Đề tài Tổng quan về mạng 3g

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. Thế hệ thông tin di động Hệ thống Các dịch vụ Chú thích Thế hệ 1 (1G) AMPS, TACS, NMT Tiếng thoại FDMA, tương tự Thế hệ 2 (2G) GSM,IS-36, IS-95 Chủ yếu cho tiếng thoại kết hợp với các dịch vụ bản tin ngắn TDMA, hoặc CDMA số băng hẹp (8-13kbps) 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 . 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 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 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. 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: 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: Chứa cả chế độ dịch vụ kênh. Dịch vụ Internet, email... Sử dụng chức năng IWF/PDSN. Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol). Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc 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. h1.4: Biểu đồ thời gian cho HSCSD đối xứng và không đối xứng b, Dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS. 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. 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. h1.6: Kiến trúc tổng quát một mạng di động kết hợp cả PS và CS I.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000 Hình h1.7 cho thấy mô hình tham khảo của mạng cho cdma2000 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. 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. 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. 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 sử dụng ISDN và mạng. 26. NPDB là một thực thể cung cấp thông tin về tính cầm tay cho các số danh bạ cầm tay. 27. OSF được định nghĩa bởi OSF của TMN (mạng quản lý viễn thông). Các chức năng này bao hàm cả chức năng lớp quản lý phần tử, lớp quản lý mạng, lớp quản lý dịch vụ và lớp quản lý kinh doanh phân bố ở tất cả các chức năng của hệ điều hành. 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. 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. 40. WNE là thực thể mạng ở thực thể tổng thể. Kiến trúc chung của một hệ thống cdma2000 như hình vẽ dưới đây. h1.8: Kiến trúc chung của hệ thống cdma2000 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. h.1.9: Kiến trúc chung của mạng 3G phát hành R3 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. h1.10: Kiến trúc mạng 3G phát hành R4 Trong hầu hết sản phẩm của các nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang được nâng cấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS. Các phần tử mạng này gồm có MSC/VLR, HLR và SGSN, GGSN. Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc được triển khai cho GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cả GSM và UMTS. Phiên bản mạng 3G R3 đảm bảo cho quá trình chuyển giao từ GSM lên UMTS 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 năng chúng ta xây dựng một mạng toàn IP. Có thể coi kiến trúc mạng này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu. h1.11: Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP (R5) I.3 MIP IP di động (MIP : Mobile IP) là một vấn đề quan trọng trong các hệ thống thông tin di động 3G vì mục tiêu cuối cùng của hệ thống này là tiến tới một mạng toàn IP. Vấn đề thách thức đối với IP di động là phải chuyển các ứng dụng IP đến các kết cuối di động thậm chí về mặt truyền thống các giao thức IP được thiết kế với giả thiết là các kết cuối cố định. Có nhiều giải pháp cho di động IP, trong phần này chúng ta xét tổng quan IP di động là giải pháp được lựa chọn cho di động IP trong các hệ thống thông tin di động 3G. I.3.1 Tổng quan về MIP Đề xuất tốt nhất để xử lý chuyển giao di động vĩ mô là MIP. MIP đã được phát triển nhiều năm bởi IETF, đầu tiên cho phiên bản 4 và hiện nay cho phiên bản 6. Mặc dù đã tồn tại nhiều năm và được coi là một giải pháp ngắn hạn nó vẫn chỉ được triển khai thương mại hạn chế. Đã có các sản phẩm của MIP từ Nextel và IpUnplugged. Trong MIP, không phụ thuộc vào điểm nối mạng hiện thời, máy di động luôn luôn được nhận dạng bằng địa chỉ thường trú của nó. Khi ra khỏi mạng nhà máy di động nhận được một địa chỉ khác gọi là CoA (Care of Address ) liên quan đến vị trí hiện thời của máy di động. MIP giải quyết vấn đề lưu động bằng cách lưu giữ một chuyển động giữa nhận dạng cố định và CoA của máy di động. CoA hoạt động như một định vị tạm thời. Phần tử then chốt của MIP là tác nhân nhà HA (Home Agent) là một bộ định tuyến đặc biệt lưu giữ chuyển đổi giữa địa chỉ nhà và CoA của máy di động. Mỗi lần máy di động (viết tắt là MH: Mobile Host hay MN: Mobile Node) chuyển đến một mạng con mới thông thường là một bộ định tuyến truy nhập mới, nó nhận được một CoA mới và đăng ký CoA này với tác nhân nhà. MIP đảm bảo là máy đối tác (viết tắt là CH: Correspondent Host) có thể luôn luôn gửi các gói đến một máy di động theo địa chỉ nhà của máy di động, các gói được định tuyến theo đường truyền của mạng nhà đến HA. Sau khi HA nhận được các gói này thì nó thực hiện đóng bao chúng theo kiểu IP trong IP (IP in IP encapsulation) rồi gửi xuyên đường hầm (ta gọi là truyền tunnel) đến CoA của máy di động (nói một cách khác HA tạo lập các gói mới với tiêu đề mới chứa CoA và phần số liệu mới chứa toàn bộ gói ban đầu và phần tiêu đề gốc). Tại đầu kia của tunnel, gói gốc được khôi phục bằng cách bỏ đi tiêu đề IP ngoài, quá trình này gọi là quá trình mở bao. Lưu ý rằng MIP chỉ liên quan đến lưu lượng tới máy di động, ở phương ngược lại các gói được gửi trực tiếp đến máy đối tác (ở phương này máy di động được coi như ở mạng nhà). Sau đây là một số tính năng của MIP: Trong suốt đối với các ứng dụng. Các ứng dụng vẫn có thể tiếp tục sử dụng cùng địa chỉ IP, vì HA chuyển chúng trong suốt đến CoA. Trong suốt đối với mạng. Giao thức định tuyến mạng tiêu chuẩn vẫn được tiếp tục sử dụng. Chỉ có các máy di động và các tác nhân nhà ( các tác nhân ngoài được xét sau) là biết được việc đưa vào MIP. Các bộ định tuyến khác coi đó chỉ là các gói IP thông thường. MIP chỉ thực hiện truyền dẫn và sử lý phần bổ sung tại phía từ HA đến máy di động. h 1.12 : Đăng ký tam giác và định tuyến. h 1.13: IP trong IP h1.14: Tối ưu định tuyến I.3.2 MIPv4 Các giao thức MIPv4 được thiết kế đảm bảo hỗ trợ di động bên trong mạng IPv4. Ngoài HA, MIPv4 còn đưa ra khái niệm một bộ định tuyến đặc thù khác là FA (Foreign Agent : tác nhân ngoài). Thí dụ mọi bộ định tuyến truy nhập là FA. Máy di động MN luôn nghe ngóng các quảng cáo tác nhân (Agent Advertisement) được phát quảng bá định kỳ từ các FA để nhận biết nó đang ở FA nào. Quảng cáo bao gồm tiền tố mạng của FA. Khi MN chuyển dịch vào một mạng ngoài mới và nghe thấy quảng cáo của FA, MN gửi bản tin yêu cầu đăng ký. Thay cho việc đợi các quảng cáo định kỳ MN có thể phát bản tin khẩn nài (Solicitation) đến FA để yêu cầu nó phát quảng cáo ngay lập tức. Có hai phương án MIP v4 phụ thuộc vào dạng CoA. Phương án tứ nhất MN sử dụng địa chỉ FA như CoA của mình và FA đăng ký FA-CoA (Foreign Agent Care of Address: Chăm sóc địa chỉ của tác nhân ngoài) cho HA. Lúc này các gói gửi theo tunnel từ HA đến FA, FA mở gói và chuyển gói gốc trực tiếp đến MN. Trong phương án hai MN nhận được một CoA cho chính mình chẳng hạn thông qua DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) và đăng ký CoA đồng vị trí này (CCoA: Co-Allocate CoA) hoặc trực tiếp với HA hoặc thông qua FA. Các gói được gửi tunnel từ HA được MN tự mình mở bao. 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. Các tác nhân ngoài Việc triển khai các FA là lý do cản trở việc triển khai MIPv4: nhà khai thác mạng phải mua bổ sung các thiết bị, MN mất dịch vụ khi chuyển đến một mạng mới không có FA, đảm bảo an ninh khó hơn vì tác nhân nhà kiểm tra các FA và không thực hiện nguyên tắc thiết kế đầu cuối - đầu cuối của IP vì trong mạng có các điểm thay đổi gói. Để khắc phục các nhược điểm này cần thiết cho ra đời phiên bản mới MIPv6 I.3.3 MIPv6 MIPv6 được thiết kế để đảm bảo hỗ trợ di động trong mạng IPv6. Nó rất giống MIPv4 nhưng sử dụng rất nhiều tính năng được cải thiện của IP v6 để giải quyết các vấn đề của MIPv4. 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. 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. 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. 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. 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: h.2.1: Môi trường Các chức năng cơ bản của môi trường là mang thông tin dưới dạng các bit và byte xuyên qua LAN. Chúng ta có thể thiết lập các mạng máy tính với nhiều loại môi trường khác nhau. Mỗi môi trường có những ưu điểm và khuyết điểm nhất định. Một vài đặc tính được xét đến trong đánh giá một môi trường là : Chiều dài cáp Giá thành Dễ lắp đặt Cáp đồng trục, cáp quang, vô tuyến là các môi trường mang các tín hiệu mạng. II.1.5 Repeater Như chúng ta đã thảo luận về môi trường: có nhiều loại môi trường dùng để truyền tải thông tin, và có một yếu tố ảnh hưởng đến việc truyền tin chính là chiều dài 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 Session: Lớp phiên Presentation: Lớp trình diễn Application: Lớp ứng dụng Repeater được liệt vào các thiết bị lớp 1 của mô hình OSI vì chúng hoạt động ở mức bit và không có thông tin nào khác hơn. II.1.6 Hub Mục đích của hub là tái sinh và định thời lại tín hiệu mạng. Định nghĩa của hub cũng giống như của repeater, chính vì vậy chúng ta có thể coi hub là một repeater đa port. Điểm khác biệt là số lượng cáp nối vào thiết bị. Chúng ta thường sử dụng hub để tạo ra điểm kết nối tập trung cho môi trường dây dẫn và tạo độ tin cậy cho mạng. Độ tin cậy của mạng gia tăng khi cho phép bất cứ một cáp đơn nào bị hỏng mà không ảnh hưởng đến toàn mạng. Hub được xem như thiết bị lớp 1 vì nó chỉ thực hiện tái sinh tín hiệu và truyền ra tất cả các port còn lại. 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 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 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. h.2.7: Cloud: biểu tượng cho mạng từ lớp 1 đến lớp 7. I.1.11 Các segment mạng Thuật ngữ segment mạng có nhiều ý nghĩa trong lập mạng và định nghĩa chính xác phụ thuộc vào tình huống trong đó được dùng. Ta có thể định nghĩa một segment nhận dạng một môi trường lớp 1 là đường dẫn chung cho truyền dữ liệu trong một LAN. Như đã đề cập trước đây, có giới hạn chiều dài truyền số liệu cho mỗi loại môi trường. Mỗi lần một thiết bị điện được sử dụng để mở rộng chiều dài và quản lý dữ liệu trên môi trường thì một segment mới được tạo ra. 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... 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. h.2.8. Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP II.3 Địa chỉ IP 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. a. Đánh địa chỉ IP Địa chỉ IP được biểu diễn bởi một số nhị phân gồm 32 bit 0,1. Như vậy theo lý thuyết sẽ có 232 địa chỉ. 32 bit này được chia nhỏ ra thành 4 cụm 8 bit, mỗi cụm này gọi là một octet. Sở dĩ người ta lại chia thành các octet nhàm mục đích chuyển đổi từ số nhị phân sang số thập phân cho gần gũi với giao tiếp của con người. Mỗi octet có giá trị tối 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 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. c. Các lớp địa chỉ: Để thuận tiện người ta phân ra thành 5 lớp địa chỉ được ký hiệu là A,B,C,D,E. Lớp A: 0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx Lớp B: 10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx Lớp C: 110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx Lớp D: 1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx Lớp E: 1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx Lớp A : bao gồm các địa chỉ bắt đầu bằng bit 0. Như vậy trong lớp A sẽ chiếm một nửa số địa chỉ IP hiện có. Lớp A sử dụng 8 bit đầu làm thành phần mạng và 24 bit sau dùng cho host. Vậy với 24 bit làm địa chỉ host lớp A sẽ có hơn 16 triệu host trên một mạng. Các địa chỉ lớp A được dùng ở Mỹ. 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 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. h2.9: Các lớp địa chỉ A,B,C 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: Lớp A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255.255 Lớp B: 172.16.0.0 – 172.31.255.255 Lớp C: 192.168.0.0 -- 192.168.255.255 Người ta đưa ra khái niệm IP global và IP private nhằm mục đích để tăng số địa chỉ qua đó có thể sử dụng hiệu quả tài nguyên này. Ta xét ví dụ sau: Một trung tâm có một mạng LAN gồm 500 máy tính muốn tham gia mạng internet chung. Nếu chúng ta cấp 500 máy tính này 500 địa chỉ IP toàn cầu thì rất khó đáp ứng vì số lượng các địa chỉ IP là có hạn. Giải pháp đưa ra là ta có thể sử dụng dải địa chỉ IP private để đặt cho các máy tính. Chỉ những máy nối trực tiếp với mạng ta sử dụng các địa chỉ IP global. Yêu cầu đặt ra cho các máy này là phải sử dụng chức năng NAT- chức năng nhằm phân chia các port đảm bảo các máy tính khác trong mạng liên lạc được với bên ngoài. Khi đó mạng LAN này chỉ sử dụng một số ít địa chỉ IP và như vậy chúng ta đã tiết kiệm được rất nhiều địa chỉ IP. Ngày nay địa chỉ IP đang ngày càng trở lên khan hiếm, thì giải pháp sử dụng địa chỉ IP private ngày càng được chú trọng. Tuy nhiên chắc chắn rằng nếu nhiều máy tính cùng sử dụng một địa chỉ IP thông qua chức năng NAT phân phối đường truyền chung thì tốc độ của dữ liệu đối với riêng các máy sẽ bị giảm sút. II.3.2 Subnet, subnet mask và kỹ thuật subnetting Các nhà quản trị mạng đôi khi cần chia các mạng đặc biệt là các mạng lớn thành các mạng nhỏ hơn. Các phần chia nhỏ hơn được gọi là các mạng con (subnet) và được thực hiện đánh địa chỉ khá linh hoạt. Lý do chính cần dùng các mạng con là để giảm kích thước vùng quảng bá. Hoạt động quảng bá là gửi thông tin đến tất cả các host nằm trên một mạng hay mạng con. Khi tải dùng cho quảng bá chiếm quá nhiều băng thông, các nhà quản trị mạng sẽ nghĩ đến việc phân mạng thành các mạng con. Các mạng con này được phân ra từ các host gốc. Như vậy phần địa chỉ IP được phân ra làm 3 phần: Network, Subnet và host như hình vẽ. h2.10: Các thành phần của địa chỉ IP Quá trình phân các host gốc thành phần mạng con và phần host được gọi là quá trình subnetting. Để phân ra thành phần của địa chỉ IP người ta dùng subnet mask. Một subnet mask có chiều dài 32 bit hay 4 octet giống như địa chỉ IP, subnet mask sẽ chứa các bit 1 cho phần mạng và mạng con, còn bit 0 cho phần host. Như vậy nếu xét lớp B sẽ có subnet mask là 11111111.11111111.00000000.00000000 hay đổi ra dạng thập phân là 255.255.0.0. Trong thực tế chúng ta thường bắt gặp một ký hiệu IP address/N ví dụ 10.0.0.0/16 chẳng hạn, điều này có nghĩa là ta có một dải địa chỉ IP với subnet mask là 255.255.0.0 (16 số 1 ). Dải địa chỉ này bắt đầu từ 10.0.0.0 đến 10.0.255.255. Sau đây ta tìm hiểu về quá trình subnetting: Ta có một dải IP/N cần cấp cho một mạng, mạng này được phân thành các mạng con. Bước 1: Ta đếm số mạng con trên sơ đồ mạng (căn cứ vào số router)- giả sử có x mạng và tính số host tối đa có trong một mạng y. Chọn n (số bit mượn) thoả mãn : 2n >= x và 232-N-n –2 > y. thông thường người ta thường chọn n nhỏ nhất thoả mãn điều kiện trên. Bước 2: Xác định subnet mask mới sẽ bao gồm N+n số 1 đứng dầu và 32-(N+n) số 0. Phần subnet mask mới này thường được gọi là segment mạng. Bước 3: Xác định các subnet ID – là địa chỉ đầu tiên của dải địa chỉ phân cho các mạng con, và địa chỉ quảng bá (broadcast) là địa chỉ cuối cùng trong dải địa chỉ này. Bước 4: Đánh địa chỉ cho các thiết bị, xác định default gateway cho phần segment mạng. Ta định nghĩa default gateway là địa chỉ IP của giao tiếp trên router kết nối đến segment mạng mà host nguồn đang toạ lạc. Để hiểu rõ hơn ta xét một ví dụ cụ thể như sau: Ta có dải địa chỉ IP 10.0.0.0/24 muốn cấp cho một mạng có sơ đồ như (h 2.11): Bước 1: Đếm số mạng con: Là x=6 mạng con. Số host tối đa trong một mạng là y=4. n được chọn bằng 3 thoả mãn 23 > 6 và 232-24-3 >4. Bước 2: Xác định subnet mask: 11111111.11111111.11111111.11100000 tương ứng với 255.255.255.224 h 2.11: Sơ đồ mạng IP . Bước 3: Xác định địa chỉ mạng: Bảng 2: đánh địa chỉ mạng và địa chỉ broadcast. Net ID Subnet mask Broadcast ID Độ khả dụng 10.0.0.0 255.255.255.224 10.0.0.31 ok 10.0.0.32 255.255.255.224 10.0.0.63 ok 10.0.0.64 255.255.255.224 10.0.0.95 ok 10.0.0.96 255.255.255.224 10.0.0.127 ok 10.0.0.128 255.255.255.224 10.0.0.159 Ok 10.0.0.160 255.255.255.224 10.0.0.191 ok Tiếp tục ta xác định địa chỉ của từng host và các giao diện: Bảng 3: Địa chỉ Host và giao diện: Tên host Giao diện Địa chỉ IP Subnet mask Default gateway R1 E0 10.0.0.1 255.255.255.224 Không A 10.0.0.2 255.255.255.224 10.0.0.1 B 10.0.0.3 255.255.255.224 10.0.0.1 C 10.0.0.4 255.255.255.224 10.0.0.1 R1 S0 10.0.0.33 255.255.255.224 Không R2 S0 10.0.0.34 255.255.255.224 Không R1 S1 10.0.0.65 255.255.255.224 Không R3 S0 10.0.0.66 255.255.255.224 Không R2 S1 10.0.0.97 255.255.255.224 Không R3 S1 10.0.0.98 255.255.255.224 Không R2 E0 10.0.0.129 255.255.255.224 Không D 10.0.0.130 255.255.255.224 10.0.0.129 R3 E0 10.0.0.161 255.255.255.224 Không E 10.0.0.162 255.255.255.224 10.0.0.161 F 10.0.0.163 255.255.255.224 10.0.0.161 II.4 SIP ( Section initization Protocol) Mục đích của chúng ta là xây dựng nên một mạng IP hoàn chỉnh cho 3G, chúng ta sẽ nghiên cứu giao thức SIP vì đây là giao thức được lựa chọn cho việc thiết kế VoIP hayquản lý các thiết bị trong mạng 3G. Trước khi IETF cho ra đời giao thức SIP, ITU-T đã hoàn thành chuẩn H323 để điều hành hệ thống VoIP song SIP vẫn tồn tại và ngày càng phát triển với những ưu điểm về sự đơn giản, đảm bảo các khả năng mở rộng, khả năng mở rộng thêm mới những tính năng mà H323 không có được. Thêm vào đó nhiều công nghệ mới như mạng 3G, NGN cũng được chuẩn hoá bởi IETF do vậy các dịch vụ VoIP thường được xây dựng dựa trên SIP. SIP là một phần trong bộ giao thức chuẩn cho việc truyền tin đa phương tiện do IETF khuyến nghị như RSVP (giao thức giữ trước tài nguyên), RTP (giao thức truyền tải thời gian thực) RTSP (giao thức dòng tin đa phương thức), SAP (giao thức thông báo phiên) SDP (giao thức mô tả phiên). Tuy nhiên SIP hoạt động độc lập với các giao thức trên. SIP có thể kết hợp với các giao thức báo hiệu và thiết lập cuộc gọi khác. Theo cách đó một hệ thống đầu cuối dùng SIP để xác định địa chỉ hợp lệ của một hệ thống và giao thức từ một địa chỉ gửi đến là giao thức độc lập. SIP là giao thức chuẩn do IETF đưa ra nhằm mục đích thực hiện một hệ thống có khả năng truyền qua môi trường mạng IP. SIP dựa trên ý tưởng của SMTP và HTTP. Nó được định nghĩa như một client-server trong đó các yêu cầu được bên gọi (client) đưa ra và bên bị gọi (server) trả lời nhằm đáp ứng yêu cầu của bên gọi. SIP sử dụng một số kiểu bản tin và trường khởi đầu giống HTTP. Về cơ bản SIP là một giao thức hướng văn bản và gần giống với giao thức HTTP nhưng nó không phải là một sự mở rộng của HTTP. II.4.1 Mô hình tham chiếu SIP h.2.12: Mô hình tham chiếu của giao thức SIP SIP là giao thức thuộc lớp ứng dụng, nằm ngay trên lớp TCP/UDP trong mô hình chồng giao thức TCP/IP. SIP hỗ trợ 5 dịch vụ sau: Định vị người dùng: xác định vị trí của người dùng tiến hành hội thoại. Năng lực người dùng: Xác định các phương thức và các tham số tương ứng trong hội thoại. Xác định những người sẵn sàng tham gia hội thoại. Thiết lập các tham số cần thiết cho người tham gia cuộc gọi. Điều khiển cuộc gọi. II.4.2 Kiến trúc mạng của hệ thống SIP Một hệ thống thiết kế VoIP dựa trên SIP là một phần của mạng internet. Ta phải hiểu như thế bởi trong cách biểu diễn mạng sau đây ta không thấy sự xuất hiện của các phần tử mạng. Đơn giản vì SIP được xây dựng ở lớp ứng dụng và theo cơ chế client-server, các server được lắp đặt trên mạng internet với những địa chỉ cố định còn các client sau khi đã đăng ký tham gia mạng sẽ thiết lập các kết nối đến các server để thực hiện dịch vụ. Sơ đồ kiến trúc SIP như hình vẽ: Mạng được chia làm ba phần: SIP terminal, SIP server, SIP gateway. Trong đó SIP terminal thực hiện giao tiếp người dùng với hệ thống SIP đó có thể là SIP phone, phần mềm SIP. SIP server thực hiện các chức năng của hệ thống SIP trong mạng như điều khiển cuộc gọi, quản lý cuộc gọi, trạng thái người dùng... SIP gateway thực hiện chức năng internetworking với các mạng khác. h2.13: Các thành phần của hệ thống SIP Sau đây ta sẽ xét các thiết bị trong SIP: 1. User Agent (UA): Là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, nó có thể là một máy điện thoại SIP hay có thể là một máy tính chạy phần mềm SIP. Các thành phần chính trong thiết bị UA: UAC ( User Agent Client) là một ứng dụng chủ gọi, nó khởi đầu và gửi bản tin yêu cầu SIP. UAS ( User Agent Server) nó nhận và trả lời các yêu cầu SIP, nhân danh các server, chấp nhận, chuyển hoặc từ chối cuộc gọi. UAC và UAS đều có thể kết thúc cuộc gọi. 2. Proxy server: Là phần mềm trung gian hoạt động cả như server và client để thực hiện các yêu cầu thay mặt đầu cuối khác. Tất cả các yêu cầu được xử lý tại chỗ bởi proxy server nếu có thể, hoặc được chuyển cho các máy tính chủ khác. Trong trường hợp proxy server không thực hiên được các yêu cầu này nó sẽ thực hiện việc chuyển đổi hoặc dịch sang các khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi. 3. Location server: Là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy server hay Redirect server. 4. Redirect server: Là phần mềm thu nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối. Không giống như Proxy server, Redirect server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bất kỳ yêu cầu nào. Redirect server cũng không nhận hay huỷ cuộc gọi. 5. Registral server: Là phần mềm chứa cơ sở dữ liệu tiếp nhận các đăng ký REGISTER. Trong nhiều trường hợp Registral server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng. Thông thường Registral server được cài đặt cùng với proxy server và Redirect server để cung cấp các dịch vụ định vị thuê bao. Mỗi lần đầu cuối có yêu cầu dịch vụ thì nó lại đăng ký với server. Nếu đầu cuối muốn thông báo về địa chỉ của mình thì bản tin REGISTER được gửi đi. Nói chung các đầu cuối thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ. 6. Gateway: Các thành phần của gateway bao gồm SG (Signalling Gateway) để thực hiện các liên kết báo hiệu và MG (Media Gateway) là một cổng đa phương tiện. h2.14: SIP gateway với Media Gateway(MG) và Signalling Gateway(SG) II.4.3 Các phương thức hoạt động của SIP Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu các bản tin sử dụng trong SIP. SIP sử dụng các bản tin cơ bản sau: 1. INVITE: Chỉ thị INVITE thông báo cho người dùng được tham gia vào một phiên hội thoại. Một server sẽ tự động trả lời một lời mời tham gia hội thoại nếu người dùng đã sẵn sàng tham gia bằng cách đáp ứng 200 OK-Respone. Bản tin này chứa mô tả về phiên, dùng SDP và kiểu phương tiện được dùng trong cuộc gọi, cũng như địa chỉ chủ gọi và bị gọi, định vị người dùng, các đặc tính của người gọi và những yêu cầu mong muốn được đáp ứng. 2. ACK ACK xác nhận rằng khách hàng đã nhận được đáp ứng cuối cùng cho yêu cầu INVITE (ACK chỉ sử dụng cho yêu cầu INVITE). Khi UAC chấp nhận đáp ứng 2xx, tất cả các đáp ứng cuối cùng khác của proxy server đầu tiên (proxy server quản lý UAC hiện tại) của UAC đều được trả lời. Khi proxy server này nhận bản tin ACK sau khi gửi đi các đáp ứng 3xx, 4xx, 5xx hay 6xx thì nó phải quyết định xem ACK là của nó hay dành cho proxy server khác (chứa thuê bao chủ gọi). Quyết định đó dựa vào việc xem xét thẻ địa chỉ trong trường “To” . Chỉ thị này có thể được đưa ra bởi UA, client, proxy, redirect hay registral server. 3. OPTION Chỉ thị OPTION dùng để hỏi về khả năng của SIP server. Nếu một server có khả năng liên lạc với người dùng và người dùng này có khả năng đáp ứng lại yêu cầu OPTION bằng một tập hợp các chức năng của nó. Chỉ thị này có thể được đưa ra bởi UA, client, proxy, redirect hay registral server. 4. BYE UAC sử dụng chỉ thị BYE để thông báo cho server rằng nó muốn kết thúc cuộc gọi. Yêu cầu BYE cũng có thể được đưa ra bởi proxy server. 5. CANCEL Yêu cầu CANCEL được dùng để huỷ bỏ một yêu cầu sắp được thực hiện cùng với giá trị trong các trường “Call-ID”, ”From”, “TO” và “Cseq” của yêu cầu đó. UAC, proxy server hay client có thể phát ra yêu cầu này tại mọi thời điểm . 6. REGISTER Đây là một chức năng đảm bảo tính di động cho thuê bao, rất cần thiết trong việc xây dựng mạng 3G. Chỉ thị REGISTER được dùng để đăng ký danh sách địa chỉ của người dùng trong trường mào đầu “To” với SIP server. UA có thể đăng ký với một Local server lúc khởi động bằng cách gửi đi một yêu cầu REGISTER tới SIP server quảng bá có địa chỉ multicast ví dụ “SIP.mcasr.net”. II.4.3 Các chức năng của SIP 1. Chức năng đăng ký (Registration) Mỗi thuê bao sử dụng dịch vụ SIP có một SIP URL giống như địa chỉ email theo định dạng sip:username@domainname. Trong đó username là tên đăng ký của thuê bao còn domainname là tên miền của vùng đăng ký (của nhà cung cấp dịch vụ ISP) hoặc cũng có thể là một nhà cung cấp dịch vụ SIP độc lập. Để xác định được vị trí hiện tại của thuê bao bị gọi, mạng phải sử dụng dịch vụ định vị. Trong đó phải sử dụng cơ sở dữ liệu chứa các liên kết địa chỉ cho phép ánh xạ một địa chỉ SIP hay SIP URL ở đầu vào như sip: B@biloxy.com chẳng hạn, với một hay nhiều URL gần hơn với user đích, ví dụ như sip: B@engineering.biloxy.com, ở đầu ra. Cứ như thế sẽ xác định được vị trí của hiện tại của thuê bao đang cư trú. 2. Cơ chế hoạt động trong SIP SIP hoạt động theo cơ chế trao đổi các yêu cầu và đáp ứng (request/respond ). Ta sẽ xem xét thủ tục báo hiệu trong SIP thông qua một số ví dụ trao đổi thông tin giữa hai người A và B sử dụng hệ thống SIP. Trong ví dụ này, cuộc giao dịch bắt đầu từ phía người sử dụng A. Đầu tiên A gọi B bằng cách sử dụng địa chỉ SIP của anh ta. Địa chỉ này gọi là SIP URI (Uniform Resourse Identifier). Địa chỉ này tương tự như một địa chỉ email bao gồm hai phần username và phần hostname. Ví dụ URI của A là sip:A@atlanta.com, URI của B là sip:B@biloxy.com. A gọi cho B theo địa chỉ SIP mà A đã biết trước nhưng thực tế A không thể định tuyến gói tin đến B để tiến hành liên lạc ngay lập tức được bởi nó không hề biết về vị trí máy B cũng như máy chủ SIP phục vụ miền biloxy.com nên nó gửi bản tin INVITE tới máy chủ SIP phục vụ miền của A, đó là atlanta.com. Địa chỉ của server này có thể được cấu hình trước hay sử dụng theo cấu hình DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) để xác định. Máy chủ SIP tại Atlanta là một proxy server. Nó nhận yêu cầu INVITE sẽ gửi trở lại máy tính của A một đáp ứng 100 (Trying) để chỉ thị rằng INVITE đã được chấp nhận và nó đang đại diện cho thiết bị A để định tuyến bản tin INVITE tới đích cuộc gọi. Đáp ứng này mạng cùng giá trị TO, FROM, Call-ID, Csec và các tham số con khác trong mục “Via” của bản tin INVITE. Điều đó cho phép các phần mềm xử lý của A có thể hiểu được đây là đáp ứng của bản tin INVITE mà nó đã gửi đi trước đó. Tiếp đến máy chủ ở Atlanta sẽ tìm máy chủ quản lý tên miền biloxi.com để gửi bản tin INVITE đến đó. Khi máy chủ tại Biloxi nhận được bản tin INVITE, nó gửi trả lại một bản tin 100 để trả lời cho máy chủ tại Atlanta biết nó đã nhận được yêu cầu và đang xử lý yêu cầu này. Tiếp đến nó truy vấn cơ sở dữ liệu và các dịch vụ định vị để xác định địa chỉ IP hiện tại của B. Tại các điểm trung gian trước khi được chuyển đi, bản tin INVITE sẽ được bổ sung thêm vào đầu trường “Via” để lưu lại các điểm chuyển tiếp sử dụng sau này. Máy điện thoại của B sau khi nhận được bản tin INVITE nó sẽ tạo chuông để báo cho B biết rằng có một cuộc thoại đến, B có thể quyết định xem mình có nên trả lời cuộc gọi không. Đồng thời máy điện thoại B cũng gửi trả lại hai proxy server các bản tin 180 để thông báo rằng cuộc gọi đã được định tuyến đến đích. Hình vẽ sau đây trình bày quá trình thông tin sử dụng giao thức SIP: h2.15: Quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọỉ trong mạng SIP II.5 Tóm tắt chương Trong chương này chúng ta có các kiến thức cơ bản về mạng IP bao gồm các thiết bị trong mạng, chồng giao thức TCP/IP, tìm hiểu kỹ về địa chỉ mạng cũng như biết cách đánh địa chỉ cho các thiết bị trong mạng. Ngoài ra chúng ta còn tìm hiểu về giao thức SIP, đây là một giao thức quan trọng cho việc ứng dụng VoIP trong mạng IP nói chung và sau này là mạng 3G. Chương III IP cho mạng 3G III.1 Mở đầu Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của thông tin làm cho mạng internet ngày càng trở nên phổ biến. Mạng internet trở thành một kho tư liệu vô tận cho mọi người. Với những người làm việc về mạng thì khái niệm IP đã trở nên quá phổ biến và ai cũng thấy được tác dụng to lớn của IP trong việc chuyển tải thông tin trong mạng. Với tính ưu việt và tính phổ dụng vốn có, IP được sử dụng cho phần lớn các hệ thống mạng hiện nay và trong tương lai. Cũng như mạng Internet, mạng di động với ưu điểm về tính di động cũng không ngừng phát triển. Đáp ứng về nhu cầu ngày càng cao của con người về thông tin cũng như các loại hình dịch vụ, khái niệm mạng 3G ra đời và đang dần đi vào thực tế. Mạng 3G ngoài mục tiêu tăng băng thông cho người sử dụng đáp ứng các loại dịch vụ ở giao diện vô tuyến còn ứng dụng công nghệ IP cho phần mạng. III.1.1 IP IP là từ viết tắt của ‘Internet Protocol’: giao thức mạng internet. Thông tin cần truyền tải sẽ được chia thành các đoạn và đẩy vào các gói tin; các gói tin có phần tiêu đề xác định sẵn địa chỉ của các điểm nhận. Mạng IP là mạng mà các thiết bị đầu cuối được phân biệt với nhau bằng các địa chỉ IP. Đây chỉ là một khái niệm cực kì sơ sài về mạng IP nhằm đơn giản hoá một hệ thống mạng rộng lớn nhất hiện nay. Có rất nhiều giao thức tham gia vào quá trình truyền tải, bảo mật... như TCP, RIP, DHCP... III.1.2 3G ‘3G’ là viết tắt của ‘Third Generation Mobile System’: Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3. 3G là sự phát triển từ 2G: là hệ thống di động số đã tồn tại như hệ thống GSM, IS-95, PDC... Các hệ thống 2G chỉ đáp ứng những cuộc gọi thoại thông thường và dịch vụ nhắn tin SMS (Short Message Service). Sự ra đời của 3G mở ra khả năng phát triển nhiều loại hình dịch vụ mới cho máy di động vì 3G cung cấp cho thuê bao dải phổ rộng hơn và đáp ứng nhiều loại tốc độ khác nhau. Trong mạng 3G người ta phân ra làm hai phần: phần giao diện vô tuyến và phần mạng. Đối với giao diện vô tuyến, ở đó xảy ra quá trình liên quan đến sự truyền lan tín hiệu trong không gian - là nơi chịu ảnh hưởng của rất nhiều loại nhiễu và suy hao. Để khắc phục nhiễu cũng như khả năng mở rộng phổ tần người ta sử dụng kỹ thuật W-CDMA (Wideband-CDMA). Phần mạng bao gồm tất cả các trạm gốc BS, các chuyển mạch, cổng giao tiếp, cơ sở dữ liệu và các kết nối giữa chúng. Giữa các loại thiết bị này người ta lại phân thành các giao diện khác nhau để thuận lợi cho quá trình thiết kế, vận hành. Bên cạnh đó phần mạng còn cung cấp các chức năng bảo mật (như quá trình nhận thực), quản lý chất lượng dịch vụ, quản lý tính động cuả các thuê bao. Các sơ đồ cấu trúc được phát triển là UMTS ở Châu Âu và CDMA 2000 ở Mỹ dựa trên các đặc trưng của hệ thống mạng 2G cũ. III.1.3 IP cho mạng 3G Câu hỏi đặt ra là ta hiểu thế nào về IP cho mạng 3G, mạng khi đó sẽ đạt được những lợi ích gì? IP cho 3G có nghĩa là ta tìm cách xây dựng mạng 3G sử dụng các giao thức IP cho toàn bộ hệ thống. Khi đó mạng 3G trở thành một thành phần của mạng IP toàn cầu, ta có thể có các trình duyệt web, gửi email, và nhiều đặc tính khác cho các thiết bị tham gia mạng 3G. Việc đưa IP vào cho mạng di động cần thiết phải thay đổi một số giao thức để phù hợp với các thiết bị nhỏ gọn xách tay và môi trường vật lý truyền dẫn chịu ảnh hưởng của nhiều tác động bên ngoài. Cần hỗ trợ chuyển giao, các dịch vụ thời gian thực, hay đảm bảo QoS. Một mạng 3G được xây dựng trên nền tảng IP, chúng ta có thể sử dụng các bộ định tuyến IP, các giao thức IP chung ngoài ra còn có các ưu điểm sau: Việc xây dựng mạng có nhiều thành phần chung với mạng cố định. Có thể hỗ trợ chức năng lớp mạng IP mới như multicast hay anycast. Dễ dàng hơn trong việc tích hợp các kỹ thuật truy nhập khác như LANs cùng với các kỹ thuật dùng cho ô rộng. III.1.4 Nguyên lý thiết kế một mạng IP Để phân biệt mạng Internet và mạng 3G là dựa trên cách chúng ta thiết kế hệ thống. Một điều rõ ràng là công việc thiết kế một hệ thống cực kỳ phức tạp để đáp ứng cùng một lúc các tiêu chí như bảo mật, QoS, quản trị di động, các dịch vụ cho mạng, sự phân tần trong liên kết, các thiết bị kết nối.... Phức tạp là vì mỗi tiêu chuẩn, mỗi công việc thường được thực hiện dựa trên các trình đơn riêng rẽ nên nếu ta xây dựng hệ thống, có nghĩa là ta phải gọi các tiến trình trong mớ phức tạp tiến trình đó. Chính vì vậy tất yếu dẫn đến sự phân lớp,các lớp sẽ xây dựng độc lập và lớp dưới cung cấp dịch vụ cho lớp trên, lớp trên căn cứ vào dịch vụ đó để xây dựng chức năng cho lớp mình. Mạng IP cũng được xây dựng nhờ sự phân lớp. Nhờ vậy hệ thống được xây dựng trên mạng IP sẽ đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều. Quan điểm thiết kế mạng IP là “luôn giữ cho lớp trong suốt”(‘always keep layer transparency’), và “IP trên tất cả, tất cả trên IP” (‘IP over everything and everything over IP’). Điều này có nghĩa là IP sẽ sử dụng các dịch vụ của lớp liên kết còn các ứng dụng lại chạy trên lớp IP. Điều quan trọng nhất là các dịch vụ sẽ không biết và không quan tâm đến lớp liên kết, nó chỉ hoạt động dựa trên các dịch vụ được cung cấp bởi lớp IP. Để xây dựng thành công hệ thống chìa khoá của vấn đề là ta phải xây dựng rõ ràng các định nghĩa, các dịch vụ ở giao diện giữa các lớp, để các lớp trên biết rằng mình được sử dụng những gì của lớp dưới. Để biểu diễn các lớp người ta sử dụng hình vẽ theo kiểu thứ tự như sau : Như vậy chúng ta đã tìm hiểu qua về IP,về mạng 3G cũng như nguyên lý để xây dụng mạng 3G. Nhưng cụ thể để xây dựng mạng IP cho 3G như thế nào chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu ở phần tiếp theo. h 3.1: Mô hình chồng giao thức TCP/IP III.2 IP cho 3G Phần này chúng ta nghiên cứu cách xây dựng một mạng toàn IP. III.2.1 Nguyên lý Căn cứ vào đặc điểm của mạng internet và mạng vô tuyến việc thiết kế đòi hỏi những yêu cầu sau: Các lớp phải trong suốt: Giao diện giữa các lớp được phân định rõ ràng và mỗi lớp cung cấp dịch vụ cho lớp bên trên. Hệ quả của điều trên là chỉ các lớp đồng cấp mới có liên kết logic và không liên lạc với các lớp khác. Như vậy giữa lớp 7 (lớp ứng dụng) và lớp 2 không thể có liên kết. Các lớp khác nhau có thể được bổ sung hoặc thay đổi một cách độc lập. Đầu cuối đến đầu cuối (end to end), các thiết bị đầu cuối có khả năng thực hiện được nhiều công việc hơn có thể. Chúng thực sự biết những gì chúng muốn, điều này làm tăng hiệu quả cung cấp dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối. Các gói tin luôn mang đầy đủ địa chỉ IP của đích đến, bỏ qua các khái niệm về địa chỉ VC của ATM hay nhãn đích. Tuy nhiên cần bổ sung nguồn cung cấp cho các thực thể mang. Do có địa chỉ IP việc truy nhập đến thuê bao căn cứ vào địa chỉ này trên mạng gói nên có thể bỏ đi phần báo hiệu trong mạng truyền thống, điều này góp phần làm giảm tải trọng truyền báo hiệu. Hệ quả là quá trình truyền dẫn trên mạng có nhiều biến đổi, dữ liệu chỉ được truyền khi có lưu lượng còn khi không có thì không làm gì cả. Điều này giúp mở rộng băng tần. Ngoài ra chúng ta không cần điều khiển cuộc gọi, bỏ qua các chức năng không cần thiết và các chức năng thông minh thêm vào quá trình truyền tin chỉ căn cứ vào IP để truyền đến biên của mạng. Mạng IP nên tổ chức theo kiểu modul để phù hợp với sự phát triển nhanh và góp phần khai thác mạng hiệu quả tạo ra lợi nhuận. Điều này chỉ thực thi khi ta phân mạng thành các thành phần độc lập để dễ dàng trong việc cải tiến mạng hay thay thế mà không cần nâng cấp lại các modul. Giao diện tạo ra của modul nên đa dạng và độc lập. Vì phải hoạt động trong thời gian dài nên các giao diện lắp đặt cũ phải đáp ứng được các giao thức mới, đảm bảo tính chính xác và tin cậy trong thực hiện các chức năng yêu cầu khi ta xây dựng modul. Nếu có thể được mạng IP nên xây dựng cho một số khả năng hoạt động và nên có một vài khả năng truy cập. Lấy ví dụ trong trường hợp người dùng muốn vào mạng bằng cách quay số, người dùng quay số của các nhà cung cấp ISP và từ ISP này chúng ta có thể truy cập đến các dịch vụ tiện ích khác trên mạng. Mạng di động khi xây dựng nên sử dụng những giao thức, truyền dẫn hay các trình ứng dụng sử dụng trong mạng cố định. Mạng di động là một thành phần của mạng internet. Phổ tần sử dụng cho giao diện không gian nằm trong khoảng 0.2-3GHz, yêu cầu đặt ra là phải sử dụng tốt và có hiệu quả với loại băng tần này. III.2.2 Kiến trúc tổng thể. Như ta đã xét ở các chương trước, một router đóng vai trò làm node mạng để phục vụ việc định tuyến thông tin chuyển qua mạng, ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ ngăn chặn các thông tin mạng lớp 2 để giảm thiểu vùng đụng độ. Bây giờ với mạng 3G đã xét ở trên thì đâu sẽ là điểm ta bắt đầu đặt router (ta xét như vậy là xét phần biên của mạng). Câu hỏi đặt ra: Đâu là điểm bắt đầu và đâu là giao diện giao tiếp với các mạng khác? Cũng không khó khăn khi ta thấy rằng việc xét mạng bắt đầu từ BS- điểm cuối của kết nối vô tuyến. Như vậy có một và chỉ một hop (hay nút) vô tuyến dựa trên lớp 1 và lớp 2 trong một hệ thống mạng 3G toàn IP. Tại node này thực hiện việc chuẩn hoá lại gói tin IP và địa chỉ IP trên gói tin sẽ giúp chuyển gói tin đến hop tiếp theo. Do sử dụng mạng IP nên ta bỏ qua tất cả các khái niệm về ATM, AAL2,MPLS... trong việc thực hiện chuyển mạch và định tuyến. Vậy ta có một kết luận cực kỳ quan trọng các BTS hay node B - tuỳ theo thuật ngữ được sử dụng - là một router thực hiện định tuyến IP. Điều thứ 2 ta cần quan tâm đó là mạng truy nhập. Mạng truy nhập bao gồm tất cả phần quản trị mạng di động, sự thăng giáng QoS và các vấn đề liên quan đến định tuyến. Các tính năng được đặt trong các server hoặc do phần quản trị mạng tính toán. Một mạng truy nhập có sự ảnh hưởng của quá trình thăng giáng QoS chủ yếu là do tác động của các thuê bao khác. Để hiểu rõ hơn ta xét một ví dụ khi ở phần mạng biên, nếu có một phiên video chiếm giữ tốc độ 1Mbps được chuyển giao từ một cell láng giềng, nó có thể gây một ảnh hưởng lớn đến tài nguyên địa phương của cell đang xét đến. Nếu mỗi một cell của mạng 3G được xây dựng tối đa 2Mbps và tốc độ này được chia sẻ cho tất cả người dùng thì rõ ràng 1Mbps đã chiếm giữ mất 50% tài nguyên của cell. Điều đó đồng nghĩa rằng các người dùng còn lại chỉ được chia sẻ một nửa băng tần còn lại cho các dịch vụ mà họ muốn sử dụng. Như vậy các dịch vụ như thời gian thực hay không cần thời gian thực sẽ phải thay đổi cách truyền cho phù hợp với trạng thái hiện có của mạng, điều này cũng đồng nghĩa với việc đó là chất lượng dịch vụ cũng biến thiên. Bên cạnh đó ở mạng lõi cũng có sự ảnh hưởng xong mạng lõi là nơi tập trung lưu lượng lớn và dung lượng cũng lớn cho nên ảnh hưởng đó là không nhiều. h 3.2: Router truy nhập bắt đầu từ BS (hay node B) Bên lề của mạng lõi, phần giao tiếp với mạng truy nhập sẽ là một cổng Internet (chạy giao thức BGP cùng chức năng tường lửa) sẽ đáp ứng mềm dẻo với các gói lưu lượng và tìm ra đường đi ngắn nhất qua mạng. Các dịch vụ mà mạng truy nhập cung cấp có thể là email hay dịch vụ web hoặc người sử dụng có thể sử dụng dịch vụ này thông qua mạng internet h 3.3: Một mạng sử dụng IP cho 3G II.2.3 Định tuyến và tính di động Rõ ràng tính di động là rất cần thiết cho một mạng bởi nó giúp người dùng có thể vào được phiên giao dịch và tiếp tục chiếm giữ phiên đó khi chuyển giao sang các router truy nhập khác. Những nguyên nhân chính gây mất phiên truy nhập là: do tìm gọi, cập nhật định tuyến và báo hiệu giữa các router truy nhập. Để giải quyết vấn đề ứng dụng mạng IP cho mạng di động, IETF đưa ra một kỹ thuật đầy hứa hẹn đó là kỹ thuật ‘fast mobile IP’ với việc đưa ra khái niệm truyền tunnel thực hiện các kết nối tạm thời giữa các router truy nhập. Tuy nhiên vẫn còn phải lựa chọn là dùng cách nào cập nhật định tuyến. Giải pháp thích hợp nhất được đưa ra đó là cập nhật theo thứ tự host trong hệ thống, căn cứ vào kiến trúc ‘nghe nói’ của mạng IP. Kiến trúc này các router sẽ biết thông tin về mạng và trạng thái mạng bằng cách học thông tin của các router láng giềng. Như chúng ta biết, ưu điểm lớn nhất của mạng di động so với mạng khác chính là tính chất di động của thuê bao. Nhưng với môi trường IP, việc định tuyến thông qua các địa chỉ IP (thường được phân theo vùng địa lý để tiện cho việc định tuyến) thì làm thế nào để đưa các gói tin đến cho thuê bao khi vị trí của chúng bị thay đổi liên tục? Giải pháp truyền tunnel như MIP (Mobile IP) là giải pháp bổ sung dùng cho mạng di động để giải quyết tính chất di động của các thuê bao. Một mạng IP thông thường sẽ không thể phân phối chính xác gói tin đến thuê bao trong mạng di động chính vì vậy cần có khái niệm truyền tunnel. Mỗi tunnel sẽ dùng cho một người sử dụng khi ra khỏi mạng nhà (Home Agent). Các gói tin truyền đến cho người dùng sẽ thực hiện quá trình đóng bao (encapsulation), thêm một Header mới để gửi đến mạng khách FA(Foreign Agent). Tại mạng FA, gói tin sẽ thực hiện việc mở gói( De-encapsulation). Nhưng với cách dùng truyền tunnel thì rất khó khăn trong việc sử dụng truyền multicast trong mạng bởi vì nếu ta xét tất cả các lưu lượng truyền cho người dùng đều phải truyền tunnel thì sẽ có sự bùng nổ dữ liệu trong mạng mà dự đoán trong tương lai có đến 90% dịch vụ mới ra đời dùng cho mạng Internet sử dụng kỹ thuật Multicast. Các host trong hệ thống cũng thực hiện các chức năng như trong mạng IP bình thường, thực hiện theo đúng nguyên lý IP và nhiệm vụ là phân phối các gói tin. Có một câu hỏi được đặt ra là cách xác định địa chỉ các Host như thế nào? Chúng cần có một địa chỉ IP thuộc quyền một router truy nhập để thực hiện việc truyền tải thông tin. Địa chỉ đó nhất thiết phải là các địa chỉ global. Địa chỉ phải được gán cho các router trong vùng mạng. Việc thiết lập địa chỉ IP là rất cần thiết, khi đăng nhập mạng người dùng sẽ được cấp một địa chỉ IP hoặc theo phương pháp cấp khác là địa chỉ chỉ được cấp khi có quá trình truyền và nhận gói. Địa chỉ đó sẽ được thu hồi nếu người dùng ra khỏi vùng mạng hoặc khi kết thúc phiên số liệu. Người ta không sử dụng phương pháp gán địa chỉ IP cố định cho các thuê bao bởi vì địa chỉ IP là một tài nguyên đang rất cạn kiệt vì vậy cần thiết phải có chiến lược sử dụng địa chỉ IP hiệu quả. Với yêu cầu linh động trong việc cấp phát địa chỉ IP, ta quan tâm đến các host để xem nó phải làm việc như thế nào để có tối đa số người được cấp địa chỉ IP (hay địa chỉ IP được sử dụng một cách hiệu quả nhất), điều này chỉ có thể nếu chúng ta sử dụng cách cấp phát địa chỉ động bằng các phiên thay đổi. Ví dụ như một thuê bao sẽ không cần đến địa chỉ IP khi nó ở trạng thái Idle hay một số trạng thái khác. Bây giờ ta xem xét hoạt động trong một mạng IP dùng SIP. Thử hình dung chúng ta có một phiên yêu cầu, một SIP URL –sip:dave.wisely@bt.umts. Trong hệ thống SIP, việc tìm gọi được thực thi nhờ bản tin SIP INVITE được đưa đến từ một proxy server quản trị tên miền người sử dụng (ở đây tên miền là bt.umts). Khi người dùng vào một mạng truy nhập nào đó (AN), thuê bao sẽ phải đăng ký tên miền và tên của SIP Registration server chứa tên miền khi đăng ký ban đầu để đảm bảo các bản tin INVITE và các bản tin SIP khác để căn cứ vào đó có thể được chuyển đến mạng AN. SIP proxy trong mạng AN sẽ tham khảo Registration Server địa phương để tìm được vùng vị trí hiện tại của thuê bao để thực hiện tìm gọi. Địa chỉ tìm gọi có thể là multicast, khi đó sẽ liên quan đến một nhóm router truy nhập. Khi thuê bao nhận được tín hiệu tìm gọi, nó sẽ yêu cầu và được cấp một địa chỉ IP, địa chỉ này cũng được gửi đến Registration Server và lưu lại và căn cứ vào địa chỉ IP này bản tin INVITE có thể tìm đến được thuê bao. Thêm vào đó với những trường hợp truy nhập mạng mà không cần quá trình tìm gọi (đóng vai trò điểm khởi đầu cuộc gọi) thì việc cấp địa chỉ IP thực hiện giống như kiểu quay số đến ISP đang được sử dụng hiện nay trên mạng internet. Nhưng như thế vẫn chưa đảm bảo cho quá trình chuyển nhận gói trong mạng IP bởi vì thuê bao luôn di động. Chúng ta biết HA (Home Agent) luôn lưu trữ một địa chỉ CoA (Care of Address) là địa chỉ tạm thời của thuê bao và địa chỉ này được FA( Forein Agent) ấn định. Khi đó HA đóng vai trò như một điểm tập trung vô tuyến trong mạng di động và luôn phải tiêu tốn một phần hiệu năng mạng cho công việc truyền tunnel này. II.2.4 Giao diện Một vấn đề quan trọng chúng ta cần xét đến đó là giao diện liên kết giữa các lớp trong một mạng IP- yêu cầu cả hai lớp đều phải cho phép các hoạt động liên kết nhưng chúng lại chia thành các thành phần riêng rẽ (ví dụ về các thiết bị di động chỉ có ở phần mạng truy cập RAN). Theo đặc tính cơ bản và cố hữu của mạng IP thì các chức nănggiao diện dịch vụ cũng như các chức năng khác đồng thời tồn tại trong mạng nhưng chúng hoạt động độc lập và không ảnh hưởng lẫn nhau, nhưng việc phát triển chúng như thế nào để đảm bảo tồn sự nguyên trạng của các lớp, bảo tồn nguyên lý IP, trong khi việc tăng hiệu năng tìm kiếm thuê bao là rất cần thiết vì chức năng này lại là một chức năng cơ sở của mạng di động truyền thống. Giao diện quan trọng nhất trong sơ đồ mạng chỉ có thể là giao diện giữa phần vô tuyến và phần mạng (người ta thường gọi đây là lớp 2,5 nằm giữa lớp 2 và lớp 3). Một mạng toàn IP nên đảm bảo khả năng liên kết nhiều loại giao diện vô tuyến khác nhau như WLAN, TDMA, và cần thiết có một giao diện chung giữa lớp 2 và lớp 3 để đảm bảo khả năng kết nối với bất cứ kiểu truyền vô tuyến nào. Thêm vào đó nó cần phải có các chức năng khác nhằm mục đích để tăng hiệu suất mạng. Ví dụ như việc chuyển giao có thể được thực hiện ở lớp 3 sử dụng các bản tin IP. Tuy nhiên việc đo đạc tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) để quyết định quá trình chuyển giao chỉ được thực hiện ở các card giao diện mạng hay ở lớp 2. Lớp 2 nhờ khả năng phát hiện mất gói hay gói trễ để đánh giá thông tin chuyển giao chính xác nhờ vậy có thể tăng hiệu quả cho quá trình chuyển giao. Việc đánh giá chất lượng mạng thông qua QoS, phần lớn các lớp liên kết vô tuyến đều có bộ đệm với một cơ cấu tính toán QoS, các điểm truy cập LAN vô tuyến luôn hoạt động một quá trình xử lý là điều khiển việc chấp nhận cuộc gọi. Tất cả phải làm việc liên kết với việc xử lý ở lớp IP. Một trong những giao diện được đề xuất là IP2W (IP to Wireless) được phát triển từ dự án EU BRAIN. Mỗi chức năng được xây dựng một cách nguyên thuỷ và cho phép sử dụng chúng theo một cách thức chung. Trong mô hình này có một lớp con hội tụ được thêm vào ở giữa lớp 2 và lớp 3, sử dụng dịch vụ của lớp liên kết. ở lớp con này đáng chú ý là có thêm chức năng tìm kiếm hỗ trợ các thiết bị đầu cuối và truy nhập vào router để tìm kiếm các chức năng hoạt động hỗ trợ. Mô hình tham chiếu như sau: h 3.4: Mô hình tham chiếu IP2W từ dự án EU BRAIN. Một giao diện khác được chú ý trong mô hình trên là giao diện dịch vụ chuyển tiếp nằm giữa lớp chuyển tiếp và lớp dịch vụ. Lớp giao diện này chủ yếu được đưa ra để phục vụ cho quá trình thông tin đa client. III.3 Quá trình phát triển mạng Quá trình phát triển của tiêu chuẩn mạng 3G gắn liền với hai kỹ thuật mới so với những kỹ thuật ở hệ thống mạng viễn thông cũ là VoIP, và cuộc gọi IP căn cứ vào báo hiệu phiên cho các dịch vụ đa phương tiện. Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu ngắn gọn cả hai kỹ thuật. III.3.1. Truyền dẫn trên mạng IP với UMTS R4 Phiên bản thứ 2 của UMTS ban đầ gọi là Release 2000, và đây là tiêu chuẩn được xem là rất hoàn hảo. Chúng ta thấy thực tế có những thay đổi lớn so với phiên bản thứ nhất phát hành năm 1999 ( R99) và nó sử dụng 2 chuẩn mới chỉ được hoàn thành vào năm 2002. Phiên bản ban đầu có tên là R3, các phiên bản sau sẽ có tên là R4 và R5. Sự khác biệt lớn nhất của UMTS R4 là ở phần mạng lõi xử lý cho các tín hiệu chuyển mạch kênh, còn UTRAN , miền chuyển mạch gói và các phần còn lại là không có gì thay đổi. R4 đưa ra giao diện IuCS và các tín hiệu phần chuyển mạch kênh sẽ được đưa đến Media Gateway. Từ đây lưu lượng thoại được đóng gói và chuyển đi dưới dạng gói IP- như chuyển bằng VoIP là một cách. Kiến trúc chung của R4 như hình vẽ: h 3.5: Kiến trúc của UMTS R4 Một đặc điểm quan trọng của R4 là nó tương thích hoàn toàn với các mạng trước đó. Điều này dẫn đến ta không phải thay đổi các đầu cuối và không cần quá trình nâng cấp. Ưu điểm là hệ thống sẽ tiết kiệm chi phí , độ tích hợp cao, mềm dẻo và dễ cải tiến. Việc tiết kiệm là do có sự tham gia của mạng IP vào quá trình truyền dẫn, nó sẽ cung cấp việc chuyển dữ liệu giá rẻ hơn so với các loại kỹ thuật khác như TDM hay ATM. Thêm vào đó, trong phiên bản R3, các tín hiệu thoại của di động có tốc độ thấp (được mã hoá thích ứng ở tốc độ từ 5Kbps đến 12Kbps) đều được chuyển thành 64 Kbps ở MSC trước khi chuyển sang các mạng di động khác. Điều này là phí phạm băng thông truyền dẫn và tăng chi phí truyền. R4 đưa ra các đề xuất mềm dẻo: tiết kiệm chi phí bằng cách có thể chuyển cả PS và CS trên cùng một mạng lõi chung và tích hợp các chức năng điều khiển và quản lý lại. Như vậy ta có một mạng lõi IP có thể sử dụng cho lưu lượng của mạng di động lẫn mạng cố định. Với R4, chúng ta cũng xác định rõ chức năng của mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển, MG (Media Gateway) và MGC (Media Gateway Controller) có thể thêm vào một cách độc lập dẫn đến mở đường cho việc xây dựng mạng VoIP. Cuối cùng R4 cũng đưa ra đưa ra một bước phát triển mới cho một giải pháp đầy đủ VoIP- thoại được đóng gói ở đầu cuối, đây có thể coi là một tiến bộ to lớn. III.2.5 UMTS R5- điều khiển cuộc gọi IP và báo hiệu UMTS R5 có sự thay đổi lớn so với các phiên bản 3G cũ là không hỗ trợ chuyển mạch kênh, chỉ tập trung vào chuyển mạch gói ở mạng lõi. R5 chỉ ra hai thành phần chính cấu thành trong mạng lõi là : Có một miền mạng lõi mới – gọi là phân hệ mạng lõi Internet đa phương tiện ( Internet Multimedia Core Network Subsystem) hay viết tắt là IMS Có cải tiến trong GSNs là hỗ trợ truyền dịch vụ thời gian thực và trễ thay đổi- gọi là dịch vụ nhạy cảm. h 3.6:Kiến trúc của R5 UTRAN cũng được cải tiến để đáp ứng các chuyển giao đòi hỏi tính thời gian thực của các lưu lượng gói nhưng có một phần không thay đổi đó là giao diện giữa mạng lõi và UTRAN được thiết lập bằng AAL5 (giao diện Iu-PS). Kiến trúc tổng thể của R5 như hình vẽ h 3.6. Mục đích chính của R5 là cho phép hoạt động của những loại hình dịch vụ mới có thể kể đến là hội nghị đa truyền thông (cùng lúc tồn tại truyền voice, video, whiteboad), các dịch vụ đa người dùng, game tương tác. Miền IM là miền dịch vụ: có nghĩa dành cho thuê, tự truy nhập, tự kinh doanh phát triển và chỉ kiểm soát ở mặt vĩ mô. Về lý thuyết có 3 cách để mở rộng miền IM là : điều khiển cuộc gọi, roaming và sử dụng Ipv6. Ta xét cách xử lý voice ở mạng R5. Rõ ràng voice được chuyển đi nhờ miền PS như sử dụng VoIP, tuy nhiên với R5 không phải lúc nào bạn cũng chuyển được voice đến đích. Trong các phiên bản cũ RSCs (R3) hoặc MSC server (R4) luôn đảm bảo việc truyền voice tới đích cho dù đó là quá trình kéo dài đi chăng nữa. *, Mở rộng IM bằng cách điều khiển cuộc gọi. Trong R3 và miền chuyển mạch gói không có khái niệm về cuộc gọi và phiên làm việc. Người dùng thiết lập một PDP context và thực hiện kết nối đến một điểm truy nhập lựa chọn, điểm đó có thể là một ISP hay một LAN tự trị nào đó. Từ đây chúng có thể truy cập vào các dịch vụ chẳng hạn như duyệt web, email và thậm chí cả những luồng video. Tuy nhiên các tương tác với dịch vụ thời gian thực sẽ không được hỗ trợ bởi QoS. Từ đó ta sẽ xem xét những ích lợi mà miền IM mang lại thông qua ví dụ về một cuộc hội nghị đa truyền thông. Hình dung ta có một cuộc hội nghị giữa ba người, mỗi người được cấp một máy tính xách tay và một thẻ R5 PCMCIA, phiên hội nghị cần sử dụng các dịch vụ voice/video/whiteboard để thông tin với 2 đồng nghiệp- điều này là vô cùng khó khăn nếu ta sử dụng mạng R3. Họ bắt đầu phiên làm việc với dịch vụ voice và whiteboard, chỉ dùng video vào nửa cuối của phiên hội nghị. Miền IM cần phải cung cấp các chức năng cho phép người dùng như định vị mỗi người dùng, chia sẻ các thông tin như loại codec mà các thiết bị tham gia liên lạc đang dùng, hay băng tần, cũng như thêm vào các thiết bị mới cho phiên liên lạc. Ngoài ra cần phải tạo ra bản ghi chi tiết về cuộc gọi CDR (Call Resource Record) để thực hiện việc tính cước. Như chúng ta đã được tìm hiểu hai giao thức rất tốt sử dụng cho việc truyền VoIP là giao tức khởi tạo phiên SIP và giao thức dựa trên quan hệ H323. Tuy nhiên giao thức SIP được lựa chọn cho việc xây dựng bởi nó là giao thức chuẩn của IETF (R5 cũng là một chuẩn của IETF) nên dễ dàng thực hiện các chuẩn mới của IETF. Ngoài ra SIP dựa trên nền tảng internet nhiều hơn và cũng rất thuận lợi khi sử dụng các thiết bị trong SIP để xây dựng mạng 3G. Miền IM dành cho người sử dụng được định địa chỉ là một SIP URL và địa chỉ này rất dễ dàng truy nhập thông qua miền IP. Chú ý rằng IM không cần quan tâm đến vị trí động của thuê bao. UMTS R5 đưa ra một thiết bị mới với tên gọi là server control function hay còn gọi là CSCF. Nó tương tự như SIP proxy server thực hiện một số công việc chính sau: Định vị người dùng: biên dịch SIP URL sang địa chỉ IP Uỷ quyền bản tin INVITE. Giữ thông tin về trạng thái của phiên, cho phép một luồng đa truyền thông khác có thể thêm vào một phiên đang tồn tại (giống như ta thêm video vào hội nghị như đã xét ở trên) ngoài ra là thực hiện tính cước và điều khiển MRF (Multimedia Resouce Function) - cho phép thiết lập các cầu liên lạc trong phiên hội nghị trong một mạng không được hỗ trợ multicast. Trước khi một bản tin SIP có thể gửi đến CSCF, thiết bị đầu cuối phải thiết lập một địa chỉ PDP context đặc biệt dùng cho mục đích này. PDP context này dùng tương tác qua lại với lớp QoS và chỉ sử dụng cho mục đích báo hiệu. Thiết bị đầu cuối chạy một đối tượng người dùng SIP (đóng vai trò User Agent) và CSCF sẽ thông tin với thiết bị này qua một tuyến xác định bằng một địa chỉ IP và một địa chỉ cổng. Giữa CSCF và GGSN sẽ thông tin với nhau qua đường báo hiệu nhờ đó mà GGSN sẽ nắm được thông tin về các luồng trong IM và đảm bảo QoS tốt hơn so với các luồng qua xử lý IMS. Giao thức báo hiệu được lựa chọn là COPS (Common Object Policy Service) cũng là một giao thức chuẩn của IETF. Mỗi một PDP context sẽ chiếm giữ một phiên truyền thông được thiết lập. Đầu cuối của R5 phải chuyển thông tin AMR (adaptive Mul Rate) chuyển đến bộ coder của đối tác để thực hiện giải mã. Nếu không có thông tin AMR bộ coder sẽ mặc định tốc độ bit là 12.2kbps. Ngoài ra một vấn đề ta phải quan tâm nữa đó là xem tín hiệu có bị nén hay không, bởi vì một tín hiệu 28kbps có thể được nén xuống 12kbps. Thông tin này cũng rất cần thiết cho việc giải nén tại RLC hoặc SGSN. Chúng ta có một cách là không cần nén tín hiệu, người dùng sử dụng dịch vụ end-to-end được cung cấp bằng mạng IP nhưng người dùng lại phải trả chi phí truyền 28kbps qua mạng vô tuyến. *, Roaming ở đây Roaming là tìm hiểu về vai trò quản lý thuê bao cũng như việc thiết lập một cuộc gọi trong mạng R5. Đây là cuộc tranh luận kéo dài và phức tạp giữa việc quản trị thuê bao là thuê bao nên được quản lý và thiết lập dịch vụ ngay tại mạng khách mà nó đang đứng hay là thông qua mạng nhà. Cuối cùng cuộc tranh luận kết thúc bằng quyết định việc quản lý thông qua mạng nhà. Việc quản lý và điều khiển cuộc gọi sẽ thông qua ba thiết bị quan trọng là ba loại CSCF: P-CSCF (Proxy CSCF), I-CSCF (Interrogating CSCF) và S-CSCF Serving CSCF). Để tìm hiểu về vai trò của ba thiết bị này chúng ta sẽ xét một cuộc gọi VoIP từ một thuê bao của mạng này đến một thuê bao của mạng R5 khác. Trước khi bắt đầu sử dụng dịch vụ miền IM như việc nhận một lời mời hay một cuộc gọi phiên IM, người dùng trước hết phải đăng ký với mạng. Vì vậy luôn cần thiết có một tuyến thiết lập đến P-CSCF bất kể khi người dùng có hay không có mặt ở mạng nhà. P-CSCF sẽ cung cấp phiên đa phương tiện cơ sở để hỗ trợ hoạt động tương tự như một tường lửa đối với miền IM. Ban đầu người dùng tìm đến P-CSCF gần nhất thông qua một PDP context để thực hiện báo hiệu và đăng ký sau đó nhận lại một địa chỉ IP theo kiểu động (DHCP) hay được thiết lập tĩnh. Như vậy P-CSCF sẽ làm nhiệm vụ quản lý mạng theo một vùng và thực hiện việc phân phối địa chỉ IP. Khi thuê bao đã có địa chỉ IP của riêng mình rồi, nó có thể hoạt động như một phần tử của mạng IP, nó có thể tìm địa chỉ của P-CSCF thông qua việc sử dụng tên miền để truy vấn DNS server của GGSN. DNS server sẽ gửi lại địa chỉ của P-CSCF. Tất cả các thuê bao di động trong một vùng mạng chỉ thực hiện việc báo hiệu thông qua duy nhất P-CSCF này mà không biết bất kỳ một địa chỉ của P-CSCF nào khác. Khi thuê bao có địa chỉ IP của mình và địa chỉ IP của P-CSCF, nó gửi bản tin REGISTER đến P-CSCF và bản tin này sẽ được xử lý và lưu trữ ở I-CSCF của mạng nhà. Vậy cần thiết cần có liên lạc giữa P-CSCF của mạng khách với I-CSCF của mạng nhà. Việc này thực hiện thông qua địa chỉ IMSI hay SIP URL có trong bản tin REGISTER. I- CSCF hoạt động như một gateway của mạng khách, kiểm soát các quá trình truy nhập vào miền IM từ mạng khách và thẩm định thông tin dựa trên HSS (Home Subcriber Server). Về chức năng, HSS tương tự như HLR, là nói lưu trữ cơ sở dữ liệu về thuê bao, ngoài ra nó còn có thêm một số dữ liệu khác để thực hiện vai trò cho miền IM. Giống như HLR, HSS cũng được truy xuất một cách độc lập, có thể sử dụng các kỹ thuật truy nhập IP khác để truy xuất thông tin miền IM thông qua HSS như kỹ thuật DSL. I-CSCF ở mạng nhà lấy dữ liệu về thuê bao từ HSS và lựa chọn một CSCF có khả năng thực hiện những thoả thuận dịch vụ thực tế, CSCF này gọi là S-CSCF. Rõ ràng để đảm bảo việc truy xuất dịch vụ thì S-CSCF phải có nhiều chức năng hơn P&I-CSCF. Nó có thể truy nhập đến các nguồn cần thiết để tạo ra các dịch vụ như video server hay cổng đa phương tiện (MG). Một nhà cung cấp có thể có vài S-CSCF phân theo loại dịch vụ để đáp ứng các đòi hỏi dịch vụ khác nhau. I-CSCF ở mạng nhà sẽ phân phối dữ liệu lấy từ HSS đến tất cả các CSCF cần thiết. Cuối cùng P-CSCF cũng cần thiết phải biết địa chỉ IP của S-CSCF và chúng lấy thông tin về thuê bao thông qua HSS. Giống như ở GSM, HSS nhận biết được vị trí của thuê bao để định tuyến bản tin INVITE. h3.7: Một cuộc gọi giữa hai thuê bao sử dụng dịch vụ miền IM. *, Sử dụng IPv6 IPv6 mở rộng địa chỉ IP lên đến 128 bit tương ứng có thể định được 2128 địa chỉ đủ để đáp ứng cho tất cả các thiết bị tham gia mạng IP. Chính vì vậy miền IM sẽ sử dụng IPv6, các thiết bị người dùng sẽ được gán địa chỉ IP cố định và lưu vào trong phần dịch vụ của IM. Lý do cơ bản phải sử dụng IPv6 thay cho IPv4 xuất phát từ các nước châu á và châu âu vì sự cạn kiệt về địa chỉ IP. Thêm vào đó sử dụng địa chỉ IPv6 sẽ nâng cao được tính bảo mật, tự động cấu hình mạng và tính mềm dẻo của tiêu đề. Tất cả tạo ra một môi trường vô cùng thuận lợi cho việc phát triển dịch vụ internet. Một hướng ứng dụng quan trọng khi sử dụng IPv6 là dùng cho miền IM. Thật vậy khi IPv6 ra đời, đã có những câu hỏi về tính liên mạng của IPv4, nhưng nó vẫn được kỳ vọng và tiếp tục tồn tại rất nhiều năm đến khi ra đời R5. Khi sáng tạo ra UMTS, nó hoạt động dựa trên IPv4 over ATM, các gói tin truyền qua mạng thông qua giao thức truyền tunnel GTP, vì vậy với sự ra đời của IPv6 ở thời kỳ quá độ sẽ xảy ra trường hợp truyền tunnel với cả gói tin IPv4 và gói tin IPv6. Miền IM được truy cập thông qua báo hiệu của IPv6. III.3 Tóm tắt chương Trong chương này chúng ta đã xây dựng mạng IP cho 3G. Điều này thực hiện được thông qua các nguyên lý cơ bản xây dựng mạng 3G, thông qua giao thức SIP và nhờ vậy chúng ta có thể thực hiện một cuộc gọi VoIP thông qua mạng di động. Ngoài ra chúng ta còn nghiên cứu về cách mở rộng các loại hình dịch vụ mạng thông qua khái niệm miền IM. Chương IV Giao thức định tuyến IGRP Mở đầu: Như chúng ta đã thảo luận ở chương II về mạng IP, chúng ta có thể hình dung một mạng IP là một mạng mà thông tin trao đổi giữa các thiết bị tham gia mạng tuân theo giao thức IP. Theo giao thức này thì mỗi thiết bị mạng hoạt động từ lớp 3 trở lên (tham chiếu mô hình OSI) sẽ có những địa chỉ IP, căn cứ vào những địa chỉ IP này gói tin trao đổi sẽ được đưa đến đích. Việc các gói tin trao đổi trong mạng được chuyển đến đích như thế nào nhất là đối với những mạng cựa kỳ phức tạp như mạng internet toàn cầu hiện nay, thì chúng ta cần thiết phải xem xét một thiết bị mạng quan trọng đó là Router. IV.1 Router IV.1.1 Các thành phần của Router Thực chất Router là thiết bị mạng mà chúng ta đã nghiên cứu sơ qua ở chương II, nó là một thiết bị mạng lớp 3 tham gia vào quá trình định tuyến gói IP, phân đoạn mạng và nhờ những tác dụng như vậy nó đóng vai trò là thiết bị đường trục trong mạng IP. Việc một gói tin đến một Router và được chuyển tiếp đến Router nào sau nó thì hoàn toàn căn cứ vào điạ chỉ IP đích mang trong gói tin. Nếu hiểu theo một cách nào đó thì việc đánh địa chỉ IP hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí địa lý, mỗi vùng sẽ được cấp một dải địa chỉ khác nhau và duy nhất, dải địa chỉ này có thể lại tiếp tục được chia nhỏ hơn cho các vùng nhỏ hơn trong vùng lớn ấy. Mỗi vùng địa chỉ được phân tách cách biệt với nhau thông qua Router. h.4.1: Router: thiết bị lớp 3 Như vậy một mạng diện rộng (WAN) sẽ bao gồm các Router nối với nhau. Chúng liên lạc với nhau bằng các cầu nối để tạo nên các hệ thống tự trị và trục chính của internet. h 4.2 Cấu hình của một Router Xét về cấu tạo của Router: Cũng như máy tính, nếu máy tính có bốn thành phần cơ bản là CPU, bộ nhớ, các giao tiếp như bàn phím, màn hình và cuối cùng là hệ thống bus để trao đổi thông tin giữa các thành phần, thì Router cũng như vậy và cũng có thể coi là một máy tính. Tuy nhiên Router lại là một máy tính có chức năng riêng biệt, thay vì có các thành phần được chỉ định cho các thiết bị xuất video