Mobile IP1 IP Mobile. Mobile IP2 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie...
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Mobile IP 1
IP Mobile
Mobile IP 2
Mobile IP : Plan
Pourquoi une couche IP Mobile ?
Terminologie Mobile IP Le protocole simplifié Fonctions IP Mobile de base Fonctionnalités avancées IP cellulaire
Mobile IP 3
Qu’est ce que Internet
1. Une grande collection de réseaux• Plusieurs types de réseaux (Ethernet, ATM, 802.x,
Bluetooth)• Caractéristiques diverses (débits, types de connexion,
…)
2. Interconnectés par des routeurs• Point commun la couche IP
3. Avec des applications qui fonctionnent au niveau terminal
• Couche transport : UDP ou TCP• Exemples d’applications : http (WWW), smtp/pop/imap
(mail), news (nntp), telnet, ftp, …
Mobile IP 4
Internet
Ethernet
Token Ring
ATM
Modem
ISDN
ATM
R
R
R
R
RR
OC3
T1 / E1
T1 / E1
Mobile IP 5
Internet ProtocolModel de références OSI – Internet
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
7
6
5
4
3
2
1
ApplicationHTTP, FTP, SMTP
TransportTCP UDP
InternetIP
Host-to-networkEthernet (802.3),
Token ring (802.5),Wireless LAN (802.11)
OSI TCP/IPInternet
Mobile IP 6
Internet
IP
Application
TCP / UDP
Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet
IP
Application
TCP / UDP
IP IP
e.g. Ethernet e.g. E1 e.g. PPP over Modem
Host HostSwitch / Bridge Router Router
Mobile IP 7
IP : les adresses
Chaque nœud du réseau possède une adresse unique : adresse IP
Deux standards IP : IPv4 et IPv6 Deux formats de paquets et d’adresses Adresse IPV4 : 32 bits Adresse IPV6 : 128 bits
Internet
gspc02129.69.212.102
gspc01129.69.212.101
Computer ScienceUniversity of Stuttgart
RouterRouter
129.69.212.0
Mobile IP 8
IPv4 : Format de paquets
Format du paquet :
Format de l’en-tête :
header(20 - 60 bytes)
payload(0 - 65535 bytes)
Version IHL Type of service
32 bit
Total length
IdentificationDF
MF
Fragment offset
Time to live Protocol Header checksum
Source address
Destination address
Optional (0 - 40 bytes)
32 bits
Mobile IP 9
IPv6 : Format de paquets
Format du paquet :
Format de l’en-tête :
header(20 - 60 bytes)
payload(0 - 65535 bytes)
Version Priority Flow label
32 bit
Payload length Next header Hop limit
Source address(16 bytes)
Destination address(16 bytes)
128 bits
Mobile IP 10
IP : Routage
Les paquets IP navigue de lien à lien via des routeurs Les paquets sont routés individuellement en fonction de leurs
adresse IP A ce stade, le nom DNS et les adresses MAC ne sont pas utilisés
Le routage des paquets utilise la partie sous réseau de l’adresse IP
un mobile doit avoir une nouvelle adresse IP lorsqu’il se déplace
Mobile IP 11
TCP/IP Connexion Internet entre 2 usagers
La connexion TCP est définie par : les adresses IP de la source et de la destination Un numéro de port
Changer d’adresse entraîne une coupure de connexion
L’adresse de l’hôte doit être préserver quelque soit sa localisation
Mobile IP 12
Qu’est ce que la mobilité ?
Degrés de mobilité, point du vue du réseau :
Aucune mobilité Grande mobilité
Usager mobile, utilisation du même point d’accès
Usager mobile, traversée de plusieurs points d’accès avec une connection active (comme la teléphonie cellulaire)
Usager mobile, connection/ déconnection du réseauUtilisation de DHCP :Nomadisme
Mobile IP 13
IP : Le problème de la mobilité
un mobile doit avoir une nouvelle adresse IP lorsqu’il se déplace
&
L’adresse de l’hôte doit être préserver quelque soit sa localisation
Mobile IP 14
Pourquoi une mobilité au niveau de la couche réseau (IP) ? La couche réseau est présente au niveau de
tous les nœuds
La couche réseau est responsable de l’acheminement des paquets jusqu’à la destination
Permettre la mobilité dans le réseaux Internet, même si on change de couche physique
Transparence au niveau applicatif
Solution universelle pour toutes les applications
Mobile IP 15
Les contraintes de Mobile IP
Assurer la mobilité des usagers
Interopérabilité avec la TCP/IP
Les applications existantes doivent continuer à fonctionner sur les hôtes mobiles sans modifications
Aucune modification dans l’infrastructure de routage existante
Aucune modification dans les protocoles existants
Indépendance vis-à-vis de l’interface radio
Mobile IP 16
Mobile IP : Plan
Pourquoi une couche IP Mobile ?
Terminologie Mobile IP Le protocole simplifié Fonctions IP Mobile de base Fonctionnalités avancées IP cellulaire
Mobile IP 17
Terminologiehome network: réseau mère du mobile(ex . 128.119.40.0)
Permanent address: adresse dans le réseau mère, toujours utilisée pour atteindre le mobileex., 128.119.40.186
home agent: entité qui gère les fonctions de la mobilité
Réseau WAN
correspondant
Mobile IP 18
Terminologie
Care-of-address: adresse dans le réseau visité.(ex., 79,129.13.2)
Réseau WAN
visited network: réseau visité par le mobile (ex., 79.129.13.0)
Permanent address: reste constante (ex., 128.119.40.186)
Foreign agent: entité qui gère la mobilité dans le réseau visité par le mobile
Correspondant Node : souhaite communiquer avec le mobile
Mobile IP 19
Mobile IP : Plan
Pourquoi une couche IP Mobile ?
Terminologie Mobile IP Le protocole simplifié Fonctions IP Mobile de base Fonctionnalités avancées IP cellulaire
Mobile IP 20
Fonctionnement de base
Le MN garde sa home adresse, mais dans le visited network il emprunte une care-of-address (COA)
Le protocole IP Mobile prend en charge la correspondence entre la COA et la home address
Care-of Address Home Address
Mobile IP 21
Modèle de Mobilité
Correspondant Node Mobile Node
Home Network
Foreign Network
g Foreign Agent
f
LD Home Agent
f : encapsulation and re-addressingg : decapsulation and forwardingLD : Location Directory
Mobile IP 22
Modèle de Mobilité
gMobile Nodeusing DHCP
Home Network
f
LD Home Agent
f : encapsulation and re-addressingg : decapsulation and forwardingLD : Location Directory
Correspondant Node
Mobile IP 23
IP mobile : les fonctions
Fonctionnalités de bases
1. Agent Discovery : Découverte de l’agent
2. Registration : enregistrement
3. IP Tunneling
Fonctionnalités avancées
1. Optimisation du routage
2. Smooth handoff
Mobile IP 24
IP mobile : les fonctions de bases
Mobile IP 25
Mobile IP : Plan
Pourquoi une couche IP Mobile ?
Terminologie Mobile IP Le protocole simplifié Fonctions IP Mobile de base Fonctionnalités avancées IP cellulaire
Mobile IP 26
IP mobile : les fonctions de bases
1. Agent Discovery : Découverte de l’agent
2. Registration : enregistrement
3. IP Tunneling
Mobile IP 27
Découverte de l’agent
Mécanisme permettant au mobile de détecter son réseau d’attachement : home network ou visited network
Permet au mobile d’obtenir une une Care-Of-Address (CAO) quand le mobile se trouve dans un réseau étranger
Un agent diffuse à intervalle régulier un message Agent Advertisement contenant les adresse temporaires proposés par le domaine visité
Mobile IP 28
Découverte de l’agent
Le FA (Foreign Agent) utilise le message Agent Advertisement : Pour indiquer les CAO au MN (Mobile Node)
Le HA (Home Agent) utilise le message Agent Advertisement : Pour permettre au MN de savoir qu’il est dans son
Home Network
Un MN est autorisé à envoyer un message Router Solicitation : Demande d’envoie d’un message Agent Advertisement
Mobile IP 29
Découverte de l’agent
Le message Agent Advertisement contient : agent : home ou foreign le type de protocole d ’encapsulation durée de vie du care-of-address la fréquence des messages d’avertissement si le FApeut supporter des MNs
supplémentaires
Mobile IP 30
Découverte de l’agent agent advertisement: message de type ICMP
RBHFMGV bits reserved
type = 16
type = 9 code = 0 = 9
checksum = 9
router address
standard ICMP fields
mobility agent advertisement
extension
length sequence #
registration lifetime
0 or more care-of-addresses
0 8 16 24
Drapeaux
Mobile IP 31
Découverte de l’agent Life time : délai de validité des COA. Après cette
période, le mobile doit renouveler l’obtentention des adresses. Le temps est fonction d’une horloge locale (risque de décalage et de pertes des paquets)
Drapeaux R (Registration required) : obligation d’enregistrement
auprès du FA B (Busy) : Le FA est occupé, le mobile est invité à trouvé un
autre FA H (Home) : adresse du HA, aucune COA n’est insérée dans le
message F (Foreign) : FA M (Minimal encapsulation) : optimisation de l’encapsulation
des paquets vers le réseau visité G (Gre encapsulation) : encapsulation générique pour
supporter d’autres réseaux que IP V (Van Jacobson compression) : compression d’en-tête
Mobile IP 32
IP mobile : les fonctions de bases
1. Agent Discovery : Découverte de l’agent
2. Registration : enregistrement
3. IP Tunneling
Mobile IP 33
Enregistrement en bref
Résultat : Le foreign agent connaît le mobile Le home agent connaît la localisation du mobile
Réseau Wan
home network
visited network
1
Le mobile contacte le foreign agent dès qu’il entre dans un nouveau réseau
2
foreign agent contacte le home agent : “Ce mobile réside dans mon réseau”
Mobile IP 34
Enregistrement : Principe
La procédure d’enregistrement auprès de l’agent (FA et HA) est exécutée juste après l’obtention de l’adresse COA
Deux messages sont utilisés : Registration Request Registration Reply
Utilisation du protocole UDP/IP
Mobile IP 35
Enregistrement : Principe
Mobile IP 36
Registration Request
Mobile IP 37
Registration Request
Les principaux champs Drapeau :
• S : Simultaneous Registrations– plusieurs COA
– Le HA envoie les paquets en plusieurs exemplaires
Lifetime : spécifie la durée maximale autorisée pour l’enregistrement dans le réseau visité
Identification : • valeur générée par le MN • Elle est recopiée dans la réponse de HA, pour
permettre l’association de la requête à la réponse
Mobile IP 38
Après « Registration Request » Enregistrement auprès du FA :
Le FA reçoit le message d’enregistrement et peut le rejeter :
• Echec d’authentification• La durée du « Lifetime » est dépassée• Le FA n’a pas suffisamment de ressources• …
FA transmet le message au HA Enregistrement auprès du HA
Le HA peut également rejeter la demande • pour des conditions similaires
Dans le cas où le HA accepte :• Met a jour les tables de routage• Transmet « registration reply »
Mobile IP 39
Registration Reply
Mobile IP 40
Registration ReplyLes principaux champs Code :
Représente la décision de l’agent : • Accepter• refuser
Plusieurs valeurs représentent le motif de refus• Ex : ressources insuffisantes, échec d’authentification …
0 registration accepted
66 insufficient resources69 lifetime requested > advertised limit70 poorly formed request71 poorly formed reply
130 insufficient resources131 mobile node failed authentication134 poorly formed request136 unknown home agent address
Refusé par le HA
Refusé par le FA
Mobile IP 41
Enregistrement : Exemple
visited network: 79.129.13/ 24 home agent
HA: 128.119.40.7 f oreign agent
COA: 79.129.13.2 COA: 79.129.13.2
….
I CMP agent adv. Mobile agent MA: 128.119.40.186
registration req.
COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 ….
registration req.
COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format ….
registration reply
HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format ….
registration reply
HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 ….
time
Mobile IP 42
IP mobile : les fonctions de bases
1. Agent Discovery : Découverte de l’agent
2. Registration : enregistrement
3. IP Tunneling
Mobile IP 43
IP Tunneling
IP tunneling est connu sous le nom encapsulation IP dans IP : IP-within-IP encapsulation
Utilisé pour transmettre les paquets IP au MN quand il ne se trouve pas dans son Home network
Le HA crée un « tunnel » à destination de la COA
Home networkForeign network
Home agent Foreign agentMobile node
Correspondent node
2 3
41
IP tunneling
Mobile IP 44
IP Tunneling
Home networkForeign network
Home Agent(HA)
Foreign Agent(FA)
Mobile Node(MN)
Correspondent Node(CN)
CN MN
HA COA CN MN
CN MN
Original IP packetNew header
Header Payload
Original IP packet
Mobile IP 45
IP-within-IP encapsulation
IP Header OPTS InnerIP Header Paylaod
IP Header PayloadTunnelEndpoints
Mobile IP 46
IP-within-IP encapsulation Paquet original
Adresse Source: adresse du Correspondant Node
Adresse destination : home address du MN
La partie paquet original reste inchangé lors du passage dans le tunnel (le champs TTL est décrémenté)
Nouveau paquet IPv4 Adresse source : adresse du
HA (entrée du tunnel) Adresse destination : COA
Mobile IP 47
Minimal encapsulation
Dans l’encapsulation IP dans IP plusieurs champs sont dupliqués Solution :
• utilisation de « Minimal encapsulation »• Réduit le nombre de champs dans l’en-tête original
Outer IP Header Minimal Header Datagram
IP Header DatagramTunnelEndpoints
Dest IP Address
Mobile IP 48
Minimal Encapsulation
Header ChecksumProtocol ResvS
Original Destination Address
Original Source Address
Specifies if sourceaddress provided
Mobile IP 49
Mobile IP : Plan
Pourquoi une couche IP Mobile ?
Terminologie Mobile IP Le protocole simplifié Fonctions IP Mobile de base Fonctionnalités avancées IP cellulaire
Mobile IP 50
Fonctionnalités avancées
Optimisation du routage
Smooth handoff
Mobile IP 51
Routage triangulaire
HA
FA MN
CN
Barcelona
Stuttgart
Berlin
Mobile IP 52
Optimisation du routage
Objectif : Eviter le routage triangulaire (Gaspillage des ressources du
réseau) Idée :
Prévenir le correspondant du changement de position Lui donner la position courante du MN
Problème : Confidentialité : le MN peut ne pas souhaiter transmettre sa
nouvelle position Solution :
Optimisation est une option Procédure
Echange de 4 messages• L’alerte (Binding Warning)• Demande d’optimisation (Binding Request)• Mise a jour (Binding Update)• Acquittement (Binding Acknowledgment)
Mobile IP 53
Optimisation du routage
Mobile IP 54
Optimisation de routage : Commentaires (1)
Routage Indirect : MN utilise 2 adresses
• permanent address: utilisé par le correpondant (la localisation du MN est transparente pour le correspondant)
• care-of-address: utilisé par le HA pour transférer les datagramme au MN
Le MN peut jouer le rôle du FA Routage triangulaire : correspondant-home-network-MN
• Souvent inefficace Si le MN change une nouvelle fois de réseau
• Refaire une nouvelle procédure (demande de COA, enregistrement, …)
• Les paquets continuent d’arriver au MN avec la nouvelle COA
Mobilité : les connections établies sont maintenues !
Mobile IP 55
Optimisation de routage : Commentaires
(2) Routage Direct :
Traite le problème du routage triangulaire Pas de transparence vis-à-vis du
correspondant : il doit récupérer la COA du HA
Qu’est ce qui arrive quand le mobile change de réseau ?
Mobile IP 56
Fonctionnalités avancées
Optimisation du routage
Smooth handoff : handoff souple
Mobile IP 57
Différents types de mobilité
Mobile IP 58
Handoff Souple (1)
Smooth-Handoff : handoff avec le minimum de perte
Quand un MN se déplace : Enregistrement, COA, … IP mobile de base ne prévient l’ancien FA
• Les nouveaux messages sont acheminés vers la nouvelle COA
• Les messages en cours de transmission sont perdus– Détection par les couches supérieures (TCP)
Pour éviter les pertes :• Prévenir l’ancien FA de la nouvelle position
Mobile IP 59
Handoff Souple
Mobile NodeCurrent
Foreign AgentPrevious
Foreign Agent Home Agent Correspondent node
New c/o address
Registration
Notification
Registration
Packet
Packet
Packet Binding Update
Packet
Packet
Mobile IP 60
Handoff Souple (2)
Problèmes : L’obtention de la nouvelle adresse COA se fait par
écoute des messages du FA Messages diffusés régulièrement (toute les 3
secondes environ) Délai trop grand pour des déplacements rapides L’enregistrement auprès du HA peut prendre
beaucoup de temps : dans ce délai le MN peut avoir changé de visited network
Conclusions : Mobile IP est mal adapté pour les déplacements
rapides et micromobilité Mobile IP est plus adapté à la macromobilité (Taille
des domaines gérées par les FAs importante)
Mobile IP 61
Handoff Souple (3)
Mobile IP 62
Mobile IP : Plan
Pourquoi une couche IP Mobile ?
Terminologie Mobile IP Le protocole simplifié Fonctions IP Mobile de base Fonctionnalités avancées IP cellulaire
Mobile IP 63
Micro Mobilité
Macro mobilité : possibilité pour un utilisateur de quitter son réseau d'abonnement pour se rendre dans un autre domaine du réseau IP
Micro mobilité : mobilité locale dans sa zone d'abonnement Transparente pour le réseau d'abonnement de l'utilisateur
mobile
Mobile IP 64
Micro Mobilité
Petites cellules + plus de mobiles : Besoin de distinguer : micro/macro mobilité La gestion de la micro mobilité va devenir primordiale des
réseaux
Protocole de micro mobilité = complémentaire d'IP mobile
Macro mobilité : Mobile IP Micro Mobilité : Hawaii, Cellular IP …
Fonctionnement en mode paquet Différence par rapport aux autres réseaux cellulaires publics GSM, UMTS, CDMA 2000 : interfaces radio majoritairement
en mode circuit
Mobile IP 65
Cellular IP IP cellulaire : est un nouveau protocole simple est
robuste qui permet la gestion de mobiles rapides
IP cellulaire supporte la micro mobilité et fonctionne efficacement avec IP mobile
C’est un protocole qui peut gérer un grand nombre d’usagers (séparation des mobiles « idle » et actifs)
Ne nécessite pas de nouveaux formats de paquets, d’encapsulation ou d’espace d’adressage
Pourquoi une nouveau protocole : Mobile IP est optimisé uniquement pour :
macro mobilité Hôtes qui bougent lentement
Mobile IP 66
Objectifs de IP Cellulaire
Migration facile
Bonne connectivité
Support du soft handoff
Passage à l’échelle avec une complexité minimale
Mobile IP 67
Cellulaire IP : Composants
Base Stations Wireless Access Points IP routing est remplacé par Cellular IP routing
Gateways Mobile IP support Mobile Nodes utilise l’GW@ comme COA
Mobile Node Dans Cellular IP, les MNs sont identidiés par leur
home address Nouveaux : caches distribués
Position des mobiles Information de routage
Mobile IP 68
IP Cellulaire/Mobile
Mobile IP 69
IP cellulaire / Mobile IP cellulaire n'intervient que sur le réseau d'accès
Au-delà il est inopérant Aucun routeur du réseau de cœur n'a conscience de
l'existence d'IP cellulaire Système peu coûteux à l'installation car pas de
modification pour les routeurs
Fonctionnement simple : Définition d'une passerelle ou GW (Gateway) :
• fournit l’accès au réseau Internet• située à la racine du domaine (commencement du réseau
visité)• joue le rôle d'agent étranger • Possède une adresse IP qui sert de COA à tous les visiteurs du
domaine• À la réception de paquets encapsulées, la GW enlève l'en-tête
additionnel• IP cellulaire met en œuvre des techniques qui lui sont propres
pour transférer le paquet vers le mobile adéquat– Grâce aux adresses IP permanentes
Mobile IP 70
Architecture d’IP cellulaire
FB
DInternet A
CE
G
Gateway
MN
Mobile IP 71
Architecture d’IP cellulaire
Le Réseau d'accès contient des stations de base Couverture de microcellules (id GSM) Couverture de picocellules, desservies par de petites
antennes dans des espaces privatifs
Souplesse de fonctionnement grâce à IP Méthode de transmission sur l'interface radio
indépendante des opérations liées au routage et à la gestion de la mobilité
Le mobile détecte son passage d'une cellule à une autre Diffusion périodique d'une signature de chaque station de
base : voie balise
Stations de base sont câblées de manière hiérarchique Sommet = racine du domaine = passerelle
Mobile IP 72
Les fonctions du réseau
3 fonctions principales : Paging : localise un utilisateur lors de l'arrivée de
paquets
Routage : achemine les paquets vers l'utilisateurs à travers les principaux éléments du réseau d'accès
Handoff : gère les déplacements de l'utilisateur via le réseau d'accès
• IP cellulaire se comporte comme un système sans fil• Les terminaux choisissent toujours la station de base
qui diffuse le signal pilote le plus puissant• Mise à jour des caches de routage lorsque la route est
nouvelle
Mobile IP 73
Etats de l’utilisateur
État actif Utilisateur en train d'envoyer ou de recevoir des paquets Initialisé à la suite d'un paging ou d'une demande
d'émission Position du terminal déterminée à la cellule près
État oisif (ou idle) : Permet de réduire la signalisation sur le lien radio L'utilisateur peut rester attaché au réseau d'accès tout en
étant inactif Localisé dans un groupement de cellules
• Permet d'accueillir un grand nombre de visiteurs dans un même domaine
• Pas d'enregistrement à chaque changement de cellule Si un utilisateur oisif reçoit des paquets, on s'appuie sur
un paging• À l'initiative du nœud cherchant à localiser l'utilisateur
Mobile IP 74
Localisation d’un utilisateur
La localisation d’un utilisateur se mesure à 2 paramètres : Laisser toute la liberté à un terminal oisif
• Ne pas le contraindre à se signaler Mettre en œuvre un mécanisme optimal et à
moindre coût pour atteindre le terminal oisif lorsqu'il devient actif
2 procédures employées pour répondre à ces besoins : Enregistrement de la localisation de temps à autre
en cas d'activité• Cache de routage ou RC (Routing Cache)
Emploi de paging pour les mobiles oisifs• Cache de paging ou PC (Paging Cache)
Mobile IP 75
Les caches paging (PC)
Liberté de mouvement pour les utilisateurs Ne facilite pas leur localisation Il faut retrouver un mobile oisif pour lui transmettre un paquet
• Surplus de signalisation
Les Caches sont installés dans certains nœuds ou stations de base Connaissance partielle de la localisation des mobiles Complétée par le paging
Mise à jour des Paging Caches Par l'envoi vers la racine d'un paquet vide : paging-update Le paquet (paging-update) utilise une des option de l’en-tête IP
• Evite la création d’un paquet spécifique Paging-update transmis de manière périodique
Mobile IP 76
Les caches paging (PC)
Mobile IP 77
Les caches paging (PC)
Mobile IP 78
Les caches de routage (RC)
Permet d'acheminer le flux de paquets vers l'utilisateur Le RC sert de lieu de sauvegarde pour les nœuds
Routage saut par saut (hop by hop) Enregistrement du chemin à l'initiative de
l'utilisateur Lorsqu'il envoie un paquet vers la racine, tous les
nœuds intermédiaires retiennent le chemin pour l'utiliser en sens inverse
Si l'utilisateur cesse son activité réseau Possibilité de se maintenir dans les RC
• Transmission de paquets vides : route-update, vers la racine
• Sinon, effacement sur temporisation