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1. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 N. da Proposta: 169 Ttulo: Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 Professor Orientador: Rui Manuel Rodrigues Rocha _____________________________ Co-Orientador: Antnio Rito da Silva _____________________________ Professor Acompanhante: Fernando Mira da Silva _____________________________ Alunos: n 41588, Jorge Daniel Sequeira Matias _____________________________ n 44172, Joo Lus Gonalves Saraiva _____________________________ Relatrio Final de TRABALHO FINAL DE CURSO do Curso de LICENCIATURA EM ENGENHARIA INFORMTICA E DE COMPUTADORES (LEIC) Ano Lectivo 2003/2004 Departamento de Engenharia Informtica 2. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva ii Agradecimentos Gostaramos de agradecer aos Professores Rui Rocha e Fernando Mira da Silva todo o apoio prestado ao longo do trabalho e pelos altos nveis de exigncia impostos que nos foraram a tentar dar o melhor de ns. Agradecemos tambm ao Sr. Eng. Jos Manuel Pereira pelo apoio prestado e esclarecimento de dvidas, e Paula Csar pelo apoio a nvel de infra-estruturas. Queremos igualmente agradecer aos nossos colegas do CIIST Miguel Cabea, Paulo Grave e Angelina Silva, que estiverem sempre presentes no decorrer do trabalho e foram sempre potenciadores de um ambiente de camaradagem. Agradecemos nossa querida amiga Teresa Martins do CIIST, que foi tambm presena constante tanto no decorrer do curso como no trabalho e que sempre nos incentivou e apoiou em tudo o que precisssemos. Finalmente agradecemos aos nossos pais todo o apoio e pacincia que tiveram ao longo do curso. 3. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva iii Resumo A mobilidade em redes IP vem levantar algumas questes no panorama das comunicaes entre computadores. importante saber: o seu impacto numa arquitectura de rede com muitos anos, como a rede IP, que usa protocolos de transporte desenhados especificamente para equipamentos com carateristicas estacionrias, onde no h quebras de ligao frequentes; e como so resolvidas as quebras de conectividade quando os terminais mveis transitam entre redes locais adjacentes de forma que estes se mantenham contactveis. Este trabalho pretende dar a conhecer as principais solues de mobilidade rpida no Mobile IPv6, que tenta solucionar ou atenuar alguns dos problemas que advm de tornar mvel equipamentos que foram pensados e desenhados como equipamentos estacionrios. So eles problemas de encaminhamento de dados, manuteno de conectividade dos terminais mveis e eficincia dos protocolos de comunicao. objectivo tambm do trabalho a implementao de uma soluo de fast handover que apresenta caractersticas de micro- mobilidade transportadas para o contexto da macro-mobilidade. Foi feito um levantamento das tecnologias existentes de IPv6 e Mobile IPv6; e foi criada uma bancada de ensaios, onde se empregou diversas ferramentas de forma a ter um ambiente o mais real possvel (ex: latncia na rede), tendo em vista um estudo sobre todos os mecanismos intervenientes na mobilidade IPv6. Faz parte desse estudo a caracterizao dos mecanismos de mobilidade assim como a anlise dos seus impactos nos protocolos de comunicao como o protocolo TCP. dado especial relevo ao protocolo TCP, visto ser este um dos principais obstculos a um processo eficaz e rpido de transio de um equipamento mvel entre pontos de acesso, devido s constantes quebras da sua janela de congesto. Realizou-se tambm um estudo comparativo de performance entre os mecanismos existentes e a soluo de fast handover implementada. Este trabalho foi base de um artigo [1] publicado e apresentado na 7 Conferncia sobre Redes de Computadores da FCCN, CRC2004. Palavras-chave: IPv6, Mobilidade, Fast Handover, Home Agent, Access Router, Mobile Node, TCP. 4. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva iv ndice 1 Introduo 1 1.1 Objectivos 4 1.2 Estrutura 5 2 Mobilidade em IPv6 7 2.1 IPv6 7 2.1.1 Stateless Address Autoconfiguration 8 2.1.2 Neighbor Discovery Protocol 9 2.2 IPv6 Mvel 9 3 O processo de transio entre sub-redes 12 3.1 Deteco de mudana de sub-rede 13 3.2 Registo no HA 15 3.3 Fase de execuo 16 3.4 Impacto sobre o TCP 18 4 Estado da arte 20 4.1 Deteco rpida de mudana de sub-rede 20 4.1.1 Transio desencadeada pelo mvel 20 4.1.2 Transio desencadeada pelo encaminhador 21 4.1.3 Anlise comparativa 22 4.2 Configurao rpida de endereo 22 4.2.1 Gerao de endereo feita pelo mvel 22 4.2.2 Gerao de endereo feita pelo encaminhador 23 4.2.3 Anlise comparativa 23 4.3 Concluses do estado da arte 24 5 Soluo de mobilidade rpida 25 5.1 Ambiente de Desenvolvimento 25 5.2 Soluo implementada 27 5. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva v 5.3 Cdigo desenvolvido 32 5.3.1 Driver HostAP 32 5.3.2 Radvd 32 5.3.3 Cdigo de auxlio a medies 33 6 Resultados 36 7 Concluses 44 Referncias 47 6. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva vi Lista de figuras Figura 3.1 Diagrama de rede da bancada de ensaios 12 Figura 3.2 Deteco de transio com MN a transmitir 13 Figura 3.3 Deteco de transio com MN idle" 13 Figura 3.4 Deteco de transio com RA do novo AR 14 Figura 3.5 Registo junto do HA 16 Figura 3.6 Triangular Routing 17 Figura 3.7 Route Optimization 17 Figura 3.8 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo 18 Figura 4.1 Transio desencadeada pelo mvel 20 Figura 4.2 Transio desencadeada pelo encaminhador 21 Figura 5.1 Diagrama de rede do ambiente de desenvolvimento 25 Figura 5.2 Funcionamento original 28 Figura 5.3 Funcionamento implementado 28 Figura 5.4 Funcionamento do Radvd, verso original 29 Figura 5.5 Funcionamento do Radvd modificado 30 Figura 5.6 Arquitectura da implementao 31 Figura 6.1 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo sem implementao de Fast Handover. Sem latncia 40 Figura 6.2 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo com implementao de Fast Handover. Sem latncia 40 Figura 6.3 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo sem implementao de Fast Handover. Com latncia 41 7. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva vii Figura 6.4 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo com implementao de Fast Handover. Com latncia 41 Figura 6.5 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo com implementao de Fast Handover. Sem latncia 42 Figura 6.6 Janela de congesto de ligao TCP ao longo do tempo com implementao de Fast Handover. Com latncia 42 Figura 6.7 Associao dos grficos de janela de congesto, de dbito e latncia no decorrer de uma transferncia numa ligao TCP. 43 8. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva viii Lista de tabelas Tabela 6.1 Tempos das vrias etapas da transio do AR2 para o AR1, sem Fast Handover. 36 Tabela 6.2 Tempos das vrias etapas da transio do AR1 para o AR2, com Fast Handover. 36 9. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva ix Lista de acrnimos AP Access Point nas redes IEEE 802.11 AR Access Router (encaminhador) HA Home Agent MN Mobile Node CN Correspondent Node RA Router Advertisement RS Router Solicitation BU Binding Update BA Binding Acknowledgement CoA Care of Address DAD Duplicate Address Detection NDP Neighbor Discovery Protocol SAA IPv6 Stateless Address Autoconfiguration RTT Round Trip Time DoS Denial of Service SNMP Simple Network Management Protocol MIP Mobile IP TCP Transmission Control Protocol OSI Open System Interconnection 10. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva 1 1 Introduo Desde as primeiras comunicaes entre computadores, em pequenas redes de investigao, at ao presente, muitas tcnicas e mtodos de comunicao foram desenvolvidos. Existe actualmente uma grande diversidade de equipamentos que permitem trocar voz, mensagens, imagens e todo o tipo de informao. Estes dispositivos podem estar fixos, visto dependerem da ligao atravs de fios, ou podem ser mveis utilizando tecnologias de comunicao sem fios. Inicialmente, apenas computadores partilhavam a ligao em rede. No entanto, com o advento das tecnologias e novos mtodos de comunicao, criou-se a necessidade de ligar novos tipos de dispositivos em rede. Para garantir que toda a diversidade de equipamentos que se encontram a uso nos dias de hoje comunicassem entre si, equipamentos estes com diferentes tecnologias de ligao, foi necessrio criar um protocolo de rede nico e global que permitisse a comunicao transparentes entre todos eles. Foi com o objectivo de criar uma rede de vrias sub-redes de computadores que foi criado um protocolo de comunicao, denominado Internet Protocol (IP) [2], que deu origem criao da Internet, um sistema mundial de redes de computadores. Para que os dispositivos possam comunicar entre si, este protocolo providencia endereos de rede para os dispositivos de modo que estes possam trocar mensagens entre si. Uma rede IP, uma rede com uma topologia hierrquica. Nela se reflecte tambm o seu endereamento e encaminhamento de mensagens entre sub-redes. Como exemplo, um bloco de endereos atribudo a uma instituio. Por sua vez, a esta instituio esto ligadas outras mais pequenas, s quais lhes so atribudas sub-blocos de endereos. Em cada instituio 11. Relatrio Final de TFC Mobilidade em redes 802.11 usando o protocolo IPv6 22-12-2004 Jorge Matias, Joo Saraiva 2 final, subdividem-se os endereos por departamentos, seces, etc, sendo finalmente atribudo um endereo a cada computador. Desta forma o encaminhamento de pacotes acompanha esta topologia. Co