MobileIP. Präsentation im Rahmen des Seminars Mobile Computing. Antonio Caliano 8. Mai 2001

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1 MobileIP Präsentation im Rahmen des Seminars Mobile Computing Antonio Caliano 8. Mai 2001

2 Übersicht Einführung Wieso IP als Basis IP und Mobilität MobileIPv6 IPv6 Funktionsweise von MobileIP Unterschiede zu MobileIPv4 Probleme mit MobileIP Weiterführende Ansätze 8. Mai

3 Situation Heute Seit Anfangs 90er Jahre: Zunahme des Datenverkehrs dank WWW flächendeckende digitale Mobilfunknetze Fortschritte in der Wireless Technologie kleinere und doch leistungsstarke Geräte zu erschwinglichen Preisen Verschiedene Systeme verbinden 8. Mai

4 Wieso IP als Basis geeignet für jede Art von Übertragung unabhängig von Medium, Plattform kosteneffektiv relativ einfache Infrastruktur reicht aus global eingesetzt 8. Mai

5 Wieso keine Mobilität in IP IP-Adresse an bestimmtes Netz (Standort) gebunden, nicht an bestimmtes Gerät. ( Festnetztelefon) Was geschieht, wenn mobiler Knoten (MN) Standort wechselt? IP-Adresse muss neuem Netz zugeordnet werden Mobiles Gerät (MN) wechselt auf neue Adresse 8. Mai

6 Übersicht Einführung Wieso IP als Basis IP und Mobilität MobileIPv6 IPv6 Funktionsweise von MobileIP Unterschiede zu MobileIPv4 Probleme mit MobileIP Weiterführende Ansätze 8. Mai

7 MobileIPv6 Verwendung vom zusätzlichen temporären IP-Adressen sog. Care-of-Adresses (CoA) Einführung von sog. Agents als Vermittler zwischen MN und anderen Knoten im Internet Anwendung der Tunneltechnik/Paketkapselung 8. Mai

8 IPv6 Adressformate: Nur lok. sichtbar und eindeutig öffentl. Adressanteil privater Addressanteil lok. Komm. Adresskonfig. Übergangsphase 8. Mai

9 IPv6 (2) Headerstruktur: IPv6-Basis-Header Hop-by-Hop Zieloptionen (für alle) Routing Fragmentierung Authentisierung Verschlüsselung Zieloptionen (nur Endgerät) Payload (TCP,UDP,etc) Immer Vorhanden, Immer 1. Header Nicht-Ziel -Optionen, von allen Knoten bearbeitet (Jumbo Payload, Resource Reservation) Routerliste zur Routensteuerung (nur von Routern in der Liste bearbeitet) Binding Update, zukünftige Optionen 8. Mai

10 MobileIPv6 (2) Mobile Node (MN) Home Agent (HA) Foreign Agent (FA) Correspondent Node (CN) Care-of-Address (CoA) Home-Adress (HomeA) 8. Mai

11 MobileIPv6 (3) Home Network (HN) CN HA MN Kommun. wie gewohnt normales IP Internet FA DHCP MN im Heimnetz Foreign Network (FN) 8. Mai

12 MobileIPv6 (4) Home Network (HN) CN HA MN MN ändert Standort Internet FA DHCP Foreign Network (FN) 8. Mai

13 MobileIPv6 (5) Home Network (HN) CN HA besorge CoA (stateful addr. config.) Internet geht ohne FA DHCP MN ICMP CoA = Netprefix + LLA (MAC) (stateless addr. config.) Phase 1: Agentenerkennung Foreign Network (FN) 8. Mai

14 MobileIPv6 (6) Home Network (HN) 3) override CN HA 2) update Binding 1) Registriere akt. CoA authentisiert Internet FA DHCP MN Phase 2: Registrierung Foreign Network (FN) 8. Mai

15 MobileIPv6 (7) Home Network (HN) CN HA Encapsulation HA fängt Pakete für MN ab Internet FA DHCP MN Phase 3: MobileIP-Komm. Foreign Network (FN) 8. Mai

16 MobileIPv6 (8) Home Network (HN) CN HA Tunnel Internet FA DHCP MN Decapsulation Phase 3: Tunneling Foreign Network (FN) 8. Mai

17 MobileIPv6 (9) Home Network (HN) CN HA Internet Antwort: normales IP : FA DHCP Binding Update über Zieloption Header (authentisiert) MN Phase 3: MobileIP-Komm. Foreign Network (FN) 8. Mai

18 MobileIPv6 (10) Home Network (HN) CN HA Internet Kommunikation (Tunnel oder Header) Forwarding FA DHCP MN Führen jeweils caches mit Bindings für jeweilige Partner Foreign Network (FN) 8. Mai

19 MobileIPv6 (11) Erstmaliger Kontakt: über HA und Tunneling Nach Binding Update: Komm. CN-MN: Routing Headers statt Kapselung CoA des MN als Zieladresse im IPv6-Header Homeadresse des MN als echtes Ziel im Routing Header als letzte Adresse der Liste Binding Einträge in Cache verfallen erst nach Timeout oder Unerreicharkeit (ICMP-Error) 8. Mai

20 MobileIPv6 (12) Trotz Binding Info: Paket wird nie direkt, d.h als einfaches Paket, an Gegenseite geschickt: Tunneling Headers Transparenz für höhere Schichten 8. Mai

21 MobileIPv6 (13) Was ist anders als in MobileIPv4: Verzicht auf FA link lok. Adressen / autom. Konfig. Binding Updates (mit Caching) auch direkt an CN effizienter CN muss mehr können 8. Mai

22 MobileIPv6 (14) Was ist anders als in MobileIPv4: Authentisierungs, Verschlüsselungsheaders Sicherheit schon in Layer 3 Sicherheitsfunktionen als Pflicht im Protokoll Routing, Ziel Headers einfache Routenoptimierung (Dreiecksrouting) Verzicht auf aufwendiges Tunneling 8. Mai

23 Vorzüge von MobileIP Keine wesentlichen Änderungen an Infrastruktur notwendig Relativ einfaches Protokoll lässt sich schnell implementieren und global einsetzen einfache, sichere und günstige Möglichkeit, VPN über das Internet zu realisieren 8. Mai

24 Übersicht Einführung Wieso IP als Basis IP und Mobilität MobileIPv6 IPv6 Funktionsweise von MobileIP Unterschiede zu MobileIPv4 Probleme mit MobileIP Weiterführende Ansätze 8. Mai

25 Probleme mit MobileIP Security (Firewalls, Schlüsselmanagement) Abwicklung von Handovers insbesondere bezogen auf bestehende TCP- Verbindungen (lange Handovers) bei häufigen Netzwechel 8. Mai

26 Handover Handover bei Netzwechsel Wechsel ist relativ aufwändig (neue CoA, Registrierung) Timedelay (bis mehrere Sek.) Hard Handover (einfachster Fall): MN vorübergehend nicht erreichbar, d.h. Pakete können verloren gehen. aktive TCP-Verbindungen brechen ein: Exponential Backoff Slow Start Algorithmus 8. Mai

27 Handover Exponential Backoff: Annahme von Stau, wenn ACK nicht so schnell wie erwartet eintreffen erhöhe erwartete Antwortzeit reduziere Sendefenstergrösse Slow Start: passe Sendeleistung langsam an Kapazitätsgrenze an Sendefenstergrösse sukzessive erhöhen 8. Mai

28 Handover Folgen eines langen Handovers: TCP-Durchsatz fällt schnell auf Null zurück Wiederbelebungsversuche werden seltener langsame Erholung nach Wiederbelebung Paketverluste müssen vermieden werden 8. Mai

29 Handover Smooth Handover (Varianten): alter FA puffert Pakete während Handover und liefert diese dann an neuen FA brauche FA mit Puffer funktioniert nur wenn Handover schnell genug MN hört auf mehrere CoAs gleichzeitig nicht immer möglich 8. Mai

30 Folgerung MobileIP für Macro-Mobilität ausgelegt einfach universell Ineffizient bei häufigen Handovers (etwa bei funkzellenbasierten Netzen) Ziel: Handover-Zeit verkürzen MobileIP-Ansatz muss erweitert werden 8. Mai

31 Übersicht Einführung Wieso IP als Basis IP und Mobilität MobileIPv6 IPv6 Funktionsweise von MobileIP Unterschiede zu MobileIPv4 Probleme mit MobileIP Weiterführende Ansätze 8. Mai

32 Idee Erweiterung des MobileIP-Konzeptes durch Einbau von Elementen aus Zellenbasierten Netzen wie Mobilfunknetzen: (TeleMIP) Hierarchischer Aufbau Minimierung von Kontrollnachrichtenverkehr Unterstützung von passiven Verbindungen Lose Standorterkennung (Paging) 8. Mai

33 Funktionsweise HA Home Network Internet CN Correspondent Network Foreign Network (region, domain) MA FA 1 MN FA 2 BS Subnet 2 BS BS Subnet 1 8. Mai

34 Funktionsweise (2) HA Home Network Internet CN Correspondent Network Foreign Network (region, domain) MA Anmeldung FA 1 MN FA 2 BS Subnet 2 BS BS Subnet 1 8. Mai

35 Funktionsweise (3) HA CN Internet Home Network CoA=MA Correspondent Network Foreign Network (region, domain) MA FA 1 MN Registrierung FA 2 BS Subnet 2 BS BS Subnet 1 8. Mai

36 Funktionsweise (4) Encapsulation HA CN Internet Home Network Tunnel Correspondent Network Decapsulation Foreign Network (region, domain) MA FA 1 MN FA 2 BS Subnet 2 BS BS Subnet 1 8. Mai

37 Funktionsweise (5) HA Home Network Internet CN Correspondent Network Foreign Network (region, domain) MA FA 1 MN FA 2 BS Subnet 2 BS BS Subnet 1 8. Mai

38 Vorteile gegenüber MobileIP die meisten Updates sind lokal kürzere Latenzzeiten (Handover) weniger globale Updates (TCP, QoS) lokale (private) Adressierung/Routing freie Gestaltung innerhalb einer Region womöglich Einsatz proprietärer Protokolle kontrolliertes Load Balancing durch geeignete Anzahl von MA 8. Mai