BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév

Mobil Internet6. előadás – Mozgó hálózatok alapfogalmai(NEtwork MObility)Bokor Lászlóbokorl@hit.bme.hu BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév

Kivonat • Mindenütt jelenlévő Internet • Egy kis ismétlés • Hoszt mobilitás vs. hálózat mobilitás • NEMO nyomában • Miért jó ez nekünk? • Terminológia • alapok • architekturális elemek • nested NEMO • multihoming • összetett forgatókönyvek • NEMO otthoni hálózatok • NEMO Basic Support vs. NEMO Extended Support Mobil Internet előadás BME-HIT

Mindenütt jelenlévő (ubiquitous) Internet I. • Internet-hozzáférés mindig és mindenütt: • háztartási eszközökben/berendezésekben • legkülönbözőbb termékekben • üzletekben, nyilvános helyiségekben (pl.: netcafe, utcai bútorok) • járművekben (pl.: gépkocsi, vonat) • embereken (pl.: PAN) • állatokon (pl.: nyomkövető megoldások) • Kulcskérdések: • átjárás különböző hozzáférési rendszerek között • Internet-hozzáférés járművekben Mobil Internet előadás BME-HIT

Mindenütt jelenlévő (ubiquitous) Internet II. Mobil Internet előadás BME-HIT

Egy kis ismétlés I. • IPv6 csomópontok címzési követleményei: • topológiailag helyes cím • minden interfészen olyan cím, ami az adott linken hirdetett prefixnek megfelelő • IP szintű mobilitás: • hálózati csatlakozási pont megváltoztatása = IP alhálózat megváltozása • IP alhálózat megváltozása = változások az útvonalirányításban Mobil Internet előadás BME-HIT

Egy kis ismétlés II. • A fentiekhez a jelenlegi TCP/IP modellt adaptálni kell: • eredetileg az Internetet fix csomópontok használatára tervezték • megsértették a rétegek függetlenségének elvét (az IP cím a hálózati és a szállítási rétegben is használatos) • az IP cím szemantikailag túlterhelt: • interfész azonosító szerep (identifier) • topológiai helymeghatározó szerep (locator) • az IP cím on-the-fly módosítása megszakítja a futó kapcsolatokat • az IP cím változatlanul hagyása alhálózat váltásnál a routing mechanizmusokban hibákat okoz • Mobilitást támogató kiegészítésekre van szükség! Mobil Internet előadás BME-HIT

Hoszt mobilitás vs. hálózat mobilitás I. • Hoszt mobilitás: • egyetlen mobil terminál • alhálózat váltása esetén új, topológiailag helyes cím szerzése • IETF mip6 WG (http://tools.ietf.org/wg/mip6) • Hálózat mobilitás: • egész hálózat, egyetlen egységet alkotva mozog • Mobil router rejti el a hálózat belső jellemzőit a külvilág felől • egy vagy több belső alhálózat • egy vagy több MR • A hálózat mozgásakor: • az MR változtat IP címet • a mozgó hálózat belsejében lévő csomópontok nem érzékelik a változást, nincs feladatuk ezzel kapcsolatban • IETF nemo WG (http://tools.ietf.org/wg/nemo) Mobil Internet előadás BME-HIT

Hoszt mobilitás vs. hálózat mobilitás II. • Hoszt mobilitás esetén minden egyes csomópont közvetlenül tartja fent Internet kapcsolatát • Hálózat mobilitás során az MR bármilyen (értsd: mobil képességekkel nem ellátott) csomópont Internet kapcsolatát képes fentartani Mobil Internet előadás BME-HIT

NEMO nyomában • NEMO – „a NEtwork that isMObile” (MNet) (jelzős szerkezet, egy speciális típusú hálózatot jelent) • NEMO – „NEtwork MObility” (fogalom, a koncepciót magát jelenti) • Továbbá: Mobil Internet előadás BME-HIT

IETF NEMO WG • 2000 augusztusában vetették fel először az új WG megalakítását a Mobile IP munkacsoport találkozóján • 2 BoF 2002 márciusában és júliusában • BoF (Birds of a Feather): informális workshop, egy adott kérdésben érdekelt szakemberek „összedugják a fejüket” pl. egy konferencia kávészünetében, és „kitalálják a tutit” • elkülönítették a MANET (Mobile Ad-hoc Networks) és a NEMO fogalmait • 2002 októberében megalakul a NEMO WG • elnökök: Thierry Ernst / TJ Kniveton • nyílt levelező lista • legaktívabb országok: Japán, Korea, Franciaország • a munka kisebb, ám jól megfontolt lépésekkel indult • terminológia (RFC 4885) • célkitűzések és követelmények (RFC 4886) • NEMO Basic Support (RFC 3963) • NEMO Extended Support (folyamatban) Mobil Internet előadás BME-HIT

Mire használhatjuk majd a szabványosítási munka eredményeit? • Egy példa szemlélteti a lehetőségeket, a kutatás-fejlesztés, a szabványosítás és a piaci igény összefonódásait, és azt, hogy miért IPv6 alapokra helyezte a munkát az IETF NEMO munkacsoportja • A (nem is olyan távoli) jövő gépjárműveiben: • beágyazott rendszerű, egymással kommunikálni képes számítógépek tucatjai • több alhálózat a járművön belül: • vezérlés (fék, motor) • karosszéria (reflektor, riasztó, elektromos ablakemelő) • multimédia alhálózat (hifi, navigációs rendszer) • különböző hozzáférési hálózatok (3G, GPRS, EDGE, WiFi, WiMAX, stb.) • Az információgyűjtésre és azok továbbítására egyaránt képes jármű-komponensek alkotják az intelligens szállítórendszerek (Intelligent Transportation Systems - ITS) alapelemeit Mobil Internet előadás BME-HIT

ITS rendszerek kommunikációs arhictektúrájával szembeni követelmények • Az alkalmazások széles palettája (navigáció, multimédia, útinfó, stb.) • állandó és megbízható Internetkapcsolat szükséges • mindenütt jelenlévőség (ubiquity) • skálázhatóság (hálózatok, eszközök, járművek milliói/milliárdjai) • megbízhatóság, jó teljesítmény • flexibilitás, fejlődőképesség (egy gépjárművet nem 3 hónapra készítenek) • biztonság (AAA, privacy, confidentiality) • egyszerű használhatóság, szabványos építőelemek Mobil Internet előadás BME-HIT

Miért IPv6? • Mert az IPv6 a különböző hozzáférési technológiák közötti átjáráshoz szükséges közös nyelv • Mert segítségével biztosítható a mindenütt jelenlévőség, a megbízható működés és a hibatűrés • Megfelelő kiegészítésekkel (fejlődőképesség!) mind a hoszt, mind a hálózati mobilitás támogatható • Skálázhatóság (128 bites címtér) • Jó teljesítmény: optimalizálási lehetőségek (HMIPv6, FMIPv6, NEMO RO), az IP költséghatékony • Biztonság (IPSec, Diameter, Radius) • Egyszerű használhatóság, v4-v6 együttélés, átlátszóság, autokonfiguráció Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia - Alapok • Konzisztens: • az IPv6 terminológiával (Deering, S. and R. Hinden, "Internet Protocol Version 6 (IPv6)", RFC 2460, December 1998.) • a mobilitással kapcsolatos terminológiával (Manner, J. and M. Kojo, "Mobility Related Terminology", RFC 3753, June 2004.) • a Mobile IPv6 terminológiával (Johnson, D., Perkins, C., and J. Arkko, "Mobility Support in IPv6", RFC 3775, June 2004.) • Lehetővé teszi: • a probléma pontos definícióját • a funkcionális követelmények leírását • a tervezési megfontolások részletezését Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia - Architekturális elemek I. • Egy mozgó (vagy mobil) hálózat (Mobile Network vagy NEMO) egy vagy több IP alhálózatból áll, melye(ke)t egységként kezelünk • Ez az egység csatlakozik az Internethez egy vagy több mobil router (Mobile Router - MR) segítségével • Az MR „mögött” található elemeket mozgó hálózati csomópontoknak (Mobile Network Node - MNN) nevezzük • Kommunikációs partner (Correspondent Node - CN) • Otthoni ügynök (Home Agent - HA) Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia - Architekturális elemek II. Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia - NEMO • Egységes egészként mozgó hálózat, mely az Internethez való csatlakozási pontját dinamikusan képes változtatni (így a hálózati topológiában való elérhetősége is dinamikusan változhat) • A külvilág szempontjából belső szerkezete állandónak mondható, tekintve, hogy az MR elfedi a belső felépítés valamennyi jellemzőjét • Mozgó alhálózat (NEMO subnet vagy Mobile subnet): a NEMO-hoz tartozó alhálózat Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia - MR • Internethez való csatlakozási pontját megváltoztatni képes útválasztó, mely két vagy több interfésze között képes a csomagok továbbítására (akár dinamikus routing protokollok használatával) • Átjáró (gateway) a mozgó hálózat és az Internet között: Internet-hozzáférést biztosít a hálózati rétegben az egész mozgó hálózat számára • Egy vagy több egress/ingress interfésszel rendelkezik • Upstream irányban egyik egress interfészén küldi az adatokat az AR felé • Downstream irányban egyik ingress interfészén küldi az adatokat az MNN felé Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – MNP • Mobil hálózati előtag (Mobile Network Prefix – MNP): IP cím első n bitjéből álló bitfüzér, ami az egész NEMO hálózatot azonosítja az Internet topológiában • A mozgó hálózat valamennyi csomópontjának IP címe tartalmazza ezt a prefixet Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – MNN, LFN • Mozgó hálózati csomópont (Mobile Network Node –MNN): • minden hoszt vagy router, ami állandóan vagy ideiglenesen a NEMO hálózathoz tartozik. Fix (LFN) és mozgó hálózati csomópontról (LMN, VMN) egyaránt beszélhetünk • Helyi fix csomópont (Local Fixed Node – LFN): • a mozgó hálózathoz tartozó, rögzített (hálózati csatlakozási pontját aktuális kommunikációs viszonyainak fenntartása mellett módosítani képtelen), router vagy hoszt funkcionalitású csomópont, melynek címe az MNP tartományából kerül ki • elég a „sima” IPv6 stack-et támogatnia Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia –LMN, VMN • Helyi mobil csomópont (Local Mobile Node – LMN): • a mozgó hálózathoz tartozó, mobil, hoszt vagy router funkcionalitású csomópont, mely képes aktuális kommunikációs viszonyainak fenntartása mellett is módosítani hálózati csatlakozási pontját • címe az MNP tartományából kerül ki • Mobile IPv6 vagy NEMO stack-et kell támogatnia • Látogató mobil csomópont (Visiting Mobile Node – VMN): • a mozgó hálózathoz (mint idegen link-hez) ideiglenesen csatlakozó, mobil, hoszt vagy router funkcionalitású csomópont, mely képes aktuális kommunikációs viszonyainak fenntartása mellett is módosítani hálózati csatlakozási pontját • ideiglenes címe (Care-of Address) az MNP tartományából kerül ki • Mobile IPv6 vagy NEMO stack-et kell támogatnia Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Nested mobility • Egymásba ágyazott mobilitás („nested” jelleg): • akkor beszélhetünk ilyen esetekről, ha a mozgó hálózat hozzáférési hálózat is egyben, így a mobilitásnak egynél több szintje engedélyezett • a NEMO hozzáférési hálózatát igénybe vevő csomópont lehet egyszerű mobil csomópont (pl. IP alapú mobiltelefont használó utas beszáll a vonatba) • a NEMO hozzáférési hálózatát igénybe vevő csomópont lehet egy mobil router (pl. PAN-t használó utas beszáll a vonatba) Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Nested NEMO I. Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Nested NEMO II. • Egymásba ágyazott NEMO hálózatokról beszélünk, ha egy al-NEMO (sub-NEMO) hálózat egy másik mozgó hálózatot (szülő-NEMO vagy parent-NEMO) hozzáférési hálózatnak használva csatlakozik az Internethez • Mozgó hálózatok ilyen hierarchiái az n-szeres beágyazott NEMO hálózatok • root-NEMO: • a hierarchiában legfelül található upstream NEMO, ami az alatta elhelyezkedő NEMO-k számára Internet-hozzáférést biztosít • root-MR: a nested-NEMO mobil routere, mely az egész struktúrának biztosítja az Internet-hozzáférést • parent-NEMO: • upstream NEMO, ami a hierarchiában alatta elhelyezkedő NEMO-k számára Internet-hozzáférést biztosít • parent-MR: a parent-NEMO mobil routere(i) • sub-NEMO: • downstream NEMO, parent-NEMO hálózatok alárendelt hálózatai, melyek további mozgó hálózatoknak nem nyújtanak Internet-hozzáférést • sub-MR: a sub-NEMO mobil routere(i), a parent-NEMO-hoz csatlakozik Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Nested NEMO III. • Mélység (depth): egymásba ágyazott NEMO környezetben a mélység a sub-MR-ek számát jelenti (az MR-ek azon száma, melyen keresztül az MNN felől érkező csomagok elérik a root-MR-t) • A root-NEMO-hoz tartozó MNN 1 mélységben található • Több root-NEMO esetében mindegyik root-MR-hez külön mélységi értékek tartoznak Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Multihoming I. • „többotthonúság” • multihomed hoszt (pl. MNN): működéséhez több cím közül választhat • több prefix (multi-prefixed): több prefix kerül hirdetésre a hoszt linkjén/linkjein • több interfész (multi interfaced): a hoszt egy vagy több linken több interfészt is használhat • multihomed MR: működéséhez több cím közül választhat • több prefix (multi-prefixed): az MR egress interfésze által használt linken/linkeken több prefix kerül hirdetésre • több interfész (multi interfaced): az MR egy vagy több linken több egress interfészt is használhat Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Multihoming II. Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Multihoming III. • multihomed NEMO: mozgó hálózatok „többotthonúságáról” akkor beszélünk, ha • az MR multihomed • több MR működik a NEMO-ban Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO I. • Egymásba ágyazott „többotthonú” mozgó hálózatokról akkor beszélünk, ha • a root-MR multihomed • több root-MR található a nested struktúrában • hasított NEMO (split-NEMO): • a mozgó hálózat kettő vagy több részre hasadhat, ha MR-jeik egymástól elkülönítésre kerülnek Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO II. • Szemléltető példa: • alaphelyzet: • NEMO1 single-homed • NEMO2 multihomed • két érdekesebb forgatókönyv Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO III. • 1. forgatókönyv (MR2a csatlakozik AR1-hez): • NEMO1 alárendeltjévé válik a NEMO2 • NEMO1 lesz a root-NEMO és a parent-NEMO • NEMO2 tehát egy sub-NEMO lesz • MR1 lesz a létrejövő (aggregált) nested NEMO (azaz NEMO3) root-MR-je • MR2a lesz NEMO3 sub-MR-je • NEMO2 továbbra is multihomed • NEMO3 single-homed lesz, hiszen NEMO2 nem használható tranzit hálózatként NEMO1 számára Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO IV. • 2. forgatókönyv (MR1 csatlakozik AR2-höz): • NEMO2 alárendeltjévé válik a NEMO1 • NEMO2 lesz a root-NEMO és a parent-NEMO • NEMO1 tehát egy sub-NEMO lesz • MR2a és MR2b egyszerre lesz a létrejövő (aggregált) nested NEMO (azaz NEMO3) root-MR-je • MR1 lesz NEMO3 sub-MR-je • NEMO1 továbbra is single-homed • NEMO3 multihomed lesz Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – NEMO otthoni hálózat I. • Otthoni link (Home Link): az otthoni ügynök (HA) interfészéhez tartozó link, melyen az otthoni prefix (Home Prefix) van beállítva. Ha ez az interfész virtuális, akkor Virtuális otthoni linkről (Virtual Home Link) beszélünk. • Otthoni hálózat (Home Network): otthoni link + otthoni prefix • Otthoni cím (Home Address): előállítható az otthoni prefix és/vagy a mobil hálózati prefix (MNP) segítségével (általánosabb a MIPv6 esetnél!) • Mozgó otthoni hálózat (Mobile Home Network): olyan NEMO, mely otthoni hálózat is egyben • A MNP-t kezelő MR (vagy MR-ek egyike) az otthoni ügynöke a NEMO mobiljainak Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – NEMO otthoni hálózat II. • Elosztott otthoni hálózat (Distributed Home Network): hálózati részegységek (site-ok) között földrajzilag elosztott otthoni hálózat. Az aggregált otthoni prefixet a hálózati részek partícionálják és minden site-on hirdetésre kerülnek. Az egyes site-ok alagutazás és/vagy privát linkek segítségével kerülnek összekapcsolásra. Az inter- és intra-site kommunikációt routing protokollok segítik. • Mobil aggregált prefix (Mobile Aggregated Prexif - MAP): MNP-k aggregációjából keletkező prefix • Aggregált otthoni hálózat (Aggregated Home Network): a MAP-hoz tartozó otthoni hálózat Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – NEMO otthoni hálózat III. • Kiterjesztett otthoni hálózat (Extended Home Network): egy vagy több otthoni hálózat és NEMO aggregációjaként előálló otthoni hálózat, mely – a MIPv6 otthoni hálózatával ellentétben (ami egyetlen, nem osztható alhálózat) – alhálózatokra darabolható. Az ilyen hálózatokban az MR normál routing-ra támaszkodva csatlakoztatja otthoni linkhez a NEMO hálózatait. • Virtuális otthoni hálózat (Virtual Home Network): fizikailag nem létezik az otthoni link. Mobil Internet előadás BME-HIT

Terminológia – Protokollok • Hoszt mobilitást támogató protokoll: lehetővé teszi, hogy a mobil csomópontok és kommunikáló feleik közötti kapcsolatok ne szakadjanak meg a mobil csomópont hálózatváltása során • Hálózat mobilitást támogató protokoll: lehetővé teszi, hogy a mobil hálózati csomópontok és kommunikáló feleik közötti kapcsolatok ne szakadjanak meg a mobil router hálózatváltása során • NEMO alaptámogatás (NEMO Basic Support) • NEMO kiterjesztett támogatás (NEMO Extended Support) Mobil Internet előadás BME-HIT

Irodalom [] T. Ernst: “The Information Technology Era of the Vehicular Industry”, ACM SIGCOMM CCR, V36-I2, April 2006. [] D. Johnson, C. Perkins, J. Arkko: “Mobility Support in IPv6”, IETF RFC 3775, June 2004. [] V. Devarapalli, R. Wakikawa, A. Petrescu, P. Thubert: “Network Mobility (NEMO) Basic Support Protocol”, RFC 3963, January 2005. [] C. Ng, E. Paik, T.Ernst, M. Bagnulo: “Analysis of multihoming in network mobility support”, IETF RFC, October 2007. [] N. Montavont, T. Noel, T. Ernst: “Multihoming in Nested Mobile Networking”, IEEE SAINTW’04, pp 184-189, 2004. [] T. Ernst, H-Y. Lach: “Network Mobility Support Terminology”, IETF RFC 4885, July 2007. [] P. Thubert, R. Wakikawa, V. Devarapalli: “Network Mobility Home Network Models”, IETF RFC 4887, July 2007. []T. Ernst: “Network Mobility Support Goals and Requirements”, IETF RFC 4886, July 2007. [] E. Perera, V. Sivaraman, A. Seneviratne: “Survey on Network Mobility Support”, ACM SIGMOBILE CCR, V36-I2, April 2004. []Abley, J., Black, B., V. Gill: “Goals for IPv6 Site- Multihoming Architectures”, RFC 3582, August 2003. []T.Ernst: “Network Mobility Support in IPv6”, PhD's Thesis, Universite Joseph Fourier, Grenoble, France , October 2001. Mobil Internet előadás BME-HIT

Köszönöm a figyelmet! Mobil Internet előadás BME-HIT

BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév