BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév

Mobil Internet7. előadás – Mozgó hálózatokalaptámogatása(NEMO Basic Support)Bokor Lászlóbokorl@hit.bme.hu BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév

Kivonat • Egy kis ismétlés • NEMO vs MANET • A NEMO támogatásról általánosságban • A probléma bemutatása • Tervezési megfontolások • NEMO Basic Support • Működés • Problémák • Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek Mobil Internet előadás BME-HIT

Egy kis ismétlés – Mi az a NEMO? • Egyetlen terminál mozog: • utasok laptop termináljaikkal a vonaton • drága 3G hozzáférést használva érik el az Internetet • Hatékonyabb megoldás: • a vonat rendelkezik mobil routerrel • az MR biztosítja a vezeték nélküli Internet-hozzáférést az egész vonat számára • az utasok termináljainak elég Ethernet (vagy WiFi) interfésszel rendelkeznie az MR-hez való kapcsolódáshoz • az MR lát el minden egyéb feladatot • a terminálok és az MR egy hálózatot alkotva együtt mozognak, ám az utasok (és termináljaik) számára ez teljesen transzparens! Mobil Internet előadás BME-HIT

Egy kis ismétlés – NEMO komponensek • Mobil Router (MR) • access router vezeték nélküli uplink-kel az Internet felé • hasonlít egy ADSL routerhez, de az Internethez vezeték nélkül csatlakozik és NEMO protokoll stack is fut rajta • a hozzá tartozó mozgó hálózat mobilitását kezeli • NEMO hosztok (MNN) • LFN • LMN • VMN • A VMN-en kívül nincs a hosztokban feltétlenül szükség Mobile IPv6 implementációra! Mobil Internet előadás BME-HIT

Egy kis ismétlés – NEMO alkalmazások • ITS rendszerek • szenzorok és egyéb kommunikáló egységek a járművekben • utasok kézi terminálokkal • MR(ek) a járművekben, egress interfészükkel biztosítva az Internet-hozzáférést • Katonai alkalmazások • előre telepített infrastruktúra nélküli kommunikációs rendszerek • egymással és a HQ-val korlátlan adatáramoltatásra képes egységek Mobil Internet előadás BME-HIT

Egy kis ismétlés – NEMO típusok • Solid NEMO • egyetlen hierarchia-réteggel rendelkező NEMO • Nested NEMO • egymásba ágyazott NEMO hálózatok több rétegű hierarchiája • pl. utas PDA-val, PDA Bluetooth-on keresztül csatlakozik az utas mobiltelefonjához, a telefon WiFi-n az MR-hez • pl. harcoló egységek hierarchiája katonai küldetésen • Single-homed NEMO • egyetlen, single-homed MR • Multihomed NEMO • multihomed MR • több MR Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO vs MANET I. • MANET (Mobile Ad-Hoc Network) • mobil terminálok ad-hoc hálózata • nincs fix infrastruktúra • dinamikusan változó topológia • minden terminál egy mobil router! • az egyes terminálok közötti kapcsolat fenntartására koncentrál • routing és nem az Internet-hozzáférés biztosítása a fő kérdés • IP szintű AR-AR hálózatváltásokkal nem foglalkozik • NEMO („a NEtwork that isMObile” ) • terminálok hálózata, az MR-hez relatíve szorosan kötődve • az MR és a fix infrastruktúra közötti kapcsolat fenntartására koncentrál • szakadásmentes Internet-hozzáférés biztosítása • IP szintű AR-AR hálózatváltások kezelése Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO vs MANET II. • NEMO-t alkothatnak MANET csomópontok • ad-hoc hálózat mozgása • MNN-ek lehetnek MANET-kompatibilis eszközök • pl.: vonat (NEMO) utasok ad-hoc hálózatával (MANET) • MANET-et alkothatnak NEMO-k • mozgó hálózatok ad-hoc hálózata • MANET csomópontok az MR-ek a „mögöttük” lévő mozgó hálózattal • pl. autó mint MANET router, beágyazott NEMO-val Mobil Internet előadás BME-HIT

HA figyeli az MR-re vonatkozó NDP kéréseket A Binding cache-ből előkeresi az MR CoA-ját Az NDP kérésre a HA saját címével válaszol NEMO támogatás – Mi a probléma? LFN keresése a routing táblában MR a next hop az LFN felé MR keresése NDP-vel A Binding Cache-ben nincs az LFN-re vonatkozó bejegyzés! Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO támogatás – Tervezési megfontolások I. • Folyamatos Internet-kapcsolat biztosítása (MNN session-ök megtartása mozgás közben is) • Átlátszóság a mobilitás és a teljesítmény tekintetében (korlátozott jelzésterhelés, hálózatváltások hatásainak minimalizálása csomagvesztés / késleltetés szempontjából) • Átlátszóság az MNN-ek működésének tekintetében (NEMO támogatás csak az MR(ek)-ben igényeljen új protokoll implementációt) • Átlátszóság a felsőbb (IP fölötti) rétegek szempontjából (felsőb rétegekben működő alkalmazásokban a NEMO támogatás ne indukáljon módosításokat) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO támogatás – Tervezési megfontolások II. • Konfigurációk és használati forgatókönyvek tetszés szerinti kombinációja (multihoming, nested NEMO, VMN támogatás,) • Lokális és globális mobilitás támogatása (azaz a mobilitást az adminisztratív és biztonsági irányelveken kívül más nem korlátozhatja) • Skálázhatóság (a NEMO támogatást megvalósító protokoll teljesítményét ne rontsa drasztikusan a mozgó hálózatok, MNN-ek, CN-jeik számának növekedése, a mobilitás frekvenciájának emelkedése, stb.) • Kompatibilitás (IPv6 szabványokkal, hoszt mobilitást támogató protokollokal /MIPv6-FMIPv6-HMIPv6/, stb.) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO támogatás – Tervezési megfontolások III. • Biztonságos kommunikáció (jelzés-üzenetek és payload, azonosítás, hitelesítés, bizalmas adatok) • Helyinformáció elrejtése (privátszféra erősítése pl. az IPv6 fejlécek titkosításával) • IPv4 és NAT átjárás támogatása (IPv4 szigetek és NAT-ok az IPv6-tal párhuzamosan fognak még sokáig létezni) • Minimális behatások az Internet útvonalválasztásra (a hagyományos routing-rendszerbe való információ-bevitelt minimalizálni kell /host-routing jellegű megoldások mellőzése/) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO alaptámogatás – NEMO Basic Support • RFC 3963 • „Short term solution” • Alaptámogatás: • a hálózatok mobilitás-támogatásának csak az alapfeladatait látja el • a felhasználási esetek többségében nem optimális • szándékoltan egyszerű • sok kérdést nyitva hagy Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – MIPv6 alapokon • Minden MR számra rendelkezésre áll egy otthoni ügynöke (HA) az otthoni hálózatában • Az MR normál routernek tűnik mind vezetékes, mind vezeték nélküli MNN-jei felé, de egy speciális MN-ként viselkedik a MIPv6 architektúrában • Az MR valamennyi MNN-je egy (vagy több) alhálózatba tartozik • az LFN és LMN egységek az MR HA-ja szerinti alhálózatukból érhetők el • a VMN egységek saját HA-juk szerinti alhálózatukból érhetők el Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Kétirányú alagutazás • Az MR hálózatváltáskor új CoA-t kap • A kötési frissítés megtörténtével a HA minden olyan csomagot, melyen célja az MR vagy az MR valamelyik alhálózatába tartozó csomópont, egy 6on6 alagúton keresztül juttatja el az MR aktuális pozíciójához: • A HA NDP-t használ ahhoz, hogy az MR (és MNN-jei) otthoni címére érkező csomagokat átirányítsa saját címére • Az MR minden kimenő csomagot a HA-n keresztül küld egy fordított (reverse) alagutat használva Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Üzenetformátumok I. • Binding Update • Egyetlen új flag a MIPv6-hoz képest: R (Mobile Router Flag) • A HA ez alapján dönti el, hogy a feladó MR-e vagy sem (azaz kell-e MNN-ek kezeléséről gondoskodnia a frissítést küldő adott csomópont esetében) • Változó hosszúságú mező a mobilitást kezelő opciók számára Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Üzenetformátumok II. • Binding Acknowledgement • Az „R” jelző flag szintén helyet kapott: a HA ezzel tájékoztatja az MR-t arról, hogy támogatja-e a Mobil Routereket • Státusz mezők bővülése: • 140: MR funkció nem engedélyezett • 141: érvénytelen prefix • 142: nem engedélyezett prefix • 143: üzenettovábbítás előkészítése nem sikerült (nincs(enek) megfelelő prefix(ek)) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Üzenetformátumok III. • Mobile Network Prefix Option • A BU-ba illesztve jelzi a HA számára az adott mozgó hálózattal kapcsolatos prefix-információkat • Több ilyen opció is kerülhet egy BU-ba, ha az MR egynél több MNP-vel rendelkezik az adott NEMO-ban, és szeretné, hogy a HA valamennyi prefix értékre továbbítsa az üzeneteket. Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Általános működés I. • Inicializáció • MNP hozzárendelése a NEMO-hoz • MNN-ek címkiosztása az MNP-ből • MR-HoA: egress interfész az otthoni linken • Hálózatváltás • MR-HoA változatlan • Az MR CoA címet szerez az idegen linken • MNN címek változatlanok • Regisztráció • MNP – MR-CoA (hálózat-specifikus route, nem hoszt specifikus!) • MR-CoA – MR-HoA • MR-CoA: next hop az MNP felé! Mobil Internet előadás BME-HIT

Binding Update MNP 2001:738:2001:2089::/64 LFN címe 2001:738:2001:2089::eui64/64 NEMO Basic Support – Általános működés II. Binding Cache: 2001:738:2001:2088::eui64/64 – MR-CoA 2001:738:2001:2089::/64 – MR-CoA 3ffe:ffff:fe3:8000::/64 2001:738:2001:2088::/64 MR-HoA 2001:738:2001:2088::eui64/64 MR-CoA 3ffe:ffff:fe3:8000::eui64/64 Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – MRműködése I. • MR viselkedhet normál Mobile Node-ként vagy Mobile Router-ként („R” flag) • Ellenőrzések: • forrás cím a HA? • cél cím tartalmazza az MNP-t? • BU küldése • Explicit üzemmód: • A BU üzenetben az MR az MNP(k)-re vonatkozó információkat is közli a HA-val(egy vagy több MNP option segítségével) • Implicit üzemmód: • A HA tetszőleges módszert alkalmazhat az MR-hez tartozó MNP-k meghatozásához (pl. kézi konfiguráció) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – MRműködése II. • BA fogadása • HA jelzi, hogy elfogadta a BU üzenetet és • R=1, akkor az MR tudja, hogy a HA készen áll az üzenetek továbbítására az adott NEMO felé • R=0, akkor az MR újabb, olyan HA-t fog keresni, amely támogatja a NEMO szabványt. (Az MR-nek először egy de-regisztrálási folyamatot kell végrehajtania az aktuális HA-val, mielőtt egy újjal venné fel a kapcsolatot). • A sikeres BU folyamat után kialakul a kétirányú alagút az MR és a HA között • Alagút létrehozása • RFC 2473 (Generic Packet Tunneling in IPv6) • Az MR→HA irány belépési pontját az MR CoA-ja jelenti és a HA IP címe pedig a kilépési pontot • A HA→MR irány az előző fordítottja Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – MRműködése III. • Binding Update List • Prefix információs mező (Prefix Information field): MNP opcióval kapcsolatos információk • „R” flag értékének tárolása • Hazaérkezés • Amikor az MR hazaérkezik, de-regisztrálja magát a HA-nál és csatlakozik az „All Routers Address” multicast csoporthoz (FF02:0:0:0:0:0:0:2) • Ha nincs otthon, tilos csatlakoznia ilyen multicast csoporthoz Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – HAműködése I. • MNP regisztráció • be van-e állítva a „H” bit 1-re? Ha nincsen, azonnal elutasítja az Update üzenetet 140-es státuszkódú BA üzenet küldésével. • a BU-ban található otthoni cím (MR Home Address) a home linken hirdetett prefixek valamelyikéből lett konfigurálva? Ha nem, akkor 132-es kóddal válaszol a HA az MR-nek. • ha van már bejegyzés az adott MR-ről, akkor megegyezik-e a Binding Cache-ben tárolt „R” érték az újonnan, ugyanattól az MR-től érkezett Binding Update „R” bitjével? Ha nem, akkor 139-es kóddal (regisztráció típusának megváltoztatása nem megengedett) válaszol a HA. Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – HAműködése II. • Ha az ellenőrzések sikeresek, és van MNP opció a Binding Update-ben, akkor megtörténik azok feldolgozása. (Több MNP esetén a HA-nak valamennyi prefixre ki kell alakítania az üzenet-továbbküldési mechanizmust). Ha ez akár csak egy prefixnél nem sikerül, akkor a HA egyik prefixre sem továbbíthat üzenetet (141-es hibakód). • Ha a Prefix táblázat alapján nem megfelelő az MR által küldött MNP, akkor 142-es kódú üzenettel válaszol a HA. • Ha az MR nem is küld MNP-t a HA-nak (implicit mód), és a HA-nak nem sikerül egyéb módon megszerezni a megfelelő prefixet, akkor 143-as hibával utasítja el az MR kérését. • Új bejegyzést csak abban az esetben kerül a Binding Cache-be, ha valamennyi, az előbb leírt ellenőrzés sikeres volt és még nem volt az adott MR-hez tartozó korábbi bejegyzés. • BA küldése • A státuszkód sikeres Binding Update üzenet feldolgozása esetén 0. Megtörténik az „R” bit beállítása is, mely jelzi az MR számára, hogy a HA készen áll az üzenetek továbbítására. • Binding Cache • MIPv6-hoz képest kiegészítve az MNP-kre vonatkozó információkkal, az „R” flag értékével, valamint egy Prefix táblázattal (MR HoA – MNP lista, detektálni, ha MR nem saját MNP-t jelöl meg BU-jában) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Módosított DHAAD I. • Módosított Dynamic HA Address Discovery Request: • „R” flag megjelenése (Az MR-ek csak olyan HA-nál próbálják meg a regisztrációt, akik támogatják az MR funkciókat. ) • Módosított Dynamic HA Address Discovery Reply: • a válaszban R bit jelzi, ha a válaszként küldött HA listában legalább 1 HA NEMO kompatibilis Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Módosított DHAAD II. • Módosított HA Information Option: • „R” flag jelzi, ha a HA támogatja a NEMO szabványt Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Problémák I. • CoA szerzése hosszú idő (>2s) • MIPv6 esetében is így van • Az alagutazás költségei magasak (tunneling overhead) • rosszabb, mint MIPv6 esetében, hiszen NEMO hálózatokban sokkal több azon csomópontok száma, melyek ugyanazt az IP alagutat használják egyszerre • BU „vihar” (BU storm) • sok VMN (és aktív CN) esetében a NEMO-ba való belépésük után BU üzeneteikkel elárasztják az MR-t • VMN-ek számát és RO képességüket korlátozni kell! • pl.: tömegközlekedési kereszteződések, ahol sok ember száll át egyik járműből a másikba • MIPv6 esetében ez nem jelentkezik, de NEMO-nál nagy gond! Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Problémák II. Binding Update „vihar”! Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Problémák III. • Többszörösen beágyazott NEMO-k esetében további gondok: • nem optimális útvonalválasztás (sub-optimal routing vagy pinball routing): a csomagoknak több HA-n kell keresztüljutniuk, amíg elérik a CN-t vagy a beágyazott NEMO MNN-jeit • több IP alagút fejléc-réteg • komoly probléma és aktuális kutatási téma Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Problémák IV. Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Problémák V. • Minden egyes beágyazási szint (hierarchy layer) egy újabb alagutazási réteget eredményez • újabb IPv6 encapsulation • növekszik a csomagméret • ha a csomag mérete eléri az MTU-t: töredezés (fragmentation) • Ha egy csomag töredezést szenved el a j-edik szinten, akkor a j és n szintek között 1 valószínűséggel ismét töredezést szenved el • a létrejövő fragmensek száma: = N – j + 1 • IPv6 fejléc: 40 byte • átlagos internetforgalmat tekintve N = 7 esetben a root-MR töredezés miatt elszenvedett sávszélesség-terhelése kétszerese a töredezés kiküszöbélésével számíthatónak Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Implementációk • SHISA: MIPv6/NEMO implementáció BSD-re • NEPL: NEMO Basic Support implementáció Linux-ra a MIPL kiegészítéseként (2.6.15 kernelhez) • UMIP: MIPv6/NEMO Basic Support implementáció Linux-ra (2.6.23+ kernelekhez) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek I. • E-Wheelchair (Japán-Franciaország) • időskorúak, fogyatékkal élők egészségi állapotának monitorozása, felügyelete • távgyógyászat (kerekesszék érzékelői kapcsolatban a családdal/orvossal/kórházzal/ápolószemélyzettel) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek II. • E-Bicycle (Franciaország) • versenyző teljesítményének és egészségi állapotának monitorozása • demonstráció a 2006-os Tour de France-on Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek III. • InternetCAR (Japán) • NEMO járművekben • MIPv6 és NEMO kapcsolattal rendelkező busz demója az ITS World Conference 2005-ön • WiFi és 3G interfész Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek IV. • ANEMONE (Advanced Next gEnerationMobile OpenNEtwork - EU projekt) • páneurópai teszthálózat IPv6 alapú mobilitási protokollok vizsgálatára • BME (Hungary) • CRES (Italy) • ENST-Bretagne (France) • INRIA (France) • Thales Comm. (France) • VTT (Finland) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek V. • Mobile ER Pilot Test (Japán) • viselhető eszközök a személyzeten (IP-telefon, laptop, GPS, szívverés-jelző) • mentőkocsi: 3G interfész • személyzet: WiFi • szolgáltatások: • interaktív és olcsó hang-kapcsolat • video/képek (multimédia) továbbítása a kórházba (pontosabb diagnózis, több ovos/vizsgálat, stb.) Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek VI. • CVIS (Cooperative vehicle-infrastructure systems – EU projekt) • Kooperatív Jármű-Infrastruktúra Rendszerek • CALM szabványrendszeren alapul • IPv6 és NEMO Mobil Internet előadás BME-HIT

Irodalom [] T. Ernst, H-Y. Lach: “Network Mobility Support Terminology”, IETF RFC 4885, July 2007. []T. Ernst: “Network Mobility Support Goals and Requirements”, IETF RFC 4886, July 2007. [] V. Devarapalli, R. Wakikawa, A. Petrescu, P. Thubert: “Network Mobility (NEMO) Basic Support Protocol”, RFC 3963, January 2005. [] T. Ernst: “The Information Technology Era of the Vehicular Industry”, ACM SIGCOMM CCR, V36-I2, April 2006. [] L.A. DaSilva, S.F. Midkiff, J.S. Park, G.C. Hadjichristofi, N.J. Davis, K.S. Phanse, Tao Lin: “Network Mobility and ProtocolInteroperability in Ad Hoc Networks”, IEEE Comm Mag., V42, I11, pp 88 - 96, November 2004. []M. Tsukada, T. Ernst: “Vehicle Communication Experiment Environment with MANET and NEMO”, SAINTW2007, Hiroshima, Japan, January 2007. [] B. McCarthy, C. Edwards, M. Dunmore: “Applying NEMO to a Mountain Rescue Domain”, ICOIN2006, LNCS 3961, pp. 10-20, 2006. [] N. Montavont, T. Noel, T. Ernst: “Multihoming in Nested Mobile Networking”, IEEE SAINTW’04, pp 184-189, 2004. [] J. Montavont, J. Lorchat, T. Noel: “Deploying NEMO: A Practical Approach”, 6th ITS Telecommunications 2006, pp. 1053-1056, June 2006. [] T. Ernst: "E-Wheelchair - A Communication System Based on IPv6 and NEMO", 2nd International Conference on Smart Homes and Health Telematic (ICOST), Singapore, September 2004. [] E. Perera, V. Sivaraman, A. Seneviratne: “Survey on Network Mobility Support”, ACM SIGMOBILE CCR, V36-I2, April 2004. []T. Ernst, L. Bokor, A. Boutet, Y. Lopez: "An Open Network for Testing, Verification and Validation of IPv6-based ITS Components", ITST2007, Sophia Antipolis, France, June 2007. [] T. Ernst, R. Kuntz, F. Leiber: “A Live Light-Weight IPv6 Demonstration Platform for ITS Usages”, 5th ITST, Brest, France, June 2006. [] http://www.nautilus6.org/ [] http://www.wide.ad.jp/ [] http://www.ist-anemone.eu [] http://www.sfc.wide.ad.jp/InternetCAR/ []http://www.ipv6style.jp/en/special/20051031_2/index.shtml []http://www.cvisproject.org/ Mobil Internet előadás BME-HIT

Köszönöm a figyelmet! Mobil Internet előadás BME-HIT

BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév