Mobilidade

1. Universidade Estadual de Campinas Instituto de Computação Programa de Pós-Graduação MO 818 - Tópicos em Redes de Computadores Mobilidade Elena Balachova R.A. 047798 Márcia M. de O. Valença R.A. 010523 Setembro/2005 Profº. Edmundo Madeira

2. Motivação • Para estarmos conectados devemos estar à frente de um desktop em uma sala fechada? • É possível conectar outros dispositivos à rede? • Qual é o limite de dispositivos? • Limitação física ou lógica? • É possível se deslocar entre redes diferentes sem perder conexão? • MOBILIDADE

3. Definição • Mobilidade IP possibilita que um móvel passe de uma rede para outra sem que as conexões/sessões estabelecidas sejam interrompidas e permitindo que outras novas sejam estabelecidas. • O grande desafio da Mobilidade IP é evitar que conexões, sejam perdidas no evento de uma movimentação.

4. Micro e Macro Mobilidades • Micro Mobilidade • Mobilidade dentro de uma organização, entre pontos de acesso • Ex., entre pontos de acesso WLAN • Movimentos do tipo 1 e 3 • Macro Mobilidade • Movimentos do tipo 2 • Mobilidade entre organizações ou tecnologias • Ex., de GPRS para WLAN

5. IPv4 • Cada host e cada roteador tem um endereço IP que codifica seu número de rede e número de host • 2 máquinas nunca têm IP igual • Todos os endereços IP • Têm 32 bits (4 campos, 8 bits por campo) • Colocados nos campos “Source address” e “Destination address” • IP mais baixo – 0.0.0.0 • IP mais alto – 255.255.255.255 • O encaminhamento IP clássico só permite a movimentação dos terminais no interior das suas sub-redes IP de origem. • Roteamento baseado em prefixo, que depende da localização do host • Mudança de rede mudança de endereço IP

6. IPv4 - problema • Removendo a máquina com o endereço (160.80.40.20) para outro lugar – é viável fornecer um novo IP para essa máquina? • Não • Muitos destinatários teriam que ser informados sobre o novo IP • Outra solução • Usar endereço IP completo no lugar de número da rede • Inviável – cada roteador teria que ter tabelas com milhões de entradas -> custo MUITO alto

7. Solução • IP Móvel (MIPv4 e MIPv6) • Início do desenvolvimento por volta de 1995 • Adaptação do IPv4

8. IP Móvel – definições iniciais • Nós móveis tem de ser capazes de se comunicar com qualquer outro nó na rede após mudança no ponto de conexão sem alterar seu endereço de IP • Um nó móvel tem de ser capaz de se comunicar com um nó que não implementa nenhuma das funções de mobilidade. Ou seja, nenhuma mudança será feita nos hosts e roteadores que agem sem nenhum sistema móvel. • IP Móvel deve gerar pouco overhead (economia de largura de banda e energia)

9. IP Móvel – comunicação • Comunicação • Dentro do domínio de origem (1) • Entre domínios (2) • Dentro de domínios visitados (3) • Fases • Detecção • Registro • Execução

10. IP Móvel – definições iniciais – cont. • - O link que conecta o nó móvel à Internet será geralmente uma conexão sem fio. Esta conexão, portanto, deve ter uma banda de transmissão menor e maior taxa de erro do que links a fio. • - Nós móveis são, geralmente, movidos a bateria, portanto minimizar o consumo de energia deve ser um fator importante. Consequentemente, o número e tamanho das mensagens de administração do sistema entre o nó móvel e seu ponto de conexão à Internet devem ser minorizados.

11. IP Móvel - Nomenclatura • Nó Móvel - Um host ou roteador que muda seu ponto de conexão de um rede ou sub-rede para outra. Um nó móvel pode mudar sua posição sem mudar seu endereço de IP. • Agente de Origem (HÁ) - Um roteador em um nó na rede de origem, que redireciona datagramas para o nó móvel, quando este está fora do alcance da rede, e retém a informação atual sobre a posição do nó móvel. • Agente Externo (FA) - Um roteador em uma rede "visitada" pelo nó móvel, que fornece serviços de roteamento para o nó móvel quando este está registrado.

12. IP Móvel • Conexão do Nó Móvel à internet • Agente de origem (HA) • Nenhuma funcionalidade móvel é necessária • Agente externo (FA) • Necessário implementar funcionalidade móvel

13. IP Móvel – O ProtocoloNó Móvel X Agente Externo • Conexão com o Agente Externo • Aviso de Agente – indica a presença do Agente Externo • Enviada pelo agente externo ou solicitada pelo nó móvel • Identifica com qual agente o Nó Móvel irá se relacionar • Agente Externo Identificado

14. IP Móvel – O ProtocoloNó Móvel X Agente Externo – cont. • Obter endereço de tratamento (care-of address) • Fornecido pelo Agente Externo. É o endereço IP do Agente Externo. • Agente Externo desencapsula os dados • Processamento no Agente Externo • Co-localizado. Fornecido pela fonte que não seja o Agente Externo • Temporário através do DHCP ou fixo • Grande demanda de espaços de endereços

15. IP Móvel – O ProtocoloNó Móvel X Agente Externo – cont. • Registrar o endereço de tratamento no Agente de Origem • Nó Móvel manda a mensagem de “Requerimento de Registro” para Agente de Origem através do Agente Externo • Agente de Origem manda “Resposta ao Requerimento”

16. Roteamento Triangular:um nó correspondente conhecendo apenas o Home Address do nó móvel, enviará os pacotes para a rede original do nó móvel. Porém ,como o nó móvel se moveu, o Agente de Origem intercepta os pacotes e “tunela” para o nó móvel em seu care-of-address, ou seja, envia o pacote para a rede em que o nó móvel está momentaneamente Imagem retirada do site http://www.gta.ufrj.br/grad/00_1/bruno/

17. IP Móvel – O ProtocoloBroadcast • Agente de Origem recebe pacote broadcast • Não manda o pacote para os nós fora da rede local a não ser que o Nó Móvel tenha requerido • O agente de Origem encapsula em um datagrama unicast • O agente Externo desencapsula e mandará para o Nó Móvel • O Nó Móvel desencapsula o datagrama em um datagrama broadcast e o processa

18. IP Móvel – O ProtocoloMulticast • 2 maneiras • Nó móvel se juntar a um grupo multicast num roteador de multicast da rede local do Agente Externo, se existir. • Nó móvel se juntar a um grupo multicast num roteador de multicast da rede do Agente de Origem. • Datagramas são mandados pelo túnel numa maneira similar à mostrada no broadcast

19. IP Móvel – Roteadores Móveis • Redes móveis com nós móveis • Nó Móvel em relação a um roteador • Roteador móvel em relação à uma rede • Endereço de tratamento para roteador móvel • Endereço de tratamento para nó móvel

20. Imagem retirada do site http://www.gta.ufrj.br/grad/00_1/bruno/

21. MIP – desempenho • Desempenho da mobilidade - Lento • Fase de Detecção: só utiliza métodos independentes das tecnologias • Fase de Registro: transição envolve sempre o HA (Home Agent) • Fase de Execução: fenômenos de triangulação e de encapsulamento

22. MIP – Macro Mobilidade • Aceitável para mudanças que não implicam transições rápidas (ordem de seg) • Entre domínios administrativos diferentes (movimentos tipo 2) • Locais fisicamente distantes • Mudança de tecnologia de acesso e/ou Conectividade física descontínua • Inaceitável para mudanças que implicam transições rápidas (ordem de mseg) • Entre redes do mesmo domínios administrativos (movimentos tipo 1 e 3) • Locais fisicamente próximos • Com conectividade física assegurada (Ex: pontos de acesso numa WLAN)

23. Micro Mobilidade • Os protocolos de micro-mobilidade oferecem mecanismos eficientes de mobilidade não-global • Transições mais rápidas • Limitados a domínios Sub-redes inteiras

24. Micro Mobilidade – cont. • Para suportar a Mobilidade Global, a micro mobilidade é integrada com o MIP: • mM oferece suporte de mobilidade para a maioria das transições • Movimentos dos tipos 1 e 3 • Adicionalmente, tipo 0 • MIP oferece suporte de mobilidade para as restantes transições (raras) • Movimentos do tipo 2

25. Soluções de micro mobilidade • Estrutura do Domínio Hierárquica: • Gateway (GW) • Nós Intermédios • Pontos de Acesso (APs) • Terminais móveis (MTs) • Aumento do Desempenho das Movimentações • Fase de Detecção: Possibilidade de utilização de métodos dependentes da tecnologia • Fase de Registro: Notificação é efetuada apenas aos nós do domínio atual • Fase de Execução: Encaminhamento sem encapsulamento nem triangulação

26. Conceitos • Power-Up – Chegada inicial a um Domínio • Handover – Movimentações subseqüentes no Domínio • Paging – Mecanismo associado à economia de energia, que permite movimentações dos terminais sem sinalização • Manutenção do Estado – Processo de manutenção das entradas de encaminhamento soft-state • Garantia de entrega de sinalização – Proteção contra perda/erros da sinalização

27. Soluções de micro mobilidade – figura

28. Soluções de micro mobilidadeCIP – Celular IP • Solução de micro-mobilidade complementar para o MIP • Todos os Processos são Independentes do MIP • Arquitetura • Rede: Domínios estruturados em árvore de nós • Terminais Móveis: Clientes executam CIP + MIP • Características • Garantia de Entrega: sem ACK, por retransmissão (soft-state) • Detecção da localização atual e tipo de movimento: beacons CIP genéricos de nível 3 • Paging: suportado nativamente • Integração com o MIP: nós da rede têm suporte mínimo para beacons MIP; GW está co-locada com o (único) FA do domínio

29. CIP – PowerUp • Power-Up independente dos mecanismos MIP: • Passo 1 • Detecção do movimento pelo terminal • Geração da mensagem de Update no terminal • Passos 2, 3, 4 • Alteração da tabela de encaminhamento com informação referente à localização atual do terminal • Entrega da mensagem para nó ascendente (até à GW)

30. CIP - Handover • Handover independente dos mecanismos MIP: • Passos 1, 2 – Semelhante ao Power-Up • Passo 3 – Recepção do registro pelo nó crossover é suficiente para a entrega correta de pacotes de dados na nova localização • Passo 4 – Refresh das entradas de encaminhamento anteriores

31. CIP – Encaminhamento • Encaminhamento: • Transferência de Dados: MT1 -> MT2 • Passos 1 a 4 – Routing Up-link – Pacote entregue sempre a cada nó antecessor, desde o AP até à GW • Passos 5 a 8 – Routing Down-link – Encaminhamento descendente nó-a-nó, utilizando as entradas de encaminhamento geradas pela fase de registro, até ao AP do terminal

32. CIP – EncaminhamentoCaracterísticas • Manutenção do estado derivada da transferência de dados (Otimização) • Ineficiência para o encaminhamento do tráfego interno ao Domínio • Não utiliza links adicionais fora da árvore, caso existam (desperdício)

33. CIP - Paging • Distinção dos terminais: • Ativos – Transmitem normalmente dados, atualizam sempre a sua localização • Inativos – Em modo de poupança de energia: só recebem os beacons CIP • Domínio dividido em áreas de paging com identificadores • Movimentos possíveis para terminais inativos: • Dentro da área paging atual: não informa a rede da sua localização • Entre áreas de paging: força ativação do terminal para atualizar a sua localização • Entrega de pacotes pela rede a terminal inativo • Difusão do pacote em toda a área de paging, forçando a sua ativação

34. CIP – Semi Soft Handover • Objetivo: Paralelizar o processo de registro com a recepção de pacotes na localização anterior, minimizando a perda de pacotes • Passo 1 – Mudança para a freqüência do novo AP • Passo 2 – Início do Handover Semi-soft • Passo 3 – Retorno à freqüência do AP anterior • Passos 4, 5, 6 • Processamento do registro semi-soft na rede • O nó crossover envia pacotes para ambos os APs (bicasting) • Passo 7 – Mudança final para o novo AP, com um registro ativo normal

35. Soluções de micro mobilidadeHAWAII • Handoff Aware Wireless Access Internet Infrastructure • Solução de micro-mobilidade transparente para o MIP: • Suporta Clientes MIP (com extensões) • AP’s do Domínio fazem conversão MIP -> HAWAII • Arquitetura • Rede: Domínios estruturados em Árvore + Meshes + Up-links • Terminais Móveis: Clientes correm MIP clássico + extensões • Características • Garantia de Entrega: ACK Global no interior do domínio • Dois tipos de registro: Forwarding, Non-Forwarding • Paging: Suportado como extensão • Permite utilização de links adicionais para além da árvore base • Reduz tempo de handover • Pode conduzir a encaminhamento não-ótimo dependendo da topologia e do ponto inicial de entrada dos terminais na rede • Integração com o MIP: Cada AP da rede contêm interface de FA

36. HAWAII - PowerUp • Power-Up dependente e derivado dos mecanismos MIP • Passo 1 – Ações MIP clássicas • Cliente detecta FA / Entrega registro ao FA para o entregar posteriormente ao HA • Passo 2 – BS/FA encaminha registro para HA • Passo 3 – HA responde OK, BS/FA deriva sinalização HAWAII • Passos 4, 5, 6 • Alteração da tabela de encaminhamento com informação referente à localização atual do terminal • Entrega da mensagem para nó ascendente (até ao HDRR) • Passo 7 – HDRR confirma power-up ao BS/FA do cliente • Passo 8 – BS/FA gera resposta MIP ao cliente

37. HAWAII – PowerUp – visualização

38. HAWAII - Handover • Handover derivado dos mecanismos MIP, de utilização incremental • Passo 1 – Cliente gera registro MIP com uma extensão que indica o FA anterior (PFANE) • Passo 2 – Nova BS deriva sinalização HAWAII, entrega ao FA anterior, pelo caminho mais curto • Pode utilizar links extra na árvore – pode melhorar tempo de handover • Passos Intermédios – Cada nó, desde a BS anterior: • Altera tabela encaminhamento com informação da nova localização do Terminal (BS atual) • Entrega registro ao próximo nó (até à nova BS) • Passo 4 – BS gera resposta MIP ao cliente

39. HAWAII – Handover - visualização

40. HAWAII – Encaminhamento • Transferência de Dados destinada a MT1: • Encaminhamento descendente nó-a-nó, utilizando sempre as entradas de encaminhamento, caso existam • Encaminhamento ascendente no caso contrário • Eficiência variável. Em certos casos, dependendo da topologia e do ponto inicial de entrada dos terminais na rede pode conduzir a caminhos otimizados, ou mais longos. • Tráfego intra-domain segue quase sempre pelo caminho mais curto na mesh • Tráfego inter-domain pode ser não ótimo • Pode criar reordenação dos pacotes no momento do handover • Manutenção do Estado – Baseado em Soft state

41. HAWAII – Encaminhamento – visualização

42. Soluções de micro mobilidadeTIMIP • Terminal Independent Mobility for IP • Objetivos: • Suporte de mobilidade para qualquer terminal IP • Detecção das movimentações por parte da rede, em nome do terminal • Geração da sinalização necessária por parte da rede, em nome do terminal • Eficiência • Características semelhantes às melhores das propostas anteriores (nível 3) • Utilização de mecanismos derivados de informação do nível 2 para Detecção • Arquitetura • Rede: Domínios estruturados em árvore de nós • Terminais Móveis: Clientes IP inalterados • Características • Garantia de Entrega: Nó-a-nó + Time Out • Detecção da localização atual e tipo de movimento: • Mecanismos N2 ou Mecanismos Genéricos N3

43. TIMIP - PowerUp • Power-Up independente dos mecanismos MIP: • Passo 1 – AP: • Detecção do movimento pelo AP do terminal (derivada de nível 2, ou genérica de nível 3) • Geração da mensagem de Update pelo AP do terminal em nome deste • Passos 2, 3, 4 – Para cada nó: • Alteração da tabela de encaminhamento com informação referente ao próximo nó do terminal • Entrega da mensagem para localização anterior do terminal (sempre nó ascendente até à GW) • Update confirmado nó-a-nó • Handover sMIP: derivado do PowerUp TIMIP • GW/sFA gera sinalização MIP destinada ao HA em nome do LT (passo 5) • HA processa registro transparentemente

44. TIMIP – PowerUp – visualização

45. TIMIP – Handover • Handover independente dos mecanismos MIP • Passos 1, 2, 3 – Semelhantes ao Power-Up TIMIP • Passos 4, 5 – Para cada nó, desde o Crossover até ao AP anterior • Remoção da entrada de encaminhamento referente ao terminal • Entrega da mensagem para a localização anterior do terminal (em direção ao AP anterior) • Up-date confirmado nó-a-nó • Passo 6 – opcionalmente, é transferido informação de contexto existente no AP anterior: • Dados de QoS / Segurança / Multicast

46. TIMIP – Handover – visualização

47. TIMIP – Encaminhamento • Transferência de Dados: LT1 -> LT2 • Passo 1 – Entrega do pacote ao AP do terminal (configuração especial do terminal) • Passos 2, 3 – Routing Uplink – Entregue por omissão ao nó antecessor, enquanto não existirem entradas específicas (até ao crossover) • Passos 4, 5 – Routing Downlink – Encaminhamento descendente nó-a-nó, utilizando as entradas de encaminhamento mantidas consistentes pela fase de registro • Passo 6 – Entrega do pacote ao terminal destino, pelo seu AP atual • Características • Eficiente – pacotes seguem sempre pelo caminho mais curto na árvore (HAWAII) • Manutenção do estado otimizada pela utilização da transferência de dados (CIP)

48. TIMIP – Encaminhamento – visualização

49. Low Latency Handovers • Evolução recente do MIP relativamente à Micro-Mobilidade • MIP tem tido uma maturação lenta • Introdução de novas funcionalidades como extensões a um standard facilita o consenso • Extensões com consenso generalizado já ficam logo standard no MIPv6

50. Low Latency Handovers – cont. • Low Latency Handovers: • Otimizações de detecção • Utilização de mecanismos dependentes da tecnologia, com recurso a primitivas genéricas • PRE-Registration – Modelo preditivo, antes do handover acontecer (semelhante ao CIP Semi-Soft Handover) • POST-Registration – Modelo reativo, imediatamente depois do Handover acontecer (semelhante ao TIMIP Handover) • Otimizações de Registro • Redireção temporária do tráfego desde o FA anterior para o novo FA (semelhante ao HAWAII Forwarding Handover)