BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév Mobil Internet 6. előadás – Mozgó hálózatok alapfogalmai (NEtwork MObility) Bokor László

Az előadások a következő témára: "BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév Mobil Internet 6. előadás – Mozgó hálózatok alapfogalmai (NEtwork MObility) Bokor László"— Előadás másolata:

1 BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév Mobil Internet 6. előadás – Mozgó hálózatok alapfogalmai (NEtwork MObility) Bokor László bokorl@hit.bme.hu

2 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 2 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

3 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 3 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

4 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 4 Mindenütt jelenlévő (ubiquitous) Internet II.

5 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 5 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

6 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 6 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! Egy kis ismétlés II.

7 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 7 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 )

8 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 8 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 Hoszt mobilitás vs. hálózat mobilitás II.

9 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 9 NEMO nyomában NEMO – „a NEtwork that is MObile” (MNet) (jelzős szerkezet, egy speciális típusú hálózatot jelent) NEMO – „NEtwork MObility” (fogalom, a koncepciót magát jelenti) Továbbá:

10 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 10 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)

11 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 11 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

12 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 12 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

13 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 13 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

14 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 14 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

15 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 15 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)

16 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 16 Terminológia - Architekturális elemek II.

17 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 17 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 Terminológia - NEMO

18 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 18 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 Terminológia - MR

19 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 19 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 Terminológia – MNP

20 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 20 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 Terminológia – MNN, LFN

21 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 21 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

22 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 22 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) Terminológia – Nested mobility

23 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 23 Terminológia – Nested NEMO I.

24 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 24 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 Terminológia – Nested NEMO II.

25 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 25 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 Terminológia – Nested NEMO III.

26 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 26 „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 Terminológia – Multihoming I.

27 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 27 Terminológia – Multihoming II.

28 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 28 multihomed NEMO: mozgó hálózatok „többotthonúságáról” akkor beszélünk, ha –az MR multihomed –több MR működik a NEMO-ban Terminológia – Multihoming III.

29 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 29 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 Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO I.

30 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 30 Szemléltető példa: –alaphelyzet: NEMO1 single- homed NEMO2 multihomed –két érdekesebb forgatókönyv Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO II.

31 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 31 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 Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO III.

32 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 32 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 Terminológia – Egymásba ágyazott, multihomed NEMO IV.

33 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 33 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 Terminológia – NEMO otthoni hálózat I.

34 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 34 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 Terminológia – NEMO otthoni hálózat II.

35 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 35 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. Terminológia – NEMO otthoni hálózat III.

36 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 36 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)

37 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 37 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.

38 2009.03.04 Mobil Internet előadás BME-HIT 38 Köszönöm a figyelmet!