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

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

2 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Plan 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

3 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 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

4 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 1. Introduction: Motivations et Applications La plupart des stations Internet vont être mobiles v téléphones portables, PDAs, ordinateurs portables, baladeurs,... Les réseaux seront eux-mêmes mobiles v LANs (Local Area Networks): véhicules en déplacement v PANs (Personal Area Networks): personnes, animaux Connexion permanente à lInternet Internet

5 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 1. Introduction: Objectifs Identifier les problèmes spécifiques à la mobilité des réseaux Proposer des solutions répondant aux principaux problèmes

6 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 1. Introduction: Notre Méthodologie Etude des protocoles Internet v comprendre la problématique de la mobilité Etude des solutions pour le support des stations mobiles v principes de bases v éléments darchitecture ê taxonomie Etude des réseaux mobiles v terminologie adaptée v besoins v problématique Etude de Mobile IPv6 v limitations v extensions v validation par simulation

7 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique 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

8 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Stations Mobiles: Définitions Mobilité dans la couche IP ê changement de point dancrage = changement de sous-réseau Deux formes: v Mobilité Locale entre sous-réseaux topologiquement proches (autorité administrative commune) v Mobilité Globale entre sous-réseaux topologiquement éloignés (autorités administratives distinctes) Internet

9 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Réseaux Mobiles: Terminologie Réseau Mobile v ensemble de stations inter-connectées v changeant ensemble de point dancrage (AR) ê un sous-réseau ou un ensemble de sous-réseaux ê connectés à lInternet via un ou plusieurs routeurs mobiles (MR) AR MR AR MR Internet

10 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Réseaux Mobiles: Terminologie CN AR LFN MR VMN AR MN MNNs (Mobile Network Nodes): nœuds attachés au réseau mobile v MR (Mobile Router) = routeur mobile v LFN (Local Fixed Node) = noeud fixe local v LMN (Local Mobile Node) = nœud mobile local v VMN (Visiting Mobile Node) = nœud mobile étranger CN (Correspondent Node) v un nœud correspondant avec un ou plusieurs MNNs LMN AR

11 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Réseaux Mobiles: Caractéristiques Taille variable v 1 ou plusieurs sous-réseaux v peu de MNNs (PAN, voiture) v centaines | milliers de MNNs (train, bateau) Fréquence de déplacement variable Nb CNs potentiellement élevés v milliers | millions (loft-story dans un bateau) Mobilité imbriquée: v VMN: un passager avec un ordinateur portable dans un train v sous-réseau mobile: un PAN dans un train

12 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Support des Réseaux Mobiles: Objectifs Fournir une connectivité permanente à lInternet pour tous les MNNs v MRs, LFNs, LMNs, VMNS Fournir un routage optimal entre les CNs et les MNNs AR CN LFN MR VMN MN AR

13 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique Problèmes dadressage et de routage différents des stations mobiles v points daccés obligatoires: AR et MR v le mobile est le MR, pas le MNN v le MNN lui-même ne change pas son point dancrage Spécifications actuelles v aucun support explicite v parfois mentionné, notamment dans Mobile IPv4 (RFC 2002) support restreint, non optimal, ne traitant pas lensemble de la problématique.

14 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique Changer dadresse ? v qui ? v comment ? v comment maintenir les connexions ouvertes ? v adresse topologiquement correcte ? v adresse transmise à des tiers, lesquels, comment ? Comment router les paquets vers MNNs ? Echanger des informations de routage avec les ARs ? v MR routeur comme les autres ? v que faire des messages de découverte des voisins envoyés sur le lien natif et le lien visité ? v quel protocole de routage ? v quelle interaction avec le protocole de routage des réseaux visités ?

15 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions 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

16 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Solutions: Besoins Sujet très vaste Nos solutions considèrent: v Mobilité globale v Usage optimal des ressources de lInternet v Passage à léchelle v Gestion de la mobilité du réseau v Sécurité v Mobilité imbriquée

17 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Solutions: Approches Approches potentielles: v re-numérotage v DNS v routage v double adressage « double adressage » plus adaptée: v peu de changements nécessaires dans linfrastructure réseau Standard IETF Mobile IPv6 (stations mobiles) v candidat naturel ê support des réseaux mobiles possible ?

18 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Solutions: Mobile IPv6 et les Réseaux Mobiles Pas de problèmes pour les paquets destinés au MR v Mise-à-jour de la localisation: MR utilise Mobile IPv6 adresse temporaire sur le lien visité BU envoyé à HA v Recherche de la localisation et routage: CN envoie paquets à ladresse permanente de MR et redirection par HA BU envoyé au CN routage optimal entre CN et MR MR lien natif ARHA AR CN lien visité

19 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Mobile IPv6 et les Réseaux Mobiles: Problèmes ? Problème pour les paquets destinés aux autres MNNs: v Recherche de la localisation et routage: CN envoie paquets à ladresse permanente de LFN HA intercepte le paquet mais ne sais pas quoi faire avec LFN ne peut recevoir aucun paquet ê Mobile IPv6 ne supporte pas les réseaux mobiles MR lien natif ARHA CN AR lien visité ?

20 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Nos Solutions basées sur Mobile IPv6: Besoins Transmettre les paquets via le point dancrage courant v Redirection des paquets par HA v Routage optimal ê HA et CNs doivent recevoir une adresse de routage temporaire v qui lobtient ? v laquelle ? v qui lenvoie ? v comment éviter une « explosion des messages de mise-à-jour » ?

21 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Nos Solutions basées sur Mobile IPv6 Extension « Prefix Scope Binding Updates »: v solution court-terme v connectivité permanente à tous les MNNs v routage optimal ê proposé à lIETF (Pittsburgh 8/00): draft-ernst-mobileip-v6-02.txt Extensions « Multipoint »: v solution long-terme v limite le trafic de signalisation v évite « lexplosion des messages de mise-à-jour » v deux brevets déposés v nécessaire de suivre létat d avancement des travaux de lIETF

22 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates Hypothèse: tous les LFNs partagent un préfix IP commun: v un préfix commun identifie tous les sous-réseaux composant le réseau mobile Message de mise-à-jour: v relation (préfix adresse temporaire) au lieu (adresse permanente adresse temporaire) Nécessite une légère extension de Mobile IPv6 CN lien visité AR lien natif ARHA MRLFN RouterLFN Prefix->MRcoa

23 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates MRLFN RouterLFN CN lien visité AR CN Prefix->MRcoa Ne résout pas la question de lexplosion des messages de mise-à-jour v envoi en rafale: à chaque obtention dune nouvelle adresse temporaire périodiquement (rafraîchissement) ê6 744 bits pour 1 CN sur le premier lien ê bits pour 100 CNs sur le premier lien

24 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 5. Long-Terme: Techniques Multipoint MRLFN RouterLFN CN lien visité AR CN Avec « Prefix Scope Binding Update », chaque CN reçoit un message de mise-à-jour identique: ê envoi multipoint des messages de mise-à-jour ê 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 ê préserve la bande passante sur les liens sans fils et dans lInternet MRLFN RouterLFN CN lien visité AR CN Prefix->MRcoa

25 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE C MR B D E A C B D E A 5. Long-Terme: Techniques Multipoint Besoins du protocole multipoint: v passage à léchelle (# source MR, # membres CNs) v source mobile v inter-domaine (MRs, CNs) Deux techniques: v Classique: arbre de distribution SPT ou CBT surcoût pour maintenir larbre de distribution protocole multipoint inter-domaine = sujet très actif à lIETF v 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 C BG G G G G G G G G Prefix->COA

26 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 6. Simulations 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

27 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 6. Simulation: Plate-forme NS (MobiWAN) Extensions de NS-2 v ns-2.1b2 à ns-2.1b6 v lignes de code développées: > 8000 C++, > 9000 TCL v Mobile IPv6 v Multipoint avec source mobile v List-Based Multicast v Générateur de grandes topologies NS (de GT-ITM à NS) v Librairie pour manipuler / configurer v Mobilité locale et globale Distribution publique du code v disponible sur page web v version ns-2.1b6 v beaucoup de téléchargements et de retour

28 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 6. Simulation: Scenario de Mobilité Globale

29 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 6. Charge MIPv6 sur le réseau: Multipoint Classique

30 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 6. Charge MIPv6 sur le réseau: List-Based Multicast

31 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 7. Conclusion et Perspectives 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

32 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 7. Conclusion et Perspectives: Bilan des travaux Nous avons: v défini Taxonomie des propositions pour les stations mobiles v exploré un axe de recherche nouveau v mis en place les fondations nécessaires aux travaux futurs êtravaux proposés à IETF51 (Londres 8/01): draft-ernst-mobileip-monetv6-00.txt v concentré nos efforts sur quelques aspects seulement du problème v participé activement à lIETF prise de conscience d une nouvelle problématique nos travaux y sont très bien accueilli beaucoup dintérêt v développé un outil de simulation évolutif

33 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 7. Conclusion et Perspectives Les travaux futurs devront explorer: v dautres approches v mobilité imbriquée v interaction entre le MR et son point dancrage v impact sur protocoles de routage v communication de mobile à mobile v problèmes de sécurité v multi-homing

34 Thierry Ernst Novembre Questions ? Merci Pour plus de détails: Home Page: Réseaux Mobiles: Extensions NS-2:

35 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates Extension de Mobile IPv6 v Bit « réseau mobile » dans loption « Binding Update » v travaux proposés à lIETF (Pittsburgh 8/00): draft-ernst-mobileip-v6-02.txt

36 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Long-Terme: Technique « List-Based Multicast » entête hop-by-hop option

37 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Distance Moyenne

38 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Distance Moyenne

39 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Routage Direct / Routage Triangulaire

40 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Explosion des messages de mise-à-jour v 5 BUs en rafale si nouvelle adresse v rafraîchissement périodique (10 secs) v 3000 bits si 1 CN bits si 100 CNs (taille des paquets IP)

41 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE Prefix Scope Binding Updates (MOTOROLA / INRIA) v plus appropriée au support des LFNs v gestion de la mobilité du réseau est transparente pour les LFNs HMIPv6 Extended Mode (ERICSSON / INRIA) v plus appropriée au support des VMNs v gestion de la mobilité du réseau nest pas transparente pour les VMNs Ces deux propositions: v ne permettent pas le passage à léchelle (#CNs) v traitent de problèmes différents et peuvent bénéficier lune de lautre Mobile IP WG: Comparaisons des propositions

42 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE IETF Hierarchical Mobile IPv6 Gestion hiérarchique de la mobilité (INRIA / Ericsson) v Sépare mobilité locale de mobilité globale v internet-draft draft-ietf-mobileip-hmipv6-04.txt v 2 modes: Basic Mode et Extended Mode HMIPv6 Extended Mode: v peut supporter VMN v ne supporte pas les réseaux mobiles eux-mêmes v plus une justification de ce mode v IETF49 San Diego 12/00 v peut être combiné avec « Prefix Scope Binding Updates »

43 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE HA du MR CN du VMN RCoACoA1 RCoA MR => RCoA VMN => RCoA LCoA1, RCoA MAP RCoA HA du MN VMN MR VMN => RCoA MR a 2 CoAs: RCoA permante LCoA temporaire VMN MRs RCoA as its CoA VMN enregistre RCoA avec MAP, HA CNs Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode

44 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE RCoA LCoA2 RCoA MR => RCoA VMN => RCoA LCoA1, RCoA LCoA2, RCoA MAP RCoA HA du MR CN du VMN HA du VMN VMN => RCoA MR MN Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode VMN ne change pas sa CoA tant que MR dans le même site VMN doit envoyer BU périodique

45 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 2. Internet et IPv6 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

46 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 2. Internet: Définitions Sous-réseau: v ensemble de nœuds connectés sur le même lien Routeur Station Réseau: v collection de sous-réseaux soumis à la même autorité dadministration Internet: v collection de réseaux hétérogènes et hiérarchisés v repose sur le modèle en couches de TCP/IP IETF: Internet Engineering Task Force v organisme de normalisation de l Internet Internet Station Routeur

47 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 2. Internet: La Couche Réseau Régit communications entre noeuds Protocole de base: IP v format des adresses IP v nommage des stations v format de lentête réseau IP assisté par des protocoles permettant v échange de messages de contrôle v découverte des voisins dans la topologie v routage, v sécurité, v...

48 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 2. IPv6 Nouvelle génération du protocole IP v spécifications en cours de finalisation v en cours de déploiement Améliorations sensibles par rapport à IPv4: v espace dadressage étendu (128 bits au lieu de 32) indispensable à la croissance de lInternet v extensions dentête IP indispensable pour sadapter aux besoins futurs meilleure prise en compte: mobilité Qualité de Service sécurité transmission multipoint

49 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 3. La Mobilité dans Internet 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

50 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 3. La Mobilité dans Internet: Problématique Changement de sous-réseau = changement de ladresse de routage Modèle dadressage de TCP/IP inadapté v hypothèse: nœuds fixes v violation du principe dimperméabilité des couches adresse IP utilisée dans les couches:« réseau » et « transport » v confusion du rôle de ladresse IP identifie linterface et son emplacement dans la topologie ê changer ladresse IP casse les connexions ê conserver ladresse IP casse le routage

51 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 3. Support de la Mobilité: Services Offrir 3 services: v mise-à-jour de la localisation quelle information mettre à jour suite au déplacement v recherche de la localisation comment déterminer le point dancrage v routage comment transmettre les paquets

52 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE 3. Support des Stations Mobiles Plusieurs approches: v refonte du mécanisme dadressage de TCP/IP: non faisable v introduction dune pseudo-couche entre « réseau » et « transport » v ajouts de fonctionnalités dans « réseau » Taxonomie - 2 catégories: v prise en charge par le réseau pas de changement dadresse e.g. Cellular IP, HAWAII,... v double adressage adresse permanente: identifie linterface adresse temporaire: identifie la position dans la topologie e.g. Mobile IPv6, Hierarchical Mobile IPv6,...

53 Thierry Ernst Novembre INRIA Projet PLANETE AR MN 3. Support des Stations Mobiles: IETF Mobile IPv6 CN lien visité lien natif HA Station mobile possède 2 adresses IP: v 1 permanente sur le lien natif: identifiant dinterface v 1 temporaire sur le lien visité: directive de routage Message de mise-à-jour de ladresse temporaire (Binding Update) envoyé: v à lagent mère (HA) et aux correspondants (CNs) v en rafale à chaque déplacement v périodiquement (rafraîchissement) MN AR


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