng không dây, di động 6-55
Chương 6 Nội dung
6.1 Giới thiệu
Wireless (không dây)
6.2 Các kết nối không
dây, đặc tính
CDMA
6.3 Mạng LAN không dây
(“Wi-Fi”)
6.4 Truy cập cellular
Internet
Kiến trúc
Các chuẩn (ví dụ GSM)
Mobility (tính di động)
6.5 Các nguyên lý: định địa
chỉ và định tuyến tới
người dùng di động
6.6 Mobile IP
6.7 quản lý sự di động trong
mạng cellular
6.8 Tính di động và các
giao thức tầng cao hơn
6.9 Tổng kết
Mạng không dây, di động 6-56
Mobile IP
RFC 3344
Có nhiều đặc tính chúng ta vừa xem qua:
home agents, foreign agents, foreign-agent
registration, care-of-addresses, đóng gói
(packet-bên trong-a-packet)
3 thành phần cần chuẩn hóa:
Định tuyến gián tiếp các datagram
Phát hiện agent
Đăng ký với home agent
Mạng không dây, di động 6-57
Mobile IP: định tuyến gián tiếp
Địa chỉ cố định:
128.119.40.186
Care-of address:
79.129.13.2
dest: 128.119.40.186
packet được gửi
bởi correspondent
dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186
packet được gửi bởi home agent tới
foreign agent: 1 packet bên trong 1 packet
dest: 128.119.40.186
foreign-agent-tới-mobile packet
Mạng không dây, di động 6-58
Mobile IP: phát hiện agent
agent advertisement: foreign/home agents quảng cáo
dịch vụ bằng cách broadcast ICMP messages (typefield
= 9)
RBHFMGV
bits
reserved
type = 16
type = 9 code = 0
= 9
checksum
router address
standard
ICMP fields
mobility agent
advertisement
extension
length sequence #
registration lifetime
0 or more care-of-
addresses
0 8 16 24
R bit: yêu cầu đăng
ký
H,F bits: home
và/hoặc foreign agent
Mạng không dây, di động 6-59
Mobile IP: ví dụ đăng ký
visited network: 79.129.13/24
home agent
HA: 128.119.40.7
foreign agent
COA: 79.129.13.2
mobile agent
MA: 128.119.40.186
registration req.
COA: 79.129.13.2
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 9999
identification:714
.
registration reply
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 4999
Identification: 714
encapsulation format
.
registration reply
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 4999
Identification: 714
.
time
ICMP agent adv.
COA:
79.129.13.2
.
registration req.
COA: 79.129.13.2
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 9999
identification: 714
encapsulation format
.
Mạng không dây, di động 6-60
Các thành phần kiến trúc mạng cellular
correspondent
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
Mạng điện
thoại công
cộng có dây
Các mạng cellular khác nhau,
được điều hành bởi các nhà
cung cấp dịch vụ khác nhau
Ôn lại:
Mạng không dây, di động 6-61
Quản lý tính di động trong mạng cellular
home network: mạng của nhà cung cấp
cellular mà bạn đăng ký (ví dụ: Sprint PCS,
Verizon)
home location register (HLR): cơ sở dữ liệu
trong home network chứa số lượng cell phone cố
định, thông tin hồ sơ(services, preferences,
billing), thông tin về vị trí hiện tại (có thể đang ở
trong mạng khác)
visited network: mạng mà trong đó thiết bị
di động đang thường trú
visitor location register (VLR): cơ sở dữ liệu với
entry cho mỗi user hiện tại trong mạng
Có thể là mạng
Mạng không dây, di động 6-62
Public
switched
telephone
network
mobile
user
home
Mobile
Switching
Center
HLR
home
network
visited
network
correspondent
Mobile
Switching
Center
VLR
GSM: định tuyến gián tiếp tới
thiết bị di động
1 Cuộc gọi được
định tuyến tới
home network
2
home MSC tra cứu HLR,
lấy số hiệu roaming của
thiết bị di động trong
visited network
3
home MSC thiết lập chiều thứ 2 của
cuộc gọi đến MSC trong visited network
4
MSC trong visited network hoàn tất cuộc
gọi thông qua base station tới thiết bị di động
Mạng không dây, di động 6-63
Mobile
Switching
Center
VLR
old BSS
new BSS
old
routing
new
routing
GSM: handoff với MSC
Mục tiêu handoff : định
tuyến cuộc gọi thông qua
base station mới (không gián
đoạn)
Các lý do handoff:
Tín hiệu mạnh hơn đến/từ BSS mới
(kết nối liên tục, ít tiêu hao nhiên
liệu)
Cân bằng tải(load balance): giải
phóng kênh trong BSS hiện tại
GSM không ủy quyền làm sao thực
hiện handoff (chính sách), chỉ
biết làm cách nào (cơ chế)
handoff được khởi tạo bởi
BSS cũ
Mạng không dây, di động 6-64
Mobile
Switching
Center
VLR
old BSS
1
3
2
4
5 6
7
8
new BSS
1. BSS cũ thông báo với MSC để handoff,
cung cấp danh sách các BSSs 1+ mới
2. MSC thiết lập đường đi (cung cấp tài
nguyên) tới BSS mới
3. BSS mới cấp phát kênh radio cho sử dụng
bởi thiết bị di động
4. BSS mới thông báo MSC, BSS cũ: sẵn sàng
5. BSS cũ nói cho thiết bị di động: thực hiện
handoff với BSS mới
6. Thiết bị di động, tín hiệu BSS mới tới
channel mới kích hoạt
7. Các tín hiệu của thiết bị di động thông qua
BSS mới to MSC: handoff hoàn tất. MSC
định tuyến lại cuộc gọi
8. Các tài nguyên MSC-cũ-BSS được giải
phóng
GSM: handoff với MSC
Mạng không dây, di động 6-65
home network
Home
MSC
PSTN
correspondent
MSC
anchor MSC
MSCMSC
(a) Trước khi handoff
GSM: handoff giữa các MSC
anchor MSC: MSC đầu tiên
trong suốt cuộc gọi
cuộc gọi vẫn còn được
định tuyến thông qua
MSC
Các MSC mới thêm vào cuối
dây chuyền MSC khi thiết bị
di động di chuyển tới MSC
mới
Bước giảm thiểu đường đi
tùy chọn để thu ngắn các
dây chuyền MSC
Mạng không dây, di động 6-66
home network
Home
MSC
PSTN
correspondent
MSC
anchor MSC
MSCMSC
(b) Sau khi handoff
anchor MSC: MSC đầu
tiên trong suốt cuộc gọi
Cuộc gọi vẫn còn được
định tuyến thông qua
anchor MSC
Các MSCs mới thêm vào
cuối dây chuyền MSC
chain khi thiết bị di động
di chuyển tới MSC mới
Bước giảm thiểu đường đi
tùy chọn để thu ngắn các
dây chuyền MSC
GSM: handoff giữa các MSC
Mạng không dây, di động 6-67
Tính di động : GSM với Mobile IP
GSM element Comment on GSM element Mobile IP element
Home system Mạng chứa các số điện thoại cố định của user
di động
Home
network
Gateway Mobile
Switching Center, or
“home MSC”. Home
Location Register
(HLR)
Home MSC: điểm tiếp xúc để lấy được địa chỉ
có thể định tuyến được của user di động.
HLR: cơ sở dữ liệu trong home system chứa
số điện thoại cố định, thông tin hồ sơ, vị trí
hiện tại của người dùng di động, thông tin thuê
bao
Home agent
Visited System Mạng khác với home system, trong đó user di
động đang thường trú
Visited
network
Visited Mobile
services Switching
Center.
Visitor Location
Record (VLR)
Visited MSC: chịu trách nhiệm cho việc thiết
lập cuộc gọi đến/từ các node di động trong
các cell kết nối với MSC. VLR: entry cơ sở dữ
liệu tạm thời trong visited system, chứa thông
tin đăng ký cho mỗi người dùng di động đến
thăm (visiting mobile user)
Foreign agent
Mobile Station
Roaming Number
(MSRN), or “roaming
number”
Địa chỉ có thể định tuyến được cho mỗi phân
đoạn cuộc gọi điện thoại giữa home MSC và
visited MSC
Care-of-
address
Mạng không dây, di động 6-68
Không dây, tính di động: ảnh hưởng đến các
giao thức tầng cao hơn
Một cách hợp lý, ảnh hưởng sẽ là tối thiểu
Mô hình dịch vụ best effort vẫn không thay đổi
TCP và UDP có thể (và đang thực hiện) chạy trên
mạng không dây và di động
nhưng hiệu quả:
Mất và trễ packet vì các lỗi bit (bit-errors) (các
packet bị hủy, trễ do sự truyền lại ở tầng link), và
handoff
TCP cho rằng mất gói khi tắc nghẽn, sẽ giảm
congestion window một cách không cần thiết
Trễ làm suy giảm lưu thông thời gian thực
Băng thông giới hạn của các kết nối không dây
Mạng không dây, di động 6-69
Chương 6: tóm tắt
Không dây
Kết nối không dây:
Năng suất, khoảng cách
Sự suy giảm kênh truyền
CDMA
IEEE 802.11 (“Wi-Fi”)
CSMA/CA phản ánh các
đặc điểm của kênh
truyền không dây
Truy cập cellular
Kiến trúc
Các chuẩn (e.g., GSM,
3G, 4G LTE)
Tính di động
Các nguyên lý: định địa
chỉ, định tuyến tới người
dùng di động
home, visited networks
direct, indirect routing
care-of-addresses
Nghiên cứu
mobile IP
mobility in GSM
Tác động lên các giao
thức tầng cao hơn
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- chapter_6_vietnamese_9777.pdf