Protocoles de gestion de la mobilité

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Il existe à ce jour différents protocoles réseaux permettant la mobilité. Nous les présentons ici, en fonction de leur appartenance aux couches du modèle OSI.


Mobilité aux niveaux 1 et 2

IEEE 802.11 (WiFi)

On se trouve dans un réseau constitué d'un ou plusieurs points d'accès (bornes WiFi). L'association d'un terminal mobile à un point d'accès se déroule en trois temps :

  1. L'écoute (active ou passive) : permet au terminal mobile de choisir un point d'accès parmis ceux possibles.
  2. L'authentification : le point d'accès (donc le réseau) accepte ou refuse l'accès du mobile au ressources réseau
  3. L'association : Négociation des paramètres de communication (débit...)

L'itinérance (ie le fait de changer de point d'accès) n'est pas gérée nativement par la norme 802.11 ; un essai a eu lieu, mais il fut abandonné en 2006 pour cause de temps d'interruption trop élevés.

Depuis, des solutions propriétaires sont sorties, et un standard (CapWap) et été mis en place, sans succès jusqu'ici.

IEEE 802.16e (WiMAX Mobile)

On définit 2 termes :

Station de Base 
La station de base (ou BS, Base Station) est le point d'accès au réseau 'fixe'.
Station Mobile 
La Station utilisateur (ou MS : Mobile Station) est l'appareil mobile voulant se connecter au réseau.


Arrivée d'une station mobile (MS) dans un réseau IEEE 802.16e

L'arrivée d'une station mobile dans un réseau IEEE 802.16e comporte 9 étapes :

  1. Ecoute du canal par la MS et synchronisation avec une BS
  2. Obtention des paramètres de transmission
  3. Ajustement des paramètres (puissance d'émission…)
  4. Négociation des paramètres de connexion
  5. Autorisation et échange de clés (optionnel)
  6. Enregistrement de la station mobile sur le réseau
  7. Etablissement de la connexion IP
  8. Etablissement de la date et de l'heure
  9. Transfert de paramètres optionnels (optionnel)


Gestion de la mobilité

Le fait de passer d'une station de base à une autre est appelée handover. Une procédure de handover se déroule comme suit :

  1. Acquisition de la topographie du réseau : chaque station de base envoie régulièrement des messages de Neighbour Advertisement, qui sont captés par les MS, qui peuvent alors savoir si une BS plus 'intéressante' est disponible.
  2. Sélection d'une nouvelle BS : En fonction des messages de Neighbour Advertisement, une MS peut décider de se synchroniser sur une BS pour déterminer si elle a intérêt à réaliser un handover (ie quitter sa BS actuelle).
  3. Choix de réaliser un handover (par la MS)
  4. Ré-entrée dans le réseau, via la nouvelle BS : on répète les étapes décrites pour l'arrivée d'une station mobile dans un réseau IEEE 802.16
  5. Suppression de l'enregistrement à l'ancienne BS
  6. Coordination des transmissions au niveau de la nouvelle BS : la nouvelle BS peut dans certains cas garantir la continuité des échanges initiés entre la MS et l'ancienne BS.

Mobilité au niveau 3 (réseau)

Elle se déroule donc au niveau IP ; IPv4 ne permettant pas la mobilité, nous ne nous intéresserons donc qu'à IPv6

Mobile IPv6

Principe :
Un mobile est rattaché à un réseau mère. Il a sur ce réseau une IP fixe, notée HoA (Home Adress).

Lorsqu'il se déplace sur un autre réseau, ce réseau lui attribue une autre IP, notée CoA (Care-of Adress).

Le réseau mère met alors en place un tunnel entre l'adresse fixe du mobile dans ce réseau (HoA) et l'adresse du mobile dans le réseau visité (CoA). Le trafic vers et à destination du mobile passe alors intégralement par ce tunnel, le réseau mère se comportant comme un proxy.


Optimisation de routage :

Pour plus d'efficacité, le mobile peut communiquer son adresse dans le réseau hôte (CoA), et ainsi communiquer directement sans passer par le réseau mère. Cela nécessite que le correspondant soit capable de gérer cette optimisation ; dans le cas contraire, les communications continuent de passer par le réseau mère. De plus, cette optimisation peut constituer une faille de sécurité.


Inconvénients de Mobile IPv6 : La latence est importante, ce qui est pénalisant en VoIP ; cette latence est due à trois facteurs :

  1. délai de handover au niveau 2
  2. obtention d'une IP dans le réseau visité
  3. temps de mise en place de l'optimisation de routage

De plus, le mobile ne peut plus communiquer en cas de crash du réseau mère, même si il est à l'extérieur. Le nombre de mobiles associés à un réseau mère peut également conduire à des problèmes de congestion.

FMIPv6 : Fast Handover Mobile IPv6

Le FMIPv6 est une amélioration de Mobile IPv6 qui vise à diminuer le temps de latence lors du changement de réseau (handover). L'idée est d'anticiper le changement de réseau. Le mobile est ainsi capable de :

  • obtenir une IP dans le prochain réseau avant le déplacement effectif
  • ainsi, d'envoyer des paquets sur ce réseau dès qu'il le 'capte'
  • recevoir via le nouveau réseau dès que le nouveau réseau l'a détecté

Dans le meilleur des cas, le handover total est alors réduit au handover de niveau 2.

HMIPv6 : Hierarchical Mobile IPv6

Cette amélioration d'IPv6 part du constat suivant : Lorsque le mobile change de point de rattachement au réseau dans un même domaine, il se produit des échanges avec le réseau mère (mise à jour de CoA…). Ceci peut être très long, si le domaine mère est éloigné du mobile.

Le HMIPv6 instaure donc la notion de Mobility Anchor Point (MAP), qui est un routeur du domaine visité. Il sert alors d'agent mère pour le mobile, qui n'a donc plus à remonter jusqu'à son réseau mère lors d'une mobilité au sein d'un domaine donné.

PMIPv6 : Proxy Mobile IPv6

En PMIPv6, la mobilité est gérée uniquement par le réseau : le mobile n'a ainsi pas à implémenter de solution de mobilité. Le réseau émule le fait que le mobile visiteur est toujours dans son réseau mère.

Mobilité entre les couches 3 (réseau) et 4 (transport)

Protocole Host Identity Protocol (HIP)

Ce protocole met en place une couche intermédiaire entre les couches réseau et transport. Il permet de séparer la localisation et l'identification d'un hôte.

Cependant, la mise en place de ce protocole nécessiterai de profondes modifications des OS et des applications liées au web : il ne semble pas pertinent de l'envisager pour le moment.


Mobilité liée à la couche 4 (Transport)

La couche transport a pour rôle d'encapsuler les paquets issus de la couche application dans par des protocoles standardisés, et de les envoyer à la couche réseau. Les protocoles principaux de la couche 4 sont le TCP et l'UDP.

Les solutions de mobilité au niveau de la couche transport exploitent les fonctionnalités de ces protocoles, ou en implémentent de nouveaux, spécifiques.

Ces solutions présentent de nombreux avantages ;

  • elles permettent de maintenir les connexions lors des handovers, en évitant notamment la perte de données (contrairement à celles des couches inférieures)
  • elles ne nécessitent pas de modification de l'infrastructure
  • bien qu'optimisées pour IPv6, elles peuvent tourner sous IPv4

En revanche, ces solutions sont aujourd'hui grandement tournées vers le protocole TCP ; Or, de nombreux médias utilisent d'autres protocoles, comme UDP (c'est le cas de la VoIP) : il faudrait donc adapter les solutions à ces protocoles.

Voici un aperçu des différentes solutions existantes pour la mobilité en couche 4 :

Solutions basées sur un proxy

Le principe de base de ces solutions est de séparer la connexion TCP en deux connexions : le proxy est intercalé entre le mobile et son correspondant. Ainsi, le correspondant peut toujours joindre le proxy, et le proxy dialogue avec le mobile pour connaître son adresse, et interrompre le flux de données le temps que le mobile change d'emplacement.

TCP Migrate

Ce protocole est dérivé du protocole TCP. Il permet la migration de connexions TCP lorsque le mobile change d'IP : le changement de réseau est ainsi transparent pour l'application.

Solutions basées sur SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

Ces solutions exploitent la possibilité offerte par SCTP d'établir une connexion avec simultanément plusieurs adresses à chaque extrémité de la liaison.

On retiendra entre autres mSCTP (mobile SCTP), ou encore SIGMA (Seamless IP diversity based Generalized Mobile Architecture).

Toutes ces solutions ont l'avantage de pouvoir tourner sur les infrastructures existantes, et de pouvoir tourner sous IPv4 au cas où l'un des éléments ne supporte pas IPv6. Cependant, il semble que SCTP soit loin de s'imposer aujourd'hui.

Mobilité liée à la couche 5 (Application) : protocole SIP

SIP (Session Initiation Protocol) est un protocole normalisé par l'IETF. Il gère la connexion, l'authentification et la localisation de participants à des sessions multimédia. C'est aujourd'hui le protocole le plus utilisé pour la VoIP.

Searchtool-80%.png Article détaillé : SIP.