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Mobile IP1 IP Mobile. Mobile IP2 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile.

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1 Mobile IP1 IP Mobile

2 Mobile IP2 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile de base r Fonctionnalités avancées r IP cellulaire

3 Mobile IP3 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, …

4 Mobile IP4 Internet Ethernet Token Ring ATM Modem ISDN ATM R R R R R R OC3 T1 / E1

5 Mobile IP5 Internet Protocol Model de références OSI – Internet Internet

6 Mobile IP6 Internet IP Application TCP / UDP Subnet IP Application TCP / UDP IP e.g. Ethernete.g. E1e.g. PPP over Modem Host Switch / BridgeRouter

7 Mobile IP7 IP : les adresses r Chaque nœud du réseau possède une adresse unique : adresse IP r Deux standards IP : IPv4 et IPv6 m Deux formats de paquets et d’adresses m Adresse IPV4 : 32 bits m Adresse IPV6 : 128 bits

8 Mobile IP8 IPv4 : Format de paquets r Format du paquet : r Format de l’en-tête : 32 bits

9 Mobile IP9 IPv6 : Format de paquets r Format du paquet : r Format de l’en-tête : 128 bits

10 Mobile IP10 IP : Routage r Les paquets IP navigue de lien à lien via des routeurs r Les paquets sont routés individuellement en fonction de leurs adresse IP m A ce stade, le nom DNS et les adresses MAC ne sont pas utilisés r 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

11 Mobile IP11 TCP/IP Connexion Internet entre 2 usagers r La connexion TCP est définie par : m les adresses IP de la source et de la destination m Un numéro de port r Changer d’adresse entraîne une coupure de connexion  L’adresse de l’hôte doit être préserver quelque soit sa localisation

12 Mobile IP12 Qu’est ce que la mobilité ? r 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 réseau Utilisation de DHCP : Nomadisme

13 Mobile IP13 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

14 Mobile IP14 Pourquoi une mobilité au niveau de la couche réseau (IP) ? r La couche réseau est présente au niveau de tous les nœuds r La couche réseau est responsable de l’acheminement des paquets jusqu’à la destination r Permettre la mobilité dans le réseaux Internet, même si on change de couche physique r Transparence au niveau applicatif r Solution universelle pour toutes les applications

15 Mobile IP15 Les contraintes de Mobile IP r Assurer la mobilité des usagers r Interopérabilité avec la TCP/IP r Les applications existantes doivent continuer à fonctionner sur les hôtes mobiles sans modifications r Aucune modification dans l’infrastructure de routage existante r Aucune modification dans les protocoles existants r Indépendance vis-à-vis de l’interface radio

16 Mobile IP16 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile de base r Fonctionnalités avancées r IP cellulaire

17 Mobile IP17 Terminologie home network: réseau mère du mobile (ex ) Permanent address: adresse dans le réseau mère, toujours utilisée pour atteindre le mobile ex., home agent: entité qui gère les fonctions de la mobilité Réseau WAN correspondant

18 Mobile IP18 Terminologie Care-of-address: adresse dans le réseau visité. (ex., 79, ) Réseau WAN visited network: réseau visité par le mobile (ex., ) Permanent address: reste constante (ex., ) Foreign agent: entité qui gère la mobilité dans le réseau visité par le mobile Correspondant Node : souhaite communiquer avec le mobile

19 Mobile IP19 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile de base r Fonctionnalités avancées r IP cellulaire

20 Mobile IP20 Fonctionnement de base r Le MN garde sa home adresse, mais dans le visited network il emprunte une care-of-address (COA) r Le protocole IP Mobile prend en charge la correspondence entre la COA et la home address Care-of AddressHome Address

21 Mobile IP21 Modèle de Mobilité Correspondant Node Mobile Node Home Network Foreign Network g Foreign Agent f LD Home Agent f :encapsulation and re-addressing g :decapsulation and forwarding LD :Location Directory

22 Mobile IP22 Modèle de Mobilité g Mobile Node using DHCP Home Network f LD Home Agent f :encapsulation and re-addressing g :decapsulation and forwarding LD :Location Directory Correspondant Node

23 Mobile IP23 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

24 Mobile IP24 IP mobile : les fonctions de bases

25 Mobile IP25 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile de base r Fonctionnalités avancées r IP cellulaire

26 Mobile IP26 IP mobile : les fonctions de bases 1. Agent Discovery : Découverte de l’agent 2. Registration : enregistrement 3. IP Tunneling

27 Mobile IP27 Découverte de l’agent r Mécanisme permettant au mobile de détecter son réseau d’attachement : home network ou visited network r Permet au mobile d’obtenir une une Care-Of- Address (CAO) quand le mobile se trouve dans un réseau étranger r Un agent diffuse à intervalle régulier un message Agent Advertisement contenant les adresse temporaires proposés par le domaine visité

28 Mobile IP28 Découverte de l’agent r Le FA (Foreign Agent) utilise le message Agent Advertisement : m Pour indiquer les CAO au MN (Mobile Node) r Le HA (Home Agent) utilise le message Agent Advertisement : m Pour permettre au MN de savoir qu’il est dans son Home Network r Un MN est autorisé à envoyer un message Router Solicitation : m Demande d’envoie d’un message Agent Advertisement

29 Mobile IP29 Découverte de l’agent r Le message Agent Advertisement contient : m agent : home ou foreign m le type de protocole d ’encapsulation m durée de vie du care-of-address m la fréquence des messages d’avertissement m si le FApeut supporter des MNs supplémentaires

30 Mobile IP30 Découverte de l’agent r agent advertisement: message de type ICMP Drapeaux

31 Mobile IP31 Découverte de l’agent r 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) r Drapeaux m R (Registration required) : obligation d’enregistrement auprès du FA m B (Busy) : Le FA est occupé, le mobile est invité à trouvé un autre FA m H (Home) : adresse du HA, aucune COA n’est insérée dans le message m F (Foreign) : FA m M (Minimal encapsulation) : optimisation de l’encapsulation des paquets vers le réseau visité m G (Gre encapsulation) : encapsulation générique pour supporter d’autres réseaux que IP m V (Van Jacobson compression) : compression d’en-tête

32 Mobile IP32 IP mobile : les fonctions de bases 1. Agent Discovery : Découverte de l’agent 2. Registration : enregistrement 3. IP Tunneling

33 Mobile IP33 Enregistrement en bref Résultat : r Le foreign agent connaît le mobile r 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”

34 Mobile IP34 Enregistrement : Principe r La procédure d’enregistrement auprès de l’agent (FA et HA) est exécutée juste après l’obtention de l’adresse COA r Deux messages sont utilisés : m Registration Request m Registration Reply r Utilisation du protocole UDP/IP

35 Mobile IP35 Enregistrement : Principe

36 Mobile IP36 Registration Request

37 Mobile IP37 Registration Request Les principaux champs r Drapeau : S : Simultaneous Registrations –plusieurs COA –Le HA envoie les paquets en plusieurs exemplaires r Lifetime : spécifie la durée maximale autorisée pour l’enregistrement dans le réseau visité r Identification : valeur générée par le MN Elle est recopiée dans la réponse de HA, pour permettre l’association de la requête à la réponse

38 Mobile IP38 Après « Registration Request » r Enregistrement auprès du FA : m 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 … m FA transmet le message au HA r Enregistrement auprès du HA m Le HA peut également rejeter la demande pour des conditions similaires m Dans le cas où le HA accepte : Met a jour les tables de routage Transmet « registration reply »

39 Mobile IP39 Registration Reply

40 Mobile IP40 Registration Reply Les principaux champs r Code : m Représente la décision de l’agent : Accepter refuser m Plusieurs valeurs représentent le motif de refus Ex : ressources insuffisantes, échec d’authentification … 0registration accepted 66insufficient resources 69lifetime requested > advertised limit 70 poorly formed request 71poorly formed reply 130 insufficient resources 131mobile node failed authentication 134poorly formed request 136unknown home agent address Refusé par le HA Refusé par le FA

41 Mobile IP41 Enregistrement : Exemple

42 Mobile IP42 IP mobile : les fonctions de bases 1. Agent Discovery : Découverte de l’agent 2. Registration : enregistrement 3. IP Tunneling

43 Mobile IP43 IP Tunneling r IP tunneling est connu sous le nom encapsulation IP dans IP : IP-within-IP encapsulation r 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

44 Mobile IP44 IP Tunneling

45 Mobile IP45 IP-within-IP encapsulation IP HeaderOPTS Inner IP Header Paylaod IP HeaderPayload Tunnel Endpoints

46 Mobile IP46 IP-within-IP encapsulation r Paquet original m Adresse Source: adresse du Correspondant Node m Adresse destination : home address du MN m La partie paquet original reste inchangé lors du passage dans le tunnel (le champs TTL est décrémenté) r Nouveau paquet m IPv4 m Adresse source : adresse du HA (entrée du tunnel) m Adresse destination : COA

47 Mobile IP47 Minimal encapsulation r Dans l’encapsulation IP dans IP plusieurs champs sont dupliqués m Solution : utilisation de « Minimal encapsulation » Réduit le nombre de champs dans l’en-tête original Outer IP Header Minimal Header Datagram IP HeaderDatagram Tunnel Endpoints Dest IP Address

48 Mobile IP48 Minimal Encapsulation Header ChecksumProtocolResvS Original Destination Address Original Source Address Specifies if source address provided

49 Mobile IP49 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile de base r Fonctionnalités avancées r IP cellulaire

50 Mobile IP50 Fonctionnalités avancées r Optimisation du routage r Smooth handoff

51 Mobile IP51 Routage triangulaire

52 Mobile IP52 Optimisation du routage r Objectif : m Eviter le routage triangulaire (Gaspillage des ressources du réseau) r Idée : m Prévenir le correspondant du changement de position m Lui donner la position courante du MN r Problème : m Confidentialité : le MN peut ne pas souhaiter transmettre sa nouvelle position r Solution : m Optimisation est une option r Procédure m Echange de 4 messages L’alerte (Binding Warning) Demande d’optimisation (Binding Request) Mise a jour (Binding Update) Acquittement (Binding Acknowledgment)

53 Mobile IP53 Optimisation du routage

54 Mobile IP54 Optimisation de routage : Commentaires (1) r Routage Indirect : m 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 m Le MN peut jouer le rôle du FA m Routage triangulaire : correspondant-home-network-MN Souvent inefficace m 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 m Mobilité : les connections établies sont maintenues !

55 Mobile IP55 Optimisation de routage : Commentaires (2) r Routage Direct : m Traite le problème du routage triangulaire m Pas de transparence vis-à-vis du correspondant : il doit récupérer la COA du HA m Qu’est ce qui arrive quand le mobile change de réseau ?

56 Mobile IP56 Fonctionnalités avancées r Optimisation du routage r Smooth handoff : handoff souple

57 Mobile IP57 Différents types de mobilité

58 Mobile IP58 Handoff Souple (1) Smooth-Handoff : handoff avec le minimum de perte r Quand un MN se déplace : m Enregistrement, COA, … m 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) m Pour éviter les pertes : Prévenir l’ancien FA de la nouvelle position

59 Mobile IP59 Handoff Souple Mobile Node Current Foreign Agent Previous Foreign Agent Home AgentCorrespondent node New c/o addressRegistration Notification RegistrationPacket Binding Update Packet

60 Mobile IP60 Handoff Souple (2) r Problèmes : m L’obtention de la nouvelle adresse COA se fait par écoute des messages du FA m Messages diffusés régulièrement (toute les 3 secondes environ) m Délai trop grand pour des déplacements rapides m L’enregistrement auprès du HA peut prendre beaucoup de temps : dans ce délai le MN peut avoir changé de visited network r Conclusions : m Mobile IP est mal adapté pour les déplacements rapides et micromobilité m Mobile IP est plus adapté à la macromobilité (Taille des domaines gérées par les FAs importante)

61 Mobile IP61 Handoff Souple (3)

62 Mobile IP62 Mobile IP : Plan r Pourquoi une couche IP Mobile ? r Terminologie Mobile IP r Le protocole simplifié r Fonctions IP Mobile de base r Fonctionnalités avancées r IP cellulaire

63 Mobile IP63 Micro Mobilité r Macro mobilité : possibilité pour un utilisateur de quitter son réseau d'abonnement pour se rendre dans un autre domaine du réseau IP r Micro mobilité : mobilité locale dans sa zone d'abonnement m Transparente pour le réseau d'abonnement de l'utilisateur mobile

64 Mobile IP64 Micro Mobilité r Petites cellules + plus de mobiles : m Besoin de distinguer : micro/macro mobilité m La gestion de la micro mobilité va devenir primordiale des réseaux r Protocole de micro mobilité = complémentaire d'IP mobile r Macro mobilité : Mobile IP r Micro Mobilité : Hawaii, Cellular IP … r Fonctionnement en mode paquet m Différence par rapport aux autres réseaux cellulaires publics m GSM, UMTS, CDMA 2000 : interfaces radio majoritairement en mode circuit

65 Mobile IP65 Cellular IP r IP cellulaire : est un nouveau protocole simple est robuste qui permet la gestion de mobiles rapides r IP cellulaire supporte la micro mobilité et fonctionne efficacement avec IP mobile r C’est un protocole qui peut gérer un grand nombre d’usagers (séparation des mobiles « idle » et actifs) r Ne nécessite pas de nouveaux formats de paquets, d’encapsulation ou d’espace d’adressage Pourquoi une nouveau protocole :  Mobile IP est optimis é uniquement pour :  macro mobilit é m Hôtes qui bougent lentement

66 Mobile IP66 Objectifs de IP Cellulaire r Migration facile r Bonne connectivité r Support du soft handoff r Passage à l’échelle avec une complexité minimale

67 Mobile IP67 Cellulaire IP : Composants r Base Stations m Wireless Access Points m IP routing est remplacé par Cellular IP routing r Gateways m Mobile IP support m Mobile Nodes utilise comme COA r Mobile Node m Dans Cellular IP, les MNs sont identidiés par leur home address r Nouveaux : caches distribués m Position des mobiles m Information de routage

68 Mobile IP68 IP Cellulaire/Mobile

69 Mobile IP69 IP cellulaire / Mobile r IP cellulaire n'intervient que sur le réseau d'accès m Au-delà il est inopérant m Aucun routeur du réseau de cœur n'a conscience de l'existence d'IP cellulaire m Système peu coûteux à l'installation car pas de modification pour les routeurs r Fonctionnement simple : m 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

70 Mobile IP70 Architecture d’IP cellulaire F B D Internet A C E G Gateway MN

71 Mobile IP71 Architecture d’IP cellulaire r Le Réseau d'accès contient des stations de base m Couverture de microcellules (id GSM) m Couverture de picocellules, desservies par de petites antennes dans des espaces privatifs r Souplesse de fonctionnement grâce à IP m Méthode de transmission sur l'interface radio indépendante des opérations liées au routage et à la gestion de la mobilité r Le mobile détecte son passage d'une cellule à une autre m Diffusion périodique d'une signature de chaque station de base : voie balise r Stations de base sont câblées de manière hiérarchique m Sommet = racine du domaine = passerelle

72 Mobile IP72 Les fonctions du réseau r 3 fonctions principales : m Paging : localise un utilisateur lors de l'arrivée de paquets m Routage : achemine les paquets vers l'utilisateurs à travers les principaux éléments du réseau d'accès m 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

73 Mobile IP73 Etats de l’utilisateur r État actif m Utilisateur en train d'envoyer ou de recevoir des paquets m Initialisé à la suite d'un paging ou d'une demande d'émission m Position du terminal déterminée à la cellule près r État oisif (ou idle) : m Permet de réduire la signalisation sur le lien radio m L'utilisateur peut rester attaché au réseau d'accès tout en étant inactif m 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 m Si un utilisateur oisif reçoit des paquets, on s'appuie sur un paging À l'initiative du nœud cherchant à localiser l'utilisateur

74 Mobile IP74 Localisation d’un utilisateur r La localisation d’un utilisateur se mesure à 2 paramètres : m Laisser toute la liberté à un terminal oisif Ne pas le contraindre à se signaler m Mettre en œuvre un mécanisme optimal et à moindre coût pour atteindre le terminal oisif lorsqu'il devient actif r 2 procédures employées pour répondre à ces besoins : m Enregistrement de la localisation de temps à autre en cas d'activité Cache de routage ou RC (Routing Cache) m Emploi de paging pour les mobiles oisifs Cache de paging ou PC (Paging Cache)

75 Mobile IP75 Les caches paging (PC) r Liberté de mouvement pour les utilisateurs m Ne facilite pas leur localisation m Il faut retrouver un mobile oisif pour lui transmettre un paquet Surplus de signalisation r Les Caches sont installés dans certains nœuds ou stations de base m Connaissance partielle de la localisation des mobiles m Complétée par le paging r Mise à jour des Paging Caches m Par l'envoi vers la racine d'un paquet vide : paging-update m Le paquet (paging-update) utilise une des option de l’en-tête IP Evite la création d’un paquet spécifique m Paging-update transmis de manière périodique

76 Mobile IP76 Les caches paging (PC)

77 Mobile IP77 Les caches paging (PC)

78 Mobile IP78 Les caches de routage (RC) r Permet d'acheminer le flux de paquets vers l'utilisateur m Le RC sert de lieu de sauvegarde pour les nœuds r Routage saut par saut (hop by hop) r Enregistrement du chemin à l'initiative de l'utilisateur m Lorsqu'il envoie un paquet vers la racine, tous les nœuds intermédiaires retiennent le chemin pour l'utiliser en sens inverse r Si l'utilisateur cesse son activité réseau m Possibilité de se maintenir dans les RC Transmission de paquets vides : route-update, vers la racine Sinon, effacement sur temporisation


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