BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév Mobil Internet 7. előadás – Mozgó hálózatok alaptámogatása (NEMO Basic Support) Bokor László

Az előadások a következő témára: "BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév Mobil Internet 7. előadás – Mozgó hálózatok alaptámogatása (NEMO Basic Support) Bokor László"— Előadás másolata:

1 BME Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 tavaszi félév Mobil Internet 7. előadás – Mozgó hálózatok alaptámogatása (NEMO Basic Support) Bokor László bokorl@hit.bme.hu

2 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 2 Kivonat Egy kis ismétlés NEMO vs MANET A NEMO támogatásról általánosságban –A probléma bemutatása –Tervezési megfontolások NEMO Basic Support –Működés –Problémák Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek

3 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 3 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!

4 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 4 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!

5 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 5 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

6 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 6 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

7 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 7 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 is MObile” ) –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

8 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 8 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

9 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 9 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! NEMO támogatás – Mi a probléma? 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

10 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 10 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)

11 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 11 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.)

12 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 12 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/)

13 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 13 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

14 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 14 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

15 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 15 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

16 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 16 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

17 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 17 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))

18 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 18 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.

19 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 19 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!

20 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 20 NEMO Basic Support – Általános működés II. 2001:738:2001:2088::/64 MR-HoA 2001:738:2001:2088::eui64/64 MNP 2001:738:2001:2089::/64 LFN címe 2001:738:2001:2089::eui64/64 MR-CoA 3ffe:ffff:fe3:8000::eui64/64 3ffe:ffff:fe3:8000::/64 Binding Update Binding Cache: 2001:738:2001:2088::eui64/64 – MR-CoA 2001:738:2001:2089::/64 – MR-CoA

21 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 21 NEMO Basic Support – MR működése 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)

22 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 22 NEMO Basic Support – MR működése 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

23 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 23 NEMO Basic Support – MR működése 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

24 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 24 NEMO Basic Support – HA működése 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.

25 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 25 NEMO Basic Support – HA működése 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)

26 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 26 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

27 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 27 NEMO Basic Support – Módosított DHAAD II. Módosított HA Information Option: –„R” flag jelzi, ha a HA támogatja a NEMO szabványt

28 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 28 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!

29 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 29 NEMO Basic Support – Problémák II. Binding Update „vihar”!

30 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 30 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

31 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 31 NEMO Basic Support – Problémák IV.

32 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 32 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

33 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 33 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)

34 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 34 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)

35 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 35 NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek II. E-Bicycle (Franciaország) –versenyző teljesítményének és egészségi állapotának monitorozása –demonstráció a 2006-os Tour de France-on

36 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 36 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

37 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 37 NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek IV. ANEMONE (Advanced Next gEneration Mobile Open NEtwork - EU projekt) –páneurópai teszthálózat IPv6 alapú mobilitási protokollok vizsgálatára BME (Hungary) CRES (Italy) ENST-Bretagne (France) INRIA (France) Thales Comm. (France) VTT (Finland)

38 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 38 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.)

39 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 39 NEMO Basic Support – Gyakorlati alkalmazások, tesztrendszerek VI. CVIS (Cooperative vehicle- infrastructure systems – EU projekt) –Kooperatív Jármű- Infrastruktúra Rendszerek –CALM szabványrendszeren alapul –IPv6 és NEMO

40 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 40 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 Protocol Interoperability 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/

41 2009.03.06 Mobil Internet előadás BME-HIT 41 Köszönöm a figyelmet!