Improving Layer 3 Handoff Delay in IEEE 802.11 Wireless

Improving Layer 3 Handoff Delay in IEEE 802.11 Wireless Networks

IEEE 802.11における

ネットワーク層のハンドオフディレイ改善

1

渡邊研B4 100430025 加古将規

資料について題名

Improving Layer 3 Handoff Delay

in IEEE 802.11 Wireless Networks

著者 Andrea G. Forte( Columbia University)

Sangho Shin(Columbia University)

Henning Schulzrinne(Columbia University)

年代

2006年

※本資料は上記書籍を基にして作成されたものです。

文書の内容の正確さは保証できない為、正確な知識を求める方は原文を参照してください。

Improving Layer 3 Handoff Delay in IEEE 802.11 Wireless Networks 2

概要背景と課題

L3ハンドオフ時の処理時間を改善するアルゴリズム

実験結果による評価


接続されているネットワーク同士の通信方式を定めたもの

L3 (ネットワーク層)

背景と課題無線通信技術の普及と知名度の増加

L3ハンドオフプロセスで直面する主問題サブネット変更の検知

標準で備わった検知方法がない

IPアドレスの取得時間

DHCPサーバを経由した場合の取得に時間がかかる


IPアドレスの取得手順

L3ハンドオフ時の処理時間を改善するアルゴリズムの提案

DHCPサーバ

DHCP_DISCOVER

DHCP_OFFER

DHCP_REQUEST

DHCP_ACK

最も処理時間がかかる部分

MN

提案方式サブネット変更の検知

ネットワークアドレスを比較してサブネット変更を検知

TEMP_IPの導入 DHCPサーバから新しいIPアドレス(NEW_IP)が割り当てられるまで、

一時的に使用するIPアドレスを提案


ハンドオフ後にDHCPサーバから割り当てられるIPアドレス

NEW_IP

DHCPサーバから新しいIPアドレス(NEW_IP)が割り当てられるまで使用するIPアドレス

TEMP_IP

ネットワークそのものを表すアドレス

ネットワークアドレス

大きなネットワークを複数の小さなネットワークに分割して管理する際の管理単位となる小さなネットワーク

サブネット

提案方式のアルゴリズム


サブネット変更の検知

TEMP_IPの選択

SIPセッションの更新(1回目)

NEW_IPの取得


インターネット電話などで用いられる、通話制御プロトコル

SIP 【Session Initiation Protocol】

サブネット変更の検知(1) DHCPサーバに疑似的なDHCP_REQUESTを送信


DHCPサーバ

DHCP_REQUEST

DHCP_NACK

サブネットの検知手順

移動する通信機器

MN 【Mobile Node】

L2ハンドオフ

MNAP

新しいサブネット

DHCPサーバ

MN

①MNから疑似的なDHCP_REQUESTを送信

AP


DHCPサーバ

MN

サブネット変更の検知(2) DHCPサーバはDHCP_NACKを送信

ネットワークアドレスを調査


DHCPサーバ

L2ハンドオフ

DHCP_REQUEST

DHCP_NACK

サブネットの検知手順

②DHCPサーバは DHCP_NACKで応答

③DHCPの応答から過去のネットワークアドレスと

比較して変更を検知 MN

TEMP_IPの選択の概要新しいサブネットに適したTEMP_IPを選択する

APのIPアドレスを元に連続したアドレスを10個選択

TEMP_IPを確保するのに十分な個数

10個のIPアドレスに対し、ARP要求を送る ARP応答のなかったIPアドレスからTEMP_IPを選択


宛先のIPアドレスよりMACアドレスを求めるためのプロトコル

ARP 【Address Resolution Protocol】

利用者からの接続を受け付け、インターネット接続するための施設

AP 【Access Point】

使用されていないIPアドレスの発見連続した10個のIPアドレスでARP_QUERYを送信

TEMP_IPの選択(1)


CN

ARP_QUERY

ARP_RESPONSE

TEMP_IPの選択手順

AP

①このIPアドレス(TEMP_IP)を利用している方は応答を返してください

移動ノードの通信相手となるノード

CN 【Correspondent Node】

MN

MN

TEMP_IPの決定 ARPの応答が返ってこないIPアドレスをTEMP_IPとする

TEMP_IPの選択(2)


CN

ARP_QUERY

ARP_RESPONSE

TEMP_IPの選択手順

AP

③応答のなかったIPアドレスを TEMP_IPとして使用します

②ARP応答なし

MN

MN

SIPセッションの更新(1回目) MNはIPアドレス(TEMP_IP)の変化をCNに通知

TEMP_IPでの通信を開始


SIP_re-INVITE

SIP_OK

SIPセッションの更新手順

CN

CN

SIP_re-INVITE

SIP_OK

①IPアドレスがTEMP_IPに変わりました

②わかりました

MN

MN

AP


DHCPサーバ

MN

NEW_IPの取得(1) DHCPサーバに動的なIPアドレスを要求


DHCPサーバ

DHCP_DISCOVER

DHCP_OFFER

DHCP_REQUEST

DHCP_ACK


①IPアドレス(NEW_IP)を割り当ててください

MN

NEW_IPの取得(2) DHCPサーバは使用可能なIPアドレスを提案


DHCPサーバ

DHCP_DISCOVER

DHCP_OFFER

DHCP_REQUEST

DHCP_ACK


AP


DHCPサーバ

MN

②こんなIPアドレスはどうですか？

MN

NEW_IPの取得(3) DHCPサーバにIPアドレスの割り当てを申請


DHCPサーバ

DHCP_DISCOVER

DHCP_OFFER

DHCP_REQUEST

DHCP_ACK


AP


DHCPサーバ

MN

③そのIPアドレスを割り当ててください

MN

AP


DHCPサーバ

MN

NEW_IPの取得(4) DHCPサーバがIPアドレス(NEW_IP)を承認


DHCPサーバ

DHCP_DISCOVER

DHCP_OFFER

DHCP_REQUEST

DHCP_ACK


④このIPアドレスを使用してください

⑤NEW_IPが割り当てられました

MN

SIPセッションの更新(2回目) MNはIPアドレス(NEW_IP)の変化をCNに通知

NEW_IPでの通信を開始

通信確立後、TEMP_IPを削除


SIP_re-INVITE

SIP_OK

SIPセッションの更新手順

CN

CN

SIP_re-INVITE

SIP_OK

①IPアドレスがNEW_IPに変わりました

②わかりました

MN

MN

DHCP_REQUEST

アルゴリズムまとめ(1)



TEMP_IPの選択


NEW_IPの取得


APDHCPサーバ CN

DHCP_NACK

Waiting Time

SIP_re-INVITE

ARP_RESPONSE

SIP_OK

全体の構成(1)

パケット(TEMP_IP)

MNL2ハンドオフ

DHCP_DISCOVER

アルゴリズムまとめ(2)



TEMP_IPの選択


NEW_IPの取得


全体の構成(2)

APDHCPサーバ CN

DHCP_OFFER

SIP_re-INVITE

SIP_OK

DHCP_REQUEST

DHCP_ACK



パケット(NEW_IP)

TEMP_IPの削除

MN

処理時間の評価


まとめ DHCPサーバよりIPアドレスが割り当てられる間、TEMP_IPを

使用するアルゴリズムを提案

TEMP_IPを使用することによって、ハンドオフ時間が改善


参考文献(1) [1] Improving Layer 3 Handoff Delay in IEEE 802.11 Wireless Networks

著者： Andrea G. Forte (Columbia University)

Sangho Shin (Columbia University)

Henning Schulzrinne (Columbia University)

年代： 2006年

[2] ネットワーク層とは【L3】 http://e-words.jp/w/E3838DE38383E38388E383AFE383BCE382AFE5B1A4.html

ネットワーク層の概要について

[3] ネットワークアドレス – Wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8D%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%82%AF%E3%82%A2%E3%83%89%E3%83%AC%E3%82%B9

ネットワークアドレスの概要について


参考文献(2) [4] SIPとは【Session Initiation Protocol】

http://e-words.jp/w/SIP.html

SIPの名称と概要について

[5] アクセスポイントとは【AP】 http://e-

words.jp/w/E382A2E382AFE382BBE382B9E3839DE382A4E383B3E38388.html

APの概要について

[6] ARP －＠IT ネットワーク用語事典 http://www.atmarkit.co.jp/aig/06network/arp.html

ARPの名称と概要について

[7] Mobile IP - Wikipedia http://ja.wikipedia.org/wiki/Mobile_IP

CNの名称と概要について


参考文献(3) [8] ARP要求・ARP応答の中身 CCNA実機で学ぶ

http://atnetwork.info/ccna2/arp05.html

ARPの応答内容について

[9] DHCPプロトコル http://www.picfun.com/lan09a.html

DHCPのシーケンスについて

[10] 図解で学ぶネットワークの基礎：DHCP編 - Lesson3 http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20071010/283862/

DHCPのメカニズムについて

[11] 1週間で学ぶネットワークの要点 http://itpro.nikkeibp.co.jp/members/NNW/NETPOINT/20041116/152

622/

DHCPのシーケンスについて


付録


TEMP_IPを確保するための個数について本資料では、サブネットで使用されている連続したIPアドレ

スの平均数を求めているピーク時に使用されている連続したIPアドレスの数は99パーセンタ

イルで5個

使用されている連続したIPアドレス数は99%の確率で最大5個


設対象とするデータを小さい順にソートし、指定された個数番目にあるデータを値とするもの

パーセンタイル

パーセンタイルの例(1) 100円の商品が1個、1円の商品が99個

平均：1.99円中央値(50パーセンタイル)：1円

出典：

http://second-top.cocolog-nifty.com/blog/2011/03/post-485b.html


中央値(50パーセンタイル)

パーセンタイルの例(2) 1000円の商品が1個、1円の商品が99個

平均：10.99円中央値(50パーセンタイル)：1円


中央値(50パーセンタイル)

固定IPと動的IP 固定IPのメリット

IPアドレスが変動しないため、インターネットサービスの提供が用意

動的IPのメリット IPアドレスが変動するため、固定IPと比べハッカー等の攻撃に強い

ユーザ1人1人にIPを割り当てる必要がない

利用者のみにIPを割り振ることが可能

今回の提案方式では

DHCPサーバに問い合わせる必要がない固定IP(TEMP_IP)で素早く接続を開始し、

固定IPを使用する間に、DHCPサーバから動的IP(NEW_IP)を割り振られるようにしている


Documents

Improving Layer 3 Handoff Delay in IEEE 802.11 Wireless