Estudio por simulación de Móvil Ipv6 en Opnet Modeler 14 0

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(1)FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. Trabajo de Diploma “Estudio por simulación de Móvil Ipv6 en Opnet Modeler 14.0”. Autor: Yandi Machado Alba Tutor: Ing. Jorge Luis Obregón Hernández. Santa Clara 2012 “Año 54 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Estudio por simulación de Móvil Ipv6 en Opnet Modeler 14.0”. Autor: Yandi Machado Alba. [email protected] T utor: Ing. Jorge Luis Obregón Hernández E-mail: [email protected]. Santa Clara 2012 “Año 54 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 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.  ¿Para qué, sino para poner paz entre los hombres, han de ser los. adelantos de la ciencia? José Martí.

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres por ver sus sueños coronados A mi novia Yeny por apoyarme y ser cómplice de mi esfuerzo.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi familia por estar siempre dispuestos y quererme tanto. A mis padres por brindarme su apoyo y confianza para salir adelante en los momentos difíciles. A mi novia por todo su cariño y dedicación en estos años A mis suegros por su aliento. Al excelente claustro de profesores de la FIE por contribuir en mi formación profesional. En especial a mi tutor y amigo Jorge Luis por su incondicional apoyo y dedicación. A mi tía por toda su confianza y ayuda siempre incondicional Y a todos los que de una manera u otra me han extendido su mano para apoyarme en la realización de este proyecto y en el transcurso de mi carrera..

(7) i. TAREA TÉCNICA. 1. Realizar un estudio sobre el protocolo MIPv6 como tecnología para la administración de movilidad IP. 2. Realizar un análisis de los principales simuladores de red utilizados en este campo. 3. Estudiar los principales escenario en el que se desenvuelve el protocolo MIPv6 para evaluar su desempeño. 4. Analizar los parámetros a tener en cuenta para la evaluación del desempeño del protocolo. 5. Enfocar el análisis del desempeño de MIPv6 hacia el efecto del handover sobre la aplicación de VoIP.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) ii. RESUMEN El rápido desarrollo de internet junto con el enorme crecimiento de usuarios de tecnologías inalámbricas, ha resultado en una fuerte convergencia entre redes móviles y fijas, hacia el uso de IP en ambas redes. Los protocolos de Internet no soportan en su mayoría la movilidad de forma nativa, por lo que se han propuesto soluciones encaminadas en desarrollar soporte de movilidad para IP. Protocolos como MIPv6 han sido creados en aras de solventar los problemas existentes en redes inalámbricas que utilizan a IPv6, por lo que se justifica el estudio sobre el mismo. Este trabajo se dedica a analizar por simulación el desempeño de MIPv6 utilizando el simulador de redes Opnet Modeler, enfocando el análisis hacia los efectos del handover sobre la aplicación de VoIP. Primeramente se tratan los elementos teóricos que definen el funcionamiento de MIPv6, haciendo énfasis en los procesos que intervienen en el handover, posteriormente se describe la configuración de los elementos que conforman el escenario de red a simular y por último se analizan los resultados obtenidos, los cuales demuestran el bajo desempeño de MIPv6 para aplicaciones sensibles al retardo, debido a la ineficacia del mecanismo utilizado para el restablecimiento de la conexión..

(9) i. TABLA DE CONTENIDOS. DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ..................................................................................................................i RESUMEN ............................................................................................................................ ii INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................ 1 CAPÍTULO 1. MIPv6. .......................................................................................................... 4 1.1. IPv6. ..................................................................................................................... 5. 1.1.1 Características. .................................................................................................. 6 1.1.2. Cabecera. ...................................................................................................... 6. 1.2. Handover. ............................................................................................................ 8. 1.3. MIPv6. .................................................................................................................. 9. 1.3.1 Terminología en MIPv6. .................................................................................. 10 1.3.2 Flujo de Mensajes de Señalización. ............................................................. 10 1.3.3 Flujo de Datos. ................................................................................................. 13 1.3.4 Aplicaciones Sensibles a los Retardos. ....................................................... 14 1.4. Deficiencias en MIPv6. ................................................................................... 15. 1.5. Conclusiones. ................................................................................................... 16. CAPÍTULO 2.. CONFECCIÓN DE LA SIMULACIÓN................................................ 17. 2.1. Introducción a los simuladores de red. ................................................. 17. 2.2. Opnet Modeler.................................................................................................. 17. 2.3. Escenario de Red a Simular. ......................................................................... 18. 2.4. Configuración de los Elementos de Red...................................................... 19. 2.4.1 Configuración de Direcciones IPv6 y Protocolo de Ruteo. ....................... 20 2.4.2 Configuración del MN...................................................................................... 21.

(10) ii 2.4.3 Configuración del CN. ..................................................................................... 23 2.4.4 Configuración del HA y FA. ............................................................................ 24 2.4.5 Configuración del Backbone. ......................................................................... 25 2.5. Configuración de la Aplicación. ..................................................................... 27. CAPÍTULO 3.. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................................... 29. 3.1. Tráfico de VoIP recibido por el MN. .............................................................. 29. 3.2. Número de paquetes IPv6 perdidos durante la simulación. ..................... 30. 3.3. Impacto del handover sobre la aplicación de VoIP .................................... 32. 3.3.1 Retardo extremo a extremo experimentado por los paquetes de VoIP. . 33 3.3.2 Jitter experimentado por los paquetes de VoIP. ......................................... 33 3.3.3 Mean Opinion Score........................................................................................ 34 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 37 Conclusiones .................................................................................................................. 37 Recomendaciones ......................................................................................................... 37 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 38 ANEXO I ANEXO II. PRINCIPALES RETARDOS DE RED....................................................... 41 FORMATOS DE PAQUETES QUE INTERVIENEN EN EL. HANDOVER MIPV6 ......................................................................................................... 42 ANEXO. III FAMILIARIZACIÓN CON EL SIMULADOR Y LOS MÉTODOS DE. SIMULACIONES ................................................................................................................ 46 ANEXO IV JITTER.......................................................................................................... 49.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Desde hace ya algunos años, las comunicaciones inalámbricas se han convertido en un referente en el mundo de las comunicaciones, debido al aumento de los usuarios en estas redes, lo cual ha hecho que aumente el número de dispositivos móviles como asistentes digitales personales (PDAs), teléfonos móviles y computadoras portátiles. El desarrollo de este tipo de tecnología en conjunto con el desarrollo de Internet ha resultado en una fuerte convergencia hacia el uso de IP como el protocolo común para ambos tipos de redes. Este auge propicia además, el aumento de dispositivos conectados a las redes y que las direcciones Ipv4 se agoten mucho más rápido de lo que estaba previsto, en este sentido el desarrollo de Ipv6 es ya un hecho. Los protocolos de Internet no soportan en su mayoría la movilidad de forma nativa, por lo que se han propuesto soluciones encaminadas a desarrollar soporte de movilidad para IP. Grupos de trabajo de la IETF (Internet Engineering Task Force) trabajan en el desarrollo de protocolos para el soporte de movilidad IP. Protocolos como Móvil Ipv4 (MIPv4, Mobile Ipv4) (G. Giaretta, 30 May 2012) y Móvil Ipv6 (MIPv6, Mobile Ipv6) (P. Calhoun, September 2003) fueron inicialmente los principales protocolos creados para el soporte de movilidad IP. Estos nuevos protocolos dotan de movilidad al protocolo IP para estar siempre conectado, o sea, no perder la conexión si el dispositivo móvil pasa de una red a otra, intentando garantizar una Qos aceptable a los usuarios finales. A pesar de los esfuerzos realizados en garantizar una Qos aceptable a los usuarios, el hecho de ofrecer movilidad transparente a los nodos en Internet utilizando estos protocolos no se ha logrado totalmente, sobre todo cuando se desea ofrecer servicios basados en comunicaciones en tiempo real, afectando grandemente al desempeño de las redes, lo cual se expresa en alta latencia en el handover, alta razón de paquetes perdidos y alta carga de señalización. En este sentido se han desarrollado una serie de nuevos protocolos para el soporte de movilidad IP como: Móvil Ipv6 Jerárquico (HMIPv6) (H. Soliman, Octubre de 2008), Rápido handover para MIPv6 (FMIPv6)(R. KOODLI, july 2005), Proxy MIPv6 (PMIPv6) (S. Gundavelli, Agosto de 2008) etc. Todas tomando como referencia básica a MIPv6 por las ventajas que esta presenta. Garantizar a los nodos en Internet movilidad transparente, utilizando estos protocolos ha sido el reto principal desde el comienzo de las investigaciones en este campo, el desarrollo de nuevas variantes de protocolos de administración de movilidad se encaminan a solventar dicho problema, tomando casi en su totalidad a MIPv6 como base.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. para su desarrollo, razón por la cual se hace necesario tener un dominio pleno sobre la funcionalidad de este protocolo, ya que ha sido y sigue siendo la base para un sinnúmero de investigaciones. 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 se han interesado en el tema, se hace necesario expandir el conocimiento al respecto, específicamente sobre los protocolos que han servido de base para el desarrollo de las investigaciones, como lo es MIPv6, en aras de lograr una mejor formación de los profesionales de las telecomunicaciones. Es por ello que el problema científico que aborda esta investigación indaga sobre: ¿Cómo analizar por simulación el desempeño del protocolo de administración de movilidad IP, MIPv6 utilizando la herramienta de modelación y simulación Opnet Modeler? Con este fin el objetivo general que se persigue consiste en: •. Analizar por simulación el desempeño del protocolo de administración de movilidad IP, Mipv6 utilizando la herramienta de modelación y simulación Opnet Modeler.. Para dar curso al desarrollo de esta investigación se plantean las siguientes interrogantes científicas: • ¿Cómo enfocar el estudio del protocolo de administración de movilidad MIPv6? • ¿Cuáles son los principales parámetros que afectan la QoS en aplicaciones sensibles al retardo? • ¿Qué características permiten fundamentar la selección de simulador? • ¿Qué escenario recrear en el simulador para analizar el desempeño del protocolo? • ¿Cómo llevar a cabo el análisis de los posibles resultados? Los objetivos específicos que sirven de guía para esta investigación son: • Determinar la situación actual en este campo de investigación a nivel internacional. • Determinar los principales parámetros que afectan directamente la QoS en aplicaciones sensibles al retardo..

(13) INTRODUCCIÓN. 3. • Buscar bibliografías que sirva de apoyo en la detección de las potencialidades del simulador a utilizar. • Fundamentar las principales características del simulador a utilizar. • Estudiar documentos importantes que sirvan de apoyo en la selección del escenario a simular. • Desarrollar el escenario a simular. • Analizar los resultados obtenidos del escenario simulado. Con la realización de este proyecto se pretende realizar un estudio del desempeño del protocolo MIPv6, con el objetivo de facilitar a los interesados en el tema la comprensión de su funcionamiento, profundizando en los procedimientos de handover para cuando se corren aplicaciones en tiempo real. La culminación de este trabajo pondrá a disposición de los especialistas en telecomunicaciones un material de consulta, que sirva de base para posibles investigaciones, incentivando además a otras personas que no tengan algún conocimiento sobre tema a indagar sobre el mismo. Organización del informe: El informe de la investigación se estructurará en introducción, capitulario, conclusiones, referencias bibliográficas, bibliografía y anexos. En la introducción se dejará definida la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda y se dejarán explícitos los elementos del diseño teórico. Desarrollo CAPITULO I: Se dejarán definidos los principios básicos sobre el funcionamiento de MIPv6, destacando sus potencialidades y deficiencias, como protocolo que ha servido y sirve actualmente como base en un sinnúmero de investigaciones. CAPITULO II: Se dedicara a analizar las potencialidades de simulador escogido y a recrear los fundamentos que validan la construcción del escenario a recrear. CAPITULO III: Se dedicará al análisis de los posibles resultados. Conclusiones, Recomendaciones, Bibliografía y Anexos.

(14) CAPÍTULO 1. MIPv6. 4. CAPÍTULO 1. MIPv6.. La administración de movilidad IP es uno de los temas de investigación de más interés actualmente en el campo de las tecnologías de las comunicaciones, debido al crecimiento desmesurado de usuarios de redes inalámbricas. Garantizar los parámetros de calidad de servicio (QoS, Quality of Service). requeridos para estos usuarios, ha sido el principal. reto a resolver por parte de los proveedores de servicios. Los protocolos para la administración de movilidad IP (Internet Protocol) 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(G. Giaretta, 30 May 2012) (Johnson et al., 2004)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 QoS percibida por los usuarios. Para aplicaciones poco sensibles a los retardos (FTP, File Transfer Protocol, etc.)(Hoenes, Marzo de 2010) el desempeño del protocolo es aceptable, no siendo así para aquellas aplicaciones sensibles al retardo (VoIP, Voice Over IP, etc.)(J. Jo, 2001. Jitter) en 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. Este capítulo se dedica a tratar las potencialidades de los protocolos IPv6 y MIPv6, los elementos fundamentales que describen el funcionamiento de MIPv6 como protocolos base, que ha servido de guía para un sinnúmero de investigaciones y que ha dado paso a diversas variantes de protocolo en busca de soluciones que garanticen los parámetros de QoS requeridos..

(15) CAPÍTULO 1. MIPv6. 5. 1.1 IPv6. Internet es un conglomerado internacional de redes de ordenadores, enlazados por un conjunto común de protocolos técnicos, conocidos por protocolos TCP/IP, los cuales hacen posible para los usuarios de estas redes de topologías y medios de transmisión muy diferentes, comunicarse y acceder a los servicios que cualquiera de ellas ofrezca. El protocolo IP define los mecanismos de la distribución de paquetes no fiable y sin conexión en redes heterogéneas. Por lo tanto, se pueden producir pérdidas, duplicaciones y desórdenes de los datagramas, que tendrán que ser tratados en los niveles superiores. Entre las funciones más importantes de IP están: •. Encapsular el paquete procedente de niveles superiores en un datagrama.. •. Encaminar dichos datagramas.. La siguiente generación del protocolo Internet o IPng (Internet Protocol Next Generation)(Deering, 1998), surgió principalmente por la falta de direcciones de IP que predecían un cuello de botella insalvable al crecimiento de la red Internet. La versión IPv6 puede ser instalada como una actualización de software en los dispositivos de red de Internet e interoperar, con la versión actual IPv4. IPv6 está diseñado especialmente para redes de alto rendimiento, pero manteniendo la eficiencia en redes de bajo ancho de banda, como por ejemplo en redes inalámbricas. La necesidad de migrar a IPv6 está originada por las nuevas tendencias que se ha venido sucediendo en el mundo actual de las telecomunicaciones: •. La creciente movilidad de los usuarios de Internet, que desean acceder a los servicios de la red en cualquier momento y desde cualquier lugar.. •. Las redes domésticas con avanzados sistemas de tele vigilancia, control y seguridad.. •. La convergencia de voz, vídeo y datos, en infraestructuras basadas en IP..

(16) CAPÍTULO 1. MIPv6. 6. 1.1.1 Características. IPv6(Deering, 1998). fue diseñado como una evolución natural a IPv4. Es decir, todo lo. que funcionaba perfectamente en IPv4 se ha mantenido, lo que no funcionaba se ha eliminado, y se ha tratado de añadir nuevas funciones manteniendo la compatibilidad entre ambos protocolos. Las características principales de IPv6 son: •. Mayor espacio de direcciones.. •. Optimización del direccionamiento multicast y aparición del direccionamiento anycast.. •. Autoconfiguración de los nodos.. •. Seguridad intrínseca en el núcleo del protocolo.. •. Calidad de servicio y clases de servicios.. •. Paquetes eficientes y extensibles.. •. Encaminamiento más eficiente en la red troncal.. •. Renumeración y multihoming, que facilita el cambio de proveedor de servicios.. •. Características de movilidad.. 1.1.2 Cabecera. La cabecera de IPv6 elimina o hace opcionales varios campos de la cabecera de IPv4, consiguiendo una cabecera de tamaño fijo y más simple, con el fin de reducir el tiempo de procesamiento de los paquetes manejados y limitar el costo en ancho de banda de la cabecera de IPv6. La cabecera básica de IPv6, mostrada en la Figura .1.2, tiene una longitud fija de 40 octetos, consistiendo en los siguientes campos: •. Versión (4 bits). Es el número de versión de IP, es decir, 6.. •. Clase de tráfico (8 bits). El valor de este campo especifica la clase de tráfico. Los valores de 0-7 están definidos para tráfico de datos con control de la congestión, y de 8-15 para tráfico de vídeo y audio sin control de la congestión..

(17) CAPÍTULO 1. MIPv6. 7. Figura 1.1: Cabecera de IPv4.. Figura 1.2: Cabecera de IPv6. •. Etiqueta del flujo (20 bits). El estándar IPv6 define un flujo como una secuencia de paquetes enviados desde un origen específico a un destino específico. Un flujo se identifica únicamente por la combinación de una dirección fuente y una etiqueta de 20 bits. De este modo, la fuente asigna la misma etiqueta a todos los paquetes que forman parte del mismo flujo.. •. Longitud del paquete (16 bits). Especifica el tamaño total del paquete, incluyendo la cabecera y los datos, en bytes. Es necesario porque también hay campos opcionales en la cabecera..

(18) CAPÍTULO 1. MIPv6 •. 8. Siguiente cabecera (8 bits). Indica el tipo de cabecera que sigue a la cabecera fija de IPv6, por ejemplo, una cabecera TCP/UDP, ICMPv6 o una cabecera IPv6 opcional.. •. Límite de saltos (8 bits). Es el número de saltos máximo que le quedan al paquete. El límite de saltos es establecido a un valor máximo por el origen y decrementado en 1 cada vez que un nodo encamina el paquete. Si el límite de saltos es decrementado y toma el valor 0, el paquete es descartado.. •. Dirección origen (128 bits). Es la dirección del origen del paquete.. •. Dirección destino (128 bits). Es la dirección del destino del paquete.. Como podemos observar, de los 12 campos de la cabecera de IPv4 figura 1.1 se ha pasado a 8 campos en IPv6. El motivo fundamental por el que estos campos son eliminados, es la innecesaria redundancia; en IPv4 se está facilitando la misma información de diversas formas. IPv6 propicia mecanismos de enrutamiento más eficientes, reduciendo considerablemente las tablas de rutas de los dispositivos encargados de encaminar a sus destinos los paquetes en las diferentes redes, se le asigna diferentes prioridades a los paquetes en dependencia de la aplicación. que se estén ejecutando, evitando demoras por colas. innecesarias. Define un camino para un mismo tipo de paquetes con igual destino, asegurándose de que todos o casi todos los paquetes sean entregados correctamente. IPv6 se ha convertido en el soporte ideal por todas estas facilidades para desarrollar los protocolos de movilidad IP.. 1.2 Handover. Se denomina handover (al, Singapore.1999, J.Carmona-Murillo, 2010, Kim, Sept.2004) (Handoff 1) 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. 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) (MCNEILL, 1997) en la entrega de paquetes, provocando la. 1. En la bibliografía se puede encontrar además el término handoff..

(19) CAPÍTULO 1. MIPv6. 9. perdida de paquetes y, en ocasiones, la interrupción de la conexión.(J.Carmona-Murillo, 2010) (J. Jo, 2001. Jitter) Con respecto al tiempo, el handover es el tiempo transcurrido desde que se recibe el último paquete de datos en la red inicial, hasta que se recibe el primer paquete de datos en la nueva red. La figura 1.3 muestra los subprocesos que intervienen en el proceso de Handover, la suma de los retardos correspondientes a cada uno de estos subprocesos da como resultado el tiempo global del handover. (al, Singapore.1999, Montavont and Noel, 2002, Kim, Sept.2004) Proporcionar un handover transparente para un nodo móvil, que se mueve a una nueva red mientras su conexión permanece activa, es uno de los principales objetivos de los protocolos de movilidad IP. 1.3 MIPv6. La figura 1.3 muestra una topología de red en donde se presentan las entidades funcionales que describen los elementos fundamentales en el funcionamiento de MIPv6. Los términos aquí utilizados y otros, se describen con más detalles en (P. Calhoun, September 2003). Figura 1.3: Entidades funcionales en MIPv6..

(20) CAPÍTULO 1. MIPv6. 10. 1.3.1 Terminología en MIPv6. Red de Casa (HN, Home Network): es la red a partir de donde inicialmente el MN establece la conexión con el CN. Para el establecimiento de dicha conexión, el MN utiliza una dirección IPv6 previamente configurada. A dicha dirección se le denomina, Dirección de Casa (HoA, Home of Address). Red Visitada (FN, Foreign Network): es la red hacia donde se mueve el MN después de establecida la conexión con el CN. Una vez que el MN se encuentre en la FN, restablece la conexión iniciada con el CN, utilizando para ello una nueva dirección IPv6. A dicha dirección se le denomina, Dirección Alternativa (CoA, Care of Address). Agente de Casa (HA, Home Agent): es el dispositivo de red 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. Agente Foráneo (FA, Foreign Agent): es el dispositivo de red que detecta la llegada del MN a la FN, ofreciéndole al mismo la información requerida para la configuración de la CoA. Binding Cache (BC): es una estructura de datos que juega un papel importante en el funcionamiento del protocolo para tareas de localización, ya que mantiene las correspondencias entre la HoA de un MN y su CoA actual. Se encuentra situada en el HA, aunque también se puede encontrar en el CN AP1 y AP2: puntos de acceso a la red inalámbrica para el HA y el FA respectivamente. AC1 y AC2: representa el área de cobertura referente al AP1 y el AP2 respectivamente. Movimiento: representa la trayectoria realizada por el MN desde la HN hasta la FN.. 1.3.2 Flujo de Mensajes de Señalización. A continuación se trata el proceso de señalización referente al handover realizado por el MN al moverse hacia la FA. Para la explicación de dicho proceso se utilizarán las figuras 1.4 y 1.5, las cuales muestran los subprocesos y el flujo de mensajes de señalización que intervienen en el Handover respectivamente.(Montavont and Noel, 2002).

(21) CAPÍTULO 1. MIPv6. 11. Figura 1.4: Subprocesos que intervienen en el handover.. Figura 1.5: Flujo de mensajes de señalización. Detección del Movimiento: se refiere al subproceso de handover de capa 2, el cual depende totalmente del tipo de red de acceso, como puede ser: Wifi (Wireless…), (Henry and Luo, 2002) Wimax (Wireless…).(Ghosh et al., 2005), GSM (Ghgdah), (MOULY, 1992) etc..

(22) CAPÍTULO 1. MIPv6. 12. Descubrimiento del Router (RD, Router Discovery):se refiere al subproceso inicial en el handover L3, el cual se inicia con el envío por parte del MN de un mensaje Solicitación del Router (RS, Router Solicitation) al FA, a lo cual el FA responde con el envío de un mensaje Advertencia del Router (RA, Router Advertaisement) el cual contiene la información necesaria para que el MN pueda configurar su nueva dirección IPv6 (CoA).(Shim et al., 2008) Configuración de la Dirección (CoA): Se refiere al subproceso donde el MN, a partir de la información obtenida del mensaje RA, auto-configura la CoA. Dicho mecanismo de auto-configuración de la dirección, es conocido como IPv6 Stateless Address Autoconfiguration. (S. Thomson, Diciembre de 1998) El subproceso de configuración de la CoA puede desarrollarse también con la ayuda de un servidor DHCPv6, dicho mecanismo es conocido como Stateful Address Autoconfiguration.(T. Mrugalski, Noviembre de 2010. ) Es importante señalar que si el mecanismo utilizado para la configuración de la CoA es este, la señalización se desarrolla de manera diferente a como se explica en.(R. Droms, Julio de 2003) Detección de Dirección Duplicada (DAD, Duplicate Address Detection):una vez configurada la CoA, el MN tiene que asegurarse de que ningún otro dispositivo de red en su red tenga la misma dirección IPv6, evitando así conflictos de direcciones IP, para ello ejecuta DAD.(Moore, . Abril de 2006) El mecanismo DAD comienza con el envío por parte del MN de un mensaje NS (Neigboor Solicitation) preguntando si algún dispositivo de red contiene como dirección Ipv6 la CoA, espera un tiempo determinado y en caso de no recibir respuesta da por hecho que la CoA es única en su red y continua la señalización con el siguiente subproceso. En caso de haber otra dirección que coincida con la CoA, el dispositivo de red implicado envía un mensaje de NA (Neigboor Advertaisement) advirtiendo al MN que esa dirección ya está en uso, lo cual hace que el MN se auto-configure una nueva CoA y repita el mecanismo DAD. DAD se repite tantas veces como sea necesario hasta que la CoA sea única en su red, dicho número de iteraciones trae consigo un aumento considerable en el tiempo global del handover. (al, Singapore.1999) Autenticación y Autorización (AAA, Authentication, Authorization, and Accounting Services):(G. Giaretta, 30 May 2012) 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. La implementación de este subproceso es.

(23) CAPÍTULO 1. MIPv6. 13. opcional puesto que no es vital en el funcionamiento de MIPv6. (P. Calhoun, September 2003) Registro de la CoA: después de configurada la CoA el MN estará en disposición de informar a HA de su nueva localización. Para ello envía un mensaje BU (Binding Update) al HA, el cual al recibir dicho mensaje actualiza su BC relacionando la HoA con la CoA. En respuesta al mensaje BU el HA envía un mensaje de Back (Binding Acknowlement) confirmando el proceso de registro. Tanto el mensaje de BU, como el mensaje de Back son propios de MIPv6, el formato de mensaje para ambos se puede ver en el Anexo II. Una vez terminado el subproceso de registro de la CoA, se crea un túnel bidireccional entre el HA y el MN. Optimización de Rutas (RR, Return Routability): con este subproceso se logra crear una ruta optimizada entre el MN y el CN, el resultado del mismo es que el flujo de datos entre el MN y el CN no tenga que viajar a través del HA para llegar a su destino, sino que este pueda encontrar una ruta óptima (Nikander et al., 2003, Bernardos et al., 2004) El flujo de mensaje de señalización pertenecientes a este subproceso viaja a través del túnel bidireccional creado entre el HA y el MN, este flujo de mensajes termina con el envío por parte del MN de un mensaje BU al CN, el cual al recibir dicho mensaje actualiza su BC con la CoA perteneciente al MN. En respuesta al mensaje BU el CN envía un mensaje de Back confirmando el proceso. Después de terminado el proceso, el túnel bidireccional se destruye. Los mensajes de BU y Back son los mismos que los utilizados en el subproceso referente al registro de la CoA.. 1.3.3 Flujo de Datos. Después de concluido el handover, el restablecimiento del flujo de datos correspondiente a la conexión inicialmente creada entre el MN y CN es de vital importancia. MIPv6 posee dos modos de funcionamientos encaminados a redirigir el flujo de datos a su destino, Modo de Funcionamiento Básico y Modo de Funcionamiento Optimizado, a continuación se explican ambos modos. Modo de Funcionamiento Básico: el flujo de mensajes de señalización para cuando se utiliza este modo de funcionamiento, culmina con la creación del túnel bidireccional entre el HA y el MN, por tal motivo el flujo de datos correspondiente a la conexión inicialmente creada entre el MN y CN tiene que obligatoriamente pasar por el HA, debido a que en.

(24) CAPÍTULO 1. MIPv6. 14. este caso no se ejecuta el proceso RR, por lo que no se consta de una ruta óptima para encaminar los datos. Figura 1.6 a. Modo de Funcionamiento Optimizado: después de ejecutado el proceso de RR, se cuenta con una ruta óptima por lo que se logra que los datos no tengan que obligatoriamente viajar a través del HA. Figura 1.6 b.. a). b). Figura 1.6: a) Modo de Funcionamiento Básico. b) Modo de Funcionamiento Optimizado.. 1.3.4 Aplicaciones Sensibles a los Retardos. Los principales factores que afectan las aplicaciones sensibles a los retardos son: • Retardo (Latencia). • Jitter. • Razón de Perdida de Paquetes. La explicación de cada uno de estos factores se realizará tomando como ejemplo a una aplicación en específico, VoIP (Voice over IP). Se toma esta aplicación puesto que será.

(25) CAPÍTULO 1. MIPv6. 15. la utilizada en las simulaciones, cualquier otra aplicación puede ser utilizada en las simulaciones. Retardo o Latencia: se refiere al tiempo necesario para que un paquete VoIP sea transferido desde el origen al destino. Esto implica los tiempos de procesamiento tales como codificación de la señal de voz y empaquetado, sumando a esto los retardos clásicos en cualquier tipo de red como son: retardos de procesamiento, de transmisión, de cola y de propagación. Anexo 1. La suma de todos estos tiempos conforma la latencia, o retardo extremo a extremo. Jitter: las variaciones de la latencia producen el fenómeno Jitter, que se manifiesta en una pérdida de datos debido a que el buffer de entrada del dispositivo receptor de paquetes VoIP no logró mantener la cantidad de paquetes para ser procesados. Se produce un vacío de datos que se manifiesta en cortes de la señal de voz. Razón de Paquetes Perdidos: corresponde a la relación de paquetes perdidos que pueden afectar seriamente la transferencia de información de voz en una comunicación. En general, una instalación de red local bien lograda, cumpliendo con las normas correspondientes, garantiza la no pérdida de paquetes. Al realizar el MN el handover, la conexión se pierde hasta que el MN no restablezca la conexión con la configuración de la CoA, durante este tiempo se pueden ver afectados los factores que afectan las aplicaciones en tiempo real. De ahí que el objetivo de las simulaciones sea analizar el comportamiento de MIPv6 cuando se establece una conexión entre el MN y el CN de VoIP.. 1.4 Deficiencias en MIPv6. MIPv6 a pesar de ser un estándar maduro y bien conocido para el apoyo a la movilidad IPv6, ha revelado algunos problemas en los últimos años. A continuación se muestran las principales deficiencias según (H. Soliman, Octubre de 2008) La especificación de MIPv6 es demasiado compleja para ponerla en práctica en nodos móviles 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 en el handover de MIPv6 es muy larga..

(26) CAPÍTULO 1. MIPv6. 16.  La modificación de la pila IP es necesaria, ya que MIPv6 es un protocolo de movilidad basado en el host 2. Debido a las desventajas de este protocolo ha sido imposible la salida del mismo al mercado, puesto que lograr los parámetros de QoS requeridos para los usuarios ha sido bien difícil cuando se corre una aplicación en tiempo real. De ahí que se hayan desarrollado una serie de variantes buscando solventar este problema. Variantes como Rápido handover para IPv6 (FMIPv6, Fast handover for IPv6) (R. KOODLI, july 2005), MIPv6 Jerárquico (HMIPv6, HierarchicalMIPv6) (H. Soliman, Octubre de 2008), PMIPv6 (Proxy MIPv6) (H. Choi, 2010), entre otros, se han desarrollado y continúan en estudio.. 1.5 Conclusiones. En MIPv6 se pueden distinguir de manera general en tres fases principales que definen su funcionamiento (J.Carmona-Murillo, 2010) Figura 1.7. Mientras más rápido se ejecuten las fases de Descubrimiento del Agente y de Registro, el restablecimiento de la Transferencia de Datos llega con mayor prontitud, haciendo que los efectos que afectan la QoS percibida por los usuarios sean menores; desafortunadamente, esta sigue siendo una tarea pendiente para MIPv6. Transferencia de Datos Registro Descubrimiento del Agente. Tiempo. Figura 1.7: Fases del protocolo MIPv6. 2. Se denominan Protocolos de Movilidad basados en host a aquello donde el MN participa directamente en el proceso de señalización correspondiente al handover..

(27) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 17. CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LA SIMULACIÓN. 2.1 Introducción a los simuladores de red. Se define simulación como la técnica que imita el comportamiento de un sistema del mundo real conforme evoluciona en el tiempo. Permitiendo analizar y observar características, sin la necesidad de acudir al sistema real. Las simulaciones de sistemas utilizando equipos informáticos, son en la actualidad de gran aplicación en el ámbito de la ingeniería. En ellas se puede observar la evolución del sistema, sus características y propiedades; exigiendo en la mayoría de los casos, de únicamente un computador. El objetivo principal de todo simulador es brindar la posibilidad a los usuarios de recrear un modelo lo más fiable posible a la realidad, en cuanto a las características que se deseen estudiar. En el campo de las redes de telecomunicaciones se ha experimentado un crecimiento exponencial a nivel mundial. Por ello surge la necesidad de disponer de simuladores de redes que ofrezcan las herramientas necesarias para diseñar modelos, simular datos y analizar redes. Haciendo más rápido y económico la validación de los diseños teóricos.. 2.2 Opnet Modeler. En la actualidad existen un gran número de simuladores de redes, dentro de los más usados se encuentran: Opnet Modele (Technologies, 2003),Network Simulator 2 (NS2)(Technologies, 2012b),Network Simulator 3 (Technologies, 2012c) (Technologies, 2012c) y Omnet++ (Technologies, 2012a).Todos estos simuladores gozan de gran prestigio internacional, y son utilizados en la mayoría de los trabajos científicos referentes a las redes de telecomunicaciones. Para la realización de este trabajo se decide escoger Opnet Modeler en su versión 14.0 debido a que dicha versión posee los módulos.

(28) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 18. referentes a MIPv6 ya desarrollado, sumando a esto que es un simulador que posee una interfaz gráfica amigable lo que permite a los usuarios que se pueda familiarizar más rápidamente con toda la jerarquía interna del simulador. A continuación se muestran otras características que realzan la potencialidad de este simulador. (Technologies, 2003) •. Los creadores de Opnet brindan una versión gratis para capacitar universidades en todo el mundo, la cual goza de gran prestigio a nivel mundial por sus potencialidades.. •. Opnet Modeler es capaz de simular una gran variedad de protocolos; protocolos referentes tanto a redes cableadas, como a redes inalámbricas.. •. Proporciona acceso directo al código fuente siendo esto una gran ventaja para los nuevos programadores que se aventuren a programar con Opnet.. El anexo III trata otras características relacionadas con el funcionamiento del simulador. El resto de los simuladores mencionados poseen las condiciones necesarias para dar cumplimiento al objetivo de este trabajo, no se escoge trabajar con alguno de ellos debido a que el trabajo sobre los mismos se hace relativamente difícil, lo cual puede atentar contra el buen entendimiento sobre el funcionamiento de MIPv6, ya que se debe dedicar un buen fondo de tiempo para apropiarse de la metodología de trabajo referente a estos simuladores.. 2.3 Escenario de Red a Simular. La figura 2.1 muestra la topología de red creada para la simulación referente a MIPv6. Los elementos de red que intervienen en la misma se detallan a continuación. •. MN: es representado por un nodo basado en un modelo cliente con soporte para MIPv6.. •. CN: es representado por un nodo basado en un modelo de servidor Ethernet con soporte para MIPv6.. •. HA y FA: se representan con dos router WLAN (Wireless LAN) con soporte para MIPv6.. •. R1, R2 y R3: se representan por tres router Ethernet, dichos router se enlazan entre si utilizando un repetidor (HUB) y representan el Backbone de la red.. El nodo App se utiliza para la creación de las aplicaciones que correrán sobre el escenario configurado, para este escenario de red en específico se configura solo.

(29) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 19. una aplicación, VoIP, la cual propicia el intercambio de datos entre el CN y el MN.. Figura 2.1: Escenario de red creado para el análisis de MIPv6. •. El nodo Profile se utiliza para configurar el perfil de las aplicaciones creadas, específicamente en este caso se utiliza para configurar el perfil correspondiente a la aplicación de VoIP.. •. Los enlaces cableados se configuran de tipo bidireccional a una velocidad de 10Mbps según los parámetros descritos en la especificación IEEE 802.3 referente a la tecnología Ethernet (Balzano and Noslier, 1993) .. •. Los enlaces inalámbricos se configuran según los parámetros descritos en la especificación IEEE 802.11 referente a la tecnología Wireless (Henry and Luo, 2002). 2.4 Configuración de los Elementos de Red. Este epígrafe se dedica a describir la configuración de cada uno de los elementos de red utilizados en el escenario referente a la Figura 2.1. Se recomienda seguir los pasos que se muestran a continuación:  Configuración de Direcciones IPv6 y Protocolo de Ruteo..

(30) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 20.  Configuración del MN.  Configuración del CN.  Configuración del HA y el FA.  Configuración del Backbone.  Configuración de la aplicación. A continuación se detalla el proceso de configuración referente a cada uno de los pasos antes mencionados.. 2.4.1 Configuración de Direcciones IPv6 y Protocolo de Ruteo.. Figura 2.2: Configuración de direcciones IP y Protocolos de Ruteos. Después de creada la topología de red, la configuración de direcciones IPv6 para las interfaces referentes a los dispositivos de red y la configuración del protocolo de ruteo a utilizar, son parámetros de vital importancia para garantizar la conexión y el intercambio de datos entre el MN y el CN. Se recomienda comenzar por este paso debido a que Opnet Modeler brinda la posibilidad de configurar automáticamente ambos parámetros. Para configurar automáticamente las direcciones IPv6 se debe seguir el siguiente camino: Protocol>IPv6>Auto-Assign IPv6 Addresses. Para configurar automáticamente el protocolo de ruteo a utilizar se debe seguir el siguiente camino: Protocol>IPv6>Configure.

(31) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 21. IPv6 Routing Protocols. Ver Figura 2.2. La figura 2.3 muestra las diferentes variantes de protocolos de ruteo IPv6 que se pueden utilizar. Para la realización de este trabajo se decidió seleccionar Ripng (Malkin and Minnear, 1997, MALKIN, January 1997), no se siguió ningún criterio en específico para la selección de este protocolo de ruteo, tanto Ospfv3 (Gupta and Melam, 2006) como IS-IS (Callon, 1990) pueden ser utilizados, puesto que el objetivo principal es que los datos puedan ser encaminados a través de la red y alcancen su destino.. Figura 2.3: Configuración del protocolo de Ruteo IPv6.. 2.4.2 Configuración del MN. La figura 2.4 muestra los elementos fundamentales a configurar para lograr que el MN utilice a MIPv6 como protocolo para la administración de movilidad. Para configurar dichos elementos se debe acceder a los atributos del MN, a cuyos atributos se tiene acceso ejecutando clic secundario sobre el MN y seleccionando la opción EditAttributes. La figura 2.4a muestra los elementos fundamentales a configurar referentes al enlace inalámbrico en el MN. Una vez dentro de los atributos del nodo móvil se debe seguir el siguiente camino: Wireless LAN>Wireless LAN Parameters. Primeramente se configura la opción BSS Identifier cuyo valor debe coincidir con el BSS Identifier referente al HA, junto con este paso se habilita la opción Roaming Capability la cual posibilita que el MN.

(32) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 22. pueda cambiar de AP reconfigurando su BSS Identifier cuando culmine el handover L2 al llegar a la FN. Se reconfigura además la opción Transmit Power (W) lo cual hace que el radio de cobertura referente a la interfaz inalámbrica del MN sea de aproximadamente 400 mts. La configuración referente al resto de las opciones se mantiene por defecto. La figura 2.4b muestra los elementos fundamentales a configurar para lograr el soporte de movilidad IPv6 en el MN. Una vez dentro de los atributos del nodo móvil se debe seguir el siguiente camino: IP>Mobile IP Host Parameter>Mobile IPv6 Parameter. Primeramente se configura la opción Node Type la cual indica la funcionalidad del MN dentro de MIPv6. Se configura además la opción Home Agent Addressla cual permite al MN actualizar al HA de su nueva localización. Habilitar la opción Router Optimization no es de vital importancia, si esta opción es habilitada se estaría trabajando en el Modo de Funcionamiento Optimizado, si no se habilita se estaría trabajando entonces en Modo de Funcionamiento Básico. La configuración referente al resto de las opciones se mantiene por defecto.. a). b). Figura 2.4: a) Configuración del enlace inalámbrico para el MN b) Configuración del soporte de Movilidad Ipv6 para el MN..

(33) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 23. 2.4.3 Configuración del CN. La figura 2.5 muestra los elementos fundamentales a configurar para lograr que el CN utilice a MIPv6 como protocolo para la administración de movilidad. Para configurar dichos elementos se debe acceder a los atributos del CN a cuyos atributos se tiene acceso ejecutando clic secundario sobre el MN y seleccionando la opción EditAttributes. Una vez dentro de los atributos del nodo correspondiente se debe seguir el siguiente camino: IP>Movile IP host Parameters> Mobile IPV6 Parameters. Primeramente se configura la opción NodeType la cual indica la funcionalidad del CN dentro de MIPv6; habilitar la opción Router Optimization y configurar además la opción Home Agent Address se realiza cuando se desea trabajar en el modo de funcionamiento optimizado, si se trabaja en el modo de funcionamiento básico no se hace necesario configurar estas opciones. La configuración referente al resto de las opciones se mantiene por defecto.. Figura 2.50: Configuración del CN.

(34) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 24. 2.4.4 Configuración del HA y FA. La figura 2.6 muestra los elementos fundamentales a configurar para lograr el soporte de movilidad Ipv6 en el HA. Para configurar dichos elementos se debe acceder a los atributos del HA, a los cuales se tiene acceso ejecutando clic secundario sobre el HA y seleccionando la opción EditAttributes.. a). b). Figura 2.6: a) Configuración del enlace inalámbrico para el HA b) Configuración del soporte de Movilidad Ipv6 para el HA. La figura 2.6a muestra los elementos fundamentales a configurar referentes al enlace inalámbrico en el HA. Una vez dentro de los atributos del nodo móvil se debe seguir el siguiente camino: Wireless LAN>Wireless LAN Parameters. Primeramente se configura la opción BSS Identifier, cuyo valor coincide con el BSS Identifier. inicialmente. configurado en el MN. Se reconfigura además la opción Transmit Power (W )lo cual hace que el radio de cobertura referente a la interfaz inalámbrica del HA sea de aproximadamente 400 mts. La configuración referente al resto de las opciones se mantiene por defecto. Es importante señalar que la opción Access Point Funcionality debe estar habilitada para lograr la exitosa conexión con el MN y que el valor configurado en la opción BSS Identifier no coincida con el configurado en el FA. La configuración.

(35) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 25. referente al resto de las opciones se mantiene por defecto. La figura 2.6b muestra los elementos fundamentales a configurar para lograr el soporte de movilidad IPv6 en el HA. Una vez dentro de los atributos del nodo móvil se debe seguir el siguiente. camino:. IP>Mobile. IP. Router. Parameter>Mobile. IPv6. Parameter.. Primeramente se configura la opción Inteface Name la cual funcionará como agente de casa, es importante señalar que cualquiera de las interfaces referentes al HA puede funcionar como agente de casa. Posteriormente se configura la opción Interface Type la cual indica la funcionalidad del HA dentro de MIPv6. La configuración referente al resto de las opciones se mantiene por defecto. La figura 2.7 muestra los elementos fundamentales a configurar en el FA. Para configurar dichos elementos se debe acceder a los atributos del FA, a los cuales se tiene acceso ejecutando clic secundario sobre el FA y seleccionando la opción EditAttributes. Es importante señalar que la configuración del FA referente al enlace inalámbrico es semejante a la del HA diferenciándose únicamente en el valor configurado para el BSS Identifier. La configuración referente al resto de las opciones se mantiene por defecto.. Figura 2.7: Configuración del enlace inalámbrico para el FA.. 2.4.5 Configuración del Backbone. La figura 2.8 muestra un resumen de las principales características de los router que conforman el Backbone. A continuación se comentan las características de mayor.

(36) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 26. importancia y que fueron analizadas en el proceso de selección de los router a utilizar.. Figura 2.8: Principales características de los router que conforman el Backbone. IP, se traduce en que el dispositivo de red posee soporte para todas las versiones referentes a este protocolo, incluyendo por supuesto a IPv6, utilizado en el escenario a simular. Rip, se traduce en que el dispositivo de red posee soporte para todas las versiones referentes a este protocolo, incluyendo por supuesto a Ripng, utilizado en el escenario a simular. Ethernet, se traduce en que las interfaces que conforman el dispositivo de red poseen soporte para diferentes variantes de este protocolo, permitiendo la configuración de las conexiones a diferentes velocidades entre las que está 10 Mbps, utilizada en el escenario a simular. La configuración de las opciones referentes a los elementos de red que conforman el Backbone se mantiene por defecto. El único cambio que experimenta dicha configuración se realiza de forma automática cuando se configuran las direcciones IPv6 y el protocolo de ruteo a utilizar. Sub-Epígrafe 2.4.1..

(37) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 27. 2.5 Configuración de la Aplicación. Después de configurados satisfactoriamente todos los elementos de red se pasa a configurar la aplicación la cual propicia el intercambio de datos entre el MN y el CN. Para la creación de la aplicación se debe acceder a los atributos del nodo App mostrado en la figura 2.1, a cuyos atributos se tiene acceso ejecutando clic secundario sobre App y seleccionando la opción Edit Attributes. Los parámetros reconfigurados son el nombre de la aplicación y la descripción de la misma, el resto de los parámetros se mantiene por defecto. Figura 2.9a. Para configurar el perfil de esta aplicación se debe acceder a los atributos del nodo Profile mostrado en la figura 2.1, a cuyos atributos se tiene acceso ejecutando clic secundario sobre App y seleccionando la opción EditAttributes. Los parámetros configurados son los que se muestran en la figura 2.9b. Es importante señalar que la aplicación se configura para que siga una distribución uniforme con el fin de hacer más demostrativo el proceso de handover y que comience a partir de los 12.5 segundos de manera que no coincida con el flujo de mensajes de señalización inicialmente intercambiados entre el MN y el HA.. a). b). Figura 2.9: a) Creación de la Aplicación. b) configuración del Perfil de la Aplicación..

(38) CAPÍTULO 2. CONFECCIÓN DE LAS SIMULACIONES. 28. Una vez configurada la topología de red, los dispositivos de red y la aplicación, se procede a la selección de las estadísticas para su posterior análisis. Para la selección de las estadísticas se debe ejecutar clic derecho sobre cualquier parte del área de trabajo libre de objetos y seleccionar la opción Choose Individual DES Statistics. La figura 2.10 muestra un fragmento de las estadísticas seleccionadas.. Figura 2.10: Selección de las Estadísticas.

(39) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 29. CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. El desvanecimiento de la QoS en el momento handover es uno de los principales problemas presentes en los protocolos de movilidad IP; debido a la pérdida de la conexión durante la realización del handover. Cuando se corren aplicaciones sensibles a los retardos, el deterioro de la QoS percibida por los usuarios se hace más evidente. El siguiente capítulo se dedica a tratar los resultados obtenidos de la simulación referentes al escenario creado. El análisis de dichos resultados se enfoca en tratar los efectos del handover sobre los parámetros que afectan la QoS percibida por los usuarios referentes a la conexión de VoIP establecida entre el MN y el CN.. 3.1 Tráfico de VoIP recibido por el MN. La figura 3.1 muestra la información de cómo el simulador describe la estadística referente al tráfico de VoIP recibido por los nodos. Se define como el promedio de número de paquetes por segundo reenviado hacia la aplicación de voz por parte de la capa de transporte en un determinado nodo. Con respecto al MN se traduce dicha estadística como el flujo de datos de VoIP recibido por el MN proveniente del CN. Es importante señalar que en el escenario de red creado solo el MN y el CN implementan las capas de transporte y aplicación.. Figura 3.1: Descripción del tráfico de VoIP recibido por los nodos..

(40) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 30. Handover. HA. FA. Figura 3.2: Tráfico de VoIP recibido por el MN en paquetes/seg. La figura 3.2 muestra la gráfica correspondiente al tráfico VoIP recibidos por el MN con respecto al tiempo. Se puede observar que mientras que el MN se encuentra conectado a alguna red (HN o FN) la gráfica muestra un comportamiento estable, demostrando que todos los paquetes de datos que son generados por el CN llegan al MN sin dificultad; en el momento que el MN cambia de punto de acceso para adjuntarse a la FN, es decir, realiza el handover, la gráfica cae abruptamente a 0 paquetes/seg, mostrando una latencia para el handover de aproximadamente 10 segundos, un tiempo extremadamente grande que afecta en gran medida la aplicación de VoIP. Después de restablecida la conexión el flujo de datos de VoIP se estabiliza... 3.2 Número de paquetes IPv6 perdidos durante la simulación. La figura 3.3 muestra la información de cómo el simulador describe la estadística referente al tráfico IPv6 perdido por los nodos en la red. Se define como el número de paquetes IPv6 perdidos en todas las interfaces referentes a un determinado nodo, debido al insuficiente espacio en las colas pertinentes..

(41) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 31. Figura 3.3: Descripción del tráfico IPv6 perdido. La pérdida de la conexión durante la realización del handover, trae consigo la perdida de paquetes debido a la ausencia momentánea del destino final de dichos paquetes, haciendo que la QoS percibida por los usuarios se vea afectada, debido a que VoIP es una aplicación sensible a los retardos y a la pérdida de información. La figura 3.4 muestra la razón de paquetes IPv6 perdidos durante la simulación en el MN. Se puede ver que mientras el MN se encuentra conectado con alguna red (HN o FN) la razón de paquetes perdidos es 0, no siendo así para cuando el MN realiza el handover en donde la razón de paquetes perdidos crece desmesuradamente llegando a observarse una pérdida total del tráfico IPv6. Dicha pérdida de paquetes Ipv6 se debe a que el MN al realizar el handover se deshace de su antigua dirección IPv6 (HoA) por lo que aquellos paquetes que lleguen al MN con dirección destino HoA no son procesados, simplemente permanecen en cola un determinado tiempo hasta que son descartados.. HA. FA. Figura 3.4: Tráfico IPv6 perdido por el MN..

(42) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 32. 3.3 Impacto del handover sobre la aplicación de VoIP Para analizar el impacto del handover sobre la aplicación de VoIP hace que se haga necesario analizar el comportamiento de los retardos sobre esta aplicación, debido a que es una aplicación sensible los retardos. Los principales parámetros que se analizan son: el retardo extremo a extremo para los paquetes de VoIP y el Jitter experimentado por los paquetes de VoIP. A continuación se describen ambas estadísticas. La figura 3.5a muestra la información de cómo el simulador describe la estadística referente al retardo extremo a extremo experimentado por los paquetes de VoIP. Se define como la suma de los tiempos referentes a los retardos de red (Anexo I), los retardos de codificación y descodificación, y los retardos de compresión y descompresión. La figura 3.5b muestra la información de cómo el simulador describe la estadística referente al Jitter experimentado por los paquetes de VoIP. Se define por la siguiente ecuación:. Jitter= (t4-t3)-(t2-t1). a). Ecuación 3.1.. b). Figura 3.5 a) Descripción del retardo extremo a extremo b) Descripción del Jitter. Donde t1 es el tiempo en que un paquete de VoIP es transmitido desde un determinado nodo fuente y t3 el tiempo en que llega a un determinado nodo destino; y donde t2 es el tiempo en que el siguiente paquete de VoIP es transmitido desde el mismo nodo fuente y t4 el tiempo en que llega al mismo nodo destino. Es importante señalar que un valor negativo del Jitter señala que la diferencia entre los tiempos de llegada de los paquetes al.

(43) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 33. destino es menor que la diferencia de tiempo con que fueron transmitidos dichos paquetes. Anexo IV.. 3.3.1 Retardo extremo a extremo experimentado por los paquetes de VoIP. La figura 3.6 muestra el retardo extremo a extremo para los paquetes de VoIP intercambiados entre el MN y el CN. Se puede ver que durante la realización del handover el retardo extremo a extremo para los paquetes de VoIP crecen en gran medida, alcanzando un valor máximo de aproximadamente 5.5 segundos, valor muy por encima del valor recomendado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT)(J. Jo, 2001. Jitter) , donde se plantea que para garantizar una QoS aceptable el retardo extremo a extremo no debe superar los 400ms; por otra parte, el resto de la gráfica muestra que mientras el MN se encuentra conectado con alguna red (HN o FN) el retardo es de aproximadamente 60ms, valor muy por debajo de el recomendado por la UIT para garantizar una buena QoS, el cual se encuentra entre 150ms y 200ms.(J. Jo, 2001. Jitter). Figura 3.6: Retardo extremo a extremo experimentado por los paquetes de VoIP.. 3.3.2 Jitter experimentado por los paquetes de VoIP. La figura 3.7 muestra las estadísticas correspondientes al Jitter experimentados por los paquetes de VoIP durante la simulación. Se puede ver que mientras el MN se encuentra conectado con alguna red (HN o FN), el Jitter es aproximadamente 0 y se mantiene.

(44) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 34. relativamente constante, no siendo así cuando comienza el handover donde los tiempos referentes al Jitter se disparan llegando a un valor máximo de aproximadamente 2 segundos, valor muy por encima del valor máximo recomendado por la UIT para garantizar una QoS aceptable, el cual varía entre 20ms y 30ms(J. Jo, 2001. Jitter) La afectación provocada sobre la aplicación, se manifiesta en una pérdida de datos debido a que el buffer de entrada del dispositivo receptor de paquetes VoIP no logró mantener la cantidad de paquetes para ser procesados, lo cual produce un vacío de datos que se manifiesta en cortes de la señal de voz.(A. Bearden, 2002). Figura 3.7: Jitter experimentado por los paquetes de VoIP.. 3.3.3 Mean Opinion Score La calidad de la voz se establece a través de la opinión del usuario. La calidad de audio puede ser evaluada directamente (ACR,. Absolute Category Rating), o en forma. comparativa contra un audio de referencia (DCR, Degradation Category Rating). Con evaluaciones directas (del tipo ACR) se califica el audio con valores entre 1 y 5, siendo 5 “Excelente” y 1 “Malo”. El promedio de los valores ACR es conocido como MOS (Mean Opinión Score). La metodología de evaluación subjetiva más ampliamente usada es la del MOS, estandarizada en la recomendación ITU-T P.800 (P.800, 1996).El MOS representa el valor promedio de calidad percibida por un grupo de usuarios sobre cierto servicio, en una cierta escala de valores definidos. La clasificación se realiza en base a una única.

(45) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 35. secuencia del servicio a calificar, es decir, se determina como percibe el usuario la secuencia de audio o video en cuestión, independientemente de la secuencia original. El cálculo referente al MOS se define en la recomendación ITU-T PESQ P.862 (P.862, February. 2001) y es sobre los elementos que definen dicha recomendación que el. simulador estima el MOS para la aplicación de voz que corre sobre el escenario a simular. La tabla 3.1 muestra la clasificación aproximada del MOS con respecto a la calidad del audio. Tabla 3.1: Clasificación del MOS. MOS. Calidad del audio. 5. Excelente. 4. Buena. 3. Poco Molesta. 2. Molesta. 1. Mala (Inaceptable). La figura 3.8 muestra la gráfica referente al MOS experimentado por la aplicación de VoIP. Se puede ver como en el momento inicial donde el MN está conectado con la HN el MOS medido para la aplicación de VoIP tiene un valor aproximado a 4, lo cual indica que la calidad de voz percibida se considera buena; no siendo así para cuando comienza el handover, donde el MOS medido cae a 1 demostrando una degradación total de la calidad de la voz percibida. Después de terminado el handover el MOS comienza a restablecerse paulatinamente. La degradación de la calidad de voz referente a la aplicación de VoIP mostrada en la figura 3.7 se debe a la alta latencia medida para el handover, lo cual provocó una gran pérdida de paquetes y que los retardos referentes a la aplicación de VoIP se vieran seriamente afectados, parámetros estos que influyen directamente sobre la calidad del servicio de voz..

(46) CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. Figura 3.8: MOS experimentado por la aplicación de VoIP.. 36.

(47) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 37. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones De los resultados obtenidos en esta investigación se concluye que: 1.. MIPv6 tiene como desventaja que el MN participa directamente en el proceso de señalización, por lo tanto tiene que actualizar su software y/o hardware cada vez que se actualice el protocolo o se cree una nueva variante.. 2.. El ineficiente mecanismo de MIPv6 para el restablecimiento de la conexión hace que se obtenga una alta latencia en el handover y por consiguiente una alta razón de paquetes perdidos.. 3.. La alta latencia en el handover y la alta razón de paquetes perdidos hacen que los retardos referentes a la aplicación de VoIP se agraven, deteriorando en gran medida la QoS percibida por los usuarios. Demostrando así el bajo desempeño de MIPv6 para aplicaciones sensibles al retardo.. Recomendaciones Se recomienda: 1.. Extender el estudio sobre el desempeño de otras variantes de protocolos de movilidad IP como: FMIPv6, HMIPv6 y PMIPv6, entre otros, enfocando el análisis hacia los efectos del handover sobre aplicaciones sensibles a los retardos.. 2.. Desarrollar escenarios de red más complejos que permitan analizar el impacto sobre el handover cuando se corren varias aplicaciones al mismo tiempo con un mayor nùmero de nodos mòviles..

(48) REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 38. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 2003. OPNET Technologies. Inc [Online]. http://www. opnet. com. 2012a. OMNET++. omnet++ [Online]. http://www.omnetpp.org. 2012b. SIMULATOR, N. NS-2 . [Online]. http://www.nsnam.org. 2012c. SIMULATOR, N.. NS-3 [Online]. http://www.nsnam.org. AL, A. F. E. Singapore.1999. . Performance Analysis of Mobile IP handoffs. Proc. Asia Pacific Microwave Conf. BALZANO, J. M. & NOSLIER, Y. 1993. Bridge for connecting an IEEE 802.3 local area network to an asynchronous time-division multiplex telecommunication network. Google Patents. BERNARDOS, C. J., BAGNULO, M. & CALDERÓN, M. MIRON: MIPv6 route optimization for NEMO. 2004. C. PERKINS, E. D. J. J. A. July 2011. Mobility Support in IPv6 www.ietf.org. C. PERKINS, E. W. I. November 2010. IP Mobility Support for IPv4, Revised. www.ietf.org. CALLON, R. W. 1990. Use of OSI IS-IS for routing in TCP/IP and dual environments. DEERING, S. E. 1998. Internet protocol, version 6 (IPv6) specification. GHOSH, A., WOLTER, D. R., ANDREWS, J. G. & CHEN, R. 2005. Broadband wireless access with WiMax/802.16: current performance benchmarks and future potential. Communications Magazine, IEEE, 43, 129-136..

(49) REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 39. GUPTA, M. & MELAM, N. 2006. Authentication/confidentiality for OSPFv3. RFC 4552, June. H. CHOI, S. M., Y. HAN, J. PARK & H. KIM. 2010. Implementation and Evaluation of Proxy Mobile IPv6 in NS-3 Network Simulator. http://www.ieeexplore.ieee.org. H. SOLIMAN, C. C., K. ELMALKI & L.BELLIER Octubre de 2008. Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6) Mobility Management”. RFC 5380. www.ietf.org. HENRY, P. S. & LUO, H. 2002. WiFi: what's next? Communications Magazine, IEEE, 40, 66-72. HOENES, J. K. A. Marzo de 2010. FTP Comand and Extension Registry”. RFC 5797. www.ietf.org. J. JO, G. H. H. Y. 2001. Jitter. Characteristics of QoS parameters for VoIP in the short-haul Internet”. IEEE Communications Magazine. : http://www.ieeexplore.ieee.org. J.CARMONA-MURILLO, PÉREZ,L.MARTÍNEZ-. J.. L.. G.-S.,. A.GAZO-CERVERO,F.J.RODRÍGUEZ-. BRAVO,R. MARTÍN-ESPADA,J .A.ZARANDIETA –. MORÁN 2010. Análisis y evaluación de la potencialidad del protocolo Mobile IP. www.gitaca.es, 10-12. JOHNSON, D., PERKINS, C. & ARKKO, J. 2004. RFC 3775: Mobility support in IPv6. IETF, June. KIM, J. S. L. S. S. H. Sept.2004. Analysis of handoff delay for Mobile IPv6," Vehicular Technology Conference. IEEE 60th, 4, 2967-2969 MALKIN, G. & MINNEAR, R. 1997. Ripng for ipv6. RFC 2080, January. MALKIN, G. M., R January 1997. Ripng for ipv6. RFC 2080. www.ietf.org. MCNEILL, J. A. 1997. Jitter in ring oscillators. Solid-State Circuits. IEEE Journal of, 30, 870-879. MONTAVONT, N. & NOEL, T. 2002. Handover management for mobile nodes in IPv6 networks. Communications Magazine, IEEE, 40, 38-43. MOORE, N. . Abril de 2006. Optimistic Duplicate Address Detection (DAD) for IPv6”. RFC 4429. www.ietf.org..

(50) REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 40. MOULY, M., PAUTET, M. B. & FOREWORD BY-HAUG, T 1992. The GSM system for mobile communications, Telecom Publishing. NIKANDER, P., ARKKO, J., AURA, T. & MONTENEGRO, G. Mobile IP version 6 (MIPv6) route optimization security design. 2003. IEEE, 2004-2008 Vol. 3. R. DROMS, J. B., B. VOLZ, T. LEMON, C. PERKINS, M. CARNEY. Julio de 2003. Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6 (DHCPv6).RFC 3315. www.ietf.org. R. KOODLI, E. july 2005. Fast Handovers for Mobile IPv6. www.ietf.org. S. GUNDAVELLI, K. L., V. DEVARAPALLI, K, CHOWDHURY & B. PATIL Agosto de 2008. Proxy Mobile IPv6”. RFC 5213. www.ietf.org. S. THOMSON, T. N. Diciembre de 1998. IPv6 Stateless Address Autoconfiguration. RFC 2462. http://www.ietf.org. SHIM, E., REDLICH, J. P. & GITLIN, R. D. 2008. Secure candidate access router discovery method and system. Google Patents. T. MRUGALSKI, J. W. K. N. Noviembre de 2010. . Remote Stateful Autoconfiguration for Mobile Ipv6 nodes with server side Duplicate Address Detection”. IEEE Communications Magazine. http://www.ieeexplore.ieee.org..

(51) ANEXOS. ANEXO I. 41. PRINCIPALES RETARDOS DE RED. Retardo de Procesamiento: es el tiempo que tarda un conmutador en procesar un paquete y decidir hacia dónde encaminar el mismo. Retardo de Transmisión: es el tiempo en que tarda en ser transmitido un paquete. Es medido desde la salida del primer bit hasta la salida del último bit en el nodo de transmisión. Retardo de Cola: Es el tiempo que tarda un paquete dentro de los buffers. En general en un nodo puede haber retardos por concepto tanto en buffers de entrada como de salidas. En ambos casos este retardo depende de la congestión. Para un uso eficiente de la red se debe tener siempre ciertos niveles de encolados. Retardo de Propagación: es el tiempo que tarda la señal en transitar un enlace. Es medido desde la salida del primer bit en el nodo de transmisión hasta la llegada del último bit en el nodo de recepción.. ..

(52) ANEXOS. 42. ANEXO II FORMATOS DE PAQUETES QUE INTERVIENEN EN EL HANDOVER MIPV6. A continuación, en las siguientes figuras se representan los mensajes utilizados por el protocolo MIPv6 en el momento de handover.

(53) ANEXOS. Figura II.1: Binding Update. Figura II.2:Binding Ack. Figura II.3:Router Solicitation. 43.

(54) ANEXOS. Figura II.4: Router Advertisement. Figura II.5: Neighbor Solicitation. 44.

(55) ANEXOS. Figura II.6: Neighbor dvertisement Teléfono de nueva generación que soporta los protocolos de movilidad. Figura II.7: N900iL Teléfono móvil de 3GWLAN desarrollado por NEC. 45.