Le Support des Réseaux Mobiles dans IPv6 Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 29 octobre 2001 Le Support des Réseaux Mobiles dans IPv6 Thierry Ernst - Travaux effectués au sein de l’INRIA Rhône-Alpes (Projet PLANETE) et de Motorola Labs Paris

Plan de la Présentation Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble Plan de la Présentation 29 octobre 2001 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

Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 1. Introduction 29 octobre 2001 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. Introduction: Motivations et Applications Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 1. Introduction: Motivations et Applications 29 octobre 2001 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: Objectifs Identifier les problèmes spécifiques à la mobilité des réseaux Proposer des solutions répondant aux principaux problèmes

1. 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: 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

4. 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: 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) Internet AR AR MR MR MR MR

4. Réseaux Mobiles: Terminologie Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 4. Réseaux Mobiles: Terminologie 29 octobre 2001 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 CN AR MN AR AR MR LMN LFN VMN LFN LMN

4. Réseaux Mobiles: Caractéristiques Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 4. Réseaux Mobiles: Caractéristiques 29 octobre 2001 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: Objectifs Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 4. Support des Réseaux Mobiles: Objectifs 29 octobre 2001 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 CN AR MN AR AR MR VMN LFN

4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique 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.

4. Support des Réseaux Mobiles: 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 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

Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 5. Solutions: Besoins 29 octobre 2001 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 Nos solutions considèrent: Mobilité Globale entre réseaux d’accès hétérogènes Usage optimal des ressources de l’Internet routage optimal entre CNs et MNNs surcharge minimale du trafic de signalisation surcharge minimale sur liens sans fils (entre MR et AR) Passage à l’échelle nombre important de réseaux mobiles taille importante des réseaux mobiles nombre important de CNs Gestion de la mobilité du réseau transparente pour les MNNs Sécurité respect des règles Mobilité imbriquée VMNs

5. 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 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 lien natif AR HA CN lien visité MR MR

5. 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 natif AR HA CN lien visité ? ?

5. 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 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 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 visité AR lien natif HA Prefix->MRcoa Prefix->MRcoa MR LFN Router

5. Court-Terme: Prefix Scope Binding Updates 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 lien 198 408 bits pour 100 CNs sur le premier lien Prefix->MRcoa MR LFN Router CN lien visité AR Prefix->MRcoa Prefix->MRcoa Prefix->MRcoa Prefix->MRcoa

5. Long-Terme: Techniques Multipoint 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 CN lien visité AR Prefix->MRcoa Prefix->MRcoa MR LFN Router CN lien visité AR Prefix->MRcoa

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 Prefix->COA C MR B D E A G G G G Prefix->COA C MR B D E A E D C B BCDE A DE AB ABCDE

6. Simulations 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

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 Globale Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 6. Simulation: Scenario de Mobilité Globale 29 octobre 2001

6. Charge MIPv6 sur le réseau: Multipoint Classique

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

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

7. Conclusion et Perspectives: Bilan des travaux Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 7. Conclusion et Perspectives: Bilan des travaux 29 octobre 2001 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 Taxonomie des propositions pour les stations mobiles identification des mécanismes de base des propositions et de leur architecture Exploré un axe de recherche nouveau sujet très vaste Mis en place les fondations nécessaires aux travaux futurs terminologie - problématique - cahier des charges travaux proposés à IETF51 (Londres 8/01): draft-ernst-mobileip-monetv6-00.txt concentré nos efforts sur quelques aspects seulement du problème solutions basées sur Mobile IPv6 un certain nombre de problèmes à résoudre: autorisation / authentification sélection d ’un protocole de routage multipoint inter-domaines d’autres approches restent à explorer 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 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

Questions ? Merci Pour plus de détails: thierry.ernst@inrialpes.fr 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 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 » Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble Long-Terme: Technique « List-Based Multicast » 29 octobre 2001 entête hop-by-hop option

Distance Moyenne

Distance Moyenne

Routage Direct / Routage Triangulaire

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)

Mobile IP WG: Comparaisons des propositions 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

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 »

Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode 29 octobre 2001 MR a 2 CoAs: RCoA permante LCoA temporaire VMN MR’s RCoA as its CoA VMN enregistre RCoA avec MAP, HA CNs RCoA CoA1 HA du MR MR MR H@ => RCoA LCoA1, RCoA MAP RCoA VMN RCoA VMN H@ => RCoA CN du VMN VMN H@ => RCoA HA du MN

Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble Hierarchical Mobile IPv6 Extended Mode 29 octobre 2001 VMN ne change pas sa CoA tant que MR dans le même site VMN doit envoyer BU périodique HA du MR MR H@ => RCoA LCoA1, RCoA MAP LCoA2, RCoA RCoA RCoA LCoA2 MR VMN H@ => RCoA CN du VMN VMN H@ => RCoA RCoA HA du VMN MN

2. Internet et IPv6 2. Internet et IPv6 1. Introduction 3. La Mobilité dans Internet 4. Support des Réseaux Mobiles: Problématique 5. Support des Réseaux Mobiles: Solutions 6. Simulations 7. Conclusion et Perspectives

2. Internet: Définitions Motorola Labs Paris - INRIA Planete Grenoble 2. Internet: Définitions 29 octobre 2001 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 Routeur Station

2. 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. 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 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

3. 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: 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 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, ...

3. Support des Stations Mobiles: IETF Mobile IPv6 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) CN HA AR lien natif AR lien visité MN MN