INTRODUÇÃO

Vivemos num mundo em constante evolução tecnológica. Nosso contato com a computação não se restringe apenas aos desktops, grandes, pesados e que estão instalados em um lugar fixo e planejado, com toda uma infra-estrutura de energia, compartilhamento de dados entre outros computadores, de acesso a internet, e outros recursos. Hoje, a computação móvel tem se tornado cada vez mais importante graças ao crescimento do número de dispositivos portáteis no mercado, e com a adoção do paradigma de computação em nuvens, onde os softwares não são mais vendidos para instalação no computador do usuário e sim como serviços (Software as Service) disponíveis na Internet, a vontade de se ter uma conexão continua com a World Wide Web deixa de ser um luxo se tornando em uma necessidade. É nesse contexto que percebemos a necessidade de se gerenciar essas conexões de rede dinâmicas sem fio, que tem uma duração temporária pois o deslocamento espacial do usuário pode exigir que ele se desconecte de uma rede e se conecte a outra freqüentemente.

Com a evolução dos componentes micro-eletrônicos temos hoje uma infinidade de dispositivos portáteis para uso no nosso dia a dia. Estes cada vez mais estão repletos de funcionalidades, incluindo a transferência de dados e informações, que ocorre através de uma imensidão de redes interconectadas.

A infraestrutura da internet foi feita baseada em vários protocolos, dois dos mais significativos são o TCP (Transmission Control Protocol) e o IP (Internet Protocol). O IP requisita a localização de qualquer máquina conectada à Internet para poder ser identificado por um endereço exclusivo que é um IP atribuído. Isso implica num dos grandes pontos da mobilidade de IP, quando um host muda de localização física há a necessidade de mudança de IP. Impossibilitando assim a continuidade do uso da rede.

O IP móvel permite que os nós permaneçam alcançáveis enquanto estão se movendo entre redes de Internet. Onde cada nó é sempre identificado por um Home Address independentemente do atual ponto de localização de Internet. Nesse trabalho verificaremos o porquê da necessidade de se criar esta extensão de protocolo para Internet e mostrar como funciona o protocolo IP Móvel. O IP Móvel também é amplamente empregado nos sistemas de comunicações móveis (sistemas celulares) que começam a ser implantados nos dias de hoje.

Arquitetura TCP/IP

A arquitetura de rede TCP/IP foi desenvolvida dentro de uma conjuntura peculiar. Estados Unidos e União Soviética viviam a Guerra Fria, este período pós-Segunda Guerra Mundial foi marcado pela tensão da relação entre os dois

países e a disputa pela hegemonia política, econômica e militar no mundo. Existia uma grande preocupação por parte dos Estados Unidos em manter centros de interesses (repartições públicas civis e militares, universidades, etc.) interconectados (redes heterogêneas e geograficamente distribuídas) e que esta capacidade de conexão não fosse comprometida em caso de um improvável (porém possível) ataque militar. Para atingir tais exigências, era preciso desenvolver uma arquitetura que interconectasse essas redes geograficamente distribuídas pelo território dos EUA, de maneira flexível e que pudesse operar mesmo em caso de parte de sua infraestrutura (hosts, gateways) fosse comprometida e deixasse de funcionar de uma hora para outra. É nesse contexto que surge o modelo de referência TCP/IP, especificando os dois grandes (e principais) protocolos: IP – Internet Protocol – a nível de camada de rede (ou inter-redes), responsável pelo encaminhamento das informações na rede, e o protocolo TCP – Transmission Control Protocol – a nível da camada de transporte, responsável por manter a conversação fim-a-fim sem erros e controlando o fluxo de mensagens evitando sobrecargas entre um dos pontos envolvidos em uma comunicação através da grande rede.

ESTRUTURA

O IP Móvel permite a mobilidade do usuário, preservando seu endereço IP original. Para tal, o computador móvel passa a ter dois endereços: o Home Address, fixo e associado ao ponto de origem da conexão; e Care-of Address, referente a cada ponto de conexão à rede. Além disso, existem roteadores especializados, chamados Agentes de Mobilidade, que mantém o funcionamento do processo. São eles o Home Agent e o Foreign Agent.

Quando um usuário sai de seu local de origem, o seu Care-of Address será atualizado com sua nova localização, e será registrado pelo Home Agent. Assim, quando houver transferência de pacotes, o Home Agent será responsável pelo redirecionamento para o seu ponto de acesso atual. Ao chegarem na rede onde o usuário se encontra, os pacotes são recebidos pelo Foreign Agent, que o transmite para computador móvel.

Para ilustrar tais procedimentos, podemos utilizar como exemplo um simples sistema de correios. Quando uma correspondência (um pacote) é enviada, ela possui um envelope com seu endereço (cabeçalho IP). O envelope chega à agência de correios da cidade (Home Agent), que envia o pacote ao seu destino.

Figura A - Retirado do livro Mobile IP Technology and Applications

Quando o destinatário em questão sai da cidade por um tempo, ele fornece o seu endereço temporário (Care-of Address) à agência de correios. Assim, quando chegar uma correspondência endereçada ao mesmo, a agência irá redirecioná-la para a filial da cidade onde ele se encontra (Foreign Agent), para então ser entregue em seu endereço atual.

Figura B - Retirado do livro Mobile IP Technology and Applications

Dessa forma, para o destinatário, será como receber sua correspondência em sua casa. Abrindo mão da analogia, o computador móvel receberá os pacotes como se estivesse em seu endereço de origem

Mobile IP: Um protocolo para dispositivos portáteis

O protocolo MIP (Mobile IP) foi desenvolvido e proposto pela Internet Engineering Task Force – IETF – um grupo de trabalho internacional (e aberto a

todos) cuja principal preocupação é a evolução e manutenção da arquitetura da Internet, e seu objetivo era solucionar o problema da manutenção da conexão de nós móveis, permitindo o acesso as redes de comunicação de uma forma contínua e independente de sua localização ou meio de acesso, de maneira transparente a camadas superiores e com a menor modificação possível na infraestrutura da Internet existente.

O IP móvel especifica a atribuição de dois endereços IP ao nó, uma maneira simples de se contornar o problema descrito anteriormente. Um desses endereços IP é fixo e é chamado de Home Address, atribuído pela entidade conhecida por Home Agent e que por sua vez, faz parte da Home Network, rede que possui o primeiro registro do nó móvel (Mobile Agent). O segundo IP associado ao nó, é temporário, chamado de care-of-address informando a sua atual posição, é determinado por uma entidade chamada de Foreign Agent pertencente a rede estrangeira (uma vez que é diferente da sua rede originária) chamada de foreign network. O funcionamento básico do IP Móvel é constituído por três etapas diferentes:

Agent Discovery

Registration

Tunneling

FUNCIONAMENTO

Agent Discovery

O próprio nó móvel é responsável por saber se ele está conectado a sua home network, a qual enviará as mensagens para o mesmo sem a necessidade da prática de tunneling (descrito posteriormente) ou a uma foreign network. Na foreign network, o foreign agent envia também, periodicamente, mensagens de aviso do tipo ICMP (Internet Control Message Protocol) com uma extensão própria para o protocolo Mobile IP. Quando o nó móvel detecta esta mensagem, ele compara o seu home address com o IP do roteador enviado pelo foreign agent e verifica se ele está ou não em uma foreign network. Caso positivo ele inicia a etapa de Registration explicada no próximo tópico.

Em síntese, a etapa de discovery:

Permite a detecção de agentes móveis; Lista um ou mais care-of-addresses disponíveis;

Informa o nó móvel sobre capacidades especiais disponibilizadas pelo foreign agents, como por exemplo, técnicas alternativas de encapsulamento.

Permite aos nós móveis determinarem o endereço de rede e estado das suas ligações pela Internet;

Permite aos nós móveis saberem se o agente é uma home agent, foreign agent ou ambos e portanto está na sua rede local ou numa exterior.

Figura 1

Identificação do Care-of Address

Periodicamente, os Agentes de Mobilidade transmitem mensagens que permitem ao computador móvel saber os tipos de agente existentes e quais serviços eles oferecem. Essas mensagens são chamadas de Agent Advertisement. Assim, será possível saber se ele se encontra em sua rede local e, caso contrário, quais são os Care-of Address disponíveis. Especificadamente, ele analisará, dentre outros, os seguintes campos e opções na mensagem recebida:

Lifetime: indica o tempo limite durante o qual o Agente de Mobilidade consegue manter a conexão.

Care-of Addresses: é um campo fornecido pelo Foreign Agent, listando e especificando os Care-of Addresses disponíveis.

R (Requerimento de Registro): Essa opção indica se o Foreign Agent requer o registro do computador móvel.

B (Ocupado): Indica que não há mais Care-of Addresses disponíveis. Ou seja, não há como realizar o registro.

H (Home Agent): É enviado ao computador móvel se ele estiver em sua rede local.

F (Foreign Agent): É enviado ao computador móvel se ele estiver fora de sua rede local.

Pode não ser conveniente esperar por uma mensagem do Home Agent, dado o seu caráter periódico. Neste caso, uma solução é enviar uma solicitação, Agent Solicitation, que será respondida por um Agente de Mobilidade.

Registration

Quando o nó móvel reconhece que a rede a qual ele está conectado é uma rede estrangeira (foreign network) e depois que adquire o seu IP temporário (care-of-address), ele precisa avisar ao home agent localizado na sua home address, para que ele possa reencaminhar as mensagens para a sua nova localização. Esta etapa é realizada pelos seguintes procedimentos:

Após obter seu Care-of-Address o Home Agent deve ser informado O Foreign Agent envia um pedido de registro com a informação do Care-of-

Address. Quando o Home Agent recebe o pedido ele adiciona a informação

necessária à sua tabela de roteamento, aprova o pedido e envia uma resposta a este pedido ao nó móvel.

Figura 2

Registro do Care-of Address

Se um computador móvel estiver em sua rede local, ele irá operar normalmente, sem utilizar nenhum dos recursos de mobilidade. Porém, caso ele esteja em outra rede, terá que se registrar com o Foreign Agent, enviando a ele uma solicitação de registro. Esse pedido deve conter o seu endereço IP original e o endereço de seu Home Agent. Este, uma vez aceito o pedido, receberá o Home Address e o Care-of Address do computador móvel, atualizando portanto os dados correspondentes a este usuário na tabela de roteamento. Ou seja, através destes parâmetros e flags, o Home Agent poderá identificar o “túnel” utilizado no redirecionamento de pacotes para o endereço atual. Por fim, o Foreign Agent atualiza sua lista de visitantes.

Quando termina o tempo de vida da conexão, o computador móvel terá de enviar uma nova solicitação de registro caso queira manter-se conectado. Se o usuário decidir cancelar seu Care-of Address, ele terá que enviar uma solicitação de registro com tempo de vida igual a zero, para que o Home Agent cancele o registro. Não há necessidade de cancelar o registro com o Foreign Agent, já que este será apagado quando terminar o tempo de vida. No caso de um computador móvel entrar numa nova rede e o seu Home Agent já ter enviado um pacote para a rede anterior, este pacote será perdido, visto que o Foreign Agent da rede da qual ele saiu não sabe o seu novo Care-of Address.

Tunneling

O tunelamento é a maneira pela qual o home agent reencaminha as mensagens que chegaram até ele e que são destinadas ao nó móvel. Tunneling ou Tunelamento é uma maneira eficiente de interligar dois hosts que estão no mesmo tipo de rede, porém entre eles existe uma outra rede (podendo ser diferente). Podemos fazer uma analogia clara no mundo real, suponha que um carro vá de Paris a Londres e entre as duas capitais não há rodovias, apenas o mar (rede diferente), como você resolveria esta situação?

Figura 3

A imagem acima sugere “empacotar” o carro em um container (carga ou conteúdo) que possa atravessar o oceano através de uma trilha submersa. Ao chegar na outra ponta (em Londres), o carro é “desempacotado” (tirado do container) e entregue ao destinatário. O tunelamento em redes de computadores funciona de forma parecida.

Figura 4

O Home Agent recebe pacote direcionado para o nó móvel; Verifica se o nó móvel se encontra na rede de origem; Se o nó estiver visitando outra rede, o Home Agent cria um cabeçalho

contendo informações do Care-of-Address, chamado de túnel. Este é inserido antes do cabeçalho original, que é preservado. Este processo de encapsulamento é conhecido como IP-within-IP ou tunelamento;

O processo de restauração do pacote ocorre quando ele chega à rede onde se encontra o computador móvel. O Foreign Agent retira o cabeçalho de túnel e procura em sua lista de visitantes pelo Home Agent correspondente, para assim enviar o pacote;

Para enviar mensagens para outro usuário o nó móvel encaminha o pacote para o Foreign Agent que direciona utilizando o roteamento padrão.

Um exemplo, através de uma analogia, de encaminhamento da mensagem até um nó móvel conectado a uma foreign network:

Figura 5

Tunelamento para o Care-of Address

Ao receber um pacote destinado a um computador móvel, o Home Agent o intercepta e verifica em sua tabela se este usuário se encontra em sua rede de origem. Se ele estiver visitando outra rede, o Home Agent cria um novo cabeçalho, contendo informações acerca do Care-of Address, chamado de cabeçalho de túnel. Este cabeçalho é inserido antes do cabeçalho original, que é preservado. O processo de encapsulamento de um pacote IP dentro de outro é conhecido como IP-within-IP ou tunelamento.

O processo de restauração do pacote original ocorre quando ele chega à rede onde se encontra o computador móvel. O Foreign Agent retira o cabeçalho de túnel e procura em sua lista de visitantes pelo Home Address correspondente, para então enviar o pacote.

Uma forma alternativa ao “IP-dentro-de-IP” é o método de encapsulamento mínimo. Nele, as informações redundantes do cabeçalho original são eliminadas, visando reduzir o seu tamanho e, com isso, obter uma economia na banda utilizada. Ou seja, as informações no cabeçalho original que já existem no cabeçalho de tunelamento são excluídas. Este procedimento é útil quando há

escassez de banda livre, e portanto cada bit é importante. Em outros casos, o encapsulamento mínimo não é recomendado, pois aumenta a necessidade de processamento pelos Agentes de Mobilidade.

Para enviar mensagens para um outro usuário, o computador móvel tem apenas que mandar o pacote para o Foreign Agent, que, por sua vez, irá direcioná-lo utilizando roteamento padrão.

Roteamento triangular

Os caminhos utilizados no processo de roteamento do IP Móvel são conhecidos como roteamento triangular. Como foi visto, um pacote destinado ao nó móvel que esteja numa rede vizinha é interceptado por seu Home Agent. Ele então o envia para o Foreign Agent através do túnel, que efetua o processo reverso do encapsulamento e envia o pacote ao nó móvel. Já o pacote de retorno será enviado diretamente do nó móvel para o seu destinatário, através do Foreign Agent. O triangulo é então formado, com “vértices” no Home Agent, no Foreign Agent e no nó correspondente envolvido na conexão com o nó móvel.

A comunicação não ocorre diretamente entre o nó móvel e o seu interlocutor por questões de segurança. Se o computador móvel se registrasse diretamente com o interlocutor, ele estaria sujeito a diversas formas de ataque. Por isso, ele utiliza sua ligação com o Home Agent, que é muito mais confiável. Já para enviar pacotes, o nó móvel pode dispensar a utilização do túnel devido ao fato de que o endereço da fonte de uma mensagem não é utilizado no roteamento IP. Sendo assim, ele pode enviar a mensagem com o seu Home Address, ao invés do Care-of Address, mesmo não estando em sua rede original. Dessa forma, o processo de entrega de pacotes é otimizado.

Otimização do Roteamento

O roteamento triangular pode ser extremamente desvantajoso em diversas ocasiões. Por exemplo, se dois nós estiverem se comunicando numa mesma rede, porém não a sua rede de origem, os pacotes terão um atraso desnecessário, já que terão que primeiro serem enviadas para o Home Agent, para depois serem direcionadas de volta. Para contornar essas situações, uma expansão foi proposta para o protocolo básico do IP Móvel. Na Otimização de Roteamento, como é chamada, as mensagens vão diretamente de um nó para o

outro, sem passar antes pelo Home Agent. Assim como no procedimento padrão, a otimização de roteamento oferece uma série de funcionalidades:

Atualização dos caches de endereçamento

Quando um nó móvel está numa transmissão, seu interlocutor mantém uma tabela para associar o Home Address do nó móvel com o Care-of Address. Essa informação tem um tempo de vida, após o qual ela é deletada. Se um computador quiser enviar uma mensagem para um nó móvel e não tiver nenhum registro dele em seu cache de endereçamento, ele enviará o pacote para o Home Address. Lá, a mensagem será redirecionada pelo Home Agent para o destino correto. O computador então receberá uma mensagem de atualização com a informação acerca da localização atual do nó móvel.

Administração de entregas entre Foreign Agents

Quando um nó móvel entra numa nova rede e se registra com o Foreign Agent respectivo, o agente anterior não é comunicado da mudança. Portanto, se um pacote já tiver sido enviado para o Care-of Address anterior, ele será perdido.

A Otimização de Roteamento soluciona esse problema introduzindo uma forma de avisar ao agente anterior sobre a nova localização do nó móvel. Dessa forma, quando um nó móvel mudar de rede, ele pedirá ao Foreign Agent local que avise ao anterior sobre o seu novo Care-of Address, durante o processo de registro. O novo Foreign Agent enviará uma mensagem de atualização para o anterior, possibilitando uma série de vantagens. Inicialmente, o Foreign Agent anterior não precisará esperar o final do tempo de vida do registro do nó móvel para liberar os recursos reservados para ele. Além disso, se ele receber um pacote enviado tardiamente, ele poderá redirecioná-lo para o endereço correto, além de mandar uma mensagem de aviso para o Home Agent do nó móvel. Este, por sua vez, mandará uma mensagem de atualização para o computador remetente do pacote, atualizando-o sobre a posição do nó móvel.

Para garantir a segurança, já que uma atualização de registro feita por um invasor poderia causar um desvio errôneo de dados, é criado um código entre o Foreign Agent e o nó móvel. Esse código é gerado durante o processo de registro, e permite uma relação de confiança quando futuramente o nó móvel precisar avisar ao Foreign Agent sobre sua nova localização.

A NECESSIDADE DO IP MOVÉL

Servidores e roteadores baseiam-se em informações contidas dentro do cabeçalho do pacote IP para decidir sobre o direcionamento de pacotes. Especificamente, decisões de roteamento são feitas baseadas no prefixo de rede do endereço IP de destino. Isto implica que todos os nós com interfaces em um dado enlace têm que ter o prefixo de rede idêntico aos de todos os endereços IP daquela interface. Para ilustrar esta necessidade, examinemos o que acontece se um nó, no qual seu prefixo de rede foi designado a um determinado link, for retirado deste link e ligado a um novo, ao qual foi atribuído um prefixo de rede diferente. Esta situação é ilustrada na figura 6.

Figura 6 – Movimento do Nó

Na figura 6, o endereço IP do Host4 tem um prefixo de rede 2.0.0, mas o Host4 é mostrado conectado num link no qual o prefixo de rede é 4.0.0.

Também são mostradas na figura as entradas na tabela de roteamento do Roteador A.

As duas primeiras entradas na tabela do Roteador A são para links nos quais o Roteador A está diretamente conectado.

As duas últimas entradas são rotas para o prefixo de rede 2.0.0 (via Roteador B) e 4.0.0 (via Roteador C).

Examinemos o que ocorre quando Host1 tentar enviar pacotes para o Host4 :

1 - O Host1 gera um pacote IP no qual o endereço IP fonte é 1.0.0.1 e o endereço IP de destino é 2.0.0.4. A única compatibilidade na tabela de roteamento do Host1 para este destino é o Roteador padrão, o qual especifica o próximo salto para o Roteador A (1.0.0.254), via interface a. Portanto, o Host1 direciona o pacote para o Roteador A.

2 - O Roteador A encontra uma entrada para alvos com prefixo de rede 2.0.0 na terceira coluna de sua tabela de roteamento, a qual especifica um próximo salto para o Roteador B (3.0.0.253), via interface c. Portanto, o Roteador A direciona o pacote para o Roteador B.

3 - O Roteador B tem uma rota direta em sua tabela de roteamento para alvos com prefixo de rede igual a 2.0.0, então o Roteador B transmite o pacote via interface b no link Ethernet B. Entretanto, o pacote não poderá ser entregue, porque o Host4 não esta conectado na Ethernet B (onde supostamente ele deveria estar, baseado no seu prefixo de rede). O Roteador B então envia uma mensagem "ICMP Host Unreachable Error" para o host que originou o pacote (Host1).

Neste exemplo, assumimos que as entradas da tabela de roteamento dos vários roteadores foram criadas por algum tipo de protocolo de roteamento dinâmico e o Roteador B deve ser necessariamente informado da acessibilidade do prefixo de rede 2.0.0.

Note que o pacote do exemplo foi roteado em direção ao Roteador B simplesmente pelo fato dele ter sido informado pelo prefixo de rede (Advertising Reachability) do endereço IP do Host4.

Isto é uma importante regra do roteamento IP, pacotes IP destinados a um endereço específico serão roteados em direção ao Roteador ou Roteadores que possuem acessibilidade para os prefixos de rede destes endereços. Além do mais, se um nó não está localizado no link onde seu prefixo de rede diz que ele supostamente deveria esta localizado, pacotes enviados para este nó não poderão ser entregues ao mesmos.

Como resultado, um nó não deve mover-se de um link para outro que ele deseja comunicar-se, sem no mínimo alterar o prefixo de rede de seu endereço IP para refletir seu novo ponto de conexão na rede.

Examinemos um roteamento específico como solução ao problema de mobilidade do nó e verificar suas implicações práticas de implantação. O problema de entrega do pacote para o Host4 na figura 6, pode ser resolvido colocando-se rotas específicas para o nó na tabela de roteamento dos Roteadores A, B e C, como mostrado a seguir:

Router A: { Target/ Prefix-Length = 2.0.0.4 / 32, Next Hop = 3.0.0.252, Interface = "c"};

Router B: { Target/ Prefix-Length = 2.0.0.4 / 32, Next Hop = 3.0.0.252, Interface = "c"};

Router C: { Target/ Prefix-Length = 2.0.0.4 / 32, Next Hop = "direct", Interface = "b"}.

Neste caso, um pacote a partir do Host2 destinado para o Host4 seria enviado pelo Roteador A para o Roteador C, o qual então transmite o pacote através da Ethernet C, onde seria recebido pelo Host4 .

Neste ponto devemos introduzir uma nova terminologia. Na tentativa de ser consistente com a terminologia do IP móvel, definimos:

Home link: É o link no qual um nó específico deveria estar localizado, ou seja, o link ao qual foi designado o mesmo prefixo de rede do endereço IP do nó;

Foreign link: É qualquer outro link diferente do home link do nó, isto é, qualquer link no qual o prefixo de rede difere do prefixo de rede do endereço IP do nó;

Mobilidade: É a habilidade de um nó mudar seu ponto de conexão de um link para outro mantendo todas as comunicações existentes e usando o mesmo endereço IP em seu novo link. Impressão remota, login remoto e transferência de arquivos são alguns exemplos de aplicações nas quais a interrupção na comunicação não é desejada, quando um nó move-se de um link para outro.

Devemos determinar se as rotas específicas empregadas somente para aqueles nós não conectados a seus home links é uma solução razoável no contexto da Internet global. Vamos determinar o número de rotas específicas que seriam necessárias para permitir a mobilidade do nó na Rede. Este número dependeria do seguinte:

1 - O número total de nós móveis esperados na Rede;

2 - O número mínimo de nós para os quais rotas específicas devem ser propagadas em nome de cada nó móvel;

3 - A velocidade na qual nós móveis movem-se de um link para outro e o número de rotas específicas que devem ser adicionadas, apagadas ou modificadas a cada instante que um nó móvel muda de link.

Com relação a estes itens, podemos concluir que:

De forma mínima, rotas específicas devem ser propagadas para todos os nós ao longo de todo caminho entre o home link do nó móvel e seu foreign link;

Algumas rotas, no pior caso todas, devem ser atualizadas sempre que um nó move de um link para outro.

Esperam-se milhões de nós móveis operando na Internet nos próximos anos. Portanto, devemos multiplicar o número de rotas específicas para os nós sugeridos nos itens anteriores por um milhão a fim de determinar o impacto total desta solução;

Existem sérias implicações de segurança no uso de rotas específicas para os nós, para a realização da mobilidade do nó na Rede, as quais exigiriam autenticações e complexos protocolos de gerenciamento.

Desta forma podemos concluir que teríamos severos problemas de robustez e segurança, os quais fazem esta solução inaceitável no sentido de permitir a mobilidade dentro da Internet global, por exemplo.

Se a criação de rotas específicas não é uma solução aceitável para resolver o problema da mobilidade, então uma possível solução poderia ser simplesmente mudar o endereço IP do móvel conforme o mesmo move-se de um link para outro. O roteamento através do prefixo de rede exige que todos nós no mesmo link tenham o mesmo prefixo de rede em seus endereços IP. Desta forma, quando um nó move-se de um link para outro, no mínimo a porção do seu endereço IP referente ao prefixo de rede deve ser alterada a fim de refletir o prefixo de rede designado ao novo link. O nó deverá ser capaz de manter a parte referente a sua própria identificação dentro de seu endereço IP, contanto que nenhum nó no mesmo link esteja usando a mesma identificação. Caso contrário, o endereço IP completo deverá ser alterado. Uma vez que o nó tenha modificado seu endereço IP conforme descrito, o mesmo deve começar a comunicar-se no novo link, usando seu novo endereço IP em todas as futuras comunicações.

Analisemos agora se uma conexão pode sobreviver a mudança de seu endereço IP.

Os dois protocolos da camada de transporte em larga utilização atualmente na Internet são o TCP (Transmission Control Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol).

Ambos utilizam-se do conceito de ports. O port é definido como um número de 16-bits (2 bytes) o qual permite as entidades do TCP e do UDP responsáveis pela recepção de pacotes determinarem qual das várias possíveis aplicações da camada mais alta deve receber os pacotes de dados dos vários segmentos que chegam através da rede.

Isso permite que várias aplicações possam ser abertas simultaneamente em um nó e ter o tráfego das diversas aplicações corretamente roteado independentemente de seus destinos.

Uma conexão TCP dentro de um nó é unicamente identificada através das seguintes informações: endereço fonte IP, endereço de destino IP, port fonte TCP

e port de destino TCP. De fato, o campo de checksum TCP em cada seguimento é computado usando esses quatro campos além dos dados no payload de cada segmento.

Existe uma grande quantidade de nós IPv4 que assumem que esses quatros campos ( fonte/destino, endereço/port) irão permanecer constantes durante toda conexão TCP.

A comunicação simplesmente seria cortada se a conexão para um nó de destino tivesse seu endereço IP modificado.

Além do mais, todas as comunicações em andamento entre um nó móvel e qualquer outro nó deve ser terminada, com novas conexões sendo iniciadas pelos nós móveis com seus novos endereços IP.

Portanto, por definição, alterar o endereço IP do nó móvel conforme o mesmo se move não resolve o problema da mobilidade do nó.

Entretanto alterando o endereço IP do móvel conforme o mesmo se move resolve um problema relacionado, conhecido como nomadicity.

Um nó nômade é um nó no qual todas as comunicações existentes devem ser terminadas antes do mesmo alterar o seu ponto de conexão na rede, mas então ele só poderá iniciar novas conexões com novo endereço um vez que ele alcance sua nova localização.

Existem mecanismos apropriados dentro da Internet para tratar nós nômades através da designação automática de endereços, que serão discutidos posteriormente (DHCP- Dynamic Host Configuration Protocol e Point-to-point Protocol`s IP Control Protocol).

Entretanto, outro problema surgirá.

Deve haver uma maneira de encontrar um nó nômade, cujo endereço muda constantemente.

Consideremos o caso em que um host fixo quer enviar um pacote IP para um nó móvel.

Como o host poderia saber qual o valor a ser colocado no campo de endereço de destino IP, dentro do cabeçalho do pacote IP afim de enviar o pacote para o nó nômade?

Geralmente, na Internet, assumimos que hosts fixos conhecem o host-name e este nome mantém-se relativamente constante.

O host fixo procurará o host-name em servidor DNS, no esforço de determinar o endereço IP do nó nômade. Dois novos problemas surgirão:

1 - O endereço IP do nó nômade no Domain Name Server dever ser atualizado toda vez que o nó mudar de link, isto é, cada vez que o nó alterar seu endereço IP. Caso contrário, outros nós procurando por seu endereço, poderão receber um endereço antigo, diferente do endereço corrente.

2 - Um nó que procura pelo endereço de um nó nômade deve perceber que um endereço devolvido por um DNS é sujeito a alteração a qualquer instante e que de fato, poderá alterar-se rapidamente.

O resultado disto é o grande crescimento de queries e atualizações nos servidores DNS, primeiro na forma de atualizações dinâmicas de nós nômades movendo-se de um link para outro e segundo, na forma de mais frequentes queries a partir de outros hosts, que percebem não ser seguro confiar em um endereço IP que permanece fixo por um período de tempo significante.

Outro problema é assegurar estas atualizações dinâmicas no DNS.

Considere o que acontecerá se uma falsa informação de endereço IP atual de um nó nômade seja encontrada no DNS.

O nó nômade não poderá ser localizado por qualquer outro potencial correspondente.

Desta forma, a autenticidade de uma atualização dinâmica deve ser verificada antes da informação ser utilizada por um servidor DNS.

Não existem mecanismos implementados na Internet atual, que permitam resolver este problema.

Solução

Se um nó move-se de um link para outro, ele será incapaz de comunicar-se em sua nova posição, a menos que ele modifique seu endereço IP para refletir o prefixo de rede designado para este novo link.

Em alguns casos podemos eliminar esta necessidade através do roteamento IP, mas isto não é uma solução aceitável, por exemplo, dentro do contexto da Internet global.

Alterar o endereço IP conforme o nó move-se também não é uma boa solução, primeiro porque isto obriga o móvel a terminar qualquer comunicação em andamento no link antigo e então reiniciá-la no novo link.

Existem ainda outras soluções, relacionadas com a camada de rede, mas todas são limitadas em suas aplicações geográficas e no meio que empregam.

Finalmente, mostramos que mesmo quando os nós requerem somente nomadicity, as vantagens oferecidas pela mobilidade do IP Móvel podem tornar a administração de redes muito mais simples.

O IP Móvel soluciona os seguintes problemas:

Se um nó move-se de um link para outro sem alterar seu endereço IP, o mesmo será incapaz de receber pacotes em seu novo link;

Se um nó alterar seu endereço IP enquanto se move, o mesmo precisará terminar e reinicializar qualquer comunicação em andamento, sempre que ele mover-se de um link para outro.

Diferente das soluções de roteamento específico e camada de rede, o IP Móvel soluciona estes problemas de um modo seguro, robusto e independente do meio, de modo que se torna altamente adequado através de toda Internet.

Em resumo, alterar o endereço IP não provê uma solução para a mobilidade do nó. Entretanto pode ser uma solução para nós nômades. É praticamente impossível na Internet atual o gerenciamento de nós nômades. Para um nó iniciar contato com um nó nômade, o primeiro nunca terá certeza qual deverá ser o endereço IP no qual o nó nômade poderá ser encontrado.

CONCLUSÃO

Com a explosão dos dispositivos portáteis (laptops, celulares, palms, etc.) não só com crescente poder de processamento mas também com o aumento de sua conectividade, novos desafios surgiram no ramo da computação móvel e em relação a própria internet. O conceito de computação em nuvens e os netbooks só vem a reforçar a idéia que estamos migrando para um mundo cada vez mais distribuído, sem fio e conectado. Soluções como o protocolo de IP móvel, são um meio de viabilizar esse caminho, apesar de ser uma solução simples ao problema de conectividade desses nós móveis, são fundamentais e devem permanecer sob a nossa atenção.

FONTES DE PESQUISA

1. http://www.gta.ufrj.br/grad/09_1/versao-final/ipmovel/index.html

2. http://www.gta.ufrj.br/grad/00_1/bruno/index.htm

3. http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/a_corbioli/ip_movel_03.html

4. Daniel Câmara, Ricardo Costa Rodrigues. “Suporte a Mobilidade no IPv6”. Universidade Federal de Minas Gerais

5. William Stallings. “Mobile IP”. The Internet Protocol Journal, Volume 4, Number 2, June 2001

6. Nicolas Rosselot. “TCP/IP Tutorial and Technical Overview”. IBM, 8th Edition, December 2006

7. Tanenbaum, Andrew S. - Computer Networks, 4a. Edição, Editora Campus.

GLOSSÁRIO

MIP: Mobile Internet Protocol

IP: Internet Protocol

ICMP: Internet Controle Message Protocol. Protocolo para trocas de mensagens (relatórios) a respeito dos processos de transmissão de pacotes pela rede. Fornece relatórios de erros a fonte original.

Home address: Endereço IP estático alocado a um nó móvel. Ele não muda independente da rede a qual o nó se conecta.

Home network: Subrede com um prefixo de rede que pertence ao Home address do nó móvel. Datagramas destinados ao Home address sempre serão roteados para esta rede.

Tunnel: Caminho seguido pelo datagrama até seu nó de destino.

Visited Network: Subrede a qual o nó móvel está conectado e não é sua rede original (Home network).

Home agente: Roteador pertencente a home network que mantém as informações de localização do nó móvel e encaminha os datagramas ao nó quando este está fora de sua rede originaria.

Foreign agente: Roteador da rede estrangeira que recebe os pacotes pelo túnel estabelecido pelo Home agent e entrega ao nó móvel.

Care-of-Address: Endereço temporário obtido pelo nó móvel em uma rede estrangeira.

IETF: Internet Engineering Task Force, http://www.ietf.org