Soutenance mémoire
Protocoles de macro-mobilité
La macro-mobilité est la mobilité qui ne tient compte que de deux espaces topologiques dans la gestion du déplacement du nœud :
‐ le réseau dans lequel le nœud mobile est nativement rattaché. Ce réseau est appelé réseau mère ou Home Network .
‐ un réseau autre que le réseau mère, visité par le nœud au cours de son déplacement, est appelé réseau de visite ou Visited Network. Selon le mécanisme mis en place par le protocole sous-jacent, la mobilité peut faire intervenir d’autres variantes de réseau de visite, à savoir, le précédent réseau de visite (ou previous visited network) et le prochain réseau de visite ou le nouveau réseau de visite ou new visited network.
Pour gérer la macro-mobilité dans les réseaux IP, plusieurs propositions ont vu le jour dans la littérature. La première proposition de l’IETF pour gérer la mobilité IP d’un terminal est Mobile IPv4 [PER02]. Cette proposition restreinte à l’environnement IPv4, a été améliorée pour prendre en compte l’environnement IPv6. Le protocole issu de cette amélioration est dénommé Mobile IPv6 [JOH04]. Cette section décrit d’abord le protocole Mobile IPv4, puis le protocole Mobile IPv6 et son extension FMIPv6.
Le protocole Mobile IPv4 (MIPv4)
Le premier document de l’IETF traitant de la mobilité IP date de 1996, standardisé par le RFC 3220 [PER96]. Il décrit le fonctionnement de Mobile IPv4, communément appelé Mobile IP. Ce protocole jette les bases de la mobilité IP d’un terminal dans l’Internet. Nous décrivons ci-dessous l’architecture fonctionnelle de Mobile IPv4 ainsi que les contraintes liées à son déploiement dans les réseaux actuels.
Description de Mobile IPv4
Mobile IPv4 constitue la première implémentation de la mobilité IP issue des travaux de l’IETF. Le fonctionnement de Mobile IPv4 est basé sur un certain nombre d’entités, de concepts sur les sous-réseaux d’appartenance du mobile (réseau mère et réseaux de visite), de mécanismes de détection du mouvement et d’adresses acquises par le nœud mobile. Nous décrivons ci-dessous, ces différents éléments constitutifs de Mobile IPv4.
a) Notions de réseau mère et de réseau de visite
Mobile IPv4 fait intervenir dans sa gestion de la mobilité IP, les deux types de sousréseaux (réseau mère et réseau de visite). Ces deux sous-réseaux sont distincts (définis par des préfixes d’adresse différents).
b) Entités fonctionnelles et adressage IP utilisés dans la gestion de la mobilité IP
Les principaux équipements possédant des fonctionnalités spécifiques à Mobile IP sont :
‐ le nœud mobile ou Mobile Node (MN) : nœud d’un sous-réseau, équipé d’une interface sans-fil (ordinateur portable, PDA, téléphone portable 3G, etc. Le nœud mobile possède un identifiant unique lui ayant été attribué dans son réseau mère. Cette adresse appelé Home Address (HoA) ou adresse mère, permet uniquement d’identifier le nœud mobile dans tout l’Internet. Pour la localisation du nœud dans chacun des réseaux de visite, une autre adresse IP lui est attribuée durant son séjour dans le sous-réseau courant. Cette autre adresse est appelée Care-of Address (CoA) s’il s’agit de l’adresse du FA ou Collocated CoA (CCoA) si elle est obtenue par un mécanisme externe d’attribution d’adresses (par exemple, le DHCP(8)). La CoA et la CCoA sont appelées adresses temporaires.
‐ l’agent mère (HA) : routeur situé dans le réseau mère du nœud mobile. Il gère la mobilité IP du MN dans l’Internet à travers son cache d’associations d’adresses IP (HoA – CoA). Il intercepte tous les paquets destinés au MN quelle que soit la localisation courante de ce dernier.
‐ l’agent relais ou Foreign Agent (FA) : routeur situé dans le réseau visité par le nœud mobile. Il peut intercepter les paquets IP encapsulés à destination du MN. Il décapsule dans ce cas, ces paquets avant de les livrer au mobile. La CoA du mobile est l’adresse du FA pour faciliter cette interception de paquets IP.
‐ le nœud correspondant (CN) : équipement en communication avec le MN. Il peut s’agir d’un autre nœud mobile ou d’un nœud fixe situé n’importe où dans l’Internet IPv4. Il peut exister plusieurs CNs pour le même nœud mobile. L’agent mère et l’agent relais constituent les seuls agents de mobilité lorsque Mobile IPv4 est implémenté dans l’Internet IPv4. Ils facilitent la gestion des communications du nœud mobile.
c) Détection du mouvement dans l’Internet IPv4 Mobile
Dans l’Internet IP mobile implémentant Mobile IPv4, les agents de mobilité (HA et FA) diffusent périodiquement des messages d’annonces d’agents (Agent Advertisement). Ces annonces sont des messages ICMP d’annonces de routeur [DEE81] dont le champ TTL est égal 1. Ils sont envoyés au groupe multicast 224.0.0.1 ou à l’adresse HoA du nœud mobile lorsque ce dernier sollicite ce message. Ces annonces de découverte d’agents fournissent les principales informations nécessaires à la découverte d’un nouveau sousréseau IP et à l’utilisation d’un agent relais :
‐ présence d’un agent relais dans le sous-réseau IP;
‐ adresse (s) temporaire(s) CoA ;
‐ type d’agent de mobilité (HA ou FA) ;
‐ charge du FA (drapeau B), etc.
Grâce donc aux messages Agent Advertisement, le nœud mobile peut déduire qu’il a changé de sous-réseau IP ou non.
Architecture fonctionnelle de Mobile IPv4
Ces protocoles s’intègrent dans le fonctionnement de Mobile IPv4. Nous illustrons le fonctionnement de Mobile IPv4 par la figure Fig.1.2. Dans cet exemple, nous avons :
‐ un nœud mobile (MN) d’adresse mère HoA égale à 213.136.20.10 et d’adresse MAC 01-1F-3A-36-D4-1C. Son agent mère HA possède l’adresse 213.136.20.1. Les deux entités appartiennent donc au sous-réseau IP identifié par le préfixe d’adresse 213.136.20.1/24 ;
‐ un nœud correspondant (CN) en communication avec le nœud mobile. Ce nœud correspondant possède l’adresse 217.146.186.51 ;
‐ un réseau de visite identifié par le préfixe d’adresse 200.10.10.0/24. Ce réseau de visite du MN possède un agent relais (le FA) d’adresse 200.10.10.1.
Nous décrivons le fonctionnement de Mobile IPv4 à travers les principales étapes suivantes :
‐ Etape 0 : Diffusion de message Agent Advertisement. Les agents de mobilité (HA et FA) émettent périodiquement des messages Agent Advertisement dans les sous-réseaux auxquels ils appartiennent (respectivement 213.136.20.1/24 et 200.10.10.0/24). Si le MN se trouve dans son réseau mère, il se comporte comme un terminal fixe. Quand il se trouve dans un réseau de visite, il obtient une adresse temporaire. Cette adresse temporaire est soit l’adresse de l’agent relais, obtenue grâce au contenu du message Agent Advertisement (ce qui est le cas ici), soit une adresse du réseau obtenue par DHCP.
‐ Etape 1 : Communication entre un nœud mobile dans son réseau mère et ses correspondants. Dans ce cas, l’agent mère n’intervient pas. Le routage se fait avec l’adresse mère (HoA) comme tout nœud fixe du même réseau, sans opérations particulières.
‐ Etape 2 : Détection de mouvement. Le nœud mobile se déplace dans un autre sous-réseau, par exemple le sous-réseau 200.10.10.1/24, et reçoit le message Agent Advertisement du FA. Le MN réalise qu’il a changé de sous-réseau grâce aux contenus des différents champs (FA, adresse du FA, etc.).
‐ Etape 3 : Mise à jour de paramètres réseau et handover de niveau 3. Grâce au message Agent Advertisement, le MN acquiert une adresse temporaire appelée Care-of-Address (CoA). Il enregistre cette nouvelle adresse (200.10.10.1) auprès de son agent mère par le biais du message Registration Request. Ce message est authentifié par l’agent mère grâce à l’association de sécurité que ce dernier partage avec le mobile [PER07]. L’agent mère approuve donc la requête, ajoute cette information dans son cache d’associations d’adresses IP et envoie une confirmation au MN expéditeur.
‐ Etapes 4 et 5: Reroutage de paquets de données. Des paquets IPv4 sont envoyés à l’adresse mère 213.136.20.10 du nœud mobile par un nœud correspondant (CN dans cet exemple). Ce nœud correspondant était, soit en communication avec le MN avant le handover (comme c’est le cas ici), soit il s’agit d’un nouveau correspondant (application cliente voulant se connecter à un serveur installé sur le MN) (Etape 4). L’agent mère intercepte ces paquets et les encapsule à destination de l’adresse temporaire du mobile. Si l’adresse temporaire est celle de l’agent relais (FA), celui-ci intercepte les paquets de données, les décapsule et les délivre au MN. Dans le cas contraire, les paquets de données sont directement adressés au mobile sans aucune action particulière du FA.
‐ Etape 6 : Réponse au nœud correspondant. Si le message envoyé par le correspondant requiert une réponse, le nœud mobile peut répondre directement à son correspondant. Cette réponse emprunte la voie du routage IP classique grâce à l’adresse du correspondant contenue dans les paquets encapsulés reçus. Cependant l’adresse source des paquets expédiés au correspondant est l’adresse mère du mobile (HoA).
Dans l’exemple décrit ci-dessus, le correspondant ignore l’existence de l’adresse temporaire du mobile. Ses paquets de données sont toujours envoyés en utilisant le HoA comme adresse destination. Ce mécanisme de routage est appelé routage triangulaire. Lorsque la CCoA est utilisée par le nœud mobile comme adresse temporaire principale, le mobile peut envoyer directement ses paquets au correspondant en utilisant cette CCoA si le correspondant implémente les fonctionnalités d’agent de mobilité, c’est-àdire, s’il est capable de maintenir un cache d’associations d’adresses IP. Ce mécanisme est baptisé Optimisation de routage.
|
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Contributions
Plan de la thèse
Chapitre 1 : MOBILITE IPv6
1.1 Introduction
1.2 Contexte de la mobilité IP
1.2.1 Entités fonctionnelles et différenciation des sous-réseaux de l’Internet mobile
1.2.2 Différenciation des fonctionnalités de l’adresse IP
1.3 Protocoles de macro-mobilité
1.3.1 Le protocole Mobile IPv4 (MIPv4)
1.3.1.1 Description de Mobile IPv4
1.3.1.2 Architecture fonctionnelle de Mobile IPv4
1.3.1.3 Insuffisances de Mobile IPv4
1.3.2 Le protocole Mobile IPv6 (MIPv6)
1.3.2.1 Principales fonctionnalités et caractéristiques d’IPv6 favorables à la mobilité IP
1.3.2.2 Description de Mobile IPv6
1.3.2.3 Architecture fonctionnelle de Mobile IPv6
1.3.2.4 Insuffisances de Mobile IPv6
1.3.3 Le protocole Fast Handovers for Mobile IPv6 (FMIPv6)
13.3.1 Description de Fast Handovers for Mobile IPv6
1.3.3.2 Insuffisances de Fast Handovers for Mobile IPv6
1.4 Protocoles de micro-mobilité
1.4.1 Le protocole HMIPv6 (Hierarchical Mobile IPv6)
1.4.1.1 Description de HMIPv6
1.4.1.2 Gestion des L2 handovers (handovers inter-couches basses)
1.4.1.3 Analyse du protocole HMIPv6
1.4.2 Le protocole Network-Controlled Hierarchical Mobile IPv6 (NCHMIPv6)
1.4.2.1 Description du protocole NC-HMIPv6
1.4.2.2 Gestion du L3 handover NC-HMIPv6
1.4.2.3 Analyse du protocole NC-HMIPv6
1.4.3 Autres protocoles de micro-mobilité
1.4.3.1 Protocole Cellular IPv6
1.3.3.2 Protocole HandOff-Aware Wireless Access Internet Infrastructure (HAWAII)
1.5 Conclusion
Chapitre 2 : GESTION DU ROUTAGE MULTICAST DANS L’INTERNET IPV6 FIXE
2.1 Introduction
2.2 Généralités sur les communications de groupe
2.2.1 Les approches pour réaliser les communications de groupes
2.2.1.1 Communications de groupes par l’unicast
2.2.1.2 Communications de groupes par le multicast
2.2.2 L’identification de groupes multicast
2.2.2.1 Généralités sur les adresses de groupes multicast
2.2.2.2 Groupes multicast permanents
2.2.2.3 Groupes multicast temporaires
2.3 Protocoles de gestion de groupes multicast ipv6 dans un sous-réseau IP
2.3.1 Le protocole MLDv1
2.3.2 Le protocole MLDv2
2.3.3 Le protocole MLD Snooping
2.4 Protocoles de construction d’arbre de diffusion dans un même domaine administratif
2.4.1 Les différents modèles de diffusion et les principaux types d’arbre multicast
2.4.1.1 Différents modèles de diffusion
2.4.1.2 Algorithmes de routage multicast
2.4.1.3 Principaux types d’arbre de diffusion
2.4.2 Les protocoles de construction d’arbre multicast intra-domaine
2.4.2.1 Gestion du multicast intra-domaine
2.4.2.2 Protocole PIM-DM (Protocol Independent Multicast Dense Mode)
2.4.2.3 Protocole PIM-SM (Protocol Independent Multicast Sparse Mode)
2.4.2.4 Protocole PIM-SSM (Protocol Independent Multicast Source Specific Multicast)
2.4.2.5 Protocole Bidir-PIM (Bidirectional Protocol Independent Multicast)
2.5 Protocoles de construction d’arbre de diffusion dans l’inter-domaine
2.5.1 Le protocole MBGP (Multiprotocol Border Gateway Protocol)
2.5.2 Le protocole BGMP
2.5.2.1 Construction de l’arbre bidirectionnel inter-domaine BGMP
2.5.2.2 Transmission et réception de données
2.5.3 Le protocole PIM-SM / Embedded-RP
2.5.4 Le protocole PIM-SSM et l’inter-domaine
2.6 Conclusion
Chapitre 3 : GESTION DU ROUTAGE MULTICAST DANS L’INTERNET IPV6 MOBILE
3.1 Introduction
3.2 Propositions de base de l’IETF
3.2.1 Le mécanisme Bidirectional Tunneling (BT)
3.2.2 Le mécanisme Remote Subscription (RS)
3.2.3 Quelques insuffisances des mécanismes de base de l’IETF
3.2.3.1 Quelques insuffisances du mécanisme Bidirectional Tunneling (BT)
3.2.3.2 Quelques insuffisances du mécanisme Remote Subscription (RS)
3.3 Propositions d’optimisation des communications multicast dans les environnements mobile IPv6
3.3.1 Les nouvelles propositions de l’IETF
3.3.2 Les nouvelles propositions pour la gestion de la mobilité d’un récepteur multicast dans un environnement Mobile IPv6
3.3.3 Les nouvelles propositions pour la gestion de la mobilité d’une source multicast
3.3.3.1 Approches de mobilité multicast de la source : cas du modèle ASM
3.3.3.2 Approches de mobilité multicast de la source : cas du modèle SSM
3.3.3.3 Insuffisances des nouvelles propositions appliquées au protocole Mobile IPv6
3.4 Propositions alternatives
3.4.1 La gestion du multicast dans l’Internet FMIPv6
3.4.2 La gestion multicast dans l’Internet HMIPv6
3.4.3 Autres propositions dans l’Internet MIPv6
3.5 Limites des solutions de multicast mobile existantes
3.5.1 Au niveau de la gestion de l’interaction entre le handover de mobilité et le handover multicast
3.5.2 Au niveau du taux de pertes de données
3.5.3 Au niveau du réordonnancement des paquets de données de groupe multicast
3.5.4 Au niveau de la gestion du modèle SSM
3.5.5 Au niveau de la charge du réseau due aux en-têtes additionnels
3.6 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
