IP Mobile Mobile IP

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

Qu’est ce que Internet Une grande collection de réseaux Plusieurs types de réseaux (Ethernet, ATM, 802.x, Bluetooth) Caractéristiques diverses (débits, types de connexion, …) Interconnectés par des routeurs Point commun la couche IP 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

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

Internet Protocol Model de références OSI – Internet Internet Mobile IP

Internet Mobile IP IP Application TCP / UDP Subnet e.g. Ethernet e.g. PPP over Modem Host Switch / Bridge Router Mobile IP

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 Mobile IP

IPv4 : Format de paquets Format du paquet : Format de l’en-tête : 32 bits Format de l’en-tête : Mobile IP

IPv6 : Format de paquets Format du paquet : Format de l’en-tête : 128 bits Format de l’en-tête : Mobile IP

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

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

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, connection/ déconnection du réseau Utilisation de DHCP : Nomadisme Usager mobile, traversée de plusieurs points d’accès avec une connection active (comme la teléphonie cellulaire) Mobile IP

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

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

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

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

Terminologie home network: réseau mère du mobile (ex . 128.119.40.0) home agent: entité qui gère les fonctions de la mobilité Réseau WAN Permanent address: adresse dans le réseau mère, toujours utilisée pour atteindre le mobile ex., 128.119.40.186 correspondant Mobile IP

Terminologie visited network: réseau visité par le mobile (ex., 79.129.13.0) Permanent address: reste constante (ex., 128.119.40.186) Care-of-address: adresse dans le réseau visité. (ex., 79,129.13.2) Réseau WAN Foreign agent: entité qui gère la mobilité dans le réseau visité par le mobile Correspondant Node : souhaite communiquer avec le mobile Mobile IP

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

Fonctionnement de base Care-of Address Home Address 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 Mobile IP

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

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

IP mobile : les fonctions Fonctionnalités de bases Agent Discovery : Découverte de l’agent Registration : enregistrement IP Tunneling Fonctionnalités avancées Optimisation du routage Smooth handoff Mobile IP

IP mobile : les fonctions de bases Mobile IP

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

IP mobile : les fonctions de bases Agent Discovery : Découverte de l’agent Registration : enregistrement IP Tunneling Mobile IP

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

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

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

Découverte de l’agent agent advertisement: message de type ICMP Drapeaux Mobile IP

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

IP mobile : les fonctions de bases Agent Discovery : Découverte de l’agent Registration : enregistrement IP Tunneling Mobile IP

Enregistrement en bref visited network home 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” Réseau Wan Résultat : Le foreign agent connaît le mobile Le home agent connaît la localisation du mobile Mobile IP

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

Enregistrement : Principe Mobile IP

Registration Request Mobile IP

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

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

Registration Reply Mobile IP

Registration Reply Les 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 resources 69 lifetime requested > advertised limit 70 poorly formed request 71 poorly formed reply 130 insufficient resources 131 mobile node failed authentication 134 poorly formed request 136 unknown home agent address Refusé par le HA Refusé par le FA Mobile IP

Enregistrement : Exemple Mobile IP

IP mobile : les fonctions de bases Agent Discovery : Découverte de l’agent Registration : enregistrement IP Tunneling Mobile IP

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 Mobile IP

IP Tunneling Mobile IP

IP-within-IP encapsulation Tunnel Endpoints IP Header Payload IP Header OPTS Inner IP Header Paylaod Mobile IP

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

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 Tunnel Endpoints IP Header Datagram Dest IP Address Outer IP Header Minimal Header Datagram Mobile IP

Minimal Encapsulation Specifies if source address provided Protocol S Resv Header Checksum Original Destination Address Original Source Address Mobile IP

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

Fonctionnalités avancées Optimisation du routage Smooth handoff Mobile IP

Routage triangulaire Mobile IP

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

Optimisation du routage Mobile IP

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

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

Fonctionnalités avancées Optimisation du routage Smooth handoff : handoff souple Mobile IP

Différents types de mobilité Mobile IP

Handoff Souple (1) Quand un MN se déplace : 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

Handoff Souple Mobile IP Mobile Node Current Foreign Agent Previous Home Agent Correspondent node New c/o address Registration Notification Registration Packet What if MH moves from one Access Network to another? Explanation of various components of the fig. Follow animation Binding Update Packet Packet Packet Packet Mobile IP

Handoff Souple (2) Problèmes : Conclusions : 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

Handoff Souple (3) Exemple de solution Mobile IP

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

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 La distinction globale macro est floue Mobile IP

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

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

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

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

IP Cellulaire/Mobile Mobile IP

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

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

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

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

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

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

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

Les caches paging (PC) Mobile IP

Les caches paging (PC) Mobile IP

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 Mobile IP