Capítulo 3 Estrutura de Tópicos

Transcrição

1 PTC Aula Acesso a Internet por celular 3.5 Gerenciamento de Mobilidade: Princípios (Kurose, p ) (Peterson, p ) 12/05/2017 Muitos slides adaptados com autorização de J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

2 Capítulo 3 Estrutura de Tópicos 3.1 Introdução Sem fio 3.2 Enlaces sem fio, características CDMA 3.3 LANs sem fio IEEE ( Wi-Fi ) 3.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., 3G, LTE) Mobilidade 3.5 Princípios: endereçamento e roteamento de usuários móveis 3.6 Mobile IP 3.7 Tratamento da mobilidade em redes celulares 3.8 Mobilidade e protocolos de camadas mais altas 3.9 Resumo Redes Móveis e Sem Fio 6-2

3 Componentes da arquitetura de uma rede celular Terminologia dos padrões GSM (Global System for Mobile Communications) 90% do mercado mundial célula cobre região geográfica estação base (BS) análogo ao AP do usuários móveis conectam-se à rede através da BS ar-interface: protocolo das camadas de enlace e física entre móvel e BS MSC conecta células à rede tel. cabeada gerencia configuração de chamada (mais adiante!) lida com mobilidade (mais a seguir!) Mobile Switching Center Mobile Switching Center Rede telefônica comutada pública PSTN rede cabeada Redes Móveis e Sem Fio 6-3

4 Redes celulares: o primeiro salto 2 técnicas para compartilhar espectro de rádio móvel para BS FDMA/TDMA combinado (2G): divide espectro em canais de frequência, divide cada canal em slots de tempo CDMA (3G): acesso múltiplo por divisão de código faixas de frequência 1G: FDMA analógicos (apenas voz) 2G: voz digital 2.5G: extensão para dados 3G: Mais dados que voz 4G: LTE all IP / OFDM / MIMO Futuro: 5G ou Wi-Fi? slots de tempo Redes Móveis e Sem Fio 6-4

5 Padrões de rede celular Redes sem-fio e móveis 6-5

6 Arquitetura de rede 2G (voz) Sistema da Estação Base (BSS) BTS BSC MSC G Gateway MSC Rede telefônica pública Legend BTS Transmite e recebe sinais BSC Alocação de canais, handoff, paging MSC autorização e cobrança ( assinantes por MSC) Base transceiver station (BTS) Base station controller (BSC) Mobile Switching Center (MSC) Assinantes Móveis Redes Móveis e Sem Fio 6-6

7 Arquitetura de rede 3G (UMTS) radio network controller MSC G Gateway MSC Rede telefônica pública Visão chave: nova rede de dados celular opera em paralelo (exceto na borda) com rede de voz celular inalterada no núcleo rede de dados opera em paralelo Padrões da 3GPP ( GPRS Generalized Packet Radio Service Estrutura do núcleo da rede SGSN interage com MSC autorização e handoff GGSN roteador visível pela internet pública SGSN G GGSN Internet pública Serving GPRS Support Node (SGSN) Gateway GPRS Support Node (GGSN) Redes Móveis e Sem Fio 6-7

8 Arquitetura de rede 3G (voz+dados) radio network controller MSC G Gateway MSC Rede telefônica pública SGSN G Internet pública GGSN interface rádio (WCDMA, HSPA) rede de acesso via rádio Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) núcleo da rede General Packet Radio Service (GPRS) Internet pública Redes Móveis e Sem Fio 6-8

9 Arquitetura de rede 3G x 4G LTE 3G radio network controller MSC G Rede Telefônica Pública Gateway MSC SGSN G Internet Pública GGSN 4G-LTE MME HSS G G Internet Pública Rede de acesso via rádio Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Evolved Packet Core (EPC) S-GW P-GW Wireless and Mobile Networks 7-9

10 4G: diferenças em relação ao 3G Núcleo all IP: pacotes IP da estação base até roteador gateway tanto dados quanto controle Sem separação entre voz e dados todo o tráfego carregado sobre núcleo IP até gateway UE (user equipment) enodeb (base station) Mobility Management Entity (MME) Home Subscriber Server(HSS) Serving (como HLR+VLR) Gateway HSS (S-GW) MME Packet Data Network Gateway (P-GW) Rede de acesso via radio Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) data Evolved Packet Core (EPC) G S-GW G P-GW Public Internet Wireless and Mobile Networks 7-10

11 Divisão funcional entre principais components LTE Lida com transições ativo/inativo dos UE Pagina UE Estabelece túnel enodeb-p-gw (portador) Lida com informações sobre UE inativo para melhorar QoS Wireless and Mobile Networks 7-11

12 Radio+Túneis: UE enodeb P-GW Pacote IP do UE encapsulado em mensagem de protocolo de tunelamento GPRS (GTP) em ENodeB Mensagem GTP encapsulada em UDP, então encapsulada em IP. Pacote IP endereçado ao S-GW UE enodeb G S-GW G P-GW túnel Rede radio de camada de enlace Wireless and Mobile Networks 7-12

13 Qualidade de Service (QoS) no LTE QoS do enodeb até o S-GW: garantia de mínima e máxima taxa de bit QoS na rede de acesso a rádio: um de 12 valores QCI Wireless and Mobile Networks 7-13

14 Mais informações sobre LTE Lista de Países por cobertura 4G Artigo da Motorola Histórico

15 Capítulo 3 Estrutura de Tópicos 3.1 Introdução Sem fio 3.2 Enlaces sem fio, características CDMA 3.3 LANs sem fio IEEE ( Wi-Fi ) 3.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., 3G, LTE) Mobilidade 3.5 Princípios: endereçamento e roteamento de usuários móveis 3.6 Mobile IP 3.7 Tratamento da mobilidade em redes celulares 3.8 Mobilidade e protocolos de camadas mais altas 3.9 Resumo Redes Móveis e Sem Fio 6-15

16 O que é mobilidade? variedades de mobilidade, de uma perspectiva da rede: sem mobilidade alta mobilidade usuário sem fio móvel, usando mesmo ponto de acesso usuário móvel, conectando/ desconectando de redes usando DHCP. usuário móvel, passando por múltiplos pontos de acesso enquanto mantém conexões em curso (como telefone celular) Redes Móveis e Sem Fio 6-16

17 Mobilidade: vocabulário rede nativa (home network): lar permanente do móvel (e.g., /24) agente nativo (HA Home Agent): entidade que realizará funções de mobilidade em nome do móvel, quando móvel estiver remoto endereço permanente: endereço na rede nativa, pode sempre ser usada para alcançar móvel e.g., rede de área ampla Redes Móveis e Sem Fio 6-17

18 Mobilidade: mais vocabulário endereço permanente: permanece constante (e.g., ) endereço aos cuidados de (COA Care-Of- Address): endereço na rede visitiada. (e.g., 79, ) rede visitada (foreign network): rede em que o móvel reside no momento (e.g., /24) correspondente: quer se comunicar com móvel rede de área ampla agente externo (FA foreign agent): entidade na rede visitada que realiza as funções de mobilidade em nome do móvel Redes Móveis e Sem Fio 6-18

19 Como você cantata um amigo móvel? Considere uma amiga que muda de endereço frequentemente. Como encontrá-la? procurar em todas as listas telefônicas? ligar para seus pais? esperar ela deixar você saber onde ela está? Gostaria de saber para onde Alice mudou-se? Redes Móveis e Sem Fio 6-19

20 Mobilidade: abordagens deixar que o roteamento lide com ela: roteadores anunciam endereço permanente dos nós móveis na rede via troca de tabelas de roteamento usuais. tabelas de roteamento indicam onde cada nó está localizado nenhuma mudança nos sistemas finais deixar que sistemas finais lidem com ela: roteamento indireto : comunicação do correspondente para móvel ocorre por meio do agente nativo, então repassada para remoto roteamento direto : correspondente obtém COA do móvel, envia diretamente ao móvel Redes Móveis e Sem Fio 6-20

21 Mobilidade: abordagens deixar que o roteamento lide com ela: roteadores anunciam endereço permanente dos nãonós móveis na rede via troca de tabelas de roteamento escala usuais. para milhões tabelas de roteamento de móveis indicam onde cada nó está localizado nenhuma mudança nos sistemas finais deixar que sistemas finais lidem com ela: roteamento indireto : comunicação do correspondente para móvel ocorre por meio do agente nativo, então repassada para remoto roteamento direto : correspondente obtém COA do móvel, envia diretamente ao móvel Redes Móveis e Sem Fio 6-21

22 Mobilidade: registro rede nativa rede visitada rede de área ampla agente externo contata agente nativo: esse móvel está residindo na minha rede 2 1 móvel contata agente externo ao entrar na rede visitada resultado final: agente externo sabe sobre o móvel agente nativo sabe localização do móvel Redes Móveis e Sem Fio 6-22

23 Mobilidade via roteamento indireto rede nativa agente nativo intercepta pacotes, repassa para agente externo agente externo recebe pacotes, repassa para móvel 3 rede visitada correspondente endereça pacotes usando endereço nativo do móvel 1 rede de área ampla 2 4 móvel responde diretamente para correspondente Redes Móveis e Sem Fio 6-23

24 Roteamento indireto : comentários móvel usa 2 endereços: endereço permanente : usado pelo correspondente (assim localização do móvel é transparente para correspondente) endereço aos cuidados de (COA): usado pelo agente nativo para repassar datagramas para móvel funções do agente externo podem ser feitas pelo próprio móvel roteamento triangular correspondente - agente nativo rede - móvel ineficiente quando correspondente e móvel estão na mesma rede Redes Móveis e Sem Fio 6-24

25 Roteamento indireto : movendo entre redes suponha que usuário móvel move-se para outra rede registra-se com novo agente externo novo agente externo registra-se com agente nativo agente nativo atualiza endereço aos cuidados de para móvel pacotes continuam a ser repassados para móvel (mas com novo endereço aos cuidados de ) mobilidade, mudança de redes externas transparente: conexões em andamento podem ser mantidas! Abordagem utilizada no padrão Mobile IP [RFC 5944 (2010)] Redes Móveis e Sem Fio 6-25

26 Mobilidade via roteamento direto rede nativa correspondente repassa para agente externo agente externo recebe pacotes, repassa para móvel rede visitada pedidos do correspondente, recebem endereço externo para o móvel móvel responde diretamente para correspondente Redes Móveis e Sem Fio 6-26

27 Mobilidade via roteamento direto: comentários supera problema do roteamento triangular não-transparente para correspondente: correspondente precise lidar com endereço aos cuidados de do agente nativo o que ocorre se móvel muda de rede visitada? Redes Móveis e Sem Fio 6-27

28 Acomodando mobilidade com roteamento direto agente externo âncora: FA da rede em que móvel estava quando sessão iniciou dados sempre roteados primeiro para FA âncora quando móvel se move: novo FA providencia que dados sejam repassados do antigo FA (encadeamento) Adotado na prática em redes GSM correspondente rede de área ampla 1 agente correspondente agente externo âncora novo agente externo rede externa visitada no início da sessão 2 nova rede externa Redes Móveis e Sem Fio 6-28