Capitolo 6: sommario. Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali Wireless, IEEE wireless LANs ( wi-fi ) Cellular Internet Access

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1 6: Wireless and Mobile 6-1 Capitolo 6: sommario Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali Wireless, CDMA IEEE wireless LANs ( wi-fi ) Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM) Mobilità Principi: indirizzamento e routing per utenti mobili Mobile IP Gestione mobilità in reti cellulari Mobilità e protocolli di alto livello

2 Cos è la mobilità? La prospettiva del livello di rete no mobilità Alta mobilità L utente resta nella stessa rete wireless di accesso L utente si sposta in diverse reti di accesso e chiude la connessione quando cambia rete L utente si sposta in diverse reti di accesso senza chiudere le connessioni attive (come nei sistemi cellulari) 6: Wireless and Mobile 6-2

3 Mobilità: terminologia home network(rete domestica): rete abituale dell utente mobile (e.g., /24) home agent(agente domestico): etità che realizza le funzioni di mobilità per conto del terminale mobile, quando questo è connesso altrove Permanent address: indirizzo permanente della home network, su cui l utente mobile può essere sempre raggiunto e.g., wide area network Correspondent (corrispondente) mobile: terminale mobile 6: Wireless and Mobile 6-3

4 Mobilità: terminologia Permanent address: rimane invariato (e.g., ) Care-of-address: indirzzo presso la visited network. (e.g., 79, ) visited network: rete alla quale è attualmente connesso il mobile (e.g., /24) wide area network correspondent: entitè che vuole comunicare con il mobile foreign agent (agente ospite): entità nella visited network, che realizza le funzioni di mobilità per conto del mobile 6: Wireless and Mobile 6-4

5 Come contatti un utente mobile? Considera un amico che cambia sovente indirizzo, come lo contatti? Cerchi nelle pagine gialle di tutto il mondo? Chiami i suoi parenti? Dove sarà Alice? Aspetti che si faccia vivo lui e ti faccia sapere dov è? 6: Wireless and Mobile 6-5

6 Mobilità: approcci Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo scambio delle usuali tabelle di routing. Le tabelle di routing indicano dove si trova ciascun mobile. Nessun cambiamanto agli end-systems Se ne occupano gli end-systems: Routing indiretto: le comunicazioni tra correspondent e mobile passano sempre attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni verso il mobile). Routing diretto: il correspondent ottiene il foreign address del mobile, e inoltra i messaggi direttamente al mobile. 6: Wireless and Mobile 6-6

7 Mobilità: approcci Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo scambio delle usuali Non scalabile tabelle a di routing. Le tabelle di routing milioni di indicano nodi dove si trova ciascun utente mobile. Nessun cambiamanto agli end-systems Se ne occupano gli end-systems: Routing indiretto: le comunicazioni tra correspondent e mobile passano sempre attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni verso il mobile). Routing diretto: il correspondent ottiene il foreign address del mobile, e inoltra i messaggi direttamente al mobile. 6: Wireless and Mobile 6-7

8 Mobilità: registrazione home network visited network 2 wide area network foreign agent contatta lo home agent: questo mobile è attualmente residente presso la mia rete Risultato: visitare Il foreign agent è consapevole della presenza del mobile Lo Home agent conosce la nuova locazione del mobile 6: Wireless and Mobile mobile contatta il foreign agent della visited network che si appresta a

9 6: Wireless and Mobile 6-9 Mobilita via Routing indiretto home network correspondent indirizza i pacchetti sulla base dello home address del mobile home agent interccetta i pacchetti e li inoltra verso il foreign agent 1 wide area network 2 foreign agent riceve i pacchetti, e li inoltra verso il mobile 4 3 visited network mobile risponde direttamente al correspondent

10 Routing indiretto: commenti Mobile usa due indirizzi: permanent address: usato dal correspondent (quindi la locazione del mobile è trasparente al correspondent) care-of-address: usato dallo home agent per inoltrare datagrammi al mobile Le funzionalità del foreign agent possono essere realizzate dal mobile stesso Routing triangolare: correspondent-home-network-mobile Inefficente quando correspondent e mobile sono nella medesima rete 6: Wireless and Mobile 6-

11 6: Wireless and Mobile 6- Routing indiretto: muoversi tra le reti Quindi quando un utente mobile si muove verso un altra rete Si registra presso un nuovo foreign agent Il nuovo foreign agent comunica la registrazione allo home agent del mobile Lo home agent aggiorna il care-of-address del mobile I pacchetti continuano ad essere inoltrati verso il mobile (ma con il nuovo care-of-address) La mobilità cambia le foreign networks in modo trasparente: le connessioni attive sono mantenute attive!

12 6: Wireless and Mobile 6- Mobilità via Routing diretto home network Il correspondent può quindi inoltrare direttamente al foreign agent Il foreign agent riceve i pacchetti, e li inoltra presso il mobile 4 visited network Alle richieste del correspondent, viene risposto con il foreign address del mobile 2 1 wide area network 3 4 Il mobile risponde direttamente al correspondent

13 Mobilità via Routing diretto: commenti Risolve il problema del routing triangolare Non è trasparente per il correspondent: il correspondent deve conoscere il care-ofaddress dallo home agent Cosa succede se il mobile cambia la rete visitata? 6: Wireless and Mobile 6-

14 6: Wireless and Mobile 6- Gestire la mobilità con il routing diretto Anchor foreign agent: è il FA della prima rete visitata I dati sono sempre inoltrati per prima cosa allo anchor FA Quando il mobile si muove: il nuovo FA fa in modo che i dati gli vengano inoltrati dal vecchio FA (catena) correspondent wide area network 1 correspondent agent anchor foreign agent new foreign agent foreign net visited at session start 2 new foreign network

15 6: Wireless and Mobile 6- Capitolo 6: sommario Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali Wireless, CDMA IEEE wireless LANs ( wi-fi ) Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM) Mobilità Principi: indirizzamento e routing per utenti mobili Mobile IP Gestione mobilità in reti cellulari Mobilità e protocolli di alto livello

16 Mobile IP RFC 3220 Realizza molte delle funzionalità che abbiamo visto home agents, foreign agents, foreign-agent registration, care-of-addresses, incapsulamento (un pacchetto all interno di un altro pacchetto) Tre componenti sono sandardizzate: Routing indiretto dei datagrammi Agent discovery Registrazione presso lo home agent 6: Wireless and Mobile 6-

17 Mobile IP: routing indiretto Pacchetto inviato dallo home agent al foreign agent: incapsulamento Pacchetto dal foreign-agent-almobile dest: dest: dest: Permanent address: dest: Pacchetto inviato dal correspondent Care-of address: : Wireless and Mobile 6-

18 Mobile IP: agent discovery agent advertisement: gli agenti foreign/home rendono noti i servizi attraverso il broadcasting di messggi ICMP (typefield = 9) H,F bits: home e/o foreign agent type = 9 code = 0 = 9 router address checksum = 9 standard ICMP fields R bit: registrazione richiesta R: registration is required B: no more additional registration H: is a home agent F: is a foreign agent M, G: types of tunneled datagram it can handles type = 16 registration lifetime length sequence # RBHFMGV bits 0 or more care-ofaddresses reserved mobility agent advertisement extension 6: Wireless and Mobile 6-

19 6: Wireless and Mobile 6- Mobile IP: esempio di registrazione home agent HA: foreign agent COA: ICMP agent adv. COA: visited network: /24 Mobile agent MA: registration req. COA: HA: MA: Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format. registration req. COA: HA: MA: Lifetime: 9999 identification:714. registration reply time HA: MA: Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format. registration reply HA: MA: Lifetime: 4999 Identification: 714.

20 6: Wireless and Mobile 6- Capitolo 6: sommario Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali Wireless, CDMA IEEE wireless LANs ( wi-fi ) Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM) Mobilità Principi: indirizzamento e routing per utenti mobili Mobile IP Gestione mobilità in reti cellulari Mobilità e protocolli di alto livello

21 6: Wireless and Mobile 6- Componenti di un architettura cellulare ricorda: Rete telefonica cablata correspondent MSC MSC MSC MSC MSC Differenti reti cellulari gestite da diversi operatori

22 6: Wireless and Mobile 6- Gestire la mobilità nelle reti cellulari home network: rete dell operatore (e.g., TIM, Vodafone, WIND, TRE) home location register (HLR): database nella home network che contiene il numero di telefono, informazioni di profilazione (servizi, preferenze, billing), informazioni sull attuale posizione dell utente (può essere presso un altra rete) visited network: la rete presso cui attualmente si trova il mobile visitor location register (VLR): database che contiene gli utenti attualmente presenti nella rete

23 6: Wireless and Mobile 6- Tocchiamo con mano MSC

24 MODEM Bluetooth hcitool scan spdtool browse Edit /etc/bluetooth/rfcomm.conf sudo /etc/init.d/bluetooth restart sudo /dev/rfcomm0 minicom -s 6: Wireless and Mobile 6-

25 GSM: routing indiretto verso il mobile Home MSC consulta HLR per ottenere il riferimento del mobile presso la rete visitata HLR home network home Mobile Switching Center VLR 2 Mobile Switching Center 3 correspondent 1 Chiamata instradata verso home network Public switched telephone network mobile user 4 visited network home MSC imposta la seconda tratta della connessione verso lo MSC della rete visitata Il MSC nella rete visitata completa Il circuito dalla BSS al mobile 6: Wireless and Mobile 6-

26 6: Wireless and Mobile 6- GSM: handoff sullo stesso MSC old BSS VLR old routing Mobile Switching Center new routing new BSS Scopo dello Handoff: instradare le chiamate attraverso una nuova base station (senza interruzioni) Ragioni per l handoff: Segnale + forte verso/da nuove BSS (garantiscce connettività, minor consumo energetico) load balance: libera canali della BSS attuale GSM non indica esplicitamente le ragioni per cui effetuare handoff (politiche), solo come (meccanismo)

27 GSM: handoff sullo stesso MSC old BSS 1 VLR 8 Mobile Switching Center new BSS 1. La vecchia BSS informa lo MSC di un imminente handoff, e fornisce la lista di 1+ nuove BSSs 2. MSC instaura l instradamanto (alloca risorse) verso la nuova BSS 3. La nuova BSS alloca i canali radio per il mobile 4. La nuova BSS segnala allo MSC che è pronta e questo a sua volta lo comunica alla vecchia BSS 5. La vecchia BSS attiva il mobile per effettuare handoff (il mobile non consce il canale radio) 6. Il mobile e la nuova BSS si scambiano i messaggi per completare l assegnazione del canale 7. Il mobile comunica alla nuova BSS che a sua volta lo comunica allo MSC che l handoff è completo. MSC ridireziona le chiamate 8 MSC-vecchia-BSS rilascia le risorse 6: Wireless and Mobile 6-

28 6: Wireless and Mobile 6- GSM: handoff tra MSC distinti Un mobile si sposta in una BS che è associata ad un differente MSC rispetto a quello della vecchia BS home network Home MSC anchor MSC MSC MSC PSTN correspondent MSC (a) before handoff MSC di appoggio (anchor): MSC visitato dal mobile quando vengono inizializzate le chiamate Non cambia durante la chiamata Indipendentemente dal numero di trasferimenti inter-msc: Home MSC anchor MSC MSC visitato IS-41 prevede un passo opzionale di ottimizzazione per accorciare le catene multi-msc

29 6: Wireless and Mobile 6- GSM: handoff tra MSC distinti home network Home MSC anchor MSC MSC correspondent PSTN MSC MSC (b) after handoff MSC di appoggio (anchor): MSC visitato dal mobile quando vengono inizializzate le chiamate Non cambia durante la chiamata Indipendentemente dal numero di trasferimenti inter-msc: Home MSC anchor MSC MSC visitato IS-41 prevede un passo opzionale di ottimizzazione per accorciare le catene multi-msc

30 6: Wireless and Mobile 6- Mobilità: GSM rispetto al Mobile IP GSM element Home system MSC home, HLR Visited System Visited Mobile services Switching Center. Visitor Location Record (VLR) Mobile Station Roaming Number (MSRN), or roaming number Comment on GSM element Rete del numero di telefono permanente MSC home: fornisce indirizzi d instradamento verso l utente mobile. HLR: database che contiene I numeri di telefono permanenti, informazioni sul profilo utente e commerciali, localizzazione dell utente mobile Rete di temporanea residenza MSC visitato: imposta le chiamate da e per un nodo mobile nelle sue celle. VLR: database temporaneo (del sistema visitato) con varie informazioni sugli utenti in visita Indirizzo utilizzabile per una chiamata telefonica tra MSC domestico e MSC visitato (invisibile all agente mobile e al corrispondente) Mobile IP element Home network Home agent Visited network Foreign agent Care-ofaddress

31 6: Wireless and Mobile 6- Mobilità wireless: impatto sui protocolli dei livelli superiori Logicamente, l impatto dovrebbe essere minimale Il modello di servizio best-effort rimane inalterato TCP and UDP devono poter funzionare sul wireless mobile ma per quel che riguarda le prestazioni: packet loss/delay a causa dei bit-errors (pacchetti scartati, ritardi per le ritrasmissioni), e handoff TCP interpreta la perdita come congestione, diminuisce la finestra di congestioni anche se non necessario Difficoltà per il traffico real-time a causa del ritardo di link Banda limitata del link wireless