Ipv6 w mobilnych systemach dostępowych



Pobieranie 1.41 Mb.
Strona1/2
Data02.04.2018
Rozmiar1.41 Mb.
  1   2

Protokół IPv6
w mobilnych


systemach dostępowych

Łukasz Czekierda1

Dominik Radziszowski1

Krzysztof Zieliński1,2

Sławomir Zieliński1
(1)Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Informatyki,

ul. Mickiewicza 30

30-059 Kraków
(2)ACK Cyfronet AGH

ul. Nawojki 11

30-950 Kraków


Streszczenie
Celem niniejszego opracowania jest zaprezentowanie prac prowadzonych w Katedrze Informatyki AGH w ramach 5 Programu Ramowego Unii Europejskiej dotyczących tworzenia i dostosowywania aplikacji do środowiska bezprzewodowego opartego na protokole IPv6 (projekt 6WINIT). Artykuł zawiera krótkie omówienie cech tego protokołu oraz powodów, dla których konieczne jest wprowadzenie nowego środowiska. W dalszej części opisano platformy sprzętowe i systemowe wykorzystywane w projekcie 6WINIT jak również architekturę systemów, nad którymi prowadzone są prace. Przedstawiono także wyniki przeprowadzonych testów.


  1. Wstęp

Rozwój sieci Internet jest obecnie uwarunkowany dostępnością publicznych adresów IP koniecznych dla wciąż bardzo szybko rosnącej liczby urządzeń podłączonych do sieci. Jest to szczególnie ważne w kontekście mobilnych urządzeń dostępowych do sieci Internet takich jak urządzenia PDA lub telefony komórkowe nowej generacji , które z roku na rok stają się coraz bardziej popularne, gdyż komunikacja z wykorzystaniem technologii WLAN, GPRS czy UMTS, jaką używają, bądź będą niebawem używać te urządzenia, wiąże się z koniecznością alokacji dla końcowego terminala publicznego adresu IP. Rozwiązanie problemu ograniczonej przestrzeni adresowej oraz usprawnienie procedury alokacji adresów warstwy sieciowej wymaga przejścia od stosowania protokołu IPv4 na eksploatację protokołu IPv6.

Chociaż protokół IPv6 został opracowany przez IETF [10] na początku lat dziewięćdziesiątych, wciąż nie nastąpiło jego upowszechnienie. Pogłębiający się problem braku adresów IPv4, szczególnie w Europie Zachodniej oraz perspektywa wprowadzenia telefonii 3G i 4G, spowodowały pewne przyśpieszenie prac nad wdrażaniem protokołu IPv6. Także wzrost możliwości mobilnych urządzeń dostępowych pozwala obecnie na instalację stosu IP oraz typowych aplikacji internetowych.

W niniejszym artykule przedstawiono prace realizowane w Katedrze Informatyki AGH i Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet w ramach projektu 5 Programu Ramowego Unii Europejskiej pt. „Wireless IPv6 Internet Initiative – 6WINIT” koordynowanego przez UCL London. W projekcie tym bierze udział szereg czołowych firm, takich jak Ericsson, VITT, British Telecom, czy IABG oraz uniwersytetów, jak np. Stuttgart, Bremen oraz Southampton.

Pierwsza część artykułu obejmuje krótkie omówienie własności protokołu IPv6. Następnie zaprezentowano platformy systemowe i oprogramowanie korzystające z IPv6 dostępne obecnie na urządzeniach mobilnych. W kolejnym punkcie przedstawiono architektury aplikacji rozproszonych dla zastosowań mobilnych. Przykłady aplikacji zrealizowanych w Katedrze Informatyki AGH w trakcie pierwszego roku projektu 6WINIT omówiono w ostatnim punkcie prezentacji. Całość artykułu podsumowano wnioskami dotyczącymi perspektyw rozwoju platform tworzenia aplikacji dla protokołu IPv6 i podstawowych trudności w tym zakresie.

  1. Zagadnienia związane z IPv6

Protokół IPv6 powstał na bazie powszechnie obecnie stosowanego protokołu IPv4, jego twórcy pragnęli by nowa wersja nie posiadała wielu poważnych ograniczeń protokołu wersji czwartej. Największy nacisk położono na rozwiązanie problemów:



  • ograniczonej przestrzeni adresowej. Trwający od kilku lat „kryzys” stał się głównym czynnikiem motywującym do poszukiwań nowego rozwiązania.

  • braku odpowiednio silnych mechanizmów bezpieczeństwa. Od nowej wersji protokołu oczekuje się zapewnienia funkcji związanych z zabezpieczeniem sieci udostępnianych dotychczas przez protokoły wyższych warstw.

  • braku odpowiednio elastycznych mechanizmów autokonfiguracji. Mimo istnienia w IPv4 protokołów takich, jak DHCP, konfiguracja nadal nie jest realizowana w sposób wystarczająco elastyczny. Zagadnienie to nabiera szczególnego znaczenia w kontekście urządzeń mobilnych, które w czasie pracy mogą przemieszczać się pomiędzy obszarami zasięgu różnych punktów dostępowych.

Stosowanie od wielu lat i na szeroką skalę IPv4 dostarczyło wielu doświadczeń, które można było wykorzystać w procesie tworzenia nowej wersji tego protokołu. Warto tu wspomnieć choćby o znikomej liczbie producentów obsługujących różne rodzaje transmisji (definiowane przez pole TOS (ang. type of service))1, czy też o odmiennej, w stosunku do zamierzeń, obsłudze czasu życia pakietu – zamiast mierzenia ilości sekund, jaką pakiet przebywa w routerach, urządzenia te zmniejszają wartość pola TTL (ang. time to live) o jeden.2

Należy także zauważyć, że tablice routingu routerów szkieletowych często mają rozmiary nawet rzędu 100000 wpisów. Skutkiem tego są znaczne opóźnienia w przesyłaniu pakietów. Jak twierdzi P. Loshin, wpływ wzrostu rozmiarów tablic routingu na tempo rozwoju Internetu jest znacznie większy, niż efektu wyczerpywania adresów.3 Jedną z oczekiwanych własności nowej specyfikacji IP jest możliwość bardziej efektywnej agregacji adresów.

Każda modyfikacja specyfikacji protokołu – zwłaszcza tak ważnego, jak IP, musi pociągnąć za sobą istotne zmiany w oprogramowaniu lub konfiguracji sprzętowej urządzeń obsługujących ten protokół. Zebranie dużej ilości doświadczeń pozwalającej na podjęcie decyzji o usunięciu niektórych – nieużytecznych – właściwości IPv4 stanowi ważny argument na korzyść wymiany protokołu, zamiast dokonywania poprawek, które mogłyby polegać np. wyłącznie na zwiększeniu liczby adresów, czy dodaniu nowej funkcjonalności poprzez zdefiniowanie nowych opcji nagłówka itp.

Wskutek zebranych doświadczeń, IPv6 został skonstruowany tak, aby mógł być obsługiwany przez urządzenia sieciowe sprawniej. Zasadnicze zmiany w stosunku do poprzedniej wersji dotyczyły:


  • zwiększonej przestrzeni adresowej. Oprócz powiększenia przestrzeni adresowej (długość adresu wzrosła z 32 do 128 bitów), zapewniono taką jej organizację, aby zmniejszyć rozmiary tablic routingu.4 Zlikwidowano możliwość transmisji rozgłoszeniowej (ang. broadcast), wprowadzono natomiast nowy rodzaj adresacji, odnoszący się do najbliższego odpowiadającego urządzenia (ang. anycast).

  • uproszczenia nagłówka pakietu. Nagłówek IPv6 cechuje się – inaczej niż w poprzedniej wersji – stałą długością, co upraszcza jego obsługę. Zrezygnowano także np. z możliwości dokonywania fragmentacji pakietu przez urządzenia pośredniczące w transmisji; w nowej wersji protokołu podzielenia pakietu może dokonać wyłącznie urządzenie źródłowe.

  • usprawnienia obsługi rozszerzeń i opcji. Wszelkie opcje zawierane są w osobnych – opcjonalnych – nagłówkach, które nie zmieniają rozmiaru nagłówka pakietu.

  • etykietowania strumieni danych. Wprowadzenie oznaczania strumieni pakietów pozwala na łatwiejszą implementację jednakowej obsługi każdego pakietu ze strumienia. Brak konieczności analizy wszystkich nagłówków z osobna umożliwia skrócenie czasu ich przebywania w routerze. Warto zauważyć, że o ile w przypadku zastosowań takich, jak pobieranie pliku ze zdalnego serwera, czy odtwarzanie strumienia wideo opóźnienie nie ma większego znaczenia, o tyle w przypadku nowoczesnych aplikacji interaktywnych (wideokonferencje, telefonia IP) nawet niewielkie opóźnienie ma znaczący wpływ na komfort pracy z aplikacją. Przykładem trudnego do spełnienia wymagania jest zalecenie, aby całkowite opóźnienie transmisji dźwięku między nadawcą a odbiorcą nie było większe niż 100 ms.

  • autentykacji i zapewnienia poufności danych. IPv6 korzysta z dwóch mechanizmów związanych z bezpieczeństwem transmisji: obliczania sum kontrolnych5 (za pomocą uważanych za obliczeniowo bezpieczne algorytmów, np. MD5) w celu ustalenia, czy nie zostały one zmodyfikowane oraz szyfrowania zawartości pakietu.6

Rezultatem wymiany protokołu warstwy sieciowej jest konieczność redefinicji również innych – zależnych, bądź współpracujących z IP – protokołów. Dobrym przykładem mogą być ICMP, stosunkowo prosty protokół służący do podstawowej diagnostyki pracy sieci7, oraz IGMP – realizujący zadania związane z organizacją transmisji grupowej.

Zmiana wersji protokołu IP dokonuje się stopniowo. Implikuje to konieczność obsługi dwóch różnych protokołów warstwy sieciowej przez urządzenia podłączone do Internetu, co stanowi niebagatelny problem dla producentów oprogramowania. Maszyny obsługujące dwie wersje protokołu IP muszą zapewniać także komunikację w wyższych warstwach, tzn. obsługiwać dwa stosy protokołów. Występuje również konieczność dublowania usług takich, jak np. DNS.
Sieci IPv6 (obejmujące na razie swoim zasięgiem znacznie mniej maszyn, niż oparte na IPv4) są łączone między sobą za pomocą tzw. tuneli – umieszczania pakietów IPv6 wewnątrz ramek IPv4 transmitowanych pomiędzy urządzeniami nie potrafiącymi komunikować się za pomocą nowej wersji protokołu. Inną techniką, wykorzystywaną do zapewnienia poprawnej współpracy pomiędzy maszynami obsługującymi różne wersje protokołu, jest użycie translatorów zmieniających w sposób niezauważalny dla maszyn końcowych format ramki, co jednakże jest procesem złożonym i mogącym wprowadzać znaczące opóźnienia.

Pewne jest, że jeszcze przez długi czas w użyciu będą obydwie wersje IP, choć czynniki takie, jak brak „wolnych” adresów będą skłaniały zarówno użytkowników, jak i producentów oprogramowania do stosowania nowego protokołu. O tempie przechodzenia użytkowników sieci na IPv6 będzie decydować przede wszystkim ilość aplikacji wykorzystujących ten protokół do komunikacji ze światem zewnętrznym.



  1. Platformy sprzętowe i systemowe IPv6 urządzeń mobilnych

W niniejszym punkcie zostaną przedstawione obecnie dostępne rozwiązania sprzętowe przenośnych urządzeń dostępowych typu PDA oraz zarówno systemowe jak i aplikacyjne oprogramowanie, mogące pracować na tych urządzeniach wykorzystując IPv6.



    1. Platformy sprzętowe

Urządzenia mobilne z rodziny PDA (Personal Digital Assistant8) stają się coraz bardziej niezbędnymi narzędziami pracy współczesnych managerów. Ten mały, lekki komputer, składający się z wyświetlacza, kilku przycisków i rysika nie jest już tylko wyposażony w terminarz, listę kontaktów, kalkulator; zawiera dodatkowo arkusz kalkulacyjny, edytor tekstów i przeglądarkę internetową. W ostatnich latach obserwujemy bardzo dynamiczny rozwój tych urządzeń – coraz lepsze wyświetlacze, szybsze procesory powodują, że PDA przejmuje coraz więcej funkcji zwykłego komputera, a parametrami technicznymi nie odbiega od tych, które z dumą zajmowały nasze biurka jeszcze kilka lat temu. Obecnie konkurują ze sobą następujące modele PPC (Pocket PC): iPAQ serii H3600 (produkt firmy Compaq), Palm serii V, HP Jornada i Cassiopeia. Są one wyposażane, w zależności od producenta, w system operacyjny PalmOS, WindowsCE, Epoc bądź Symbian.

Większość producentów oferuje obecnie urządzenia wyposażone w kolorowe lub monochromatyczne wyświetlacze o wymiarach 320240 do 640480 pikseli, pamięć operacyjną 464MB, Flash ROM 216 MB, port szeregowy i IrDA oraz w zależności od producenta procesor RISC Intel StrongARM 206 MHz (iPAQ), Hitachi SH3 (HP Jornada), NEC VR4122 (Cassiopeia). Przeprowadzone przez autorów w połowie roku 2001 porównania dostępnych modeli pod względem parametrów technicznych oraz dostępnych rozszerzeń zdecydowanie wskazywały na model iPAQ H3660 jako najbardziej dojrzały PPC. Dostępne dziś rozwiązania proponowane przez innych producentów wydają się być już jednak w pełni konkurencyjne.

W swojej podstawowej konfiguracji PDA ma stosunkowo niewielkie możliwości komunikacyjne, dopiero wyposażony w moduły rozszerzeń staje się on pełnowartościowym urządzeniem z możliwością zainstalowania jednej lub dwóch kart PCMCIA, dodatkowej pamięci typu Flash lub czytnika kodów kreskowych. Uwaga autorów skupiła się tu na możliwości podłączenia bezprzewodowych kart sieciowych standardu 802.11b, zestawów GSM/GPRS oraz kart pamięci.



    1. Linux dla komputerów PPC



Pomimo, iż specyfikacja protokołu IPv6 jest dostępna już od kilku lat, jednak obecnie obsługują go głównie systemy uniksowe (Linux, FreeBSD, Solaris), firma Microsoft stworzyła jedynie dodatki do systemów Windows2000 i NT4.0, obie w wersji beta.

Jak dotąd również żaden z systemów operacyjnych dostarczanych standardowo przez producenta razem z PDA nie obsługuje IPv6. Jedynym sposobem, by protokół ten był dostępny na tej platformie jest instalacja systemu Linux. Podobnie jak w wypadku komputerów PC, istnieje co najmniej kilka dystrybucji systemu Linux dla tych komputerów. Do niedawna najbardziej znaną była stworzona przez firmę Comapaq - hh (od handhelds.org). Na jej bazie powstawały kolejne, wraz z najbardziej dziś popularnymi dystrybucjami, Familiar i Imitiate. Zawierają one między innymi okrojoną wersję pakietu Python, Xfree86 z managerem okienek BlackBox oraz nowy system zarządzania pakietami ipkg, [7].


Rys. 1 Przeglądarka WWW w środowisku Linux na komputerze iPAQ
W porównaniu z pozostałymi systemami, Linuksa cechuje duża elastyczność w zakresie wyboru instalowanych aplikacji i narzędzi. Można dowolnie wybierać spośród kilku menadżerów okienek (QtEmbeded, BlackBox), przeglądarek internetowych (Konqueror, ViewML, Dillo), edytorów tekstu (Pyditor, Ion). Bardzo ważną dla użytkownika jest prostota obsługi środowiska okienkowego oraz zwiększająca się lawinowo liczba użytecznych aplikacji. Administratorowi oferowane są możliwości porównywalne ze zwykłą stacjonarną instalacją. Całość cechuje stabilność oraz bardzo przydatna cecha, znana z każdego systemu Unix, zdalnej pracy, usprawniającej administrowanie systemem.



    1. Pobieranie 1.41 Mb.

      Share with your friends:
  1   2




©operacji.org 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna