Capitolo 6: sommario Comunicazioni Wireless

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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 6: Wireless and Mobile Networks

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 Networks

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 wide area network Permanent address: indirizzo permanente della home network, su cui l’utente mobile può essere sempre raggiunto e.g., mobile: terminale mobile Correspondent (corrispondente) 6: Wireless and Mobile Networks

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

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

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 Networks

7 Non scalabile a milioni di nodi
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 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. Non scalabile a milioni di nodi 6: Wireless and Mobile Networks

8 Mobilità: registrazione
visited network home network 1 mobile contatta il foreign agent della visited network che si appresta a visitare 2 foreign agent contatta lo home agent: “questo mobile è attualmente residente presso la mia rete” wide area network Risultato: Il foreign agent è consapevole della presenza del mobile Lo Home agent conosce la nuova locazione del mobile 6: Wireless and Mobile Networks

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

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 Inefficenate quando correspondent e mobile sono nella medfesima rete 6: Wireless and Mobile Networks

11 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 registrazionw 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! 6: Wireless and Mobile Networks

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

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

14 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) foreign net visited at session start anchor foreign agent wide area network 2 1 4 3 5 new foreign network correspondent agent new foreign agent correspondent 6: Wireless and Mobile Networks

15 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 6: Wireless and Mobile Networks

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 Networks

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

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 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 6: Wireless and Mobile Networks

19 Mobile IP: esempio di registrazione
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20 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 6: Wireless and Mobile Networks

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

22 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 6: Wireless and Mobile Networks

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

24 GSM: handoff sullo stesso MSC
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) VLR Mobile Switching Center old routing new routing old BSS new BSS 6: Wireless and Mobile Networks

25 GSM: handoff sullo stesso MSC
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) VLR Mobile Switching Center 2 4 1 7 8 3 old BSS 5 6 new BSS 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 Networks

26 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 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 home network Home MSC correspondent anchor MSC PSTN MSC MSC MSC (a) before handoff 6: Wireless and Mobile Networks

27 GSM: handoff tra MSC distinti
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 home network Home MSC correspondent anchor MSC PSTN MSC MSC MSC (b) after handoff 6: Wireless and Mobile Networks

28 Mobilità: GSM rispetto al Mobile IP
GSM element Comment on GSM element Mobile IP element Home system Rete del numero di telefono permanente Home network MSC home, HLR 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 Home agent Visited System Rete di temporanea residenza Visited network Visited Mobile services Switching Center. Visitor Location Record (VLR) 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 Foreign agent Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number” Indirizzo utilizzabile per una chiamata telefonica tra MSC domestico e MSC visitato (invisibile all’agente mobile e al corrispondente) Care-of-address 6: Wireless and Mobile Networks

29 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 6: Wireless and Mobile Networks