Công nghệ nối mạng riêng ảo di động MVPN cho 3G

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ những yêu cầu trao đổi thông tin hữu hiệu nhất. Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, mạng thông tin di động ngày càng được cải tiến, cụ thể là xu hướng chuyển đổi từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai sang thế hệ ba. Mặc dù thông tin di động thế hệ hai (2G) đã sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các kiểu dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ bit thấp và cao, truy nhập Internet tốc độ cao, đa phương tiện, truyền video và các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn khác, vậy nên sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin di động thế hệ ba (UMTS và CDMA2000) là một điều tất yếu. Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng thông tin di động là sự phát triển liên tục của mạng Internet, mạng truyền số liệu lớn nhất và phổ biến nhất trên toàn thế giới. Từ khi ra đời đến nay, mạng Internet đã tạo ra những thay đổi cơ bản phong cách làm việc, khai thác thông tin và giải trí của con người. Tính tại thời điểm gần đây số thuê bao sử dụng các dịch vụ vô tuyến trên toàn thế giới là vào khoảng hơn một tỷ người. Bên cạnh đó số lượng các máy chủ Internet cũng vào khoảng hơn 200 triệu host. Và theo những nghiên cứu gần đây, 80% người sử dụng Internet thì cũng là các thuê bao sử dụng các dịch vụ di động, và 40% trong số họ là những người sử dụng với các mục đích kinh doanh. Như vậy không có gì ngạc nhiên khi ngày càng có nhiều người quan tâm hơn đến dịch vụ truyền số liệu vô tuyến, gồm cả các ứng dụng thương mại và trao đổi thông thường. Một trong những xu hướng phát triển hứa hẹn gần đây trong lĩnh vực thương mại đó là việc sử dụng công nghệ nối mạng riêng ảo VPN trong các hệ thống truyền thông số liệu để đảm bảo an ninh cho các kết nối tới các mạng riêng từ xa qua các hạ tầng dùng chung không tin cậy, mà ở đây chính là mạng Internet. Mạng riêng ảo VPN được định nghĩa không chặt chẽ là một mạng trong đó kết nối khách hàng giữa các site được triển khai trên một hạ tầng cơ sở chia sẻ với cùng các chính sách truy nhập và an ninh như một mạng riêng. Với việc phát hiện gần đây về các hoạt động tiếp thị xung quanh thuật ngữ VPN, từ các công nghệ mới hỗ trợ VPN, các sản phẩm và dịch vụ được cung cấp bởi VPN khiến cho chúng ta có suy nghĩ rằng VPN là một công nghệ mới. Tuy nhiên VPN là khái niệm về công nghệ đã có hơn 10 năm và được sử dụng rất phổ biến trong thị trường công nghiệp viễn thông. Một trong những ứng dụng mới nhất của VPN là MVPN, nghĩa là đưa công nghệ VPN vào môi trường vô tuyến. Các mạng riêng ảo di động (MVPNs) cho phép truyền thông riêng tư đảm bảo truyền thông an ninh qua các mạng di động dùng chung được cung cấp bởi các nhà khai thác vô tuyến và các nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây. Nói cách khác, MVPN là sự phỏng tạo của các mạng số liệu di động an ninh riêng dựa trên các phương tiện vô tuyến và di động an ninh dùng chung. Ý nghĩa của các mạng MVPN đối với các khách hàng như sau: Đảm bảo an ninh khi truy nhập mạng với các hiệu năng dự kiến được Đảm bảo chỉ có những thành viên được phép mới được truy nhập tới các mạng này. Ở Việt Nam, hệ thống GSM đã được đưa vào từ năm 1993 và đang hoạt động rất hiệu quả. Tuy nhiên theo xu thế chung, việc nâng cấp lên mạng 3G là tất yếu trong bối cảnh cạnh tranh trên thị trường mạng thông tin di động. Internet cũng chỉ mới phổ biến vài năm gần đây và hiện nay cơ sở hạ tầng còn rất hạn chế. Tuy nhiên việc mở rộng thị trường viễn thông và tin học cộng với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng chắc chắn sẽ thúc đẩy Internet Việt Nam phát triển ngang tầm với các nước trong khu vực và trên thế giới. Việc cung cấp tính năng di động có hiệu quả cho mạng Internet do đó chỉ còn là vấn đề thời gian. Chính vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp của mình tôi đã lựa chọn đề tài “Công nghệ nối mạng riêng ảo di động MVPN cho 3G” nhằm tìm hiểu các giải pháp kĩ thuật, công nghệ MVPN cho các hệ thống thông tin di động GPRS/UMTS và cdma2000. Hy vọng rằng trong thời gian tới khi mạng thông tin di động thế hệ ba đã được triển khai rộng rãi ở nước ta thì đồ án sẽ là một tài liệu hữu ích cho tất cả những ai quan tâm tới vấn đề này. Về nội dung đồ án được chia ra làm ba chương: Chương I: Trình bày tổng quan về các công nghệ nối mạng vô tuyến, bao gồm các công nghệ chuyển mạch kênh và các công nghệ chuyển mạch gói trong các hệ thống 2G và 3G, chủ yếu đi sâu thêm về nối mạng số liệu gói trong cdma2000 và GPRS/UMTS PS Chương II: Trình bày về tổng quan VPN và MVPN. Phân loại công nghệ VPN và chuyển từ hữu tuyến sang vô tuyến. Chương III: Là phần chính trong đó nêu ra các giải pháp MVPN cho các hệ thống GPRS/UMTS và cdma2000. Kết luận: Tóm tắt lại những kiến thức đã thu được và một số hướng phát triển trong tương lai. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với Tiến sĩ Nguyễn Phạm Anh Dũng - Phó khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, người thầy đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH iii iv THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT v LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG VÔ TUYẾN 3 1.1. CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG SỐ LIỆU CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI 3 1.2. SỐ LIỆU GÓI CDMA2000 5 1.2.1. Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000 5 1.2.2. Triển vọng MS 8 1.2.3. Các mức di động của cdma2000 10 1.2.4. AAA di động cdma2000 11 1.3. NỐI MẠNG SỐ LIỆU GÓI: GPRS VÀ MIỀN UMTS PS 14 1.3.1. Các phần tử GPRS 14 1.3.2. Các phần tử UMTS 15 1.3.3. Kiến trúc hệ thống GPRS và miền UMTS PS 16 1.3.4. Các khả năng dịch vụ của GPRS và miền UMTS PS 20 1.3.5. Đầu cuối GPRS và miền UMTS PS 20 1.4. KẾT LUẬN 22 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MVPN 23 2.1. ĐỊNH NGHĨA VPN 23 2.2. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG NHẦM LẪN VỀ CÁC MẠNG RIÊNG 24 2.2.1. Các mạng riêng đảm bảo an ninh 24 2.2.2. Các mạng riêng luôn luôn tin cậy 25 2.3. CÁC KHỐI CƠ BẢN CỦA VPN 26 2.3.1. Điều khiển truy nhập 26 2.3.2. Nhận thực 29 2.3.3. An ninh 29 2.3.4. Truyền tunnel là nền tảng VPN 29 2.3.5. Các thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) 33 2.4. PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ VPN 35 2.4.1. Phân loại theo phương pháp truyền tunnel 35 2.4.2. Phân loại theo kiến trúc: Site-to-Site VPN và truy nhập từ xa 40 2.5. CHUYỂN TỪ HỮU TUYẾN SANG VÔ TUYẾN VÀ DI ĐỘNG 45 2.5.1. Tầm quan trọng của VPN trong môi trường số liệu gói vô tuyến 45 2.5.2. MVPN tự ý 47 2.5.3. MNPN bắt buộc 48 2.6. KẾT LUẬN 49 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP MVPN CHO GPRS/UMTS VÀ CDMA2000 50 3.1. GIẢI PHÁP VPN CHO GPRS VÀ UMTS 50 3.1.1. Các giải pháp công nghệ số liệu gói 50 3.1.2. Kiểu IP PDP 53 3.1.3. Kiểu PPP PDP 59 3.1.4. Các thỏa thuận mức dịch vụ, SLA 63 3.1.5. Tính cước 64 3.1.6. Chuyển mạng 65 3.2. GIẢI PHÁP MVPN CHO CDMA2000 68 3.2.1. Tổng quan mạng riêng cdma2000 69 3.2.2. IP đơn giản (Simple IP) 70 3.2.3. VPN dựa trên MIP 74 3.2.4. Cấp phát HA trong mạng 80 3.2.5. Quản lý địa chỉ IP đơn giản trong cdma2000 85 3.2.6. Nhận thực, trao quyền và thanh toán cho dịch vụ MVPN 87 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94