Introduction

Le GSM a connu le succès que l'on sait pour la téléphonie mobile. Il a ensuite évolué pour permettre la transmission de données en offrant le service de transmission de paquet (GPRS : Generalized Packet Radio Service).

L'ITU (International Telecommunication Union) a la charge de la normalisation des systèmes dit de téléphonie de troisième génération appelée également IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). En Europe l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute), responsable de la standardisation du GSM a créé le groupe 3GPP (Third Generation Partnership Project) en 1998 pour inclure des pays non européens dans ses travaux. Le travail de redéfinition est considérable et modifie en profondeur l'architecture des réseaux et des services existants. Toutefois elle se fera progressivement car plusieurs versions (ou releases) de la norme ont été échelonnées dans le temps. Au fil de ces versions, le protocole IPv6 est introduit dans les différents éléments de l'architecture et les mécanismes de cohabitation sont utilisés. L'architecture du GPRS a été reconduite dans les réseaux de troisième génération définis par le 3GPP et deviendra progressivement le mode de transfert principal des données lorsque les différents services utilisant le mode connecté seront transportés par le coeur de réseau paquet. Cette évolution est déjà sensible dans la version 5 qui sert de base à notre description.

Le service de transmission de paquet offert par l'UMTS (cf. figure Architecture très simplifiée de l'UMTS) offre une gestion de la mobilité transparente aux utilisateurs. Cette mobilité est gérée par un mécanisme de tunnel entre le routeur de sortie du réseau de téléphonie mobile et le terminal mobile. Les différentes fonctions et la signalisation nécessaire à la gestion de la session et de la mobilité sont assurées par les protocoles spécifiques du plan de contrôle. Le transfert des données elles-mêmes se fait dans le plan usager à l'aide de deux tunnels aboutés, l'un au-dessus du réseau d'accès radio, l'autre dans le coeur de réseau IP de l'opérateur.

Quatre grandes classes de service peuvent être utilisées lors de l'établissement de la session. Elles sont classées par rapport à leur sensibilité au délai : conversationnelle, streaming, interactive et background. Ces classes définissent pour le moment le comportement de la liaison dans le réseau d'accès radio et leur utilisation dépend de l'abonnement souscrit par le client auprès de l'opérateur.

Lors de l'établissement de la session, le terminal mobile peut accéder à diffèrents types de réseaux externes de données en fonction de ses besoins (par exemple l'Internet ou le réseau privé d'une entreprise). Il y a trois types de service :

• Le service PPP permet d'accéder directement au réseau du fournisseur d'accès de l'abonné à travers une liaison PPP prolongée par un tunnel IP (L2TP) au-dessus de l'Internet ; n'importe quel protocole de niveau réseau est ensuite utilisable.
• Les services IPv4 et IPv6 permettent d'offrir une connectivité IP au terminal mobile ou à un ordinateur.

Dans la suite, nous décrivons comment le service IPv6 est offert.

Architecture 3G

Le réseau d'un opérateur de téléphonie mobile est composé de plusieurs grandes parties (cf. figure Architecture très simplifiée de l'UMTS) : le réseau d'accès radio (WCDMA pour l'UMTS), les réseaux coeurs paquet et circuit qui comprennent aussi les serveurs gérant les données d'abonnement des utilisateurs et le plan de service ou IMS (IP Multimedia Subsystem).

Le réseau coeur du domaine paquet est un réseau IP qui interconnecte les réseaux d'accès radio et les serveurs de l'opérateur (facturation, localisation, ...). Ce réseau est aussi connecté à un réseau d'interconnexion lui-même connecté à l'Internet à travers un pare-feu (firewall). Le routeur de sortie du coeur de réseau paquet (GGSN) joue un rôle particulier dans la fourniture du service IPv6 car il termine les tunnels des terminaux mobiles et participe à l'établissement et au maintien des sessions établies. Il route aussi les paquets IPv6 émis par les équipements IPv6 vers le réseau d'interconnexion de l'opérateur.

Pour l'équipement IPv6 (ordinateur, PDA) qui utilise le terminal mobile (téléphone) comme un modem, l'interface réseau est une connexion PPP au-dessus de laquelle IPv6 est configuré grâce aux mécanismes standards adaptés au contexte de la téléphonie mobile.

Service IPv6

L'objectif du service IPv6 est d'offrir une connectivité IPv6 vers un réseau externe de données IPv6 (Internet dans la figure Architecture très simplifiée de l'UMTS). Ce service peut fonctionner en mode transparent ou en mode non transparent en fonction de l'implication du routeur frontière (GGSN) dans les procédures d'authentification et d'allocation d'adresse IPv6 du réseau externe de données. Dans le mode non transparent, le GGSN relaie les requêtes d'authentification et les sollicitations DHCP vers les serveurs du réseau externe, ces procédures font donc partie du processus d'établissement de la session. Dans le mode transparent ce sont les serveurs de l'opérateur, ou le GGSN directement, qui assurent l'authentification et l'allocation d'adresse.

Une adresse IPv6 statique peut être associée à chaque abonnement, dans le cas contraire l'adresse est dite dynamique et est allouée lors de l'établissement de la session (appelé aussi activation de contexte). Une adresse statique est choisie par l'opérateur au moment de la souscription de l'abonnement ; elle appartient à l'espace d'adressage de l'opérateur. Si l'adresse est dynamique une auto-configuration sans état ou avec état doit être réalisée par l'équipement. Le choix de la méthode d'auto-configuration est fait de manière standard par le GGSN lors de l'émission de l'annonce de routeur. L'équipement se conforme si possible à ce choix, sachant que l'auto-configuration avec état est facultative selon la norme.

Etablissement d'une session IPv6

Un terminal mobile peut établir une ou plusieurs sessions (contextes). Plusieurs sessions peuvent être associées à une même adresse IPv6 mais avec des qualités de service différentes, ce qui a pour objectif de différentier la qualité de service offerte aux différents flux IPv6. Les sessions peuvent aussi être associées à des adresses différentes (appartenant à des espaces d'adressage différents) et offrir la connexion vers plusieurs réseaux IPv6 externes. Dans ce cas, l'équipement utilise une interface PPP par session.

Lors de l'établissement de la session, un échange de message a lieu entre le terminal mobile et le GGSN. Pour la configuration IPv6 de l'interface PPP, les principes retenus dans la version 5 de l'UMTS sont d'attribuer un préfixe IPv6 de longueur 64 à chaque session, et de laisser le GGSN décider de la valeur de l'identifiant d'interface de l'adresse lien-local. Ainsi l'équipement n'a pas à effectuer la détection de duplication d'adresse (DAD) au moment du choix de l'adresse lien-local. Cet identifiant d'interface est transmis dans la confirmation d'établissement de session transmise par le GGSN au terminal mobile.

D'autres paramètres peuvent être demandé par le terminal mobile lors de la demande d'ouverture de session. Du point de vue de l'équipement informatique, la demande est alors transmise dans des options du protocole de contrôle IPv6CP lors de l'établissement de la connexion PPP entre l'équipement et le terminal mobile.

Configuration de l'interface IPv6

Le terminal mobile transmet l'identifiant d'interface fourni par le GGSN à l'équipement qui doit l'utiliser pour configurer l'adresse lien-local de l'interface PPP. Une fois son adresse lien-local configurée, l'équipement peut émettre une sollicitation de routeur pour déclencher l'émission immédiate d'une annonce de routeur. L'annonce de routeur qu'il reçoit du GGSN contient l'adresse du routeur par défaut et le préfixe IPv6 global. Elle indique aussi à l'équipement, comme prévu dans le standard sur la découverte de voisin, s'il doit effectuer une configuration avec ou sans état.

Configuration sans état (Stateless)

Le GGSN annonce un préfixe de son plan d'adressage (cas transparent) ou du plan d'adressage du réseau externe (cas non transparent). Il détermine le préfixe annoncé en utilisant un serveur Radius ou un serveur DHCPv6 pour une adresse dynamique et les données associées à l'abonnement pour une adresse statique. Il crée ensuite un état qui permettra de router les paquets à destination de ce préfixe vers l'équipement. Un seul préfixe doit être annoncé avec le bit A à 1 (construction de l'adresse de l'équipement à partir de ce préfixe) et sans le drapeau L à 0 (pas d'autres machines sur le lien), la durée de vie du préfixe est infinie.

Lorsqu'il reçoit le préfixe l'équipement construit son adresse IPv6 globale (voir Autoconfiguration sans état) en utilisant un identifiant d'interface qu'il choisit mais n'effectue pas de détection de duplication d'adresse puisque le préfixe global annoncé est unique par construction.

Notons qu'il existe aussi la solution d'utiliser un préfixe partagé entre plusieurs sessions mais, dans ce cas, il faut soit obliger l'équipement à utiliser l'identifiant d'interface fourni par le GGSN lors de l'établissement de la session pour construire l'adresse globale, soit effectuer la détection de duplication d'adresse.

Lorsque le terminal a terminé de configurer son interface, il peut toujours utiliser DHCPv6 pour obtenir des paramètres comme l'adresse du serveur DNS (voir chapitre Nommage).

Configuration avec états (Statefull)

Dans le cas de la configuration avec état, l'équipement doit solliciter le serveur DHCPv6. Le GGSN agit dans ce cas comme un relais DHCPv6 transmettant les requêtes de l'équipement au serveur DHCPv6 configuré par l'opérateur (cf. See Echanges de configuration). Lorsque le serveur DHCPv6 répond en attribuant une adresse IPv6 globale, le GGSN établit l'état qui lui sert à router les paquets à destination de l'équipement et transmet la réponse à ce dernier.

Configuration des constantes IPv6

Du point de vue de l'équipement, le GGSN se comporte comme un routeur IPv6 normal. Il est par contre nécessaire d'adapter la configuration des variables qui influent sur le comportement des mécanismes IPv6 pour adapter ceux-ci à l'environnement UMTS. Ainsi le délai maximum entre deux annonces de routeur (MaxRtrInterval) est de 6h et le minimum conseillé (MinRtrInterval) peut aller jusqu'à 4,5h, pour éviter de charger le lien UMTS qui est facturé à la quantité d'information transmise. La durée de vie des préfixes annoncés est infinie, et ceux-ci sont donc valides pour tout le temps de la session. Deux autres variables sont définies pour augmenter la fréquence des premières annonces de routeurs dans le but de réduire le temps de configuration automatique lorsque le terminal n'émet pas de sollicitation de routeur.

Les variables ci-dessus ainsi que le comportement du GGSN quant au mode d'autoconfiguration sont décidés par l'opérateur pour chaque réseau externe de données (IPv6). Ainsi un même GGSN se comportera différemment en fonction du réseau que l'équipement cherche à joindre.

Support du multicast

Dans le cas ou l'opérateur mobile souhaite supporter le service multicast IPv6, le GGSN doit implémenter MLD (voir Gestion des abonnements sur le lien-local : MLD) et un ou plusieurs protocoles de routage multicast (DVMRP, MOSPF ou PIM-SM). Il doit aussi assumer le rôle de proxy multicast, c'est-à-dire :

• maintenir la liste des équipements ayant adhérés à tel ou tel groupe ;
• transmettre des rapports d'appartenance aux groupes aux routeurs multicast du domaine ;
• transmettre en point à point une copie des paquets multicast reçu à chaque équipement ayant adhéré au groupe.

Transition dans l'UMTS

Les réseaux de téléphonie mobile vont progressivement migrer leurs réseaux IPv4 vers IPv6. Trois méthodes vont être utilisées principalement :

• Une pile double (dual stack) IPv4/IPv6 dans le réseau coeur et les terminaux mobiles.
• L'utilisation de tunnels (tunneling) automatiques et configurés comme 6to4 or L2TP.
• Un protocole de traduction d'IPv4 à IPv6 dans le réseau comme NAT-PT.

Le See Versions d'IP pour les différentes versions de l'UMTS (3GPP). décrit l'évolution de l'utilisation des protocoles IPv4 et IPv6 dans les coeurs du réseau et pour les équipements terminaux comme le téléphone mobile. La standardisation du 3G est toujours en évolution.

L2TP comme un outil de transition

Une solution possible pour la transition d'IPv6 dans le réseaux radio est l'utilisation du protocole L2TP (Layer Two Tunneling Protocol) entre un terminal IPv6 et son correspondant lies entre eux par le réseau UMTS. L2TP sera une prolongation du tunnel PPP en mode non transparente.

Le protocole L2TP définit deux entités fonctionnelles, le LAC et le LNS. Il s'agit de deux passerelles entre des réseaux d'accès, le réseau coeur et le réseau ou noeud correspondant qui sont de natures différents. Le LAC, ayant une interface vers le réseau d'accès, réalise la concentration et le traitement des appels PPP qui en émanent. Le LNS communique avec le LAC via ce même réseau. Un tunnel est créé entre le LAC et le LNS qui consiste d'une connexion de contrôle et zéro ou plusieurs session de données. Les sessions de données font la transmission de données du terminal i.e. des trames PPP, la connexion de contrôle gère les messages d'établissement, entretien et de libération des sessions de données.

IMS

L'IMS (IP Multimédia Core Network Subsystem) est une architecture permettant de supporter des services multimédia à travers une infrastructure SIP qui n'utilisent que IPv6. Il est constitué de proxies, de serveurs et de passerelles pour l'interaction avec des services non IP (lien avec la téléphonie classique). Le mobile doit utiliser une session de type IPv6 pour ses connexions à l'IMS.

Les problèmes liés à la transition peuvent se diviser en deux parties : les scénarios concernant l'utilisation du GPRS et les scénarios d'interaction avec l'IMS (IPv6). Le groupe v6ops de l'IETF a classé les différents scénarios de transition en fonction éléments disposant d'IPv6 (RFC 3574). Les scénarios concernant l'utilisation du GPRS sont les suivants :

• Le mobile dispose d'une double pile IPv4/IPv6. Malheureusement les adresses IPv4 sont une ressource rare pour l'ISP et le mobile ne peut avoir d'adresse IPv4 attribuée en permanence, il doit donc utiliser une adresse privée.
• Le mobile et son correspondant ont une adresse IPv6, mais les transmissions doivent utiliser un réseau de transport IPv4. Ce scénario sera utilisé dans les étapes initiales du déploiement d'IPv6 quand les réseaux d'interconnexion IPv4 ne disposant pas d'IPv6 seront encore présents.
• Le mobile et son correspondant ont une adresse IPv4, mais les transmissions utilisent un réseau IPv6. Ce scénario se produira lorsque les opérateurs migreront leur réseaux d'interconnexion vers IPv6.
• Le mobile a seulement une adresse IPv6 et son correspondant seulement une adresse IPv4. Ce scénario se produira par exemple si un opérateur mobile supporte seulement le service IPv6 et que les terminaux mobiles cherchent à communiquer avec des équipements IPv4 de l'Internet.
• Le mobile a seulement une adresse IPv4 et son correspondant seulement une adresse IPv6. Ce scénario se produira au contraire si les opérateurs mobile tardent trop à migrer leur service les contraignant ainsi à de coûteuses politiques d'adaptation.

Les scénarios liés à l'utilisation des services de l'IMS :

• Le mobile a un correspondant IPv4 et l'interconnexion se fait à travers l'IMS.
• Deux IMS IPv6 son interconnectés à travers un réseau de transport IPv4. Quand le déploiement de la version 5 sera complètement terminée, il restera encore quelques noeuds ou réseaux IPv4 qui devront utiliser des services de l'IMS.