›

Giáo trình Mạng máy tính - Chương 6: Mạng không dây và mạng di động

pdf 69 trang huongle 5490
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạng máy tính - Chương 6: Mạng không dây và mạng di động", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_mang_may_tinh_chuong_6_mang_khong_day_va_mang_di.pdf

Nội dung text: Giáo trình Mạng máy tính - Chương 6: Mạng không dây và mạng di động

  1. Chapter 6 Mạng không dây và mạng di động (Wireless and Mobile Networks) A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). Computer 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. Networking: A Top They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following: Down Approach  If you use these slides (e.g., in a class) that you mention their source th (after all, we’d like people to use our book!) 6 edition  If you post any slides on a www site, that you note that they are adapted Jim Kurose, Keith Ross from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this Addison-Wesley material. March 2012 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
  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 6-2
  3. Chương 6 Nội dung 6.1 Giới thiệu Mobility (tính di động) Wireless (không dây) 6.5 Các nguyên lý: định địa chỉ và định tuyến tới ế ố 6.2 Các k t n i không người dùng di động dây, đặc tính 6.6 Mobile IP . CDMA ả ự ộ 6.3 Mạng LAN không dây 6.7 qu n lý s di đ ng trong ạ (“Wi-Fi”) m ng cellular ộ 6.4 Truy cập cellular 6.8 Tính di đ ng và các ứ ầ ơ Internet giao th c t ng cao h n . Kiến trúc 6.9 Tổng kết . Các chuẩn (ví dụ GSM) Mạng không dây, di động 6-3
  4. Các thành phần của mạng di động hạ tầng mạng Mạng không dây, di động 6-4
  5. Các thành phần của mạng di động Các host không dây  laptop, smartphone  Chạy các ứng dụng  Có thể cố định hoặc di động hạ tầng . Không dây không có mạng nghĩa là luôn luôn di động Mạng không dây, di động 6-5
  6. Các thành phần của mạng di động base station  Thường được kết nối vào mạng có dây  relay – chịu trách nhiệm cho việc gửi các gói giữa mạng có dây hạ tầng và các host không dây mạng trong “vùng” của nór . Ví dụ cell towers, 802.11 access points Mạng không dây, di động 6-6
  7. Các thành phần của mạng di động 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 hạ tầng sống (backbone link) mạng  Giao thức đa truy cập  Tốc độ dữ liệu và khoảng cách truyền khác nhau Mạng không dây, di động 6-7
  8. Các đặc điểm của các chuẩn kết nối không dây 200 802.11n 54 802.11a,g 802.11a,g point-to-point ) 5-11 802.11b 4G: LTWE WIMAX bps 4 3G: UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO 1 802.15 ta rate (M Da .384 2.5G: UMTS/WCDMA, CDMA2000 .056 2G: IS-95, CDMA, GSM Indoor Outdoor Mid-range Long-range 10-30m 50-200m outdoor outdoor 200m – 4 Km 5Km – 20 Km Mạng không dây, di động 6-8
  9. Các thành phần của mạng di động kiểu cơ sở hạ tầng  base station kết nối các mobile vào mạng có dây  handoff: mobile thay ổ network đ i base station cái ấ ế ố infrastructure mà cung c p k t n i vào mạng có dây Mạng không dây, di động 6-9
  10. Các thành phần của mạng di động 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 Mạng không dây, di động 6-10
  11. Phân loại mạng không dây single hop multiple hops host kết nối tới host có thể phải chuyển infrastructure base station (WiFi, tiếp qua một vài node (ví dụ APs) WiMAX, cellular) cái không dây để kết nối tới mà sẽ kết nối tới mạng mạng Internet lớn hơn: Internet lớn hơn mesh net Không có base station, không kết nối tới mạng no Không có base station, Internet lớn hơn. Có thể infrastructure Không kết nối tới mạng phải chuyển tiếp để tới Internet lớn hơn được các node khác (Bluetooth, ad hoc nets) MANET, VANET Mạng không dây, di động 6-11
  12. Chương 6 Nội dung 6.1 Giới thiệu Mobility (tính di động) Wireless (không dây) 6.5 Các nguyên lý: định địa chỉ và định tuyến tới ế ố 6.2 Các k t n i không người dùng di động dây, đặc tính 6.6 Mobile IP . CDMA ả ự ộ 6.3 Mạng LAN không dây 6.7 qu n lý s di đ ng trong ạ (“Wi-Fi”) m ng cellular ộ 6.4 Truy cập cellular 6.8 Tính di đ ng và các ứ ầ ơ Internet giao th c t ng cao h n . Kiến trúc 6.9 Tổng kết . Các chuẩn (ví dụ GSM) Mạng không dây, di động 6-12
  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 6-13
  14. Các đặc điểm kết nối không dây (2)  SNR: signal-to-noise ratio 10-1 . SNR lớn hơn – dễ dàng hơn 10-2 trong việc lấy tín hiệu từ -3 nhiễu (noise) 10  10-4 So sánh SNR và BER BER tradeoffs 10-5 . given physical layer: tăng năng 10-6 lượng -> tăng SNR-> giảm BER 10-7 . given SNR: chọn tầng vật lý mà 10 20 30 40 đáp ứng được yêu cầu của BER, SNR(dB) cho thông lượng cao nhất QAM256 (8 Mbps) • SNR có thể thay đổi với tính di động: tự động thích QAM16 (4 Mbps) ứng tầng vật lý (kỹ thuật BPSK (1 Mbps) điều chế, tốc độ) Mạng không dây, di động 6-14
  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 C A’s signal C’s signal B strength strength A Vấn đề thiết bị đầu cuối bị ẩn space (Hidden terminal problem) Sự suy giảm tín hiệu  B, A nghe lẫn nhau (Signal attenuation)  B, C nghe lẫn nhau  B, A nghe lẫn nhau  A, C không thể nghe lẫn nhau.  B, C nghe lẫn nhau Có nghĩa là A, C không biết sự  A, C không thể nghe lẫn giao thoa (interference) của nhau dù giao thoa tại B chúng tại B Mạng không dây, di động 6-15
  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 6-16
  17. CDMA mã hóa/giải mã channel output Z . i,m Zi,m= di cm d0 = 1 data 1 1 1 1 1 1 1 1 d1 = -1 bits - - -1 - - - - -1 Bên gửi 1 1 1 1 1 1 slot 1 slot 0 code 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 channel channel output output slot 1 slot 0 M . Di = S Zi,m cm m=1 M received 1 1 1 1 1 1 1 1 d0 = 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 input d1 = -1 slot 1 slot 0 code 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 channel channel output output Bên nhận slot 1 slot 0 Mạng không dây, di động 6-17
  18. CDMA: nhiễu do 2 bên gửi (two-sender interference) Kênh tổng hợp việc truyền bởi người gửi 1 và 2 Sender 1 Sender 2 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 Mạng không dây, di động 6-18
  19. Chương 6 Nội dung 6.1 Giới thiệu Mobility (tính di động) Wireless (không dây) 6.5 Các nguyên lý: định địa chỉ và định tuyến tới ế ố 6.2 Các k t n i không người dùng di động dây, đặc tính 6.6 Mobile IP . CDMA ả ự ộ 6.3 Mạng LAN không dây 6.7 qu n lý s di đ ng trong ạ (“Wi-Fi”) m ng cellular ộ 6.4 Truy cập cellular 6.8 Tính di đ ng và các ứ ầ ơ Internet giao th c t ng cao h n . Kiến trúc 6.9 Tổng kết . Các chuẩn (ví dụ GSM) Mạng không dây, di động 6-19
  20. IEEE 802.11 Wireless LAN 802.11b 802.11a . 5-6 GHz  2.4-5 GHz phổ sóng không . Lên đến 54 Mbps cần license 802.11g  Lên đến 11 Mbps . 2.4-5 GHz  direct sequence spread . Lên đến 54 Mbps ầ spectrum (DSSS) trong t ng 802.11n: nhiều antennae layer . 2.4-5 GHz . Tất cả các host dùng cùng . Lên đến 200 Mbps mã chipping  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 6-20
  21. Kiến trúc 802.11 LAN  Host không dây truyền thông với base station Internet . base station = access point (AP)  Basic Service Set hub, switch (BSS) (gọi là “cell”) Hoặc router trong infrastructure mode chứa: . Các host không dây BSS 1 . access point (AP): base station . ad hoc mode: chỉ có các host BSS 2 Mạng không dây, di động 6-21
  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 6-22
  23. 802.11: quét thụ động/chủ động BBS 1 BBS 2 BBS 1 BBS 2 1 1 1 2 AP 2 AP 1 AP 2 AP 1 2 2 3 3 4 H1 H1 ủ ộ Quét thụ động: Quét ch đ ng: (1) Quảng bá Probe Request frame từ (1) Các beacon frame được gửi từ APs H1 (2) Frame yêu cầu liên kết được gửi: H1 (2) Các Probe Response frame được tới AP được lựa chọn gửi từ các AP (3) frame đáp ứng liên kết được gửi từ (3) Association Request frame được AP được chọn lựa tới H1 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 6-23
  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) A B C C A’s signal C’s signal B strength A strength space Mạng không dây, di động 6-24
  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 sender receiver truyền toàn bộ frame (không có phát hiện đụng độ) DIFS 2 nếu cảm nhận kênh bận thì Khởi tạo thời gian chờ ngẫu nhiên (random data backoff time) Bộ định thì giảm xuống trong khi kênh rãnh Truyền khi bộ định thì kết thúc SIFS ờ ờ ẫ if không có ACK, tăng th i gian ch ng u ACK 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) Mạng không dây, di động 6-25
  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 6-26
  27. Tránh đụng độ: trao đổi RTS-CTS A B AP reservation collision DATA (A) defer time Mạng không dây, di động 6-27
  28. 802.11 frame: định địa chỉ 2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4 frame address address address address duration seq payload CRC control 1 2 3 control 4 Địa chỉ 4: chỉ được sử ế ộ Địa chỉ 1: địa chỉ MAC trong ch đ ad hoc của host không dây hoặc Địa chỉ 3: địa chỉ MAC AP để nhận frame này của interface của router mà AP được kết nối vào Địa chỉ 2: địa chỉ MAC của host không dây hoặc AP để truyền frame này Mạng không dây, di động 6-28
  29. 802.11 frame: định địa chỉ Internet H1 R1 router R1 MAC addr H1 MAC addr Địa chỉ đích Địa chỉ nguồn 802.3 frame AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr Địa chỉ 1 Địa chỉ 2 Địa chỉ 3 802.11 frame Mạng không dây, di động 6-29
  30. 802.11 frame: định địa chỉ frame seq # khoảng thời gian truyền (for RDT) đã được đăng ký (RTS/CTS) 2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4 frame address address address address duration seq payload CRC control 1 2 3 control 4 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Protocol To From More Power More Type Subtype Retry WEP Rsvd version AP AP frag mgt data Kiểu frame (RTS, CTS, ACK, dữ liệu) Mạng không dây, di động 6-30
  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 H1 BBS 2 được sử dụng để tới BBS 1 H1 Mạng không dây, di động 6-31
  32. 802.11: các khả năng nâng cao Sự thích ứng tốc độ 10-1 10-2 (Rate adaptation) 10-3  10-4 base station, mobile BER tự động thay đổi tốc 10-5 độ truyền (kỹ thuật 10-6 10-7 điều chế tầng physical) 10 20 30 40 SNR(dB) khi mobile di chuyển, thay đổi SNR 1. SNR giảm, BER tăng khi node di chuyển ra xa base QAM256 (8 Mbps) station QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) 2. Khi BER quá cao, chuyển operating point sang tốc độ truyền thấp hơn nhưng với BER thấp hơn Mạng không dây, di động 6-32
  33. 802.11: các khả năng nâng cao 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 Mạng không dây, di động 6-33
  34. 802.15: mạng vùng cá nhân  Đường kính ít hơn 10 m  Thay thế cho các loại cáp (mouse, keyboard, S P P headphones) radius of M  ad hoc: no infrastructure coverage  master/slaves: S P S P . Slave yêu cầu quyền để gửi (tới master) . master chấp nhận các yêu cầu  802.15: phát triển từ M Thiết bị Master Bluetooth S Thiết bị Slave . Dải tần số radio từ 2.4-2.5 P Parked device (inactive) GHz . Tốc độ lên đến 721 kbps Mạng không dây, di động 6-34
  35. Chương 6 Nội dung 6.1 Giới thiệu Mobility (tính di động) Wireless (không dây) 6.5 Các nguyên lý: định địa chỉ và định tuyến tới ế ố 6.2 Các k t n i không người dùng di động dây, đặc tính 6.6 Mobile IP . CDMA ả ự ộ 6.3 Mạng LAN không dây 6.7 qu n lý s di đ ng trong ạ (“Wi-Fi”) m ng cellular ộ 6.4 Truy cập cellular 6.8 Tính di đ ng và các ứ ầ ơ Internet giao th c t ng cao h n . Kiến trúc 6.9 Tổng kết . Các chuẩn (ví dụ GSM) Mạng không dây, di động 6-35
  36. Các thành phần của kiến trúc mạng cellular MSC  kết nối các cell tới mạng điện thoại có dây cell  quản lý thiết lập cuộc gọi  ả ộ  bao trùm vùng địa lý Qu n lý tính di đ ng  base station (BS) ố ớ Mobile gi ng v i 802.11 AP Switching  user di động gắn vào Center Public telephone mạng thông qua BS network  air-interface: giao ứ ầ th c t ng link và Mobile physical giữa mobile và Switching BS Center Mạng có dây Mạng không dây, di động 6-36
  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 slots time slot  CDMA: code division multiple access frequency bands Mạng không dây, di động 6-37
  38. 2G (voice) kiến trúc mạng Base station system (BSS) MSC BTS BSC G Public telephone network Gateway MSC Legend Base transceiver station (BTS) Base station controller (BSC) Mobile Switching Center (MSC) Mobile subscribers Mạng không dây, di động 6-38
  39. 3G (voice+data) kiến trúc mạng MSC G Public telephone network radio network Gateway controller MSC G Public Key insight: mạng dữ liệu cellular mớSGSNi Internet hoạt động song song (trừ mạng cạnh) GGSN với mạng voice cellular đang tồn tại  Mạng voice không thay đổi trong lõi Serving GPRS Support Node (SGSN)  Mạng dữ liệu hoạt động song song Gateway GPRS Support Node (GGSN) Mạng không dây, di động 6-39
  40. 3G (voice+data) kiến trúc mạng MSC G Public telephone network radio network Gateway controller MSC G Public SGSN Internet GGSN radio interface (WCDMA, HSPA) radio access network core network public Universal Terrestrial Radio General Packet Radio Service Internet Access Network (UTRAN) (GPRS) Core Network Mạng không dây, di động 6-40
  41. Chương 6 Nội dung 6.1 Giới thiệu Mobility (tính di động) Wireless (không dây) 6.5 Các nguyên lý: định địa chỉ và định tuyến tới ế ố 6.2 Các k t n i không người dùng di động dây, đặc tính 6.6 Mobile IP . CDMA ả ự ộ 6.3 Mạng LAN không dây 6.7 qu n lý s di đ ng trong ạ (“Wi-Fi”) m ng cellular ộ 6.4 Truy cập cellular 6.8 Tính di đ ng và các ứ ầ ơ Internet giao th c t ng cao h n . Kiến trúc 6.9 Tổng kết . Các chuẩn (ví dụ GSM) Mạng không dây, di động 6-41
  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 Người dùng di Người dùng di động, di động, sử dụng cùng động, kết nối/ ngắt mobile user, di access point kết nối từ mạng chuyển sang nhiều dùng DHCP. access point trong khi vẫn duy trì kết nối liên tục (như điện di động) Mạng không dây, di động 6-42
  43. Tính di động: từ vựng Mạng gia đình: “gia đình” home agent: thực thể sẽ thực bền vững của các thiết bị hiện các chức năng di động với di động tư cách của thiết bị di động, khi (e.g., 128.119.40/24) thiết bị di động ở xa wide area network 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 Mạng không dây, di động 6-43
  44. Tính di động: từ vựng (tt) permanent address: giữ visited network: mạng mà thiết bị di động đang nguyên không đổi (ví dụ 128.119.40.186) thường trú trong đó (ví dụ, 79.129.13/24) care-of-address: address in visited network. (e.g., 79,129.13.2) wide area network foreign agent: là thực thể trong visited network cái mà thực correspondent: có nhu hiện những chức năng cầu truyền thông với di động với tư cách mobile của thiết bị di động. Mạng không dây, di động 6-44
  45. Làm cách nào liên lạc với một người bạn dùng thiết bị di động: Khảo sát trường hợp người bạn Tôi tự hỏi Alice đã thường xuyên thay đổi địa chỉ, di chuyển tới đâu? làm cách nào để tìm được cô ta?  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? Mạng không dây, di động 6-45
  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 6-46
  47. 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 Khôngtuyến .thể . Các bảng định tuyếnmởnày rộngch ỉtớira từng thiết bị di động đang ở hàng triệu thiết đâu bị di động . 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 Mạng không dây, di động 6-47
  48. Tính di động: đăng ký (registration) visited network home network 1 wide2 area network Thiết bị di động foreign agent liên hệ home agent liên hệ với home: “thiết bị di động này foreign agent để thường trú trong mạng của tôi” đăng nhập vào visited network Kết quả cuối cùng:  foreign agent biết về thiết bị di động này  home agent biết vị trí của thiết bị di động Mạng không dây, di động 6-48
  49. Tính di động thông qua định tuyến gián tiếp foreign agent nhận các packet, chuyển home agent chặn các tiếp đến cho thiết bị packet, chuyển tiếp đến di động visited cho foreign agent network home network 3 wide area network2 1 correspondent định vị 4 packets dùng địa chỉ Thiết bị di động home của thiết bị di phản hồi trực tiếp động cho correspondent Mạng không dây, di động 6-49
  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 6-50
  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! Mạng không dây, di động 6-51
  52. Tính di động thông qua định tuyến trực tiếp foreign agent nhận các packet, chuyển Correspondent chuyển tiếp cho thiết bị di tiếp cho foreign agent động visited network home network 3 1 2 4 Thiết bị di động trả correspondent yêu lời trực tiếp cho cầu, nhận địa chỉ của correspondent thiết bị di động Mạng không dây, di động 6-52
  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? 3 1 2 4 Mạng không dây, di động 6-53
  54. 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) foreign net visited at session start anchor foreign agent wide area 2 network 1 4 3 5 foreign correspondent Network Foreign agent agent mới correspondent mới Mạng không dây, di động 6-54
  55. Chương 6 Nội dung 6.1 Giới thiệu Mobility (tính di động) Wireless (không dây) 6.5 Các nguyên lý: định địa chỉ và định tuyến tới ế ố 6.2 Các k t n i không người dùng di động dây, đặc tính 6.6 Mobile IP . CDMA ả ự ộ 6.3 Mạng LAN không dây 6.7 qu n lý s di đ ng trong ạ (“Wi-Fi”) m ng cellular ộ 6.4 Truy cập cellular 6.8 Tính di đ ng và các ứ ầ ơ Internet giao th c t ng cao h n . Kiến trúc 6.9 Tổng kết . Các chuẩn (ví dụ GSM) Mạng không dây, di động 6-55
  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 6-56
  57. Mobile IP: định tuyến gián tiếp foreign-agent-tới-mobile packet packet được gửi bởi home agent tới dest: 128.119.40.186 foreign agent: 1 packet bên trong 1 packet dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186 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 Mạng không dây, di động 6-57
  58. Mobile IP: phát hiện agent  agent advertisement: foreign/home agents quảng cáo dịch vụ bằng cách broadcast ICMP messages (typefield = 9) 0 8 16 24 type = 9 code = 0 checksum = 9 H,F bits: home standard và/hoặc foreign agent router address ICMP fields R bit: yêu cầu đăng ký type = 16 length sequence # RBHFMGV registration lifetime reserved bits mobility agent advertisement 0 or more care-of- extension addresses Mạng không dây, di động 6-58
  59. Mobile IP: ví dụ đăng ký visited network: 79.129.13/24 home agent foreign agent HA: 128.119.40.7 COA: 79.129.13.2 mobile agent MA: 128.119.40.186 ICMP agent adv. COA: 79.129.13.2 . registration req. registration req. COA: 79.129.13.2 COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 Lifetime: 9999 identification:714 identification: 714 . encapsulation format . registration reply HA: 128.119.40.7 registration reply MA: 128.119.40.186 HA: 128.119.40.7 Lifetime: 4999 MA: 128.119.40.186 Identification: 714 Lifetime: 4999 encapsulation format Identification: 714 . . time Mạng không dây, di động 6-59
  60. Các thành phần kiến trúc mạng cellular Ôn lại: correspondent Mạng điện thoại công cộng có dây MSC MSC MSC MSC MSC Các mạng cellular khác nhau, được điều hành bởi các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Mạng không dây, di động 6-60
  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 6-61
  62. GSM: định tuyến gián tiếp tới thiết bị di động HLR home network correspondent 2 home Mobile home MSC tra cứu HLR, Switching lấy số hiệu roaming của Center thiết bị di động trong visited network 1 Cuộc gọi được định tuyến tới 3 Public VLR switched home network Mobile telephone Switching network Center 4 home MSC thiết lập chiều thứ 2 của cuộc gọi đến MSC trong visited network mobile user MSC trong visited network hoàn tất cuộc visited gọi thông qua base station tới thiết bị di động network Mạng không dây, di động 6-62
  63. GSM: handoff với MSC  Mục tiêu handoff : định tuyến cuộc gọi thông qua base station mới (không gián đoạn) VLR Mobile Switching  Các lý do handoff: Center . Tín hiệu mạnh hơn đến/từ BSS mới (kết nối liên tục, ít tiêu hao nhiên old new liệu) routing routing . Cân bằng tải(load balance): giải old BSS new BSS 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 6-63
  64. GSM: handoff với MSC 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 ở ế ị ộ VLR Mobile b i thi t b di đ ng Switching 4. BSS mới thông báo MSC, BSS cũ: sẵn sàng Center 2 4 5. BSS cũ nói cho thiết bị di động: thực hiện 1 7 8 handoff với BSS mới 3 6. Thiết bị di động, tín hiệu BSS mới tới old BSS 5 6 new BSS 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 Mạng không dây, di động 6-64
  65. GSM: handoff giữa các MSC  anchor MSC: MSC đầu tiên trong suốt cuộc gọi home network correspondent . cuộc gọi vẫn còn được Home MSC định tuyến thông qua MSC anchor MSC PSTN  Các MSC mới thêm vào cuối MSC dây chuyền MSC khi thiết bị MSC MSC di động di chuyển tới MSC mới  Bước giảm thiểu đường đi tùy chọn để thu ngắn các (a) Trước khi handoff dây chuyền MSC Mạng không dây, di động 6-65
  66. GSM: handoff giữa các MSC  anchor MSC: MSC đầu tiên trong suốt cuộc gọi home network correspondent . Cuộc gọi vẫn còn được Home MSC định tuyến thông qua anchor MSC anchor MSC PSTN  MSC Các MSCs mới thêm vào cuối dây chuyền MSC MSC MSC chain khi thiết bị di động di chuyển tới MSC mới  Bước giảm thiểu đường đi tùy chọn để thu ngắn các (b) Sau khi handoff dây chuyền MSC Mạng không dây, di động 6-66
  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 Home di động network Gateway Mobile Home MSC: điểm tiếp xúc để lấy được địa chỉ Home agent Switching Center, or có thể định tuyến được của user di động. “home MSC”. Home HLR: cơ sở dữ liệu trong home system chứa Location Register số điện thoại cố định, thông tin hồ sơ, vị trí (HLR) hiện tại của người dùng di động, thông tin thuê bao Visited System Mạng khác với home system, trong đó user di Visited động đang thường trú network Visited Mobile Visited MSC: chịu trách nhiệm cho việc thiết Foreign agent services Switching lập cuộc gọi đến/từ các node di động trong Center. các cell kết nối với MSC. VLR: entry cơ sở dữ Visitor Location liệu tạm thời trong visited system, chứa thông Record (VLR) tin đăng ký cho mỗi người dùng di động đến thăm (visiting mobile user) Mobile Station Địa chỉ có thể định tuyến được cho mỗi phân Care-of- Roaming Number đoạn cuộc gọi điện thoại giữa home MSC và address (MSRN), or “roaming visited MSC number” Mạng không dây, di động 6-67
  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 6-68
  69. Chương 6: tóm tắt Không dây Tính di động  Kết nối không dây:  Các nguyên lý: định địa . Năng suất, khoảng cách chỉ, định tuyến tới người . Sự suy giảm kênh truyền dùng di động . CDMA . home, visited networks  IEEE 802.11 (“Wi-Fi”) . direct, indirect routing . CSMA/CA phản ánh các . care-of-addresses đặc điểm của kênh  Nghiên cứu ề truy n không dây . mobile IP  Truy cập cellular . mobility in GSM . Kiến trúc  Tác động lên các giao . Các chuẩn (e.g., GSM, thức tầng cao hơn 3G, 4G LTE) Mạng không dây, di động 6-69