Capítulo 6 Redes sem fio e Redes móveis

Transcrição

1 Redes de Computadores DCC/UFJF Capítulo 6 Redes sem fio e Redes móveis Material fortemente baseado nos slides do livro: Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet. Os slides foram disponibilizados pelos autores James F. Kurose e Keith W. Ross All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved 6: Wireless and Mobile Networks 6-1

2 Capítulo Introdução Wireless 6.2 Enlaces sem fio, características 6.3 IEEE Redes locais sem fio( wi-fi ) 6.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., GSM) Mobilidade 6.5 Princípios: endereçamento e roteamento de usuários móveis 6.6 IP Móvel 6.7 Gerenciamento de mobilidade em redes celulares 6.8 Mobilidade e o impacto nos protocolos das camadas superiores 6.9 Sumário 6: Wireless and Mobile Networks 6-2

3 O que é mobilidade? graus de mobilidade, do ponto de vista da rede: no mobility high mobility Usuário se movimenta apenas dentro da mesma rede de acesso sem fio Usuário se movimenta entre redes de acesso, encerrando conexões enquanto se movimenta entre redes Usuário se movimenta entre redes de acesso mantendo conexões em curso (como telefone celular) 6: Wireless and Mobile Networks 6-3

4 Mobilidade: Vocabulário rede nativa (home ): residência permanente de um nó móvel (e.g., /24) agente ativo (home agent): entidade dentro da rede nativa que executa o gerenciamento de funções de mobilidade em nome do nó móvel Endereço permanente : endereço na rede ativa, pode ser sempre usada para alcançar o nó móvel e.g., wide area correspondent 6: Wireless and Mobile Networks 6-4

5 Mobilidade:vocabulário endereço permanente: permanece constante (e.g., ) Care-of-address (endereço administrado): endereço na rede visitada (e.g., 79, ) rede visitada: rede na qual o nó está no momento atual (e.g., /24) correspondente: entidade que quer se comunicar com o nó móvel wide area agente externo (foreign agent): entidade dentro da rede externa que auxilia o nó móvel no gerenciamento das funções de mobilidade 6: Wireless and Mobile Networks 6-5

6 Como conectar um amigo móvel : Considere um amigo que mude frequentemente de endereço. Como encontrá-lo? Para onde Alice se mudou? procura por todas listas telefônicas? ligar para os seus pais? esperar que ele diga onde está? 6: Wireless and Mobile Networks 6-6

7 Mobilidade Roteamento se encarrega: roteadores avisam os endereços permanentes dos nós móveis em residência na rede, através de trocas usuais de tabelas de roteamento. tabelas de roteamento indicam onde cada nó móvel está localizado Sistema final se encarrega: roteamento indireto: comunicação entre o nó correspondente e o móvel é feita através do do agente ativo, e deste repassado ao agente externo roteamento direto: correspondente obtem o endereço externo do nó móvel e envia datagramas diretamente a ele 6: Wireless and Mobile Networks 6-7

8 Mobilidade: registro home visited Resultado: 2 wide area agente externo contacta o agente nativo: este nó móvel está residente na minha rede Agente externo reconhece presença do nó móvel Agente nativo sabe a localização do nó móvel 1 nó móvel contacta o agente externo quando entra na rede visitante 6: Wireless and Mobile Networks 6-8

9 Mobilidade via Roteamento Indireto home correspondent addresses packets using home address of mobile home agent intercepts packets, forwards to foreign agent 1 wide area 2 foreign agent receives packets, forwards to mobile 4 3 visited mobile replies directly to correspondent 6: Wireless and Mobile Networks 6-9

10 Roteamento Indireto: comentários Nó móvel usa dois endereços: endereço permanente: usado pelo nó correspondente (mobilidade é transparente para o nó correspondente) care-of-address: usado pelo agente ativo para repassar os datagramas ao nó móvel roteamento triangular: correspondente-rede nativarede-nó móvel ineficiente quando correspondente, nó móvel estão na mesma rede 6: Wireless and Mobile Networks 6-10

11 Roteamento indireto: mudança entre redes suponha que o nó movél mude para outra rede registra com o agente externo novo agente externo se registra com o agente nativo agente nativo muda o care-of-address do nó móvel pacotes continuam a serem repassados para o nó móvel (com novo care-of-address) transparência na mobilidade e mudança de redes : conexões em andamento são mantidas! 6: Wireless and Mobile Networks 6-11

12 Mobilidade usando Roteamento Direto home correspondent forwards to foreign agent foreign agent receives packets, forwards to mobile 4 visited correspondent requests, receives foreign address of mobile 2 1 wide area 3 4 mobile replies directly to correspondent 6: Wireless and Mobile Networks 6-12

13 Mobilidade usando roteamanto direto: comentários resolve o problema do roteamento triangular sem transparência para o correspondente: correspondente recebe, do agente nativo, o care-of-address o que acontece se o nó móvel muda de rede externa? 6: Wireless and Mobile Networks 6-13

14 Mobilidade e roteamento direto agente externo âncora: agente externo na primeira rede visitada Dados são sempre roteados primeiramente ao primeiro agente externo âncora quando nó móvel muda: novo agente externo recebe dados vindos do antigo agente externo (cadeia) correspondent wide area 1 correspondent agent anchor foreign agent new foreign agent foreign net visited at session start 2 new foreign 6: Wireless and Mobile Networks 6-14

15 Capítulo Introdução Wireless 6.2 Enlaces sem fio, características 6.3 IEEE Redes locais sem fio( wi-fi ) 6.4 Acesso a Internet via Celular arquitetura padrões (e.g., GSM) Mobilidade 6.5 Princípios: endereçamento e rotemanto de usuários móveis 6.6 IP Móvel 6.7 Gerenciamento de mobilidade em redes celulares 6.8 Mobilidade e o impacto nos protocolos das camadas superiores 6.9 Sumário 6: Wireless and Mobile Networks 6-15

16 IP móvel RFC 3344 suporta muitos modos de operação: agentes nativos, agentes externos, registros com agentes externo, care-of-addresses, encapsulamento três partes principais: roteamento indireto de datagramas descorbeta de agente registro junto ao agente nativo 6: Wireless and Mobile Networks 6-16

17 IP móvel: roteamento indireto foreign-agent-to-mobile packet packet sent by home agent to foreign agent: a packet within a packet dest: dest: dest: Permanent address: dest: packet sent by correspondent Care-of address: : Wireless and Mobile Networks 6-17

18 IP móvel: descorbeta de agente aviso ao agente: agentes externos/nativos envia avisos de serviço usando mensagens ICMP via broadcast (tipo = 9) H,F bits: home and/or foreign agent type = 9 code = 0 = 9 router address checksum = 9 standard ICMP fields R bit: registration required type = 16 registration lifetime length sequence # RBHFMGV bits 0 or more care-ofaddresses reserved mobility agent advertisement extension 6: Wireless and Mobile Networks 6-18

19 IP móvel: exemplo de registro home agent HA: foreign agent COA: ICMP agent adv. COA: visited : /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: : Wireless and Mobile Networks 6-19

20 Componentes da arquitetura de uma rede celular relembrando: wired public telephone correspondent MSC MSC MSC MSC MSC Diferente redes celulares operadas por diferentes operadoras 6: Wireless and Mobile Networks 6-20

21 Lidando com mobilidade em redes celulares rede nativa: operadora de rede celular na qual você tem assinatura (e.x.,vivo, Claro, Oi) registro nativo de localização (HLR): banco de dados na rede nativa que contém o número permanente do telefone celular e as informações do perfil do assinante para cada um dos assinantes (serviços, preferências, billing), informação sobre a posição corrente (pode ser uma outra rede) rede visitada: rede na qual o nó móvel reside atualmente registro de localização de visitantes(vlr): banco de dados com um registro para cada usuário móvel que está atualmente na porção de rede atendida pelo VLR 6: Wireless and Mobile Networks 6-21

22 GSM: roteamento indireto para o nó móvel home MSC consults HLR, gets roaming number of mobile in visited mobile user HLR 4 2 home home Mobile Switching Center VLR Mobile Switching Center visited 3 correspondent 1 call routed to home Public switched telephone home MSC sets up 2 nd leg of call to MSC in visited MSC in visited completes call through base station to mobile 6: Wireless and Mobile Networks 6-22

23 GSM: transferência (handoff) usando MSC old BSS VLR old routing Mobile Switching Center new routing new BSS objetivo do Handoff: rotear chamada para nova estação base (sem interrupção) razões para handoff: o sinal entre a estação-base corrente e o usuário móvel é mais forte (preserva conectividade, menor gasto de bateria) balanceamento de carga: uma célula pode ter ficado sobrecarregada, manipulando um grande número de chamadas handoff iniciado pela antiga BSS 6: Wireless and Mobile Networks 6-23

24 GSM: handoff usando MSC 1. BSs antigo informa ao MSC as tranferências iminentes, provendo a lista dos novos BSSs old BSS 1 VLR 8 Mobile Switching Center new BSS 2. MSC configura um caminho (aloca recursos) para novo BsS 3. novo BSS aloca o canal de rádios para ser usado pelo nó móvel 4. novo BSS sinaliza ao MSC, e antigo BSS que está pronto 5. antigo BSS diz ao nó móvel: fazer handoff para o novo BSS 6. nó móvel, novo BSS ativa novo canal 7.sinais do nó móvel são mandados via novo BSS: transferência completa. MSC roteia chamadas 8 recursos 6: do Wireless antigo and BSS Mobile são Networks liberados 6-24

25 GSM: transferência entre MSCs home Home MSC anchor MSC MSC correspondent PSTN MSC MSC MSC ancôra: primeiro MSC visitados durante a ligação Ligações são roteadas entre MSC âncoras Novos MSCs adicionados no final da cadeia no decorrer do movimento do nó móvel (a) before handoff 6: Wireless and Mobile Networks 6-25

26 GSM: transferência entre MSCs home Home MSC anchor MSC MSC correspondent PSTN MSC MSC MSC âncora: primeiro MSC visitados durante a ligação Ligações são roteadas entre MSC âncoras Novos MSCs adicionados no final da cadeia no decorrer do movimento do nó móvel (b) after handoff 6: Wireless and Mobile Networks 6-26

27 Mobility: GSM versus Mobile IP GSM element Comment on GSM element Mobile IP element Home system Network to which mobile user s permanent phone number belongs Home Gateway Mobile Switching Center, or home MSC. Home Location Register (HLR) Home MSC: point of contact to obtain routable address of mobile user. HLR: database in home system containing permanent phone number, profile information, current location of mobile user, subscription information Home agent Visited System Visited Mobile services Switching Center. Visitor Location Record (VLR) Network other than home system where mobile user is currently residing Visited MSC: responsible for setting up calls to/ from mobile nodes in cells associated with MSC. VLR: temporary database entry in visited system, containing subscription information for each visiting mobile user Visited Foreign agent Mobile Station Roaming Number (MSRN), or roaming number Routable address for telephone call segment between home MSC and visited MSC, visible to neither the mobile nor the correspondent. Care-ofaddress 6: Wireless and Mobile Networks 6-27

28 Redes sem fio, mobilidade: impacto nas camadas superiores impacto deve ser mínimo modelo do melhor esforço permanece sem mudanças TCP e UDP podem (e são) executados nas redes sem fio mas em termos de desempenho: Perda e atraso de pacotes em decorrência dos erros nos bits (pacotes descartados, atrasos para retransmissão), e handoff TCP interpreta erro como congestionamento, e diminui o tamanho da janela desnecessariamente atraso para aplicações de tempo real banda limitada dos enlaces sem fio 6: Wireless and Mobile Networks 6-28

29 Chapter 6 Summary Redes sem fio enlaces sem fio: capacidade, distância CDMA IEEE ( wi-fi ) CSMA/CA reflete as características do canal sem fio acesso celular arquitetura padrões (e.g., GSM, CDMA-2000, UMTS) Mobilidade princípios: endereçamento, roteamento para os usuários móveis redes nativas e visitadas roteamento direto e indireto care-of-addresses estudos de caso Mobilidade no GSM IP Móvel impacto nos protocolos das camadas superiores 6: Wireless and Mobile Networks 6-29