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Lehrstuhl für Informatik 4

Kommunikation und verteilte Systeme

1Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Kapitel 2• Technische Grundlagen: Schicht 1• Verfahren zum Medienzugriff: Schicht 2

Kapitel 3• Drahtlose Netze: WLAN, Bluetooth,

WirelessMAN, WirelessWAN

• Mobilfunknetze: GSM, GPRS, UMTS• Satellitensysteme und Broadcastnetze

Kapitel 4• Mobilität in der Netzwerkschicht• Mobilität in der Transportschicht

• Mobilitätsunterstützung

Netwerkschicht

• Mobile IP• Routing in Ad-Hoc-Netzen

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2Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

IP und Mobilität

Wegwahl bei IP

• Basiert auf IP-Zieladresse, Netzwerk-Präfix (z.B. 129.13.42) legt physikalisches Subnetz fest

• wird das Subnetz gewechselt, so muss auch die IP-Adresse passend gewechselt werden (normales IP) oder ein spezieller Routing-Eintragvorgenommen werden

Spezifische Routen zum Endgerät?

• Anpassen aller Routing-Einträge, damit Pakete umgeleitet werden• Skaliert nicht mit Anzahl der mobilen Geräte und u.U. häufig wechselnden

Aufenthaltsorten

Wechseln der IP-Adresse?• Je nach Lokation wird entsprechende IP-Adresse gewählt (z.B. per DHCP)

• Wie sollen Rechner nun gefunden werden - DNS kann häufige Wechsel nicht in der nötigen Geschwindigkeit handhaben!

• TCP-Verbindungen brechen ab

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3Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Anforderungen an ein mobiles IP

Transparenz• Mobile Endgeräte behalten ihre IP-Adresse

• Wiederaufnahme der Kommunikation nach Abtrennung möglich• Anschlusspunkt an das Netz kann gewechselt werden

Kompatibilität• Unterstützung der gleichen Schicht-2-Protokolle wie IP

• Keine Änderungen an bisherigen Rechnern und Routern• Mobile Endgeräte können mit festen kommunizieren

Sicherheit• Alle Registrierungsnachrichten müssen authentifiziert werden

Effizienz und Skalierbarkeit• Möglichst wenige zusätzliche Daten zum mobilen Endgerät

• Eine große Anzahl mobiler Endgeräte soll Internet-weit unterstützt werden

Mobile IP

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4Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Terminologie bei Mobile IP

Mobile Node (MN)

• Knoten, der den Ort des Netzanschlusses wechseln kann, ohne seine IP-Adresse ändern zu müssen

Home Agent (HA)

• Einheit im „Heimatnetz“ des MN, typischerweise Router• Verwaltet Aufenthaltsort des MN, tunnelt IP-Pakete zur aktuellen Lokation (COA)

Foreign Agent (FA)• Einheit im momentanen „Fremdnetz“ des MN, typischweise Router

• Weiterleiten der getunnelten Pakete zum MN, stellt meist auch default-Router für den MN dar, stellt COA zur Verfügung

Care-of Address (COA)

• Adresse des für den MN aktuell gültigen Tunnelendpunkts (entweder Adresse beim FA, oder direkt mit dem MN verknüpfte Adresse (co-located COA)

• Stellt aus Sicht von IP aktuelle Lokation des MN dar

• Kann z.B. via DHCP gewählt werden

Correspondent Node (CN): Kommunikationspartner

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5Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Beispielnetz

Mobiles Endgerät

Router

Endgerät

Heimatnetz

Fremdnetz(physikalisches Heimat-Subnetz für MN)

(aktuelles physikalisches Subnetz für MN)

Internet

HA137.226.12/24

137.226.12.98

141.17.63/24

141.17.63.124COA

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6Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Internet

Datentransfer zum Mobilrechner

Sender

Heimatnetz

Fremdnetz

Empfänger

1. Sender sendet an IP-Adresse von MN,HA fängt Paket ab

2. HA tunnelt Paket an COA, hier FA, durch Kapselung

3. FA leitet das Paket an MN weiter

HAMN

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7Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Internet

Datentransfer vom Mobilrechner

Empfänger

Heimatnetz

Fremdnetz

Sender

1. Sender sendet ganz normal an IP-Adresse des Empfängers,FA dient als Standard-Router

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8Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Übersicht

RouterHA

RouterFA

Internet

Router

3.Home

NetworkMN

ForeignNetwork

RouterHA

RouterFA

Internet

Router

HomeNetwork

ForeignNetwork

COATunnel

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9Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Netzintegration

Agent Advertisement

• HA und FA senden periodisch spezielle Nachrichten über ihr Vorhandensein in die jeweiligen physikalischen Subnetze

• MN hört diese Nachrichten und erkennt, ob er sich im Heimat- oder einem Fremdnetz befindet

• MN kann eine COA aus den Nachrichten des FA ablesen

Registrierung (stets begrenzte Lebensdauer!)

• MN meldet via FA seinem HA die COA, dieser bestätigt via FA an MN• Diese Aktionen sollen durch Authentifizierung abgesichert werden

Bekanntmachung• Typischerweise macht nun der HA die IP-Adresse des MN bekannt, d.h.

benachrichtigt andere Router, daß MN über ihn erreichbar ist

• Router setzen entsprechend ihre Einträge, diese bleiben relativ stabil, da HA nun für längere Zeit für den MN zuständig ist

• Pakete an MN werden nun an HA gesendet, Änderungen an COA und FA haben darauf keine Einfluss

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10Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Agent Advertisement

Mobilitäts-spezifischer Teil• Typ = 16• Länge = 6 + 4 * #COAs• R: Registrierung erforderlich• B: beschäftigt, keine weiteren

Registrierungen• H: Heimatagent• F: Fremdagent• M: Minimale Kapselung im Tunnel• G: Generic Routing Encapsulation (GRE) im Tunnel• r: =0, ignoriert (früher: Van Jacobson-Kompression)• T: FA unterstützt Rücktunnel (Reverse Tunneling)• reserviert =0, ignoriert

Präferenz 1Router-Adresse 1

#AdressenTyp

Adresslänge LebensdauerPrüfsumme

COA 1COA 2

Typ SequenznummerLänge

0 7 8 15 16 312423Code

Präferenz 2Router-Adresse 2

. . .

Lebensdauer d. Registr.

. . .

R B H F M G r reserviertT

ICMP-Header• Typ = 9, Code = 0/16• Lebensdauer: Gültigkeitsdauer des

Advertisements• Router-Adresse/Präferenz: Adressen

zuständiger Router für das Subnetz mit Prioritäten

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11Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

MN: Registration Request

Heimatagent des MNHeimatadresse des MN

Typ = 1 Lebensdauer0 7 8 15 16 312423

T x

Identification (Erkennung von gefälschten Antworten)

COA

Erweiterungen (mindestensAuthentifizierungsinformationen)

S B DMG r

• S: simultane Bindungen• B: auch Broadcast-Pakete

werden getunnelt• D: Entkapselung erst beim

MN• M: mininale Kapselung• G: GRE-Kapselung• r: =0, ignoriert• T: Rücktunnel angefordert• x: =0, ignoriert• Lebensdauer gibt die Dauer der Registrierung an; Deregistrierung, falls 0

Der MN registriert sich über den FA durch Versendung eines UDP-Pakets mit • Source Address = Adresse des MN• Destination Address/Port = FA-Adresse / 434und dem Inhalt:

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12Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Code:• erfolgreiche Registrierung

0 Registrierung akzeptiert1 Registrierung akzeptiert, aber simultane Mobilitätsbindungen nicht unterstützt

• Registrierung durch FA abgelehnt65 administrativ verboten66 unzureichende Ressourcen67 Mobilrechner konnte nicht authentifiziert werden68 Heimatagent konnte nicht authentifiziert werden69 angeforderte Lebensdauer zu lang

• Registrierung durch HA abgelehnt129 administrativ verboten131 Mobilrechner konnte nicht authentifiziert werden133 nicht übereinstimmende Registrierungskennung135 zu viele simultane Mobilitätsbindungen

FA: Registration Reply

HeimatagentHeimatadresse

Typ = 3 Lebensdauer0 7 8 15 16 31

Code

Identification

Erweiterungen . . .

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13Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Kapselung I

• Einkapseln eines Paketes in ein anderes als Nutzlast� Z.B. IPv6 in IPv4 (6Bone), Multicast in Unicast (MBone)� Hier z.B. IP-in-IP-Kapselung, minimale Kapselung oder GRE (Generic

Routing Encapsulation)• IP-in-IP-Kapselung (verpflichtend im Standard)

� Tunnel zwischen HA und COA

Care-of Adresse COAIP-Adresse des HAs

TTLIP-Identifikation

IP-in-IP IP-PrüfsummeFlags Fragment Offset

GesamtlängeTOSVer. IHL

IP-Adresse des MNsOriginale Sender IP-Adresse des CNs

TTLIP-Identifikation

Schicht 4-Protokoll IP-PrüfsummeFlags Fragment Offset

GesamtlängeTOSVer. IHL

TCP/UDP/ ... Nutzlast

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14Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Kapselung II

• Minimale Kapselung (optional)

� vermeidet die Wiederholung gleicher Felder� z.B. TTL, IHL, Version, TOS

� kann nur bei unfragmentierten Paketen eingesetzt werden, da nun kein Platz mehr für eine Fragmentkennung vorgesehen ist

Care-of Adresse COA

IP-Adresse des HAs

TTL

IP-Identifikation

Min. Encap. IP-Prüfsumme

Flags Fragment Offset

GesamtlängeTOSVer. IHL

IP-Adresse des MNs

Originale Sender IP-Adresse (falls S=1)

SSchicht-4-Protokoll IP-Prüfsumme

TCP/UDP/ ... Nutzlast

reserviert

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15Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Generic Routing Encapsulation

originalerHeader

originale Daten

neue Datenneuer Header

äußerer HeaderGRE Header

originale DatenoriginalerHeader

Care-of Adresse COAIP-Adresse des HAs

TTLIP-Identifikation

GRE IP-PrüfsummeFlags Fragment offset

LängeDS(TOS)Ver. IHL

IP-Adresse des MNsIP-Adresse des CNs

TTLIP-Identifikation

Schicht-4-P. IP-PrüfsummeFlags Fragment offset

LängeTOSVer. IHL

TCP/UDP/ ... Nutzlast

Routing (optional)Sequenznummer (optional)

Key (optional)Offset (optional)Checksum (optional)

ProtokollRec. Rsv. Ver.C R K S s

RFC 1701

Kann auch andere Formate als IP-Pakete tunneln:

• Checksum: Header und Payload• Routing: Source-Routing-Angaben• Offset aufgrund variabler Länge der

Routing-Angaben• Key: Authentifizierung• s: Strict Source Routing• Rec.: Recursion Control (maximale

Nummer geschachtelter Kapselungen)

vereinfachte Version (RFC 2784)

reserved1 (=0)Checksum (optional)protocolreserved0 ver.C

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16Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Optimierung des Datenpfades

Problem: Triangular Routing• Sender sendet alle Pakete via HA zum MN

• Möglicherweise unnötige Verzögerung und Netzlast

Lösungsansätze

• Lernen des aktuellen Aufenthaltsorts des MN durch den Sender

• Direktes Tunneln zu diesem Ort

• HA kann einen Sender über den Ort des MN benachrichtigen• Große Sicherheitsprobleme

Wechsel des FA• Pakete „im Flug“ während des Wechsels gehen verloren

• Zur Vermeidung kann der neue FA den alten FA benachrichtigen, der alte FA kann nun die noch ankommenden Pakete an den neuen FA weiterleiten

• Diese Benachrichtigung hilft evtl. dem alten FA auch, Ressourcen für den MN wieder freizugeben

Einige Probleme bleiben… zu geringe TTL, Multicast-Gruppen, Firewalls…

HA1

HA2

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17Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Wechsel des Foreign Agent

Sender HA FAalt FAneu MN

Data Data DataUpdate

ACK

Data DataOrtswechseldes MNsRegistration

Update

ACKData

Data DataWarning

RequestUpdate

ACK

DataData

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18Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Internet

Reverse Tunneling

Empfänger

HA MN

Heimatnetz

Fremdnetz

Sender

1. MN sendet an FA (kann gekapselt sein)2. FA tunnelt Paket an HA durch

Kapselung3. HA leitet das Paket normal an den

Empfänger weiter

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19Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Eigenschaften von Mobile IP mit Reverse Tunneling

Router akzeptieren oft nur „topologisch korrekte“ Adressen• Ein durch den FA gekapseltes Paket des MN ist nun topologisch korrekt

• Weiterhin Multicast- und TTL-Problematik nun gelöst

Reverse Tunneling löst nicht…

• Problematik der Firewalls, hier könnte dann der umgekehrte Tunnel zur Umgehung der Schutzmechanismen missbraucht werden (tunnel hijacking)

• Optimierung der Wege, d.h. Pakete werden normalerweise über den Tunnel zum HA geleitet, falls Tunneln nicht ausgeschaltet ist (u.U. doppeltes Triangular-Routing)

Der Standard ist rückwärtskompatibel

• Erweiterungen können einfach integriert werden und kooperieren mit Implementierungen ohne Erweiterung

• Im Agent Advertisement kann der Wunsch nach Reverse Tunnelingangegeben werden

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20Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Einige Probleme mit Mobile IP

Sicherheit

• Authentifizierung mit FA problematisch, da u.U. nicht unter eigener Kontrolle (fremde Organisation)

• kein Protokoll für die Schlüsselverwaltung und -verteilung im Internet standardisiert

Firewalls

• verhindern typischerweise den Einsatz von Mobile IP, spezielle Konfigurationen sind nötig (z.B. Reverse Tunneling)

QoS

• Häufige erneute Reservierungen im Fall von RSVP• Tunneln verhindert das Erkennen eines gesondert zu behandelten

Datenstroms

Sicherheit, Firewalls, QoS etc. sind aktueller Gegenstand vieler Arbeiten und Diskussionen!

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21Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Mobile IP und IPv6

Mobile IP für IPv4 entwickelt, IPv6 erleichtert aber vieles

• Sicherheit ist integriert und nicht aufgesetzt, Authentifizierung aller Aktionen wurde von vornherein bedacht

• COA kann über Autokonfiguration erhalten werden (DHCPv6 wäre ein mögliches Protokoll hierfür)

• FA wird nicht mehr benötigt, da nun alle Router das Router Advertisementbeherrschen, dieses kann nun an Stelle des speziellen Agent Advertisementeingesetzt werden; Adressen sind immer co-located, d.h. mit dem Endgerät direkt verknüpft

• MN kann automatisch Sender über COA benachrichtigen, senden via HA entfällt dann (automatische Wegoptimierung)

• „Sanfte“ Wechsel, d.h. ohne Paketverluste, zwischen verschiedenen Subnetzen werden unterstützt

� MN sendet dazu seinem vorherigen Router die neue COA� Der alte Router kapselt nun automatisch alle noch eingehenden Pakete

für MN und leitet sie zur neuen COA weiter

� Die Authentizität bleibt dabei stets gewährleistet

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22Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

IP-Mikromobilitätsunterstützung

Mikromobilitätsunterstützung• Mobile IP: großer Overhead bei lediglich lokalen Ortsänderungen

• Effizienter, lokaler Handover innerhalb eines Fremdnetzes ohne Involvierung des Heimatagenten

• Reduzierung des Steuerverkehrs im Backbone

• Speziell benötigt im Fall einer Routenoptimierung

Beispielansätze:• Cellular IP

• HAWAII• Hierarchical Mobile IP (HMIP)

Wichtige Kriterien:Sicherheit, Effizienz, Skalierbarkeit, Transparenz, Verwaltbarkeit

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23Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Cellular IP (CIP)

Funktion:• „CIP-Knoten“ verwalten Routing-Einträge

für MNs

• Mehrfache Einträge möglich• Routing-Einträge werden basierend auf

vom MN gesendeten Paketen aktualisiert

CIP-Gateway:• Mobile IP-Tunnelendpunkt

• Initiale Verarbeitung der Registrierung

Sicherheit:

• Alle CIP-Knoten teileneinen „Netzschlüssel“

• MN-Schlüssel: MD5(Netzschlüssel, IP-Adresse)

• MN bekommt Schlüssel bei derRegistrierung

CIP-Gateway

Internet

MN1

Daten-/Steuer-pakete

von MN1

Mobile IP

BSBS

MN2

Pakete vonMN2 zu MN1

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24Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Cellular IP

Vorteile

• Initiale Registrierung umfasst Authentifizierung der MNs und wird zentral vom CIP-Gateway abgearbeitet

• Alle Steuermeldungen des MNs werden authentifiziert, einfache und elegante Architektur

• Weitgehend selbstkonfigurierend (nur wenig Verwaltung nötig)• Integration in Firewalls / private Adressen können unterstützt werden

Mögliche Probleme• Nicht transparent für MNs (zusätzliche Steuernachrichten notwendig)

• Public-Key-Verschlüsselung von MN-Schlüsseln evtl. problematisch bei ressourcenschwachen MNs

• Mehrwegeweiterleitung von Daten kann zur ineffizienten Bandbreitennutzung führen

• MNs können direkt die Routing-Einträge beeinflussen• Netzschlüssel vielen Komponenten bekannt (Risiko der Kompromittierung

groß)

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25Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

HAWAII

Handoff-Aware Wireless Access Internet Infrastructure

• Funktion:� MN erhält co-located COA

und registriert mit HA

� Handover: MN behält COA,neue BS antwortet Reg.-Anfrageund aktualisiert Router

� MN sieht BS als Fremdagent an

• Sicherheit:

� MN-FA-Authentifizierung verpflichtend� Challenge/Response-Erweiterungen

verpflichtend

BackboneRouter

Internet

CrossoverRouter

DHCPServer

DHCP

Mobile IP

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26Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

HAWAII

Vorteile:• Weitgehend transparent für MNs• Explizite Unterstützung für dynamisch zugewiesene Heimatadressen

• Gegenseitige Authentifizierung und C/R-Erweiterungen verpflichtend• Nur Infrastrukturkomponenten können Routing-Einträge verändern

Mögliche Probleme:• Mischung von co-located COA- und FA-Konzepten kann evtl. nicht von allen

MN-Implementierungen unterstützt werden

• Unterstützung privater Adressen auf Grund der co-located COA nicht möglich• Co-located COA wirft zusammen mit DHCP Sicherheitsfragen auf

(DHCP hat keine starke Authentifizierung)

• Dezentralisierte sicherheitskritische Funktionen in Basisstationen(Verarbeitung der Mobile IP-Registrierung während eines Handover)

• Authentifizierung von HAWAII-Protokollnachrichten nicht spezifiziert(potenzielle Angreifer: stationäre Knoten im Fremdnetz)

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27Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6)

Funktion:

• Netz enthält einen Mobility Anchor Point (MAP)� Abbildung von regionaler COA (RCOA) auf

link COA (LCOA)

• Bei einem Handover informiert ein MN nur den MAP� bekommt neue LCOA, behält RCOA

• Der HA wird nur dann kontaktiert, wenn sich der MAP ändert

Sicherheit:• keine HMIP-spezifischen Sicherheitsmerkmale

• Binding Updates sollten authentifiziert werden

MAP

Internet

bindingupdate

RCOA

LCOAoldLCOAnew

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28Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Hierarchical Mobile IP

Vorteile:

• Handover benötigt nur eine minimale Anzahl an Änderungen in Routing-Tabellen• Integration in Firewalls und die Unterstützung von privaten Adressen sind möglich

• Lokale COAs können verborgen bleiben, was zumindest einen gewissen Grad an Privatheit hinsichtlich des Aufenthaltsorts bietet

• Direkte Datenweiterleitung zwischen CNs am gleichen Subnetz ist möglich (könnte jedoch relativ gefährlich hinsichtlich der Sicherheit sein)

Mögliche Probleme:• Nicht transparent für MNs

• Handover-Effizienz in drahtlosen, mobilen Szenarien:� Komplexe MN-Operationen

� Alle Routing-Rekonfigurationsnachrichten werden über die drahtlose Verbindung geschickt

• MNs können (müssen!) direkt die Routing-Einträge mit Hilfe von Binding Updates verändern (Authentifizierung notwendig)

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29Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Ad-Hoc-Netzwerke

• Auch Mobile IP braucht eine Infrastruktur

� Home Agent/Foreign Agent im Festnetz� DHCP zur Adressvergabe, Router zur Weiterleitung der Daten

• Was tun, wenn keine Infrastruktur vorhanden ist?� Abgelegene Gegenden, spontane Treffen, Katastrophen� Auch Kosten können gegen eine Infrastruktur sprechen

• Hauptproblem: Wegwahl� keine Standard-Router vorhanden

� potentiell muss jeder Knoten weiterleiten können

A B C

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30Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Manet: Mobile Ad-hoc Networking

Fest-netz

MobileEnd-geräte

MobileRouter

Manet

Mobile IP, DHCP

Router Endgerät

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31Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Traditionelle Routing-Algorithmen

• Distance Vector

� Periodischer Austausch mit den physikalischen Nachbarn, wer über welche Distanz erreicht werden kann

� Auswahl des kürzesten Pfades bei Wegalternativen

� Ineffizient bei Ad-Hoc-Netzen

• Link State

� Periodische Benachrichtigung aller Router über den Zustand aller lokalen physikalischen Verbindungen

� Router erhalten ein „vollständiges“ Bild des Netzes

� Versagt völlig in Ad-Hoc-Netzen

• Beispiel

� ARPA Packet Radio Network (1973), Einsatz von DV-Routing� Alle 7,5s Austausch der Routing-Tabelle mit Verbindungsqualität

� Aktualisierung der Tabellen auch durch Empfang von Paketen� Routing-Probleme wurden mit begrenztem Flooding zu lösen versucht

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32Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Probleme traditioneller Routing-Algorithmen

Asymmetrische Verbindungen

• Die Übertragungsqualität muss nicht in beide Richtungen gleich sein• Von einer etablierten Route kann somit nicht auf die Route in Gegenrichtung

geschlossen werden

Redundante Links• Jede Menge Verbindungen existieren - komplexes Netz, damit hoher

Berechnungsaufwand für Router

Begrenzte Leistung der mobilen Geräte

• Periodische Aktualisierungen der Routing-Tabellen benötigt viel Energie ohne Nutzdaten zu senden, Ruhemodus unmöglich

• Ohnehin begrenzte Bandbreite der Geräte wird zusätzlich durch Austausch der Routing-Information geschmälert

Interferenz• Kann Daten vernichten

• Kann dadurch aber auch beim „Erlernen“ der Topologie helfen

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33Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Probleme traditioneller Routing-Algorithmen

Dynamik der Topologie

• Größtes Problem: häufige Änderung der Verbindungen, Teilnehmer und Verbindungsqualitäten!

gute Verbindungschlechte Verbindung

Zeit = t1 Zeit = t2

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34Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Erster Ansatz: Dynamic Source Routing

Trennung der Routing-Aufgabe in Auffinden und Aufrechterhalten

• Auffinden eines Weges� Nur wenn wirklich ein Weg zum Senden von Daten zu einem bestimmten

Ziel benötigt wird und noch keiner vorhanden ist

� Aussenden eines Broadcast-Pakets mit Zieladresse und Kennung� Bei Empfang eines Broadcast-Pakets

• falls Empfänger, dann Rücksendung an Absender• falls Paket bereits früher erhalten (Kennung), verwerfen• sonst eigene Adresse anhängen und als Broadcast weiterleiten

� Das Ziel kann den Weg auslesen und auf diesem antworten (symmetrische Pfade!) oder startet das gleiche Verfahren in Gegenrichtung

� Sender erhält Paket mit aktuellem Weg (Adressliste) zurück

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35Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Dynamic Source Routing

Optimierungen• Begrenzung durch maximale „Ausdehnung“ des mobilen Netzes (falls bekannt)

• Caching von Weginformationen mit Hilfe von vorbeikommenden Paketen (kann dann für eigene oder fremde Wegwahl ausgenutzt werden)

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36Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Dynamic Source Routing

• Aufrechterhaltung eines Weges� Nach dem Senden

• Warten auf die Quittung auf Schicht 2 (falls vorhanden)

• Mithören im Medium, ob Paket weitergeleitet wird (falls möglich)• Anforderung einer expliziten Bestätigung

� Falls Probleme erkannt werden, kann der Sender informiert oder lokal ein neuer Weg gesucht werden

� nur während ein Weg aktuell benutzt wird, muss dafür gesorgt werden, dass er weiterhin funktioniert

Somit:

• Keine periodischen Aktualisierungen notwendig!• Aber: Verzögerung vor Sendebeginn und bei Problemen

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37Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

DSDV (Destination Sequenced Distance Vector)

• Erweiterung des Distance Vector Routing

• Jeder Host führt eine Distanztabelle, die die Anzahl nötiger Hops zu allen anderen Rechnern enthält

• Routingstabellen werden ausgetauscht, wenn Änderungen eintreten (full dumpund incremental dump)

• Auch hier: Auffinden und Aufrechterhalten eines Pfades, allerdings nur Zählen der Hops bis zum Ziel

• Sequenznummer für jede Routenaktualisierung� Sicherstellung, dass Aktualisierungen in der richtigen Reihenfolge ausgeführt

werden

� Schleifen und Inkonsistenzen werden vermieden• Dämpfung der Änderungen

� Speichern der Zeitdauer zwischen erster und bester Ankündigung eines Weges

� Zurückhalten einer Aktualisierung, wenn sie vermutlich nicht stabil ist (basierend auf der gespeicherten Zeit)

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38Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

DSDV

Variante: Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV)• Anforderungsgesteuerte Version

• Aktualisierung nur, wenn Änderungen eine laufende Übertragung betreffen• Nur für benötigte Ziele werden Routinginformationen gespeichert

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39Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Interferenz-basiertes Routing

Wegwahlentscheidung basiert auf Annahmen über Interferenzen:

N1 N2

E2N6

N9N7

Nachbarn(d.h. in Funkreichweite)

Interferenz

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40Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Beispiele für Interferenz-basiertes Routing

Least Interference Routing (LIR)

• Bestimmung der Kosten eines Weges basierend auf der Anzahl von Empfängern, die eine Sendung hören könnten

• LIR relativ einfach zu implementieren, da nur Informationen über die direkten Nachbarn benötigt werden

Max-Min Residual Capacity Routing (MMRCR)• Bestimmung der Kosten eines Weges basierend auf einer

Wahrscheinlichkeitsfunktion von erfolgreichen Übertragungen und Interferenzen

Least Resistance Routing (LRR)

• Bestimmung der Kosten eines Weges basierend auf Interferenz, zusammengesetzt aus Informationen über Störung, Jamming und anderen Übertragungen

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41Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Fisheye State Routing

• basiert auf Link State Routing

• Reduktion der Last durch Informationsaustausch: Einteilung der Knoten in Zonen, die einen betrachteten Knoten zentrisch umgeben. Die Austauschfrequenz nimmt mit zunehmender Distanz ab

• Austausch von Informationen wie DSDV

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42Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Ameisenrouting

Andere Möglichkeit: Orientierung an Methoden aus der Natur, z.B. der Orientierung von Ameisen bei der Futtersuche

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43Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Clustering von ad-hoc-Netzwerken

Internet

Supergruppe

Gruppe

Basisstation

Gruppenzugang

Sinnvoll bei größerer Anzahl an Geräten: hierarchische Struktur

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44Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Die Vielfalt von Ad-Hoc Routing-Protokollen

• Flach, proaktiv� FSLS – Fuzzy Sighted Link State� FSR – Fisheye State Routing

� OLSR – Optimised Link State Routing Protocol� TBRPF – Topology Broadcast Based on Reverse Path Forwarding

• Flach, reaktiv� AODV – Ad hoc On demand Distance Vector� DSR – Dynamic Source Routing

• Hierarchisch� CGSR – Clusterhead-Gateway Switch Routing

� HSR – Hierarchical State Routing� LANMAR – Landmark Ad Hoc Routing

� ZRP – Zone Routing Protocol• Unterstützt durch geographische Ortsangaben (z.B. GPS)

� DREAM – Distance Routing Effect Algorithm for Mobility� GeoCast – Geographic Addressing and Routing

� GPSR – Greedy Perimeter Stateless Routing� LAR – Location-Aided Routing

Page 12: Anforderungen an ein mobiles IP Terminologie bei … · Mobile IP für IPv4 entwickelt, IPv6 erleichtert aber vieles • Sicherheit ist integriert und nicht aufgesetzt, Authentifizierung

Lehrstuhl für Informatik 4

Kommunikation und verteilte Systeme

45Kapitel 4.1: Mobilität in der Netzwerkschicht

Zusammenfassung

Transfer-Protokolle• Die Netzwerkschicht „bildet“ das Internet - IP spielt zentrale Rolle• Für ein mobiles IP: keine Änderung an existierenden Systemen, nur Hinzufügen

von Mobilität zum klassischen IP• DHCP unterstützt Mobile IP• Noch viele offene Punkte (Sicherheit, QoS, …)

• Ein Wechsel zu IPv6 würde vieles vereinfachen

Routing-Protokolle

• Ad-Hoc-Netze werfen zusätzlich Routingfragen auf• Flache Ansätze nur für kleine Gruppen, sonst wieder hierarchische Ansätze

• Aktuelles Forschungsthema