Protocolos IP para la gestión de la macro y micro-movilidad

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación

David García Juan

Héctor Sala Gisbert

Índice

- Introducción

- Macromovilidad

- Micromovilidad

- Comparación

- Conclusiones

Introducción

- Necesidad de movilidad

- Nuevos dispositivos

• Teléfonos móviles

• PDA

• Teléfonos VoIP

- Gestionar cambios entre redes y subdominios

Introducción

- Dos conceptos:

• Macromovilidad

• Micromovilidad

- Problemas:

• Localización del terminal

• Traspaso de la comunicación

Introducción

-Protocolos a analizar:

• Mobile IP Macromovilidad

• Cellular IP y Hawaii Micromovilidad

Macromovilidad

-¿Qué es?

• Cambio entre dos dominios de redes

completamente diferentes

• Mobile IP es el protocolo empleado

• Proporcionar transparencia a nivel IP

Macromovilidad

- Componentes funcionales:

• MN Terminal. Peculiarmente dispone de dos

direcciones.

• CN Recibe los paquetes del MN cuando está

en una red diferente a la original.

Macromovilidad

- Componentes funcionales:

• HA Router de la red original del MN. Es el

encargado de encaminar los paquetes que tienen

por destino el MN. Mantiene información sobre

su posición

• FA Router de otra red diferente. Coopera con

el HA para proporcionar movilidad

Macromovilidad

- Componentes funcionales:

Macromovilidad

-Mobile IP define lo siguiente:

• Un procedimiento de registro, el MN informa al HA de su dirección care-of.

• ICMP Router Discovery, el cual permite que los nodos móviles descubran HA y FA.

• Las reglas para enrutar paquetes hacia y desde nodos móviles

Macromovilidad

- Funcionamiento:

• El MN tiene 2 direcciones , una permanente

(home) y una dirección de cuidado (care-of

address), asociada con la red que está visitando

• El HA almacena información sobre el MN cuya

dirección permanente es la de la red del agente.

Macromovilidad

- Funcionamiento:

• EL FA almacena información sobre cada nodo

móvil visitado en su red. Los agentes externos

también cuidan la dirección que está siendo usada

por el móvil IP

Macromovilidad

- Funcionamiento:

• Un nodo esperando comunicarse con el MN usa

su dirección inicial para enviar paquetes.

• Son interceptados por el HA, usa encapsulación

IP con encaminado automático para asegurar que

los datagramas se encaminan a la verdadera

dirección IP que se esté usando en ese momento.

Macromovilidad

- Funcionamiento:

• Los paquetes a MN llevan la dirección con un

nuevo encabezado IP, preservando el IP del

encabezado original.

• Los paquetes son encapsulados en el final del

túnel para remover el encabezado IP añadido y

entregado por el MN.

Macromovilidad

- Funcionamiento:

• Cuando actúa como emisor, el MN envía

paquetes directo al nodo comunicador a través del

FA.

• El FA podría emplear reverse tunneling por el

túnel de los paquetes del nodo hasta el HA el cuál

alternadamente los remite al nodo que se

comunica.

Macromovilidad

- Triangular routing:

• Cualquier paquete enviado a la home address

del MN será recibido por su HA.

• Este reenviará los paquetes, formando un túnel,

a la care-of address del MN. Este túnel es

bidireccional.

Macromovilidad

- Triangular routing:

• Cuando el MN envía un paquete, primero lo

manda, utilizando el túnel, al HA quien lo

desencapsula, obteniendo el mensaje original, y

lo reenvía hacia su destino final.

Macromovilidad

- Triangular routing:

Macromovilidad

- Triangular routing:

• Ineficiente

• Todo el tráfico entre el MN y el CN debe pasar

por el HA. Si el HA falla, todas las conexiones se

pierden.

• Si el MN y el CN se encuentren en la misma red

el tráfico seguiría pasando por el HA

Macromovilidad

-IPv4 vs IPv6

• En la fase del diseño del protocolo IPv6 se

tuvo en cuenta la movilidad y está integrada en

el protocolo, en el caso de IPv4 es un parche

posterior

Macromovilidad

-IPv4 vs IPv6

• En Mobile IPv4 se requiere un rango de

direcciones por cada FA, en Mobile IPv6 no son

necesarios los FA, para ello se usa la auto

configuración de direcciones y el descubrimiento

de "vecinos", características de IPv6.

Macromovilidad

-IPv4 vs IPv6

• El triangle routing es ineficiente, Mobile IPv6

lo evita.

•  Los paquetes en Mobile IPv4 desde el Home

Agent hasta el Mobile Node deben ir

encapsulados, y en IPv6 ya no es necesario.

Macromovilidad

-IPv4 vs IPv6

• Problemas con los Firewalls en Mobile IPv4.

• Para IPv4 se genera una excesiva señalización.

• El tiempo de handoff degrada la comunicación,

siendo este mayor para Mobile IPv4 que para

IPv6

Micromovilidad

-¿Qué es?

• Movimiento de los nodos móviles

dentro de un mismo dominio.

• Para Macromovilidad Mobile IP.

• Las características de Mobile IP

hacen que no sea del todo

eficiente.

Micromovilidad

-Limitaciones Mobile IP

• Proceso de registro puede ser

demasiado lento.

• Requiere una gran cantidad de

direcciones IP.

• Dificultad para mantener Qos

(Quality Services).

Micromovilidad

- Objetivo: Superar limitaciones de Mobile

IP.

• Limitar interrupciones en el flujo de datos

durante el Handover.

• Aumentar eficiencia en el uso de la red.

• Mejora de la escalabilidad.

• Soporte para QoS.

Micromovilidad

- Soluciones

• Movilidad a dentro del dominio transparente

al HA.

• Uso de direcciones privadas dentro del

dominio.

• Reserva de recursos sólo en cambio de

dominio, menor retraso.

Micromovilidad

Cellular IP

- Introducción

• Desarrollado en la Universidad de Columbia.

• Soporte de movilidad para áreas geográficas limitadas.

• Incorpora principios de los sistemas celulares.

Micromovilidad

Cellular IP

-Elementos funcionales

• MA → Agente de Movilidad: Pasarela a la red IP y

Foreign Agent de Mobile IP para macromovilidad.

• BS → Estación Base: Actúan como punto de acceso

inalámbrico, encaminan los paquetes IP e integran las

funciones de contro de celda.

• A partir de MA, igual que Mobile IP.

Micromovilidad

Micromovilidad

Cellular IP

-Funcionamiento

• El HA envía los paquetes a través de tunnelling hacia

el MA.

• El MA desencapsula los paquetes originales y los

dirige a las estaciones base.

• Los paquetes se identifican mediante su Home

Address, por lo que se encaminan sin conversión de

dirección o encapsulamiento.

Micromovilidad

Cellular IP

-Funcionamiento

• La gestión de la localización del MN y el soporte del

Handover integrados junto al encaminamiento.

• Periódicamente el MA envía por difusión un mensaje

que inunda únicamente el dominio.

• Las BS registran el interfaz por el que les llega dicho

mensaje para encaminar los paquetes que el MN envía

hacia el MA.

Micromovilidad

Cellular IP

-Funcionamiento

• Los paquetes de datos del MN son utilizados para su

localización.

• En su ruta hacia el MA, las BS registran el camino

para encaminar los paquetes que viajen hacia el MN.

• Si no hay refresco, el BS elimina la ruta.

• Si el MN quiere mantener la ruta pero no tiene

paquetes de datos, envía un mensaje vacío.

Micromovilidad

Cellular IP

-Handover

• Sistema utilizado en comunicaciones móviles

celulares con el objetivo de transferir el servicio de

una BS a otra cuando la calidad del enlace es

insuficiente.

• Tres tipos en Cellular IP: Hard Handover, Soft

Handover e Indirect Handover.

Micromovilidad

Cellular IP

-Hard Handover

• No se garantiza la entrega de todos los paquetes.

• El MN escucha las señales de aviso (beacons) de las

BS y en función de su potencia, decide cuándo hacer

el handover.

• Cúando lo hace, envía un paquete de actualización

de ruta a través de la nueva BS, creando una nueva

ruta.

Micromovilidad

Micromovilidad

Cellular IP

-SemiSoft Handover• Supone que los MN se pueden comunicar con las dos BS.

• El MN le comunica a la BS su intención de cambiarse, éste

mensaje asciende hasta el nodo de cruce creando la nueva

ruta.

• El nodo de cruce continúa enviando paquetes a la antigua BS.

• Tras un tiempo, el MN inicia Handover duro.

• Durante un intervalo de tiempo ambas BS reciben los

paquetes, minimizando las pérdidas.

Micromovilidad

Cellular IP

-Indirect Handover

• No todas las tecnologías permiten comunicación

simultánea con dos BS.

• El MN comunica a la oBS su deseo de cambiarse

mediante un paquete con la IP de la nBS, que ésta

reenvía.

• La nBS envía un paquete de actualización de ruta

hacia la red con la dirección del MN.

Micromovilidad

HAWAII

-Introducción

• Handover-Aware Wireless Access Internet

Infraestructure.

• Propuesto por Lucent Bell en 1999.

• Protocolo para micromovilidad.

• Se apoya en Mobile IP para macromovilidad.

Micromovilidad

HAWAII

-Introducción

• Principios similares. a Cellular IP.

• Esquemas de establecimiento de rutas que actualizan

las tablas de encaminamiento de los routers del

dominio.

• Cellular IP se basa en una pasarela que actúa como FA

desencapsula los paquetes.

Micromovilidad

HAWAII

-Introducción

• En HAWAII el MN obtiene una Co-located Address

que mantiene durante su estancia en el dominio y los

paquetes son enrutados directamente.

Micromovilidad

HAWAII

-Funcionamiento

• Arquitectura de red formada por dominios.

• BS con esquema jerárquico y capacidad de

encaminamiento.

• DRR → Domain Root Router: Se encuentra en la

parte superior de la jerarquía y actúa cómo pasarela a

Internet.

Micromovilidad

HAWAII

-Funcionamiento• Mientras el MN se encuentra en su dominio los paquetes se

encaminan hacia el DRR con el identificativo de subred del

dominio.

• Cuando el MN cambia de dominio, obtiene una Colocated Care-

of Address.

• El HA utilizará esta dirección para enviar los paquetes mediante

tunnelling.

• El MN no necesita cambiar la dirección mientras siga en el

mismo dominio.

Micromovilidad

HAWAII

-Funcionamiento

• Gestión de los MN similar a Cellular IP, mecanismo

hop-by-hop.

• Cada estación tiene una tabla que indica dónde

encaminar los paquetes de cada MN.

• Para establecer y mantener las rutas 3 tipos de

mensajes: Establecimiento (Power-up), Actualización

(Update) y Refresco (Refresh).

Micromovilidad

HAWAII

-Funcionamiento• Cuando un MN cambia de dominio, manda un mensaje de

establecimiento.

• Las BS en el camino hacia el DRR crean una nueva entrada en

sus tablas.

• El resto de BS no conocen la existencia del nuevo MN en el

dominio.

• Para mantener la conectividad, el MN manda mensajes de

Actualización, que actualiza las tablas de las BS.

Micromovilidad

HAWAII

- Handover

• Por Redireccionamiento: Envío por múltiples

flujos (MSF) y Envío por un único flujo (SSF).

• Sin Redireccionamiento: Transmisión Unicast Sin

Redireccionamiento (UNF) y Transmisión

Multicast Con Redireccionamiento (MNF).

Micromovilidad

HAWAII

- Envío por múltiples flujos

• oBS se comunica con la nBs y le transmite

paquetes que tenga almacenados.

• Es posible que lleguen paquetes desordenados.

Micromovilidad

HAWAII

- Envío por un único flujo• Intenta que los paquetes lleguen de forma ordenada.

• La oBS informa al nodo de cruce cuando ha finalizado.

• Posteriormente el nodo de cruce envía los paquetes.

• Los routers han de incorporar un campo adicional que indica

el interfaz que por el que se recibe el paquete.

Micromovilidad

HAWAII

- Transmisión Unicast Sin Redireccionamiento

• No hay flujo de datos entre las BS.

Minimiza las pérdidas durante el Handover.

• El MN es capaz de comunicarse simultáneamente

con ambas BS.

- Transmisión Multicast Sin Redireccionaniento

• El Nodo de Cruce transmite durante un período de

tiempo los paquetes a ambas BS.

Conclusiones• Mobile IP estándar para macromovilidad.

• Puntos débiles para micromovilidad.

• Protocolos específicos para micromovilidad

superan estas debilidades.

• Cellular IP y HAWAII más extendidos.

• Ambos confían en Mobile IP para

macromovilidad.

• Escalabilidad: Soluciones para micro y macro

comparten elementos funcionales.