Análisis de protocolos de administración de movilidad IP, para Handover inter dominio

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis de protocolos de administración de movilidad IP, para Handover inter-dominio. Autor: Yasmany Manuel De la Paz Viera Tutor: Ing. Jorge Luis Obregón Hernández. Santa Clara 2012 "Año 54 del Triunfo de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis de protocolos de administración de movilidad IP, para Handover inter-dominio. Autor: Yasmany Manuel De la Paz Viera E-mail: [email protected]. Tutor: Ing. Jorge Luis Obregón Hernández Prof. Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones Facultad de Ingeniería Eléctrica E-mail: [email protected] Santa Clara 2012 "Año 54 del Triunfo de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. La sabiduría suprema es tener sueños bastante grandes para no perderlos de vista mientras se persiguen.. William Faulkner Escritor estadounidense..

(5) ii. DEDICATORIA. En este momento del trabajo; en el cual se me da la libertad de dedicarlo a quien quisiera, en primer lugar se lo dedico a Dios, por su inmenso poder y misericordia, la cual ha derramado sobre mí. Dedico este trabajo también a mis padres Madelin y Manuel; por traerme a este mundo, dándome mucho más de lo que merezco; en especial amor, también quiero dedicar el presente trabajo a mi abuela “La Niña” que ha hecho por este ser humano más que nadie en este mundo y a mi querida hermana Yanela; mi sangre y el motivo de mi vida. A mis amigos y compañeros de aula también dedico este trabajo ya que son las mejores personas que he conocido y he sabido escoger. Por último; pero en el más alto nivel humano dedico mi tesis a mi novia y futura esposa Maria Teresa, la cual me ha acompañado por mis años de estudios universitarios y me ha sabido esperar cada día con amor, paciencia y dedicación. … A todos ustedes, gracias por existir….

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a Dios por tenerme siempre presente, darme la sabiduría necesaria e iluminar mi camino para poder empezar y terminar así mis estudios universitarios. Agradezco también a mi tutor Jorge Luis Obregón por apoyarme en este momento final y decisivo de mi carrera universitaria. Agradecer a todos aquellos que me han dado la mano; en especial a mis amigos y mis compañeros de aula, que mencionarlos serían muchos, pero para cuando lean esto sabrán quienes son; con sonrisas en sus caras. También quiero agradecer en especial a todos aquellos que me dieron la espalda cuando necesitaba su ayuda, a ellos gracias porque me plantearon el reto y logré cumplirlo..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Análisis y elección de trabajos realizados sobre movilidad para saltos entre un mismo dominio. 2. Análisis detallado de los principales simuladores de red utilizados en este campo. 3. Búsqueda bibliográfica que sirva de apoyo en la selección del escenario a simular. 4. Desarrollo del escenario a simular cuando se realiza Handover dentro de un mismo dominio, para su posterior comparación. 5. Redacción del informe de tesis.. ______________________ Firma del Autor. ____________________ Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Los protocolos de administración de movilidad IP han cobrado un auge significativo debido al crecimiento de los usuarios que usan tecnologías inalámbricas y a que los protocolos de Internet tienen como inconveniente que no soportan la movilidad de forma nativa. El acelerado desarrollo de estos protocolos conlleva a la necesidad de analizar por simulación el desempeño de diferentes variantes de protocolos de administración de movilidad IP como son Jerárquico Móvil IPv6 y Proxy Móvil IPv6 para Handover dentro de un mismo dominio. Tales motivos constituyen los factores que dieron lugar a este trabajo, con el cual se pretende poner a disposición de los especialistas en telecomunicaciones un material de consulta sobre el desempeño de estos protocolos. Este trabajo realiza una descripción de las principales entidades de red que conforman a dichos protocolos; así como la funcionabilidad de cada una de ellas. En un momento posterior se describen las simulaciones referidas a cada protocolo usando para ello el Network Simulator y por último se hace un análisis comparativo de los resultados obtenidos al realizar simulaciones en un escenario virtual..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ...............................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP .......... 4. 1.1. Handover ................................................................................................... 5. 1.2. Móvil IPv6 .................................................................................................. 5. 1.2.1. Terminología ....................................................................................... 6. 1.2.2. Flujo de señalización ........................................................................... 7. 1.2.3. Resumen ........................................................................................... 10. 1.3. Jerárquico Móvil IPv6 ............................................................................... 10. 1.3.1. Terminología ..................................................................................... 11. 1.3.2. Flujo se Señalización ......................................................................... 12. 1.3.3. Resumen ........................................................................................... 13. 1.4. Proxy Móvil IPv6 ...................................................................................... 13. 1.4.1. Terminologia ...................................................................................... 14.

(10) vii 1.4.2. Flujo de señalización ......................................................................... 14. 1.4.3. Resumen ........................................................................................... 16. CAPÍTULO 2. 2.1. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP ................ 17. Simuladores ............................................................................................. 17. 2.1.1. Selección del simulador..................................................................... 19. 2.2. Instalación del software NS-3 .................................................................. 20. 2.3. Análisis del artículo PMIPv6 en NS-2....................................................... 24. 2.3.1. Estructura y características del escenario ......................................... 25. 2.4. Configuración de la red en NS-3 para PMIPv6 ........................................ 26. 2.5. Formas para la recopilación de datos en NS-3 ........................................ 30. 2.5.1 Ficheros de salida con formato .pcap y Wireshark ............................... 30 2.5.2 Ficheros de salida con formato .tr ......................................................... 31 CAPÍTULO 3.. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ........................ 33. 3.1. Recopilación de datos .............................................................................. 33. 3.2. Impacto del número de estaciones .......................................................... 35. 3.2.1. Razón de paquetes perdidos ............................................................. 35. 3.2.2. Latencia del Handover....................................................................... 37. 3.3. Retardo extremo a extremo ..................................................................... 39. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 42 Conclusiones ..................................................................................................... 42 Recomendaciones ............................................................................................. 43 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 44.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El rápido desarrollo de Internet junto con el enorme crecimiento de usuarios y tecnologías inalámbricas, ha resultado en una fuerte convergencia entre redes móviles y fijas, hacia el uso de Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol) como el protocolo común para ambas redes, específicamente, hacia el uso de direcciones IPv6 debido al agotamiento del número de direcciones en IPv4. Los protocolos de Internet no soportan movilidad de forma nativa, por lo que se han desarrollado una gran cantidad de trabajos científicos encaminados a la creación de protocolos para el soporte de movilidad IP. Grupos de trabajo como la IETF (Internet Engineering Task Force) y el NETLMM (Network-based Localized Mobility Management), entre otros, trabajan en el desarrollo de protocolos para el soporte de movilidad IP. Protocolos como Móvil IPv4 (MIPv4, Movil IPv6) y Móvil IPv6 (MIPv6, Movil IPv6) fueron inicialmente los principales protocolos para el soporte de movilidad IP. Ambas versiones se han convertido en la referencia básica para toda la investigación actual en este campo gracias a las ventajas que aportan, aunque también tienen importantes limitaciones que afectan directamente su desempeño, expresándose en alta latencia en el Handover, alta carga de señalización y alta razón de paquetes perdidos, sobre todo cuando se requiere ofrecer servicios basados en comunicaciones en tiempo real. Variantes como Jerárquico Móvil IP (HMIPv6, Hierarchical Movil IPv6) y Proxy Móvil IPv6 (PMIPv6, Proxy Movil IPv6) entre otros, fueron creadas para solventar los problemas de desempeño de MIPv6, específicamente cuando el Handover se realiza entre sub-redes que pertenecen a un mismo dominio. El estudio en Cuba sobre los protocolos para la administración de movilidad IP es escaso por ser una tecnología emergente que no ha tenido un amplio despliegue en el mercado y aplicada hasta ahora en determinados círculos del primer mundo. Aunque algunos profesionales en la rama de las telecomunicaciones, en especial en el ambiente.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. académico, se han interesado en el tema, se hace necesario expandir el conocimiento al respecto en aras de una mejor formación de los profesionales de las telecomunicaciones. Por lo tanto, tomando en cuenta los aspectos anteriores, para el presente trabajo de diploma se define el siguiente problema científico: ¿Cómo analizar por simulación el desempeño de las diferentes variantes de protocolos de administración de movilidad IP (HMIPv6 y PMIPv6) para Handover dentro de un mismo dominio? Por ello, el objetivo general del presente trabajo es: Analizar por simulación el desempeño de diferentes variantes de protocolos de administración de movilidad IP como son HMIPv6 y PMIPv6 para Handover dentro de un mismo dominio. Dando paso a diversas interrogantes científicas:  ¿Cómo enfocar el estudio de las variantes de protocolos escogidas?  ¿Qué características permiten fundamentar la selección del simulador?  ¿Qué escenario recrear en el simulador?  ¿Cómo llevar a cabo el análisis de los posibles resultados? Como objetivos específicos se encuentran: . Analizar detalladamente las variantes de protocolos escogidas, revisando documentos importantes como borradores (Draft), estándares o normas (RFC) y Artículos Científicos.. . Describir un estudio de los principales simuladores de red utilizados en este campo, así como sus potencialidades.. . Analizar detalladamente el simulador de red escogido.. . Revisar documentos que fundamenten los principales escenarios en los que se desarrollan estos protocolos.. . Simular el escenario recreados por comparación.. . Analizar los posibles resultados a obtener.. El informe está estructurado en un cuerpo de tres capítulos que recogen en esencia el siguiente orden metodológico, acompañado de conclusiones, recomendaciones y referencias bibliográficas. Capítulo I: Revisión bibliográfica del tema Móvil IP desde sus inicios hasta la actualidad, así como la descripción de los protocolos de punta referidos a esta rama (HMIPv6 y PMIPv6). Capítulo II:.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. Discusión de las distintas características que debe tener el escenario a diseñar realizando un conjunto de descripciones situación-solución que permitan dar respuestas a las interrogantes científicas mediante las tareas de investigación. Capítulo III: Simulación y recreación de los escenarios con el software NS-3 para la evaluación de los protocolos y posibles resultados que conlleven a su aplicabilidad de una forma más segura y eficiente..

(14) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 4. CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE. MOVILIDAD IP. Mantener el estado de la conexión, a usuarios que utilizan las redes móviles durante los movimientos realizados por los mismos, ha sido el principal reto a resolver por los proveedores de servicios en redes inalámbricas. Los protocolos para la administración de movilidad IP, fueron creados para solventar los problemas existentes en ambientes de redes inalámbricas, donde los nodos móviles utilizan a IP como el protocolo de capa de red. MIPv6 fue inicialmente uno de los protocolos creados en el logro de tal empeño. Este protocolo en teoría, debe permitir a los nodos móviles IPv6; originalmente configurados para operar en una determinada red; desplazarse a otras redes manteniendo el estado de la conexión sin importar el tipo de red de acceso y sin que se vea afectada la Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service) percibida por los usuarios. Para aplicaciones poco sensibles a los retardos (FTP, TFTP, etc) el desempeño del protocolo es aceptable, no corriendo la misma suerte aquellas aplicaciones sensibles al retardo (VoIP, Streaming de Audio y video, etc) donde el desempeño del protocolo es precario debido a la alta carga de señalización, la alta razón de paquetes perdidos y la alta latencia en el Handover. La IETF no ha cesado de trabajar para garantizar los parámetros de QoS requeridos por los usuarios de redes móviles, desarrollando una serie de nuevas variantes de protocolos encaminadas en este sentido. HMIPv6 (Soliman et al., 2008) y PMIPv6 (Gundavelli et al., 2008.) fueron creadas específicamente para administrar los movimientos de dispositivos móviles entre redes que pertenecen a un mismo dominio. Este capítulo se dedica a tratar los elementos fundamentales de HMIPv6 y PMIPv6, como protocolos desarrollados a atender los movimientos de los dispositivos móviles entre redes que pertenecen a un mismo dominio, haciéndose necesario primeramente tratar.

(15) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 5. aspectos elementales de MIPv6 como protocolo base para el desarrollo de estas diferentes variantes. 1.1. Handover 1. Se denomina Handover (Handoff ) al movimiento realizado por un nodo móvil cuando cambia su Punto de Acceso (AP, Access Point) hacia un nuevo AP ubicado en una red diferente, ver Figura 1.1. Dicho procedimiento es el causante del deterioro de la QoS percibida por los usuarios, ya que durante el proceso, la conexión puede verse afectada debido al aumento en el retardo y la variación del retardo (Jitter) en la entrega de paquetes, provocando la perdida de paquetes y en ocasiones la interrupción de la conexión.. Movimiento Router Inalámbrico. Handover. Router Inalámbrico. Nodo Móvil. Nodo Móvil. Figura 1.1 Representación del Handover.. El procedimiento del Handover esta compuesto de varios subprocesos y cada subproceso obtiene su propio retardo que contribuye al retardo global del Handover (Yousaf et al., 2008) 1.2. Móvil IPv6. La Figura 1.2 muestra un escenario donde se aprecian los términos y entidades funcionales que sirven de apoyo para describir el funcionamiento de MIPv6. La función y ubicación de cada uno de estos elementos también se trata en la Figura 1.2. Es importante señalar que el escenario correspondiente a la Figura 1.2 se dedica a mostrar los elementos que intervienen cuando se realiza el Handover entre sub-redes que. 1. En las referencias bibliográficas se puede encontrar además el término handoff..

(16) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 6. pertenecen a un mismo dominio. Dicho señalamiento es valido para los escenarios recreados en las Figura 1.4 y 1.6 referentes a los protocolos HMIPv6 y PMIPv6, respectivamente.. HN. MN. Binding Cache. CN. HA. HoA. Internet. FN Ruoter. MN. Handover. R AR1. R NAR. MN. Movimiento. CoA. nCoA. Figura 1.2 Representación de una red MIPv6.. 1.2.1 Terminología A continuación se muestra la explicación de las terminologías correspondiente a la Figura 1.2.  Nodo Móvil (MN, Mobile Node): es el terminal con el cual el usuario establece la conexión. Ejemplos: Computadora portátil, Teléfono Celular, etc.  Nodo Correspondiente (CN, Corresponse Node): es el terminal con el cual el MN establece la conexión. Ejemplos: Computadora portátil, Teléfono Celular, Servidor, etc. El CN puede o no ser un dispositivo inalámbrico.  Red Origen (HN, Home Network): es la red a partir de donde inicialmente el MN establece la conexión con el CN.  Red Visitada (FN, Foreing Network): es la red hacia donde se movió el MN después de establecida la conexión con el CN..

(17) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 7.  Dirección Permanente (HoA, Home of Address): es la dirección IPv6 inicialmente adquirida por el MN en la HN y con la cual estableció la conexión con el CN.  Dirección Temporal (CoA, Care of Address): es la dirección adquirida al entrar a la FN, a partir de la cual se debe mantener la conexión con el CN.  Nueva Dirección Temporal (nCoA, new Care of Address): es la nueva dirección adquirida cuando el MN se mueve hacia una nueva sub-red dentro del dominio de la FN. También tiene la función de mantener la conexión con el CN.  Agente Origen (HA, Home Agent): es el dispositivo responsable de interceptar y de hacer llegar al MN aquellos paquetes dirigidos a él mientras se encuentra fuera de su HN. Para ello administra los movimientos del MN a partir de información ofrecida por el propio MN.  Binding Cache (BC): es una estructura de datos que juega un papel importante en el funcionamiento del protocolo para tareas de ubicación, ya que mantiene las correspondencias entre la HoA de un MN y su CoA actual (Murillo et al., 2008).  Router de Acceso (AR, Access Router): representa los routers de acceso en la FN.  Nuevo Router de Acceso (NAR, New Access Router) representa el router de acceso con el cual se realizará el Handover.  R: representa el radio de cobertura referente a los AP pertenecientes a cada AR.  Movimiento: representa el movimiento del MN dentro del dominio perteneciente a la FN.  Handover: Está definido para este trabajo como la suma de los tiempos del Handover L2 y el Handover L3.  Handover L2: Se refiere al cambio de AP en una red de enlace determinada.  Handover L3: Se refiere al proceso donde el MN restablece la conexión de nivel 3 (L3) con el CN.. 1.2.2 Flujo de señalización El siguiente sub-epígrafe trata el proceso de señalización, referente al Handover entre sub-redes pertenecientes al dominio FN. Es importante señalar que al llegar el MN por primera vez a la FN se realiza un proceso de señalización semejante al que se explica a continuación y en donde el MN adquiere por primera vez una CoA. La Figura 1.3 muestra los elementos y el flujo de paquetes de señalización que intervienen en el Handover..

(18) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. MN. NAR. HA. Handover L2 Router Discovery. 8. CN. RS RA Configuración de la nCoA NS NA. DAD. BU BAck. RR. HoTI CoTI HoT CoT BU BAck. HoTI HoT. Terminación del Handover Figura 1.3 Flujo de paquetes de señalización.. El proceso se inicia con el Handover L2, lo cual se debe señalar pero dicho proceso se escapa de los objetivos de este trabajo. A continuación se muestra el proceso de señalización para el Handover L3.  Descubrimiento de Ruta (RD, Router Discovery) : se refiere al proceso inicial en el Handover L3, el cual se inicia cuando el NAR envía el mensaje Advertencia del Router (RA, Router advertaisement) (Perkins et al., 2011a) en respuesta al Solicitación del Router (RS, Router Solicitation) (Router Solicitation, 2011) enviado por el MN. El RA contiene la información necesaria para que el MN pueda autoconfigurarse su nueva dirección IPv6, la nCoA según la Figura 1.2. Configuración de la nCoA: el MN con la información obtenida del RA enviado por el NAR tiene la capacidad de autoconfigurarse su nueva dirección IPv6, este proceso de autoconfiguración se denomina StateLess según (Thomson et al., 2007 ). Detección de la Dirección Duplicada (DAD, Duplicate Address Detection): una vez autoconfigurada la dirección IPv6 el MN tiene que asegurarse de que ningún otro dispositivo de red; en su sub-red, tenga la misma dirección IPv6, evitando así conflictos de direcciones IP. En caso de existir conflicto de dirección IP, el dispositivo de red implicado.

(19) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 9. en el conflicto envía un mensaje Advertencia de Vecino (NA, Neighbor Advertisement) para que el MN cambie su dirección de prueba, una vez cambiada la dirección IPv6, el MN repite el proceso DAD (Moore, 2006) (Polo et al., 2008). Autenticación Autorización y Servicios de Contabilidad (AAA, Authentication Authorization and Accounting services): se refiere al mecanismo de seguridad implementado para garantizar el intercambio seguro de mensajes de señalización entre el MN y el HA referentes al proceso de registro de la CoA. Dicho mecanismo no se muestra en la Figura 1.2 puesto que la implementación de este proceso es opcional debido a que no es vital en el funcionamiento de MIPv6 (Giaretta et al., 2009). Una vez que el MN tiene configurada su dirección IPv6; la cual es denominada nCoA y está totalmente seguro de que ningún otro dispositivo en su sub-red coincidirá con ella, esta en disposición de informarle al HA acerca de su nueva ubicación; para que este actualice su BC. Este proceso se resume en el envió de dos mensajes: Actualización de Autentificación (BU, Binding Update): mensaje enviado del MN al HA, el cual contiene información necesaria para que el HA actualice la ubicación del MN (Perkins et al., 2011b). Reconocimiento de Autentificación (Back, Binding Acknowledgment): es el mensaje de respuesta que envía el HA al MN, confirmando acerca del mensaje BU recibido (Perkins et al., 2011c). Después de culminado el proceso de actualización de la ubicación del MN, con el intercambio de mensajes BU y BAck, se crea un túnel bidireccional entre el MN y el HA, a través del cual circula el flujo de datos intercambiados entre el CN y el MN, siempre que MIPv6 trabaje en su Modo de Funcionamiento Básico. Existe además otro modo de trabajo para MIPv6, denominado Modo de Funcionamiento Optimizado, en el cual al flujo de señalización se le añade el proceso de ReEnrutamiento (RR, Retour Routability). RR: el resultado de este proceso es que el flujo de datos entre el CN y el MN no tenga que viajar a través del HA para llegar a su destino, sino que este pueda encontrar una ruta óptima para el intercambio de datos entre ellos (Makaya and Pierre, 2008) (Perkins et al., 2011d). Después de encontrada la ruta óptima es necesario actualizar al CN. Para ello el MN envía un segundo mensaje BU actualizando al CN acerca de su ubicación actual, a lo cual.

(20) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 10. el CN responde con un mensaje Back, confirmando acerca del mensaje BU recibido. Ambos mensajes viajan a través del túnel bidireccional configurado inicialmente entre el MN y el HA. Posterior a la entrega de estos mensajes el túnel desaparece y el flujo de datos intercambiados entre el MN y el CN viaja a través de la nueva ruta, culminando así el proceso de Handover.. 1.2.3 Resumen MIPv6 es un estándar maduro y bien conocido para el apoyo a la movilidad IPv6, siendo el protocolo que dio inicio a la administración de la movilidad IP, permitiendo que los MN permanezcan accesibles mientras se mueven alrededor de la Internet IPv6, sin embargo ha revelado algunos problemas en los últimos años, los cuales se muestran a continuación (Choi et al., 2010).  La especificación de MIPv6 es demasiado complejo para ponerlo en práctica en MN con recursos limitados.  Una gran cantidad de señalización de MIPv6 produce una sobrecarga a los enlaces de acceso de una red inalámbrica.  La sobrecarga de señalización de MIPv6 causada a los MN hace consumir la energía de la batería.  La latencia de salto de MIPv6 es muy larga.  La modificación de la pila IP es necesaria, ya que MIPv6 es un protocolo de movilidad basado en host. Por lo que surge la necesidad de suplir estas y otras deficiencias que presenta MIPv6, dando lugar así a la creación de otros protocolos como son HMPv6 y PMIPv6 los cuales se tratan a continuación. 1.3. Jerárquico Móvil IPv6. La Figura 1.4 muestra las principales entidades funcionales introducidas por HMIPv6. Se puede notar que muchos términos coinciden con los descritos en MIPv6, por lo cual no se hace referencia a ellos debido a que cumplen la mima función, pero si es de destacar que surgen nuevas terminologías; las cuales se muestran a continuación..

(21) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. MN. 11. HN Binding Cache. CN. HA. HoA. Internet. FN MAP. MN RCoA=LCoA. Handover. R AR1. R NAR. Movimiento. MN RCoA≠LCoA. Figura 1.4 Representación de una red HMIPv6.. 1.3.1 Terminología A continuación se muestra la explicación de las terminologías correspondiente a la Figura 1.4.  Movilidad del Punto de Anclaje (MAP, Mobility Anchor Point): este se puede situar en cualquier nivel de una estructura jerárquica en una red de routers, incluyendo el AR. El MAP limita la cantidad de señalización de MIPv6 fuera del dominio local. Además es utilizado por el MN como un HA local. Uno o más MAP pueden existir dentro de una FN (Soliman et al., 2008).  Dirección Regional Temporal (RCoA, Regional Care-of Address): representa la dirección IPv6 que el MAP utiliza para notificar al HA y al CN de la ubicación actual del MN. Siempre que el MN este dentro del mismo dominio, la RCoA es la dirección que representa su ubicación para el HA y el CN.  Dirección de Enlace Temporal LCoA (link care-of address): representan las direcciones IPv6 adquiridas por el MN mientras se mueve entre sub-redes que pertenecen al mismo dominio. La actualización de la nueva ubicación solo se le hace llegar al MAP, siendo entonces los movimientos dentro del dominio transparentes al HA y al CN, haciendo que el MAP funcione como un HA para el.

(22) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 12. MN mientras se encuentra dentro del dominio, por tal motivo el MAP al igual que el HA contiene una BC la cual actualiza relacionando la RCoA con la LCoA (Lee et al., 2009).. 1.3.2 Flujo se Señalización La Figura 1.5 muestra el flujo de paquetes de señalización correspondientes a HMIPv6. Es importante señalar que se refiere al Handover que se realiza entre sub-redes que pertenecen al mismo dominio del MAP. El flujo de paquetes de señalización referentes al Handover realizado por el MN cuando entra por primera vez al dominio, es similar al explicado en el sub-epígrafe 1.2.2. Para una mejor comprensión de dicho procedimiento remitirse a (Lee et al., 2009).. MN. NAR. MAP. Handover L2 Router Discovery. RS RA Configuración de la LCoA. DAD. NS NA BU BAck. Túnel Bidireccional Terminación del Handover. Figura 1.5 Flujo de paquetes de señalización.. El proceso se inicia con el Handover L2, lo cual se debe señalar, pero dicho proceso se escapa de los objetivos de este trabajo. A continuación se muestra el proceso de señalización para el Handover L3.  RD: el procedimiento es similar al explicado en el sub-epígrafe 1.2.2, a lo cual se debe adicionar que el mensaje RA contiene información extra, con la cual se notifica al MN de la existencia del MAP.  Configuración LCoA: el procedimiento es similar al explicado en el sub-epígrafe 1.2.2, referido a la configuración de la nCoA..

(23) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 13.  DAD: el procedimiento DAD es el mismo que el explicado en el sub-epígrafe 1.2.2. Una vez que el MN garantice que no exista conflicto de direcciones IPv6 pasa a notificar al MAP de su nueva ubicación, para ello envía un mensaje BU al MAP a partir del cual el MAP actualiza su BC y este responde con un mensaje BAck confirmando el éxito de la notificación. Posteriormente se da paso a la creación de un túnel bidireccional entre el MN y el MAP, con el propósito de intercambiar información. Es importante señalar que al igual que en MIPv6 se puede aplicar el mecanismo AAA para garantizar el intercambio seguro de mensajes de señalización entre el MN y el MAP, evitando así la introducción en la red de un MN corrupto (Giaretta et al., 2009).. 1.3.3 Resumen HMIPv6 se basa en MIPv6 en el sentido que son protocolos de apoyo a la movilidad, tienen las mismas arquitecturas de dirección de movilidad jerárquicas y además ambos protocolo son orientados a host. Pero HMIPv6 tiene como ventaja sobre MIPv6; que fue desarrollado para disminuir la cantidad de mensajes de señalización en entornos en los que se cambia muy frecuentemente de un AR inalámbrico a otro, permite también a los MN ocultar su ubicación de los CN y del HA además este protocolo no se basa en asumir la presencia de un HA ya que el propio MAP es el HA (Soliman et al., 2008). Se debe resaltar que HMIPv6 al ser un protocolo enfocado a host y al igual que MIPv6 tiene como desventaja que el MN participa directamente en el proceso de señalización, requiriendo que este último tuviese que actualizar su software y/o hardware cada vez que se desarrollase una nueva variante de protocolo o se modifique una actual. Es muy importante señalar que el MAP sólo reduce la señalización dentro de un mismo dominio, cuando el MN se mueve fuera del dominio MAP, la eficiencia de HMIPv6 desaparece.. 1.4. Proxy Móvil IPv6. La Figura 1.6 muestra las principales entidades funcionales introducidas por PMIPv6. Es importante señalar que desde sus inicios PMIPv6 fue un protocolo creado a tratar el Handover que se realiza entre redes que pertenecen a un mismo dominio, el cual se denomina Dominio Proxy (PD, Proxy Domain)..

(24) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 14. CN. Internet. PD LMA. MN. Handover. R MAG1. R MN. MAG2. Movimiento. CoA. nCoA. Figura 1.6 Representación de una red PMIPv6.. 1.4.1 Terminologia A continuación se muestra la explicación de las terminologías correspondiente a la Figura 1.6.  Puerta de Acceso Móvil (MAG, Mobile Access Gateway): es la entidad de red encargada de la detección e información de los movimientos del MN en su nombre. Normalmente esta funcionalidad es instalada en los AR pertenecientes al PD.  Anclaje de Movilidad Local (LMA, Local Mobility Anchor): es la entidad de red encargada de la administración de movilidad del MN. Su función es similar a la del HA.. 1.4.2 Flujo de señalización La Figura 1.7 muestra el flujo de paquetes de señalización correspondientes a PMIPv6..

(25) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. MN. MAG. LMA. Handover L2 RS. 15. CN. Solicitud de un HNP PBU. Router Discovery. PBA RA. Otorgamiento del HNP. HNP AAA. Autoconfiguración de IPv6 Túnel Bidireccional Comunicación Terminación del Handover. Figura 1.7 Flujo de paquetes de señalización.. El proceso se inicia con el Handover L2, lo cual se debe señalar pero dicho proceso se escapa de los objetivos de este trabajo. A continuación se muestra el proceso de señalización para el Handover L3. Inmediatamente después de terminado el Handover L2, se inicia el proceso de RD con el envío de un mensaje RS por parte del MN al MAG correspondiente. Dicho mensaje contiene en su interior el identificador de red correspondiente al MN. Con esta información el MAG envía al LMA un mensaje de Actualización de Autentificación del Proxy (PBU, Proxy Binding Update) en solicitud de un Prefijo de Red (HNP, Home Network Prefix) para que el MN se pueda autoconfigurar su dirección IPv6. Es importante señalar que el LMA puede enviar más de un HNP en función de la cantidad de redes de accesos que existan. Una vez aceptada la solicitud, el LMA envía al MAG un mensaje Reconocimiento de Autentificación del Proxy (PBA Proxy Binding Acknowledgment), dicho mensaje contiene en su interior el HNP otorgado por el LMA al MN. Posteriormente el MAG envía un RA con dicho HNP en su interior dando la posibilidad que el MN pueda autoconfigurarse su dirección IPv6. Culminando así el proceso RD..

(26) CAPÍTULO 1. PROTOCOLOS DE ADMINISTRACIÓN DE MOVILIDAD IP. 16. Es importante señalar que al igual que en MIPv6 y en HMIPv6 se puede aplicar el mecanismo AAA para garantizar el intercambio seguro de mensajes de señalización, pero en este protocolo el intercambio es entre el MAG y el LMA (Giaretta et al., 2009). El proceso de autoconfiguración de la dirección IPv6 es similar al descrito en el subepígrafe 1.2.2 referente a la configuración de la nCoA. El proceso DAD se aplica solamente cuando el MN entra por primera vez al PD, ya que en PMIPv6 cada MN mantiene la misma dirección IPv6 mientras se mueve dentro del PD, por tanto, el tiempo referente al proceso DAD cuando se utiliza PMIPv6; no influye en el tiempo global para Handover dentro de un mismo dominio. Después del intercambio de los mensajes de señalización PBU y PBA, el MAG y el LMA a partir de información obtenida de dichos mensajes, crean un túnel bidireccional para el intercambio de información entre ellos, el cual sirve además de camino para el flujo de datos; después de restablecida la conexión entre el MN y el CN.. 1.4.3 Resumen PMIPv6 a diferencia de MIPv6 y HMIPv6 es un protocolo con un enfoque basado en red, debido a que son las entidades de red las encargadas seguir y administrar los movimientos del MN; lo cual trae como ventaja que el MN no participe directamente en el proceso de señalización, evitando así que los MN tuviesen que actualizar su software y/o hardware cada vez que se desarrollase una nueva variante de protocolo o se modifique una actual. A pesar de ser un protocolo con características sobresalientes y se espera que acelere la implementación real de la gestión de la movilidad IP, tiene la limitante que solo es aplicable para el análisis de Handover dentro de un mismo dominio, cuando el MN se mueve fuera del PD, la eficiencia de PMIPv6 desaparece; de ahí que se este trabajando arduamente en el desarrollo de variantes de PMIPv6 para solventar dicho problema (Gundavelli et al., 2008.)..

(27) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 17. CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. En este capítulo se realiza una descripción detallada referida a la adaptación que se le hizo al protocolo HMIPv6 para lograr una copia fidedigna hacia el protocolo PMIPv6. Para ello se tocan aspectos tales como: simuladores, sistemas operativos y códigos de programación, todo esto con el objetivo de lograr una precisión idónea entre estos protocolos. 2.1. Simuladores. En las telecomunicaciones existen metodologías las cuales indican las pautas que se deben seguir o que procesos se deben cumplir para diseñar una red; cualquiera que sean estas ayuda a que se tenga cierto porcentaje de confianza de que lo que se está realizando. Pero estas metodologías tienen como inconveniente que no son seguras en su totalidad, haciéndose necesaria la realización de pruebas prácticas que validen los resultados obtenidos a partir de los fundamentos teóricos. Por ello como complemento de estas metodologías existen los simuladores, los cuales son herramientas virtuales que posibilitan a los diseñadores tener una visión cercana a la realidad, sin tener que llegar a la implementación real del sistema, haciendo que resulte más económica la validación del diseño inicial. Desde hace algún tiempo los simuladores han ayudado a los usuarios en la toma de decisiones, haciendo que se puedan predecir los posibles comportamientos del medio que se quiera analizar y trabajar en base a estos resultados. En el mundo referido a los simuladores de redes se pueden encontrar varios prototipos, a continuación se comentan algunas características referentes a los principales simuladores.

(28) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 18. de red utilizados a nivel mundial para el análisis de los diferentes protocolos de administración de movilidad IP. OPNET v14: Este simulador proporciona un ambiente gráfico amigable de fácil manejo para los usuarios, un entorno de red virtual que modela el comportamiento de una red por completo, permitiendo diagnosticar problemas de una forma eficiente así como validar cambios en la red antes de implementarlos y prever el comportamiento de la misma ante futuros escenarios A pesar de ser un potente simulador tiene como inconveniente que en esta versión los módulos implementados referidos a la administración de la movilidad IP solo llegan hasta MIPv6, no encontrándose en sus módulos a los protocolos HMIPv6 Y PMIPv6. Por lo que se tiene que desechar ya que el trabajo con el mismo no cumple objetivo alguno (OPNET Home Page, 2011). OMNeT ++: Este es un simulador modular de eventos discretos de redes, orientado a objetos, usado habitualmente para modelar el tráfico de redes de telecomunicaciones, protocolos, sistemas multiprocesadores, validación de arquitecturas. hardware y. evaluación del rendimiento de sistemas software. Esta herramienta esta disponible para sistemas operativos basados en UNIX, Windows, entre otros. El sistema de simulación de OMNeT++ provee un núcleo de simulación que contiene las rutinas que controlan las simulaciones y las bibliotecas de simulación e interfaces de usuario que son usadas para la construcción de modelos y ejecución de simulaciones. Este simulador es un potente candidato para llevar a cabo las simulaciones referidas a los protocolos de administración de movilidad IP, ya que existe un proyecto desarrollado por universidades alemanas, denominado xMIPv6. Este proyecto tiene como fin desarrollar todos los módulos referentes a las diferentes variantes de protocolos de administración de movilidad IP que se han desarrollado sobre la base de MIPv6, donde se puede encontrar a HMIPv6 y PMIPv6. A pesar de las buenas intenciones de este proyecto, los módulos referentes a HMIPv6 y PMIPv6 no se han publicado aún por lo que resulta imposible el trabajo con este simulador (OMNeT++ Home Page, 2011). NS (Network Simulator): Este es un simulador de redes basado en eventos discretos. Permite simular tanto protocolos unicast como multicast. Implementa una amplia gama de protocolos tanto de redes cableadas como de redes inalámbricas. Además este simulador.

(29) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 19. basa su código de programación en C++. Se debe destacar que NS es un software libre y cuenta con dos versiones NS-2 y NS-3. NS-2: Esta primera versión del software es orientada a objetos proveyendo una interfaz de simulación a través del lenguaje de programación OTcl, el cual no es mas que un intermediario entre el lenguaje de programación C++ y el usuario, haciéndole más fácil la programación al usuario. El usuario describe una topología de red por medio de scripts OTcl y luego el programa principal de NS-2 simular dicha topología utilizando los parámetros definidos. NS-2 esta diseñado para sistemas operativos como Linux, Solaris y Window, haciéndose necesario en este último se utilice Cygwin (Network Simulator 2 Home Page, 2011). NS-3: La variante NS-3 surge en el año 2005, la cual tiene un enfoque orientada a objetos como su antecesor el NS-2. La base de desarrollo del software fue el paquete YANS (Yet Another Network Simulator). La estructura de NS-3 permite el desarrollo de modelos de simulación de alto desempeño basándose en el lenguaje de programación C++. NS-3 soporta simulación de redes IP, no IP; así como redes inalámbricas tales como Wi-Fi, WiMax o LTE, además de diferentes protocolos de ruteo entre los que se destacan OLSR y AODV. NS-3 esta diseñado para trabajar con los mimos sistemas operativos que su antecesor, pudiendo también exportar ficheros provenientes del NS-2. NS-3 es ampliamente utilizado como herramienta educativa y de investigación. A continuación se muestran los nombres de algunas instituciones que hacen uso de NS-3, teles como: Instituto de Tecnología de Georgia, Universidad de Kansas, Universidad de Pensilvania, Universidad Brigham Young y Universidad Aalto. Se puede ver como el software NS-3 es ampliamente utilizado en instituciones y universidades reconocidas a nivel mundial, lo cual lo hace un software de gran prestigio a nivel internacional (Network Simulator 3 Home Page, 2011). 2.1.1. Selección del simulador. Este trabajo de forma general se dedica a realizar una comparación mediante simulación de HMIPv6 y PMIPv6 para cuando se realiza un Handover dentro de un mismo dominio. La imposibilidad de poder encontrar un simulador que agrupe los módulos referentes a ambos protocolos hace que sea necesario buscar otra solución para dar repuesta al objetivo del trabajo. Se decide entonces a partir de los resultados obtenidos por otros autores para HMIPv6 en NS-2, implementar PMIPv6 en NS-3 y comparar los resultados,.

(30) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 20. trabajando con estos dos simuladores debido a que el funcionamiento de los mismos es similar. Se escoge el artículo titulado: “A Performance Comparison of Mobile IPv6, Hierarchical Mobile IPv6, Fast Handovers for Mobile IPv6 and their Combination” (Costa et al., 2003) artículo publicado en la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) y referenciado en diversas ocasiones por artículos que se han publicado en varias revistas indexadas a las bases de datos de la IEEE. Se toma este artículo para que sirviera de punto de partida, debido a que se ajusta en gran medida al objetivo del presente trabajo, en el mismo se analiza entre otras cosas, el desempeño de HMIPv6 midiendo parámetros como: latencia del Handover, razón de paquetes perdidos, condiciones que serán reproducidas en NS-3 teniendo en cuenta la misma topología de red pero utilizando PMIPv6. 2.2. Instalación del software NS-3. A continuación se muestra una serie de pasos los cuales conforman la metodología a seguir para lograr la instalación exitosa del software NS-3 en el Sistema Operativo (SO, System Operative) Ubuntu. 1- Instalación de Ubuntu Se recomienda instalar la versión de Ubuntu 10.04.03 i386, fundamentalmente por dos razones:  Versión LTS (Long Time Support). El SO Ubuntu define sus versiones para un determinado período de vida, es decir en ese tiempo solo se actualiza dicha versión. Teniendo esta versión escogida una gran compatibilidad con el software NS-3.  En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV) se consta de servidores que ponen a disposición de los usuarios el repositorio referido a esta versión del SO. Haciendo que no sea necesario la conexión a Internet como viene por defecto en la instalación del SO. 2- Configuración de la red Después de concluir de forma exitosa la instalación del SO; se procede a la configuración de la red. Proceso que se debe realizar debido a que hay que tener una conexión activa.

(31) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 21. para poder interactuar con los servidores del repositorio, pudiendo así instalar todos los programas que sean de utilidad para el usuario. Para ello primeramente se debe configurar la dirección con la cual se identifica la PC en la red universitaria, para llegar a esta configuración se debe tomar la siguiente ruta. Conexiones VPN / Configurar VPN / Cableado / Auto eth0 / Editar / Ajustes de IPv4.. Figura 2.1 Configuración de la red.. La Figura 2.1 muestra aspectos tales como: Dirección IP, Máscara de Red, Puerta de Enlace (Gateway) por defecto, parámetros que permiten al usuario tener conectividad dentro de la red universitaria, estos parámetros varían en dependencia de la LAN en que se encuentre el usuario. Otros aspectos a tener en cuenta son las direcciones referentes a los Servidores de Nombre de Dominio (DNS, Domain Name Server) y Dominio de búsqueda, aspectos que se mantienen invariables para todo el dominio UCLV. 3- Establecimiento de rutas hacia el repositorio Una vez concluida de forma exitosa la configuración de la red, se deben establecer las rutas para poder acceder al repositorio, este paso consiste en la reconfiguración del fichero source.list..

(32) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 22. Es importante señalar que a partir de este paso el trabajo se va a desarrollar utilizando el modo consola (Terminal), a la cual se accede a través de la siguiente ruta: Aplicaciones/Accesorio/Terminal. (Ver Figura 2.2). Figura 2.2 Ruta de acceso al Terminal.. Estando dentro de la consola se introduce el siguiente comando: sudo su root, seguido se escribe la contraseña referente al usuario root. Este paso tiene como función garantizar privilegios de super-administración, los cuales llegan más allá de los privilegios que se le dan a cualquier usuario común. Los privilegios de super-administración permiten ejecutar una serie de acciones no permitidas para cualquier usuario, tales como: la instalación de ciertos programas y la modificación de ficheros de configuración como puede ser, el fichero source.list. Para acceder al fichero source.list se ejecuta la siguiente línea de comando: nano /etc/apt/sources.list El fichero source.list muestra direcciones configuradas por defecto para acceder al repositorio del SO, las cuales indican rutas para llegar a servidores ubicados en Internet. El hecho de que en la Universidad se cuente con un servidor el cual contiene el repositorio referente al SO hace que se haga necesario reconfigurar dichas direcciones, evitando así la necesidad de una conexión a Internet para el trabajo con el SO. Para evitar perder las direcciones configuradas por defecto para el acceso al repositorio en Internet, las líneas referentes a las mismas se comentan utilizando el símbolo #, lo cual.

(33) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 23. deshabilita su funcionalidad. Posteriormente se pasa a agregar las nuevas direcciones que permiten la conexión con el servidor de la UCLV. Las nuevas direcciones que se deben introducir en el fichero source.list se muestran en la Figura 2.3.. Figura 2.3 Reconfiguración del fichero source.list. Una vez reconfigurado el fichero source.list se actualiza el SO, para lo cual se utiliza el siguiente comando: apt-get update. Se recomienda la ejecución de esta acción con cierta frecuencia, actualizando así el SO. 4- Instalación de librerías. Después de instalado el SO de forma correcta, configurado la red y establecido las rutas hacia el repositorio, se tienen las condiciones creadas para comenzar el trabajo con el simulador, comenzando con la instalación de las librerías (programas) necesarias. NS-3 es un simulador que trabaja fundamentalmente con los lenguajes de programación C++ y Python, por lo tanto, para poder compilar y correr las simulaciones se hace necesario la instalación de las librerías (programas) referentes a estos lenguajes. Los comandos para la instalación de dichas librerías se muestran a continuación. apt-get install gcc.

(34) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 24. apt-get install g++ apt-get install python Se hace necesaria la instalación de una herramienta que permita descompactar ficheros, debido a que muchos de los ficheros a utilizar en NS-3 vienen compactados. Se recomienda entonces instalar Gzip (Ubuntu Manuals, 2011). Para la instalación de Gzip se utiliza el siguiente comando: apt-get install gzip Se recomienda además instalar Emacs y Wireshark. Emacs: es un editor de texto inteligente, brindando gran facilidad de trabajo y una alta funcionabilidad (Yidong, 2012). Se recomienda este editor de texto, ya que este puede señalar errores cometidos durante la escritura del código. Para la instalación de Emacs se utiliza el siguiente comando: apt-get install emacs Wireshark: es un potente sniffer de red de gran utilidad a nivel mundial (WIRESHARK Home Page, 2011). Se hace necesaria la instalación de este sniffer ya que NS-3 dentro de los ficheros de salida que ofrece para el análisis de los resultados; están los ficheros con extensión .pcap los cuales pueden ser procesados con Wireshark. Para la instalación de Wireshark se utiliza el siguiente comando: apt-get install Wireshark 5- Instalación del NS-3. Después de instaladas de forma correcta las herramientas necesarias para el trabajo con NS-3, se procede a instalar el simulador en cuestión. Los ficheros de instalación referentes a NS-3.12.1 la cual fue la versión utilizada en este trabajo se pueden encontrar en (Network Simulator 3 Home Page, 2011). Una vez descargados los ficheros de simulación se recomienda seguir los pasos para la instalación expuestos en (Sphinx, 2011). Los ficheros fuentes referentes a la instalación de esta versión del simulador no traen implementados los módulos para PMIPv6, por tanto se hace necesario incluirlos. La solución está en sustituir la carpeta fuente (src) que trae originalmente la instalación de esta versión del simulador, por otra carpeta src la cual se encuentra en (Choi, 2012) 2.3. Análisis del artículo PMIPv6 en NS-2. Este epígrafe está dedicado al análisis de la estructura de red y las principales características que presenta el escenario de red del artículo escogido (Costa et al., 2003),.

(35) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 25. el cual es el artículo seleccionado para llevar a cabo la comparación por simulación del protocolo PMIPv6 en NS-3, ya que este muestra un análisis bajo la base del protocolo HMIPv6 en NS-2. La topología de red del artículo seleccionado se muestra en la Figura 2.4.. CNn. CN. HA. Internet. (CR) MAP=HA IR AR1. MN. IR AR2 AR3. Movimiento. AR4. MN. Figura 2.4 Topología de red utilizada para la simulación de HMIPv6 en NS-2.. 2.3.1. Estructura y características del escenario. Topología de Red: la red se compone por un HA y los CN, los cuales están conectados a través de la nube Internet con el Router Central (CR, Central Router). El CR funciona como MAP, el cual tiene la función equivalente al HA en MIPv6. Se compone además de cuatro AR, representando cada uno una sub-red IP diferente, los cuales están conectados al CR a través de dos Router Intermedios (IR, Intermediate Router). El CR, los IR y los AR conforman el dominio denominado: micro-movilidad, la nube Internet es representada simplemente por un enlace cuyo retardo de propagación es mayor que el referido al de los enlaces referentes al dominio de micro-movilidad, ya que representa el camino recorrido por los paquetes a través de Internet donde las distancias se hacen mucho mayores. Todos los enlaces cableados se configuran de tipo bidireccional con una razón de transferencia de datos de 5 Mbps. El enlace referente a la nube de Internet se configura con un retardo de propagación de 10 ms, mientras que los enlaces referentes al dominio.

(36) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 26. de micro-movilidad se configuran con un retardo de propagación de 2 ms. El medio inalámbrico usado en la wireless LAN se describe según la especificación IEEE 802.11, con una razón de transferencia de datos de 2 Mbps. Análisis de los Resultados: para llevar acabo el análisis se monitorea el comportamiento de un MN que se mueve de forma constante a 5 m/s, bajo la influencia de otros nodos (variando estos, desde 1 hasta 50) que se mueven al azar todo el tiempo, proporcionando la interferencia sobre el MN observado.  El tráfico UDP del CN al MN es de 250 bytes en intervalos de 10 ms..  El intervalo de simulación es de 125 segundos, con un movimiento de 5 m/s; por parte del MN monitoreado. En el artículo se mide como parámetros fundamentales la degradación de la calidad de servicio que percibe un usuario móvil durante una transferencia cuando se recibe un flujo de datos (Por ejemplo; UDP) expresándose en los siguientes parámetros:  Latencia en el Handover.  Razón de paquetes perdidos.  Carga de señalización. 2.4. Configuración de la red en NS-3 para PMIPv6. En este epígrafe se explican los pasos a realizar para llevar a cabo la adaptación de la red HMIPv6 desarrollada en NS-2 hacia PMIPv6 en NS-3. Para llevar a cabo dicha modificación se trabaja sobre la base de los módulos y el código de programación en C++ desarrollado por Hyon Young Choi, integrante del Departamento de Ingeniería Informática y Radiocomunicaciones de la Universidad de Korea del Sur y miembro de la IEEE (Choi, 2010). Al código base se le realizaron varias modificaciones para lograr una sólida fidelidad referida a la red desarrollada para HMIPv6, estas modificaciones fueron fundamentadas sobre la base del manual de usuario para NS-3 (Sphinx, 2011) los cuales se muestran a continuación.  Creación de los MN NodeContainer sta; sta.Create (x);.

(37) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 27. Con estas líneas de código se logra la creación de cierta cantidad de MN, esto está en dependencia del valor que se le asigne a la variable x a la hora de programar, los cuales son nombrados Estación (sta, station) en el código de programación. Con ello se garantiza tener un MN para monitorearlo y destinar el resto de los MN a la interferencia del primero, igual que se hace en el artículo seleccionado.  Creación de la entidad LMA (HA) Como se conoce la entidad HA en el protocolo PMIPv6 es remplazada por la terminología LMA, el cual es a su vez el CR. NodeContainer lma; NodeContainer backbone; backbone.Create(3); lma.Add(backbone.Get(0));. En estas líneas de código se crean tres nodos referidos al backbone, notándose que el primero de ellos, el nodo 0 referido al backbone es el destinado a representar la entidad LMA.  Creación de CN NodeContainer cn; cn.Create(1);. Con estas líneas de código se logra la creación de un CN, con el cual los MN desarrollan la comunicación ya que este hace la función de servidor, dicha comunicación se realiza a través de un flujo de datos; del tipo UDP.  Creación de MAG (AR) NodeContainer mags; backbone.Create(3); mags.Add(backbone.Get(1)); mags.Add(backbone.Get(2));. En estas líneas de código se puede notar que los dos últimos nodos referidos al backbone (1 y 2) son destinados a representar la entidad MAG. Los MAG en PMIPv6 pueden estar ubicados en los AR. Es importante señalar que en el artículo tratado acerca de HMIPv6 se.

(38) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 28. crean cuatro AR, pero en este trabajo solo se crean dos MAG, ya que es suficiente para lograr realizar el Handover dentro de un mismo dominio.  MN monitoreado mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantVelocityMobilityModel"); mobility.Install(sta); Ptr<ConstantVelocityMobilityModel> cvm = sta.Get(0)->GetObject <ConstantVelocityMobilityModel>(); cvm->SetVelocity(Vector (5.0, 0, 0));. Las líneas de código mostradas le asignan al MN monitoreado un modelo de movilidad con velocidad constante, cuya razón es de 5 m/s.  MN interferentes mobility.SetMobilityModel ("ns3::RandomWalk2dMobilityModel", "Bounds", RectangleValue (Rectangle (-100, 100, -100, 100))); mobility.Install(sta(1:#));. Las líneas de código mostradas le asignan a los MN interferentes un modelo de movilidad aleatorio, el cual hace que los MN interferentes se muevan aleatoriamente en un área rectangular bidimensional de 100 x 100 metros.  Configuración del dominio de Internet csma1.SetChannelAttribute ("DataRate", (DataRateValueataRate(5000000))); csma1.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (MilliSeconds(10)));. Las líneas de código mostradas le asignan al enlace de Internet una razón de transmisión de datos de 5 Mbps y un retardo de propagación de 10 ms.  Configuración del dominio de micro-movilidad csma.SetChannelAttribute ("DataRate", DataRateValue DataRate(5000000)); csma.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (MilliSeconds(2)));.

(39) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 29. Las líneas de código mostradas le asignan a los enlaces referentes al dominio de micromovilidad una razón de transmisión de datos de 5 Mbps y un retardo de propagación de 2 ms.  Configuración del tráfico UDP udpClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (250)); udpClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (MilliSeconds(10)));. Las líneas de código mostradas son utilizadas para configurar el tráfico de datos UDP, configuración que se realiza para generar el intercambio de datos entre el CN y el MN a una razón de transmisión de 250 byte en intervalos de 10 ms.  Tiempo de simulación apps.Start (Seconds (1.0)); apps.Stop (Seconds (126.0)); Simulator::Stop (Seconds (126.0));. Las líneas de código mostradas garantizan un tiempo de simulación de 125 segundos. La figura 2.5 muestra un fragmento referente a la reprogramación del código utilizando para ello el editor de texto Emacs. Se muestra específicamente la programación referida a la configuración de los enlaces que componen el dominio de micro-movilidad e Internet.. Figura 2.5 Ejemplo de código analizado con emacs..

(40) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 30. La Figura 2.6 muestra la topología de red desarrollada en NS-3 para PMIPv6. Lográndose una adaptación aceptable con respecto a la topología de red referente al artículo escogido en aquellos aspectos comunes para ambos protocolos, lo cual es de gran importancia con el fin de lograr una buena simulación para llegar a realizar la comparación.. CN. CNn. Internet. (CR) LMA=HA IR. IR. MAG 1. MN. MAG 2. Movimiento. MN. Figura 2.6 Red adaptada a PMIPv6.. 2.5. Formas para la recopilación de datos en NS-3. Este epígrafe trata los aspectos referido a los formatos de los ficheros de salida relacionados con el software NS-3, así como su procesamiento para su correcto entendimiento y posterior comparación. 2.5.1 Ficheros de salida con formato .pcap y Wireshark Después de realizar la simulación se debe llevar a cabo la recopilación de los resultados obtenidos; para su posterior análisis y comparación. Para ello el software NS-3 permite la recopilación de los datos mediante ficheros de salida, los cuales se pueden encontrar en diferentes formatos. Dichos ficheros de salida guardan en su interior rastros de las trazas dejadas por los dispositivos de red. Uno de los principales formatos para estos ficheros de salida en NS-3 es el formato .pcap. La línea de código utilizada en la programación para obtener ficheros de salida con formato .pcap es la que se muestra a continuación: wifiPhy.EnablePcap ("pmip6-wifi", staDevs.Get(0));.

(41) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. 31. La línea de código mostrada permite la recopilación de los resultados en un fichero con formato .pcap para el primer MN (sta “0”) siendo este el MN que va a ser monitoreado, los demás nodos solo cumplirán la función de interferir al primero por lo tanto no se hace necesario recopilar datos provenientes de ellos. Los ficheros de salida con formato .pcap pueden ser analizados utilizando el software Wireshark, el cual brinda una interfaz gráfica de usuario la cual permite la visualización de información valiosa contenida en estos ficheros. Figura 2.7.. Figura 2.7 Ejemplo de archivo .pcap analizado en Wireshark.. 2.5.2 Ficheros de salida con formato .tr Otra forma para lograr la recopilación de los resultados de la simulación es a través de ficheros de salida con formato .tr, este formato es creado siguiendo las mismas reglas que el formato .pcap pero en este caso tiene un .tr como formato. Posibilitando así la recopilación de las trazas dejadas por uno o más dispositivos. csma.EnableAsciiAll (ascii.CreateFileStream ("pmip6-wifi1.tr")); wifiPhy.EnableAsciiAll (ascii.CreateFileStream ("wifipmip-wifi1.tr"));. Las líneas de comandos mostradas permiten la recopilación de los formatos .tr para todos los dispositivos que usen o compartan el canal csma y el Wi-Fi. Esto se hace con el fin de poder recopilar todas las trazas dejadas por el MN seleccionado cuando se mueve por estos enlaces, pudiendo detectar así una serie de parámetros los cuales se usan como referencia a la hora de efectuar la comparación de protocolos. Figura 2.8..

(42) CAPÍTULO 2. ADAPTACIÓN DE PROTOCOLOS DE MOVILIDAD IP. Figura 2.8 Ejemplo de archivo .tr.. 32.

(43) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. CAPÍTULO 3.. 33. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. Este capítulo está destinado a analizar los resultados comparativos referidos al desempeño de los protocolos HMIPv6 y PMIPv6, después de haber sido sometidos a estudios minuciosos, empleando para ello los resultados ofrecidos en varios documentos, en especial el artículo escogido (Costa et al., 2003) y los datos obtenidos con el simulador de red NS-3. Esto se realiza con el propósito de llevar a cabo una comparación entre estos protocolos, con el fin de evaluar cuantitativamente las mejoras que los MN pueden experimentar en un sistema que utiliza estos protocolos. 3.1. Recopilación de datos. Este epígrafe está destinado a tratar de forma detallada, como se realiza el proceso referido a la selección de los principales datos recopilados después de realizada la simulación. Teniendo así con este proceso una mejor información a la hora de realizar las comparaciones, obteniendo resultados concretos y con sólida fidelidad. Para la recopilación de los datos a analizar se hizo necesario procesar los ficheros de salida ofrecidos por el simulador NS-3, llevando a cabo la acción de parsear texto. Parsear texto: Acción realizada por un usuario, con la cual el mismo trata de una forma particular un documento; logrando extraer de este los principales datos o parámetros que contiene en su interior, transformando así una entrada de texto en una estructura de datos. En este trabajo se realiza la acción de parsear texto a los ficheros de salida con formato .tr, el programa que se usa para realizar dicha acción es el Gawk (The GAWK Manual, 2010) Es valido destacar que esta acción no se puede realizar con los ficheros de salida con formato .pcap. Un ejemplo de selección de datos a través del parseamiento de texto es el mostrado a continuación:.

(44) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. 34. gawk '{if ($1 == "d" && $30 == "ns3::UdpHeader") print $2}' pmip6-wifi.tr > out.txt Este comando es usado en el trabajo a la hora de realizar la selección de los principales parámetros que nos brinda el archivo de salida pmip6-wifi.tr. La función de dicho comando es que si (if) el caracter número uno ($1) de las cadenas de información del fichero de salida pmip6-wifi.tr es igual (==) a "d" y además (&&) el caracter número treinta ($30) es igual (==) a "ns3::UdpHeader", imprimir el caracter número dos (print $2) del fichero de salida pmip6-wifi.tr en el fichero de salida out con formato .txt (out.txt). Se escoge la letra "d" referido a que su significado en el archivo de salida con formato .tr es que es un paquete descartado de la cola y por lo tanto es un paquete perdido, siendo este uno de los parámetros fundamentales a tratar en el trabajo. Esto se combina para que dicho paquete; sea un paquete de tráfico UDP ("ns3::UdpHeader"), de ser estos dos aspectos validos en cualquiera de las cadenas del archivo de salida pmip6-wifi.tr se imprime el caracter número dos de esta misma cadena, el cual es el tiempo referido a la perdida de dicho paquete. Con esto se garantiza recopilar los tiempos de descarte de los paquetes perdidos referentes al tráfico UDP. Es valido aclarar que se le pueden hacer variaciones a la línea de comando mostrada anteriormente, dichas modificaciones se realizan en dependencia del resultado que se quiera obtener. A continuación se muestra otra selección de datos referida a estos mismos paquetes (descartados y que sean de tráfico UDP), lo que en este caso se imprime el caracter número treinta y siete (print $37) el cual se refiere a la secuencia del paquete perdido. gawk '{if ($1 == "d" && $30 == "ns3::UdpHeader") print $37}' pmip6-wifi.tr > out.txt Hasta este punto se ha seleccionado todos los paquetes perdidos que transportan tráfico UDP y se ha imprimido el tiempo en el cual se pierden cada uno de ellos, así como la secuencia de los mismos, estos dos parámetros se muestran en la Figura 3.1 de izquierda a derecha. Esto posibilita realizar comparaciones precisas entre estos protocolos a través de gráficas para su posterior análisis..

(45) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. 35. Figura 3.1 Resultado de parsear texto.. 3.2. Impacto del número de estaciones. Este epígrafe se dedica a tratar los resultados referidos al impacto del incremento del número de estaciones (MN) sobre el desempeño de HMIPv6 y PMIPv6, específicamente sobre los siguientes parámetros:  Razón de paquetes perdidos: se define como el número de paquetes que se pierde en un determinado período de tiempo.  Latencia en el Handover: se define para un MN como el tiempo que transcurre entre el último paquete recibido a través de la ruta antigua y la llegada del primer paquete a lo largo de la nueva ruta. Este tiempo referido a la perdida de paquetes puede dar lugar a una imagen oscilante para una aplicación de vídeo o en una interrupción notable en la transmisión de voz. 3.2.1. Razón de paquetes perdidos. La Figura 3.2 muestra como ambos protocolos se ven afectados de forma negativa referido al parámetro; razón de paquetes perdidos desde el momento en que se empieza a incrementar el número de MN. Algo de esperar ya que se fuerza a los protocolos a trabajar en ambientes hostiles, llevando estos a su límite, pero siendo esto algo necesario para probar la funcionabilidad y rendimiento de estos protocolos ya que ambos están en procesos de acreditación para lograr su implantación en los mercados a nivel mundial de las telecomunicaciones..

(46) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. 36. Figura 3.2 Razón de paquetes perdidos.. En la Figura 3.2 se nota que hasta 20 MN los resultados referidos a los paquetes perdidos para ambos protocolos se compartan de forma similar, nótese que la perdida de paquetes hasta este momento es mínima, aproximadamente 5 paquetes/seg para los dos protocolos. Hasta este momento el factor dominante que afecta a este parámetro; está dado por los paquetes en cola y con tan pocos MN en el enlace existen muy pocos paquetes dentro de la misma, siendo la capacidad de la cola hasta este momento relativamente grande como para poder procesar los mismo y solo tener que descartar una cifra mínima (5 paquetes/seg). Es preciso destacar que este número es algo insignificante comparado con la existencia de aproximadamente 20 MN, afectándose de manera mínima los protocolos con esta perdida de paquetes. A partir de 20 MN empiezan a verse los primeros cambios en este parámetro, favoreciendo estos a PMIPv6, los cuales se siguen acentuando a medida que se incorporen MN al enlace. El problema referido a los paquetes perdidos con HMIPv6 se debe a la encapsulación que usa este protocolo, la cual siempre se realiza desde el MAP hacia el punto actual de conexión, teniendo así una carga mayor en el canal. Este encabezado incluye 40 bytes adicionales por paquete, aumentado así la carga de saturación, incrementando por lo tanto el retardo del enlace inalámbrico y el retardo del enlace cableado. Sin embargo PMIPv6 tiene a su favor que es un protocolo que puede evitar la sobrecarga a través del.