Mobile IP Agententechnologien in der Telekommunikation Sommersemester 2009

Transkript

1 Mobile IP Agententechnologien in der Telekommunikation Sommersemester 2009 Dipl.-Inform. Thomas Kaschwig

2 Vorlesungsübersicht Datum Vorlesung Overview of the Course and Organizational Issues Introduction to Telecommunications and Current Trends Next Generation Networks (NGN) Service Control - IP Multimedia Subsystem (IMS) Heterogeneous Networks and Mobility - User Perspective Heterogeneous Networks and Mobility - Network Operator Perspective IPv4 / IPv6 & Mobile IP Authentication, Authorization and Accounting (AAA) Protocols Network Management Game Theory in Telecommunications Standardization Bodies & Activities in Telecommunications Written In-Class Exam Folie 2

3 Agenda Mobility Mobile IP Grundlagen Motivation Anforderungen Terminologie Details Mobile IPv6 Anwendungsbeispiel StrokeNet Referenzen Folie 3

4 Mobility (1/3) User Mobility Benutzer kann von unterschiedlichen Endgeräten auf bestimmte Dienste zugreifen Personal Mobility User Mobility + Profil zur Lokalisierung + Sessions Terminal Mobility Mobile Endgeräte können Standort in der Netztopologie wechseln, ohne laufende IP-basierte Dienste zu unterbrechen Folie 4

5 Mobility (2/3) Unterteilung der Terminal-Mobility Micro Mobility Mobilität nur in einem abgegrenzten Bereich, z.b. in einem einzelnen Zugangsnetzwerk Macro Mobility Mobilität zwischen verschiedenen Zugangsnetzwerken, auch über größere netzwerktopologische und geographische Grenzen hinweg Folie 5

6 Mobility (3/3) Differenzierung auf Internet-Protokoll Stack-Ebene Physical Layer Mobility Mobilität über z.t. große, aber limitierte geografische Regionen Z.B. Mobilfunk, WLAN, Mobile WiMAX IP Mobility Globale Mobilität auf IP-Ebene Application Layer Mobility Mobilität auf Session-Ebene, z.b. SIP Folie 6

8 Grundlagen (1/4) ISO/OSI-Modell 7: Application 6: Presentation 5: Session 4: Transport 3: Network 2: Data Link 1: Physical Folie 8

9 Grundlagen (2/4) Internet Protocol Version 4 (IPv4) Vermittlungsschicht Bildung von logischen Einheiten (Subnetzen) mittels Subnetzmaske und IP-Adresse Grundlage für Routing im Internet 32-Bit-Adressen, Dezimaldarstellung in vier Blöcken, z.b Angabe des Subnetzes, z.b /24 Folie 9

10 Grundlagen (3/4) Internet Protocol Version 6 (IPv6) Nachfolger von IPv4 Vergrößerung des Adressraums von 2 32 auf mögliche Adressen Beispiel: 2001:08a3:0b3f:0456:abcd:1234:abcd:4567 Automatische statuslose Konfiguration von IPv6- Adressen Optimierung der IP-Header Bereits im Standard enthalten: IPSec, Mobile IP, QoS, Multicast Folie 10

11 Grundlagen (4/4) Folie 11

12 Motivation (1/7) Als das Internet, bzw. dessen Protokolle entworfen wurden, waren Rechner groß und immobil Die Zeiten ändern sich... Folie 12

13 Motivation (2/7) Die verfügbaren Zugangstechnologien haben sich im Laufe der Zeit ebenfalls gewandelt... Folie 13

14 Motivation (3/7) Die Nutzer werden dank kleiner leistungsfähiger Endgeräte und drahtloser Zugangstechnologien immer mobiler Die bisher verwendeten Technologien unterstützen diese Mobilität jedoch nicht oder nur eingeschränkt Folie 14

15 Motivation (4/7) Jeder Host im Internet braucht eine topologisch passende IP-Adresse Wechselt er in ein anderes Subnetz, werden ihn Antwortpakete nicht mehr erreichen Beispiel: Host befindet sich im Netzwerk /24 Wechselt in das Netzwerk /24 Eingehende Pakete an werden weiterhin an sein altes Netzwerk /24 geroutet Ausgehende Pakete wird der Router im neuen Netzwerk vermutlich verwerfen Folie 15

16 Motivation (5/7) Gibt es dafür nicht einfache Lösungen? DHCP Und wenn ich von außen erreichbar sein will? DynDNS & Co. Und was ist mit bestehenden Verbindungen? Beispiel TCP: Verbindungen brechen bei Änderungen der IP-Adresse ab Folie 16

17 Motivation (6/7) Mögliche Lösungsansätze Application-Layer-Protokolle mit Mobilitätsunterstützung, z.b. SIP Unrealistisch auf absehbare Zeit alle relevanten Protokolle durch entsprechende mobile Varianten zu ersetzen Erstellung spezieller dynamischer Routen für mobile Endgeräte Alle Routing-Tabellen weltweit müssten ständig dynamisch angepasst werden Folie 17

18 Motivation (7/7) Lösung des Problems auf IP-Ebene Mobile IP Folie 18

19 Anforderungen (1/2) Kompatibilität Problemlose Kommunikation mit allen anderen Internet Hosts Keine Änderungen an bestehenden Netzwerkprotokollen Keine Änderungen an Routern Transparenz Transparent für alle anderen Schichten des TCP/IP- Stacks Folie 19

20 Anforderungen (2/2) Skalierbarkeit und Effizienz Kein deutlich erhöhter Signalisierungsverkehr Rücksichtnahme auf geringe Bandbreite drahtloser Verbindungen Sicherheit Nur der rechtmäßige Empfänger darf Nachrichten erhalten Authentifizierung aller Signalisierungsnachrichten Folie 20

21 Terminologie (1/4) Mobile Node/Host (MN/MH) Ein Host, der seinen Zugangspunkt zum Internet mit Hilfe von Mobile IP wechseln kann. Er behält stets seine IP-Adresse und kann ununterbrochen (Konnektivität auf Layer 2 vorausgesetzt) im Internet kommunizieren. Correspondent Node/Host (CN/CH) Kommunikationspartner zum Mobile Node Folie 21

22 Terminologie (2/4) Home Network (HN) Das Subnetz, zu dem der Mobile Node aufgrund seiner IP-Adresse (HoA) gehört. Im Heimatnetzwerk selber ist keine Unterstützung durch Mobile IP notwendig. Foreign Network (FN) Das aktuelle Netzwerk, in dem sich der Mobile Node befindet. Im Foreign Network ist eine Mobile IP- Unterstützung notwendig. Folie 22

23 Terminologie (3/4) Home Address (HoA) IP-Adresse des MN, topologisch aus dem Home Network, die nach aussen hin vom MN zur Kommunikation verwendet wird. Care-of-Address (CoA) Stellt aus IP-Sicht den aktuellen Aufenthaltsort des Mobile Node dar. Pakete an den MN werden direkt nur über die CoA zugestellt. Folie 23

24 Terminologie (4/4) Foreign Agent (FA) Ein FA kann die CoA für den MN halten und die an ihn bestimmten Pakete zu ihm tunneln oder als Standard-Router dienen. FA können Sicherheitsdienste, z.b. Verschlüsselung anbieten. Foreign Agents sind bei Mobile IP nur optional und werden häufig nicht verwendet. Home Agent (HA) Befindet sich im Heimatnetzwerk des MN. Nimmt Pakete für den MN an, falls sich dieser nicht im Heimatnetzwerk befindet und tunnelt diese zum MN. Verfügt über eine Übersetzungstabelle von der HoA zur CoA mit einem Eintrag pro MN. Folie 24

25 Mobile IP-Übersicht Folie 25

26 Foreign Agent und CoA Foreign Agent Care-of-Address Der MN registriert sich beim Foreign Agent und dieser übernimmt die CoA und leitet die Anfragen vom HA an die CoA weiter. Co-Located Care-of-Address Wird kein Foreign Agent verwendet, kann der MN die CoA selbstständig beziehen, z.b. per DHCP. Der MN kommuniziert direkt über seine HOA nach außen und erhält die an ihn gerichteten Pakete direkt vom HA an seine CoA. Folie 26

27 Agentensuche Agent Advertisement HAs und FAs senden in ihr Subnetz ICMP- Broadcasts, die ihre Präsenz signalisieren und alle Informationen beinhalten, die MNs brauchen um sich zu registrieren. Agent Solicitation Werden keine Agent Advertisements vom MN empfangen, sendet dieser Agent Solicitation Nachrichten, die von vorhandenen Agenten mit entsprechenden Agent Advertisement Nachrichten beantwortet werden. Folie 27

28 Registrierung Sobald der MN eine CoA erhalten, bzw. sich beim FA registriert hat, wird vom MN, bzw. dem FA eine Registrierung zum Home Agent geschickt. Der HA speichert diese Informationen in seiner Binding Table, bzw. aktualisiert ggf. bereits vorhandene Einträge. Folie 28

29 Paket-Weiterleitung (1/2) Wenn der HA Pakete für einen MN empfängt, der sich nicht in seinem Heimatnetz aufhält, leitet er diese Pakete an die aktuelle CoA des MN weiter, die er seiner Binding Table entnimmt. Die weitergeleiteten Pakete nimmt entweder der FA oder der MN selber entgegen. Folie 29

30 Paket-Weiterleitung (2/2) Die weitergeleiteten Pakete werden dabei vom HA zum FA/MN getunnelt. Dabei kommt entweder eine IP-in-IP-Kapselung oder GRE zum Einsatz. Kommt ein FA zum Einsatz, enkapselt dieser das Paket und leitet es an den MN weiter. Wird kein FA verwendet, empfängt der MN das Paket und entkapselt es selber. Folie 30

32 Mobile IPv6 Mobilität wurde bei IPv6 direkt im Standard mit vorgesehen. Automatische Adressen-Autokonfiguration in IPv6 integriert. Zuweisung von CoA erfolgt daher ohne zusätzliche Mechanismen. Es wird kein FA mehr benötigt. Die kryptographische Sicherung der Registrierungsnachrichten und optional auch der Daten per IPSec ist obligatorisch. MN können direkt Binding Updates an CNs schicken um die Routen zu optimieren. Folie 32

33 Agenda Mobility Mobile IP Motivation Anforderungen Terminologie Details Mobile IPv6 Anwendungsbeispiel StrokeNet Referenzen Folie 33

34 Strokenet (1/5) Verbesserung der Erstversorgung von Schlaganfall- Patienten durch telemedizinische Diagnosemöglichkeiten. Aufbau einer Datenverbindung zur Übertragung von Audio-/Videound Vitaldaten an Stroke-Unit. Folie 34

35 Strokenet (2/5) Folie 35

36 Strokenet (3/5) Verwendete Zugangstechnologien UMTS/HSDPA GPRS/EDGE Flash-OFDM WLAN Linux (Debian Etch) als Basis In Perl und C++ implementiertes Mobility-Management-System Entwicklung eines eigenen Mobile IP-Stack Robuste Hardware Folie 36

37 Strokenet (4/5) Mobility Management Modulares Design Generische Schnittstellen (XML and UDP/TCP) Voneinander unabhängige Module verwalten die Netzwerkschnittstellen Verbindungsaufbau Zustandsüberwachung Zusätzliche Komponenten GPS Positions-Server Status-GUI Zusätzliche Funktionalität VPN (IPSec) Netzwerk-Monitoring (SNMP) Folie 37

38 Strokenet (5/5) MN DE FOFDM UMTS MIPv4 HA signal strength low decision process trigger handover to UMTS binding update binding acknowledge handover to UMTS performed Folie 38

39 Agenda Mobility Mobile IP Motivation Anforderungen Terminologie Details Mobile IPv6 Anwendungsbeispiel StrokeNet Referenzen Folie 39

40 Referenzen Mobile IPv4 RFC 3344 Jochen Schiller: Mobilkommunikation, Addison-Wesley, 2. Auflage, Seite 354 ff. Mobile IPv6 RFC 3775 RFC 3776 Hesham Soliman: Mobile IPv6 - Mobility in a Wireless Internet, Addison Wesley Folie 40

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