Thierry Ernst Novembre 2001 1 Le Support des Réseaux Mobiles dans IPv6 Thierry Ernst - Travaux effectués au sein de lINRIA Rhône-Alpes (Projet PLANETE)

Thierry Ernst • Novembre 2001 • 1

Le Support des Réseaux Mobiles Le Support des Réseaux Mobiles dans IPv6dans IPv6

Thierry Ernst

-

Travaux effectués au sein de l’INRIA Rhône-Alpes (Projet PLANETE)

et de Motorola Labs Paris

Thierry Ernst • Novembre 2001 • 2 INRIA Projet PLANETEINRIA Projet PLANETE

Plan de la PrésentationPlan de la Présentation

1. Introduction

2. Internet et IPv6

3. La Mobilité dans Internet

4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique

5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions

6. Simulations

7. Conclusion et Perspectives


1. Introduction1. Introduction

1. Introduction2. Internet et IPv6




6. Simulations



1. Introduction: Motivations et Applications1. Introduction: Motivations et Applications

La plupart des stations Internet vont être mobiles téléphones portables, PDAs, ordinateurs portables, baladeurs, ...

Les réseaux seront eux-mêmes mobiles LANs (Local Area Networks): véhicules en déplacement PANs (Personal Area Networks): personnes, animaux

Connexion permanente à l’Internet

Internet


1. Introduction: Objectifs1. Introduction: Objectifs

Identifier les problèmes spécifiques à la mobilité des réseaux

Proposer des solutions répondant aux principaux problèmes


1. Introduction: Notre Méthodologie1. Introduction: Notre Méthodologie

Etude des protocoles Internet comprendre la problématique de la mobilité

Etude des solutions pour le support des stations mobiles principes de bases éléments d’architecture taxonomie

Etude des réseaux mobiles terminologie adaptée besoins problématique

Etude de Mobile IPv6 limitations extensions validation par simulation


4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique

1. Introduction

2. Internet et IPv6


4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions

6. Simulations



4. Stations Mobiles: Définitions4. Stations Mobiles: Définitions

Mobilité dans la couche IP changement de point d’ancrage = changement de sous-réseau

Deux formes: Mobilité Locale

entre sous-réseaux topologiquement proches (autorité administrative commune) Mobilité Globale

entre sous-réseaux topologiquement éloignés (autorités administratives distinctes)

Internet


4. Réseaux Mobiles: Terminologie4. Réseaux Mobiles: Terminologie

Réseau Mobile ensemble de stations inter-connectées changeant ensemble de point d’ancrage (AR)

un sous-réseau ou un ensemble de sous-réseaux connectés à l’Internet via un ou plusieurs routeurs mobiles (MR)

AR

MRMRMR

AR

MR

Internet


4. Réseaux Mobiles: Terminologie4. Réseaux Mobiles: Terminologie

CN

AR

LFN

LFN

MR

VMN

AR

MN

MNNs (Mobile Network Nodes): nœuds attachés au réseau mobile MR (Mobile Router) = routeur mobile LFN (Local Fixed Node) = noeud fixe local LMN (Local Mobile Node) = nœud mobile local VMN (Visiting Mobile Node) = nœud mobile étranger

CN (Correspondent Node) un nœud correspondant avec un ou plusieurs MNNs

LMN

LMN

AR


4. Réseaux Mobiles: 4. Réseaux Mobiles: CaractéristiquesCaractéristiques

Taille variable 1 ou plusieurs sous-réseaux peu de MNNs (PAN, voiture) centaines | milliers de MNNs (train, bateau)

Fréquence de déplacement variable

Nb CNs potentiellement élevés milliers | millions (loft-story dans un bateau)

Mobilité imbriquée: VMN: un passager avec un ordinateur portable dans un train sous-réseau mobile: un PAN dans un train


4. Support des Réseaux Mobiles: Objectifs4. Support des Réseaux Mobiles: Objectifs

Fournir une connectivité permanente à l’Internet pour tous les MNNs MRs, LFNs, LMNs, VMNS

Fournir un routage optimal entre les CNs et les MNNs

AR

CN

LFN

MR

VMN

MN

AR

AR



Problèmes d’adressage et de routage différents des stations mobiles points d’accés obligatoires: AR et MR le mobile est le MR, pas le MNN le MNN lui-même ne change pas son point d’ancrage

Spécifications actuelles aucun support explicite parfois mentionné, notamment dans Mobile IPv4 (RFC 2002)

support restreint, non optimal, ne traitant pas l’ensemble de la problématique.



Changer d’adresse ? qui ? comment ? comment maintenir les connexions ouvertes ? adresse topologiquement correcte ? adresse transmise à des tiers, lesquels, comment ?

Comment router les paquets vers MNNs ?

Echanger des informations de routage avec les ARs ? MR routeur comme les autres ? que faire des messages de découverte des voisins envoyés sur le lien natif et le lien visité ? quel protocole de routage ? quelle interaction avec le protocole de routage des réseaux visités ?


5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions 5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions

1. Introduction

2. Internet et IPv6



5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions6. Simulations



5. Solutions: Besoins5. Solutions: Besoins

Sujet très vaste

Nos solutions considèrent: Mobilité globale Usage optimal des ressources de l’Internet Passage à l’échelle Gestion de la mobilité du réseau Sécurité Mobilité imbriquée


5. Solutions: Approches5. Solutions: Approches

Approches potentielles: re-numérotage DNS routage double adressage

« double adressage » plus adaptée: peu de changements nécessaires dans l’infrastructure réseau

Standard IETF Mobile IPv6 (stations mobiles) candidat naturel support des réseaux mobiles possible ?


5. Solutions: Mobile IPv6 et les Réseaux Mobiles5. Solutions: Mobile IPv6 et les Réseaux Mobiles

Pas de problèmes pour les paquets destinés au MR Mise-à-jour de la localisation:

MR utilise Mobile IPv6 adresse temporaire sur le lien visité BU envoyé à HA

Recherche de la localisation et routage: CN envoie paquets à l’adresse permanente de MR et redirection par HA BU envoyé au CN routage optimal entre CN et MR

MRMR

lien natifAR HA

AR

CN

lien visité


5. Mobile IPv6 et les Réseaux Mobiles: Problèmes5. Mobile IPv6 et les Réseaux Mobiles: Problèmes

?

Problème pour les paquets destinés aux autres MNNs: Recherche de la localisation et routage:

CN envoie paquets à l’adresse permanente de LFN HA intercepte le paquet mais ne sais pas quoi faire avec LFN ne peut recevoir aucun paquet

Mobile IPv6 ne supporte pas les réseaux mobiles

MR

lien natifAR HA

CN

ARlien visité

?


5. Nos Solutions basées sur Mobile IPv6: Besoins5. Nos Solutions basées sur Mobile IPv6: Besoins

Transmettre les paquets via le point d’ancrage courant Redirection des paquets par HA Routage optimal

HA et CNs doivent recevoir une adresse de routage temporaire qui l’obtient ? laquelle ? qui l’envoie ? comment éviter une « explosion des messages de mise-à-jour » ?


5. Nos Solutions basées sur Mobile IPv65. Nos Solutions basées sur Mobile IPv6

Extension « Prefix Scope Binding Updates »: solution court-terme connectivité permanente à tous les MNNs routage optimal proposé à l’IETF (Pittsburgh 8/00): draft-ernst-mobileip-v6-02.txt

Extensions « Multipoint »: solution long-terme limite le trafic de signalisation évite « l’explosion des messages de mise-à-jour » deux brevets déposés nécessaire de suivre l’état d ’avancement des travaux de l’IETF


5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates

Hypothèse: tous les LFNs partagent un préfix IP commun: un préfix commun identifie tous les sous-réseaux composant le réseau mobile

Message de mise-à-jour: relation (préfix adresse temporaire) au lieu (adresse permanente adresse temporaire)

Nécessite une légère extension de Mobile IPv6

CN

lien visitéAR lien natif

AR HA

MR LFN

Router LFN

LFNLFN

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa


5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates 5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates

MR LFN

Router LFN

LFNLFN

CN

lien visitéAR

CNCN

CN

CN

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Ne résout pas la question de l’explosion des messages de mise-à-jour envoi en rafale:

à chaque obtention d’une nouvelle adresse temporaire périodiquement (rafraîchissement)6 744 bits pour 1 CN sur le premier lien198 408 bits pour 100 CNs sur le premier lien


5. Long-Terme: Techniques Multipoint5. Long-Terme: Techniques Multipoint

MR LFN

Router LFN

LFNLFN

CN

lien visitéAR

CNCN

CN

CN

Avec « Prefix Scope Binding Update », chaque CN reçoit un message de mise-à-jour identique: envoi multipoint des messages de mise-à-jour une seule copie du message est transmise sur un lien donné

les routeurs dupliquent le paquet lorsque tous les CNs ne sont pas accessibles par la même interface préserve la bande passante sur les liens sans fils et dans l’Internet

MR LFN

Router LFN

LFNLFN

CN

lien visitéAR

CNCN

CN

CN

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoaPrefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa

Prefix->MRcoa


C

MR

B

D

E

A

C

MR

B

D

E

A

5. Long-Terme: Techniques Multipoint 5. Long-Terme: Techniques Multipoint

Besoins du protocole multipoint: passage à l’échelle (# source MR, # membres CNs) source mobile inter-domaine (MRs, CNs)

Deux techniques: Classique: arbre de distribution

SPT ou CBT surcoût pour maintenir l’arbre de distribution protocole multipoint inter-domaine = sujet très actif à l’IETF

List-Based Multicast: destinations dans le paquet aucun surcoût nombre de CNs limité par la taille du paquet

plusieurs listes traitement de la liste:

quelques routeurs bien localisés obligatoire pour les CNs

ABCDE

BCDE

A DE

AB

E

D

CB

G

G

G

GG

G

G

GG

Prefix->COAPrefix->COA

Prefix->COA Prefix->COA

Prefix->COA

Prefix->COAPrefix->COA

Prefix->COA Prefix->COA

Prefix->COA


6. Simulations 6. Simulations

1. Introduction

2. Internet et IPv6




6. Simulations7. Conclusion et Perspectives


6. Simulation: Plate-forme NS (MobiWAN)6. Simulation: Plate-forme NS (MobiWAN)

Extensions de NS-2 ns-2.1b2 à ns-2.1b6 lignes de code développées: > 8000 C++, > 9000 TCL

Mobile IPv6 Multipoint avec source mobile List-Based Multicast Générateur de grandes topologies NS (de GT-ITM à NS) Librairie pour manipuler / configurer Mobilité locale et globale

Distribution publique du code disponible sur page web version ns-2.1b6 beaucoup de téléchargements et de retour


6. Simulation: Scenario de Mobilité Globale6. Simulation: Scenario de Mobilité Globale


6. Charge MIPv6 sur le réseau: Multipoint Classique6. Charge MIPv6 sur le réseau: Multipoint Classique


6. Charge MIPv6 sur le réseau: List-Based Multicast6. Charge MIPv6 sur le réseau: List-Based Multicast


7. Conclusion et Perspectives 7. Conclusion et Perspectives

1. Introduction

2. Internet et IPv6




6. Simulations



7. Conclusion et Perspectives: Bilan des travaux7. Conclusion et Perspectives: Bilan des travaux

Nous avons: défini Taxonomie des propositions pour les stations mobiles

exploré un axe de recherche nouveau

mis en place les fondations nécessaires aux travaux futurs travaux proposés à IETF51 (Londres 8/01): draft-ernst-mobileip-monetv6-00.txt

concentré nos efforts sur quelques aspects seulement du problème

participé activement à l’IETF prise de conscience d ’une nouvelle problématique nos travaux y sont très bien accueilli beaucoup d’intérêt

développé un outil de simulation évolutif


7. Conclusion et Perspectives7. Conclusion et Perspectives

Les travaux futurs devront explorer: d’autres approches mobilité imbriquée interaction entre le MR et son point d’ancrage impact sur protocoles de routage communication de mobile à mobile problèmes de sécurité multi-homing

Thierry Ernst • Novembre 2001 • 34

Questions ?Questions ?

Merci

Pour plus de détails:

[email protected]

Home Page: http://www.inrialpes.fr/planete/people/ernst

Réseaux Mobiles: http://www.inrialpes.fr/planete/pub/MobiNet/mobinet.html

Extensions NS-2: http://www.inrialpes.fr/planete/pub/mobiwan/


Court-Terme: Prefix Scope Binding UpdatesCourt-Terme: Prefix Scope Binding Updates

Extension de Mobile IPv6 Bit « réseau mobile » dans l’option « Binding Update » travaux proposés à l’IETF (Pittsburgh 8/00): draft-ernst-mobileip-v6-02.txt


Long-Terme: Technique « List-Based Multicast » Long-Terme: Technique « List-Based Multicast »

entête hop-by-hop option


Distance MoyenneDistance Moyenne


Distance MoyenneDistance Moyenne


Routage Direct / Routage TriangulaireRoutage Direct / Routage Triangulaire


Explosion des messages de mise-à-jour Explosion des messages de mise-à-jour 5 BUs en rafale si nouvelle adresse rafraîchissement périodique (10 secs) 3000 bits si 1 CN - 100000 bits si 100 CNs (taille des paquets IP)


Prefix Scope Binding Updates (MOTOROLA / INRIA) plus appropriée au support des LFNs gestion de la mobilité du réseau est transparente pour les LFNs

HMIPv6 Extended Mode (ERICSSON / INRIA) plus appropriée au support des VMNs gestion de la mobilité du réseau n’est pas transparente pour les VMNs

Ces deux propositions: ne permettent pas le passage à l’échelle (#CNs) traitent de problèmes différents et peuvent bénéficier l’une de l’autre

Mobile IP WG: Comparaisons des propositionsMobile IP WG: Comparaisons des propositions


IETF Hierarchical Mobile IPv6 IETF Hierarchical Mobile IPv6

Gestion hiérarchique de la mobilité (INRIA / Ericsson) Sépare mobilité locale de mobilité globale internet-draft draft-ietf-mobileip-hmipv6-04.txt 2 modes: Basic Mode et Extended Mode

HMIPv6 Extended Mode: peut supporter VMN ne supporte pas les réseaux mobiles eux-mêmes plus une justification de ce mode IETF49 San Diego 12/00 peut être combiné avec « Prefix Scope Binding Updates »


HA du MRHA du MR

CN du VMNCN du VMN

RCoARCoACoA1CoA1

RCoARCoA

MR H@ => RCoAMR H@ => RCoA

VMN H@ => RCoAVMN H@ => RCoA

LCoA1, RCoALCoA1, RCoA MAPMAPRCoARCoA

HA du MNHA du MN

VMNVMN

MRMR


MR a 2 CoAs:• RCoA permante • LCoA temporaire

VMN MR’s RCoA as its CoAVMN enregistre RCoA avec MAP, HA CNs

Hierarchical Mobile IPv6 Extended ModeHierarchical Mobile IPv6 Extended Mode


RCoA RCoA LCoA2LCoA2

RCoARCoA

MR H@ => RCoAMR H@ => RCoA


LCoA1, RCoALCoA1, RCoA

LCoA2, RCoALCoA2, RCoAMAPMAP

RCoARCoA

HA du MRHA du MR

CN du VMNCN du VMN

HA du VMNHA du VMN


MRMR

MNMN

Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode

VMN ne change pas sa CoA tant que MR dans le même siteVMN doit envoyer BU périodique


2. Internet et IPv62. Internet et IPv6

1. Introduction

2. Internet et IPv63. La Mobilité dans Internet



6. Simulations



2. Internet: Définitions2. Internet: Définitions

Sous-réseau: ensemble de nœuds connectés sur le même lien

Routeur Station

Réseau: collection de sous-réseaux soumis à la même autorité

d’administration

Internet: collection de réseaux hétérogènes et hiérarchisés repose sur le modèle en couches de TCP/IP

IETF: Internet Engineering Task Force organisme de normalisation de l ’Internet

Internet

Station

Routeur


2. Internet: La Couche Réseau2. Internet: La Couche Réseau

Régit communications entre noeuds

Protocole de base: IP format des adresses IP nommage des stations format de l’entête réseau

IP assisté par des protocoles permettant échange de messages de contrôle découverte des voisins dans la topologie routage, sécurité, ...


2. IPv62. IPv6

Nouvelle génération du protocole IP spécifications en cours de finalisation en cours de déploiement

Améliorations sensibles par rapport à IPv4: espace d’adressage étendu (128 bits au lieu de 32)

indispensable à la croissance de l’Internet extensions d’entête IP

indispensable pour s’adapter aux besoins futurs meilleure prise en compte:

mobilité Qualité de Service sécurité transmission multipoint


3. La Mobilité dans Internet3. La Mobilité dans Internet

1. Introduction

2. Internet et IPv6

3. La Mobilité dans Internet4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique


6. Simulations



3. La Mobilité dans Internet: Problématique3. La Mobilité dans Internet: Problématique

Changement de sous-réseau = changement de l’adresse de routage

Modèle d’adressage de TCP/IP inadapté hypothèse: nœuds fixes violation du principe d’imperméabilité des couches

adresse IP utilisée dans les couches:« réseau » et « transport » confusion du rôle de l’adresse IP

identifie l’interface et son emplacement dans la topologie

changer l’adresse IP casse les connexions conserver l’adresse IP casse le routage


3. Support de la Mobilité: Services3. Support de la Mobilité: Services

Offrir 3 services: mise-à-jour de la localisation

quelle information mettre à jour suite au déplacement recherche de la localisation

comment déterminer le point d’ancrage routage

comment transmettre les paquets


3. Support des Stations Mobiles3. Support des Stations Mobiles

Plusieurs approches: refonte du mécanisme d’adressage de TCP/IP: non faisable introduction d’une pseudo-couche entre « réseau » et « transport » ajouts de fonctionnalités dans « réseau »

Taxonomie - 2 catégories: prise en charge par le réseau

pas de changement d’adresse e.g. Cellular IP, HAWAII, ...

double adressage adresse permanente: identifie l’interface adresse temporaire: identifie la position dans la topologie e.g. Mobile IPv6, Hierarchical Mobile IPv6, ...


AR

MN

3. Support des Stations Mobiles: IETF Mobile IPv63. Support des Stations Mobiles: IETF Mobile IPv6

CN

lien visitélien natif

HA

Station mobile possède 2 adresses IP: 1 permanente sur le lien natif: identifiant d‘interface 1 temporaire sur le lien visité: directive de routage

Message de mise-à-jour de l’adresse temporaire (Binding Update) envoyé: à l’agent mère (HA) et aux correspondants (CNs) en rafale à chaque déplacement périodiquement (rafraîchissement)

MN

AR

Documents

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