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Mobile IP 1

IP Mobile

Mobile IP 2

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 3

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, …

Mobile IP 4

Internet

Ethernet

Token Ring

ATM

Modem

ISDN

ATM

R

R

R

R

RR

OC3

T1 / E1

T1 / E1

Mobile IP 5

Internet ProtocolModel de références OSI – Internet

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

ApplicationHTTP, FTP, SMTP

TransportTCP UDP

InternetIP

Host-to-networkEthernet (802.3),

Token ring (802.5),Wireless LAN (802.11)

OSI TCP/IPInternet

Mobile IP 6

Internet

IP

Application

TCP / UDP

Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet

IP

Application

TCP / UDP

IP IP

e.g. Ethernet e.g. E1 e.g. PPP over Modem

Host HostSwitch / Bridge Router Router

Mobile IP 7

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

Internet

gspc02129.69.212.102

gspc01129.69.212.101

Computer ScienceUniversity of Stuttgart

RouterRouter

129.69.212.0

Mobile IP 8

IPv4 : Format de paquets

Format du paquet :

Format de l’en-tête :

header(20 - 60 bytes)

payload(0 - 65535 bytes)

Version IHL Type of service

32 bit

Total length

IdentificationDF

MF

Fragment offset

Time to live Protocol Header checksum

Source address

Destination address

Optional (0 - 40 bytes)

32 bits

Mobile IP 9

IPv6 : Format de paquets

Format du paquet :

Format de l’en-tête :

header(20 - 60 bytes)

payload(0 - 65535 bytes)

Version Priority Flow label

32 bit

Payload length Next header Hop limit

Source address(16 bytes)

Destination address(16 bytes)

128 bits

Mobile IP 10

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 11

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 12

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, traversée de plusieurs points d’accès avec une connection active (comme la teléphonie cellulaire)

Usager mobile, connection/ déconnection du réseauUtilisation de DHCP :Nomadisme

Mobile IP 13

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 14

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 15

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 16

Mobile IP : Plan



Mobile IP 17

Terminologiehome network: réseau mère du mobile(ex . 128.119.40.0)

Permanent address: adresse dans le réseau mère, toujours utilisée pour atteindre le mobileex., 128.119.40.186

home agent: entité qui gère les fonctions de la mobilité

Réseau WAN

correspondant

Mobile IP 18

Terminologie

Care-of-address: adresse dans le réseau visité.(ex., 79,129.13.2)

Réseau WAN

visited network: réseau visité par le mobile (ex., 79.129.13.0)

Permanent address: reste constante (ex., 128.119.40.186)

Foreign agent: entité qui gère la mobilité dans le réseau visité par le mobile

Correspondant Node : souhaite communiquer avec le mobile

Mobile IP 19

Mobile IP : Plan



Mobile IP 20

Fonctionnement de base

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

Care-of Address Home Address

Mobile IP 21

Modèle de Mobilité

Correspondant Node Mobile Node

Home Network

Foreign Network

g Foreign Agent

f

LD Home Agent

f : encapsulation and re-addressingg : decapsulation and forwardingLD : Location Directory

Mobile IP 22

Modèle de Mobilité

gMobile Nodeusing DHCP

Home Network

f

LD Home Agent

f : encapsulation and re-addressingg : decapsulation and forwardingLD : Location Directory

Correspondant Node

Mobile IP 23

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

Mobile IP 24

IP mobile : les fonctions de bases

Mobile IP 25

Mobile IP : Plan



Mobile IP 26




3. IP Tunneling

Mobile IP 27

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 28


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 29


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 30

Découverte de l’agent agent advertisement: message de type ICMP

RBHFMGV bits reserved

type = 16

type = 9 code = 0 = 9

checksum = 9

router address

standard ICMP fields

mobility agent advertisement

extension

length sequence #

registration lifetime

0 or more care-of-addresses

0 8 16 24

Drapeaux

Mobile IP 31

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 32




3. IP Tunneling

Mobile IP 33

Enregistrement en bref

Résultat : Le foreign agent connaît le mobile 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”

Mobile IP 34

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 35

Enregistrement : Principe

Mobile IP 36

Registration Request

Mobile IP 37

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 38

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 39

Registration Reply

Mobile IP 40

Registration ReplyLes 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 resources69 lifetime requested > advertised limit70 poorly formed request71 poorly formed reply

130 insufficient resources131 mobile node failed authentication134 poorly formed request136 unknown home agent address

Refusé par le HA

Refusé par le FA

Mobile IP 41

Enregistrement : Exemple

visited network: 79.129.13/ 24 home agent

HA: 128.119.40.7 f oreign agent

COA: 79.129.13.2 COA: 79.129.13.2

….

I CMP agent adv. Mobile agent MA: 128.119.40.186

registration req.

COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 ….

registration req.

COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format ….

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format ….

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 ….

time

Mobile IP 42




3. IP Tunneling

Mobile IP 43

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

Home networkForeign network

Home agent Foreign agentMobile node

Correspondent node

2 3

41

IP tunneling

Mobile IP 44

IP Tunneling

Home networkForeign network

Home Agent(HA)

Foreign Agent(FA)

Mobile Node(MN)

Correspondent Node(CN)

CN MN

HA COA CN MN

CN MN

Original IP packetNew header

Header Payload

Original IP packet

Mobile IP 45

IP-within-IP encapsulation

IP Header OPTS InnerIP Header Paylaod

IP Header PayloadTunnelEndpoints

Mobile IP 46

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 47

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

Outer IP Header Minimal Header Datagram

IP Header DatagramTunnelEndpoints

Dest IP Address

Mobile IP 48

Minimal Encapsulation

Header ChecksumProtocol ResvS

Original Destination Address

Original Source Address

Specifies if sourceaddress provided

Mobile IP 49

Mobile IP : Plan



Mobile IP 50


Optimisation du routage

Smooth handoff

Mobile IP 51

Routage triangulaire

HA

FA MN

CN

Barcelona

Stuttgart

Berlin

Mobile IP 52


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 53


Mobile IP 54

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 55

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 56



Smooth handoff : handoff souple

Mobile IP 57

Différents types de mobilité

Mobile IP 58

Handoff Souple (1)

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 59

Handoff Souple

Mobile NodeCurrent

Foreign AgentPrevious

Foreign Agent Home Agent Correspondent node

New c/o address

Registration

Notification

Registration

Packet

Packet

Packet Binding Update

Packet

Packet

Mobile IP 60

Handoff Souple (2)

Problèmes : 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 61

Handoff Souple (3)

Mobile IP 62

Mobile IP : Plan



Mobile IP 63

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

Mobile IP 64

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 65

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 66

Objectifs de IP Cellulaire

Migration facile

Bonne connectivité

Support du soft handoff

Passage à l’échelle avec une complexité minimale

Mobile IP 67

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 68

IP Cellulaire/Mobile

Mobile IP 69

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 70

Architecture d’IP cellulaire

FB

DInternet A

CE

G

Gateway

MN

Mobile IP 71

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 72

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 73

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 74

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 75

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 76


Mobile IP 77


Mobile IP 78

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 ip1 ip mobile. mobile ip2 mobile ip : plan r pourquoi une couche ip mobile ? r terminologie...

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