IP MOVIL

IP Móvil

IP Móvil (Mobile IP) es un protocolo estándar creado por la Internet Engineering Task Force (IETF) y diseñado para permitir a los usuarios de dispositivos móviles moverse de una red a otra manteniendo permanentemente su dirección IP. El protocolo IP Móvil se describe en la IETF RFC 3344.

IP Móvil ofrece un mecanismo eficiente y escalable para nodos móviles dentro de Internet. Con IP Móvil, los nodos pueden cambiar sus puntos de acceso a Internet sin tener que cambiar su dirección IP. Esto permite mantener el transporte y conexiones de alto nivel mientras se mueve. La movilidad del nodo es realizada sin la necesidad de propagar las rutas de los hosts a través del enrutamiento.

IP Móvil se encuentra frecuentemente en entornos wireless WLAN (redes inalámbricas) donde los usuarios necesitan llevar sus dispositivos a través de varias redes (LANs) con diferentes direcciones IP. Esto también se puede usar en redes 3G para ofrecer transparencia cuando los usuario(a)s de Internet migran entre las antenas celulares.

En muchas aplicaciones, como VPN y VoIP, por mencionar algunas, los cambios repentinos en la red y en la dirección IP pueden causar problemas.

No tiene limitaciones geográficas, por lo que el usuario puede conectarse en cualquier lugar.

No tiene necesidad de conexión física.

No tiene que modificar enrutadores o terminales ya que mantienen su IP.

No afecta a los protocolos de transporte ni a los de alto nivel.

Soporta seguridad para garantizar la protección de los usuarios.

El cambio de red debe ser lento (si nos movemos en un coche no se podría aprovechar las características de IP móvil)

Cómo Funciona IP Móvil

Un nodo móvil puede tener dos direcciones, una permanente (home) y una dirección dinámica (care-of address), es decir, respectiva al nodo móvil cuando visita la red. Hay dos tipos de entidades en IP Móvil:

Un agente inicial (Home Agent, HA) que almacena la información sobre el nodo móvil cuya dirección permanente es la de la red del agente.

Un agente externo (Foreign Agent, FA) almacena información sobre cada nodo móvil visitado en su red. Los agentes externos también cuidan la dirección que está siendo usada por el móvil IP.

Si el nodo móvil se encuentra en su red local actúa como nodo fijo y los paquetes seguirán las reglas convencionales. En el caso de que se encuentre en una red foránea, un nodo que quiere comunicarse con el nodo móvil usa la dirección inicial (home) del nodo móvil para enviarle paquetes. Estos paquetes son interceptados por el agente inicial (home), el cual usa una tabla y túneles. Los paquetes con destino al nodo móvil llevan una nueva cabecera IP con la dirección care-of address que encapsula la cabecera original con la dirección original. Los paquetes son desencapsulados en el extremo final del túnel para eliminar la cabecera IP añadida y así entregarlo al nodo móvil.

Cuando actúa como emisor, el nodo móvil simplemente envía directamente los paquetes al nodo receptor a través del agente externo. En caso necesario, el agente externo podría emplear reverse tunneling por el túnel del nodo móvil hasta el agente inicial (home), el cual los reenviará al nodo receptor.

El protocolo IP Móvil define lo siguiente:

un procedimiento de registro de autenticación por el cual el nodo informa a su agente (home) de su Care of Address;

una extensión ICMP Router Discovery, el cual permite que los nodos móviles descubran agentes caseros anticipados y agentes extranjeros; y

las reglas para enrutar paquetes hacia y desde nodos móviles, incluyendo la especificación de un mecanismo obligatorio de hacer túnel y de varios mecanismos opcionales para también, hacer túnel.

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Mejoras en la técnica de IP Móvil, como Mobile IPv6 y Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6), están siendo desarrolladas para mejorar las comunicaciones móviles en ciertas circunstancias haciendo el proceso más seguro y más eficiente.

También hay investigadores trabajando en crear soporte para redes móviles sin requerir ninguna infraestructura pre-desplegada según los requisitos de la MIPS. Un ejemplo es Interactive Protocol for Mobile Networking (IPMN) el cual promete soporte a movilidad en una red común IP.

Similaridad con NetBIOS

IP Móvil es similar a NetBIOS en combinación con los servicios de Microsoft Network Neighborhood pero mientras que ambos protocolos no prohíben una cierta forma de descubrimiento alejado, trabajan en diversos niveles. NetBIOS trabaja en la capa de sesión del modelo OSI y requiere utilizar una forma válida de capa de red. El IP móvil direcciona en la capa subyacente de red.

Movilidad de terminales en Internet

Originalmente, los métodos de enrutamiento fueron definidos para redes estáticas, sin considerar que un terminal o nodo pudiese desplazase de una red o subred a otra. El enrutamiento toma ventaja del “prefijo de red” que contiene cada dirección IP para conocer la ubicación física de una computadora y por defecto, dicha ubicación es fija.

La movilidad de terminales toma relevancia día a día debido al creciente uso de computadoras portátiles y al deseo de sus usuarios de mantenerse continuamente conectados a Internet.

El Protocolo IP Móvil define procedimientos por los cuales los paquetes pueden ser enrutados a un nodo móvil, independientemente de su ubicación actual y sin cambiar su dirección IP. Los paquetes destinados a un nodo móvil primeramente son dirigidos a su red local. Allí, un agente local los intercepta y mediante un túnel los reenvía a la dirección temporal recientemente informada por el nodo móvil. En el punto final del túnel un agente foráneo recibe los paquetes y los entrega al nodo móvil.

Este documento pretende describir el desarrollo actual del protocolo de Internet diseñado para soportar movilidad de terminales, pudiendo ser usado como punto de partida válido por todo aquél que desee iniciarse en el tema. Luego de consultar el nutrido acervo bibliográfico, se expone en primer lugar, características y terminología, posteriormente su funcionamiento y evolución. Por último se comentan problemas a cuestiones del protocolo, y posibles soluciones.

Introducción

En los últimos años se han producido importantes avances en el campo de las tecnologías de las comunicaciones. Dos de ellos han sido, indudablemente, el rápido desarrollo de la informática portátil y la importante implantación de los sistemas de comunicaciones móviles. La conjunción de ambos factores permite a los usuarios acceder a una red en cualquier momento y en cualquier lugar, aún cuando se encuentren en movimiento.

Sin embargo, ciertas arquitecturas de protocolos, entre ellos TCP/IP presentan serias complicaciones al momento de tratar con terminales que requieren de cierto grado de movilidad entre redes. La mayoría de las versiones del protocolo IP (Internet Protocol) asumen de manera implícita que el punto al cual el nodo se conecta a la red es fijo. Por otra parte, la dirección IP del nodo o terminal, lo identifica de manera unívoca en la red a la que se encuentra conectado. Cualquier paquete destinado a ese nodo es encaminado en función de la información contenida en el prefijo de red de su dirección IP. Esto implica que un nodo móvil que se desplaza de una red a otra y que mantiene su dirección IP no será localizable en su nueva ubicación ya que los paquetes dirigidos hacia este nodo serán encaminados a su antiguo punto de conexión a la red.

“El protocolo IP Móvil (Mobile Internet Protocol) fue diseñado para soportar movilidad, en cualquier tipo de medio y en una extensa área geográfica. Su objetivo es dotar a los terminales con la capacidad de mantenerse conectados a Internet independientemente de su localización, permitiendo rastrear a un nodo móvil sin necesidad de cambiar su dirección IP”.

La distribución del presente documento es como se detalla: en primer lugar se exponen las características del protocolo IP Móvil y la definición de los términos que se utilizan a lo largo del documento, clasificados en entidades y servicios. A continuación se explica el funcionamiento del protocolo, contemplando los procesos de descubrimiento y registración de direcciones y de encaminamiento de paquetes hacia las direcciones. Posteriormente se mencionan problemas y posibles soluciones a cuestiones del protocolo, como así las diferencias entre las versiones 4 y 6.

Características de IP Móvil

No posee limitaciones geográficas: un usuario podría usar su computadora portátil (laptop, notebook, palmtop, etc.) en cualquier lugar sin perder conexión a su red.

No requiere conexión física: IP Móvil encuentra enrutadores (routers) y se conecta automáticamente, sin necesidad de fichas telefónicas ni cables.

No requiere modificar enrutadores ni terminales: a excepción del nodo o enrutador móvil, los demás enrutadores y terminales permanecen usando su dirección IP actual. IP Móvil no afecta a los protocolos de transporte ni a los protocolos de más alto nivel.

No requiere modificar las direcciones IP actuales ni su formato: las direcciones IP actuales y sus formatos no varían.

Soporta seguridad: utiliza mecanismos de autenticación para garantizar la protección de los usuarios.

Entidades

Nodo Móvil (Mobile Nodo)

Terminal o enrutador que puede cambiar su punto de unión desde una red o subred a otra. Esta entidad tiene pre-asignada una dirección IP fija sobre una red local o de base (Home Network) que es utilizada por otros nodos para dirigir paquetes destinados al nodo móvil independientemente de su ubicación actual.

Agente Local (Home Agent)

Enrutador que mantiene una lista de visitas con información de nodos móviles registrados, los que temporalmente no se encuentran en su red local. Esta lista es usada para reenviar a la red apropiada los paquetes destinados al nodo móvil.

Agente Foráneo (Foreign Agent)

Enrutador que asiste a un nodo móvil localmente alcanzable mientras el nodo móvil está lejos de su red local. Este agente entrega información entre el nodo móvil y el agente local.

Figura 1: relación entre las principales entidades de IP Móvil

Dirección de auxilio (Care-of-Address)

Dirección IP que identifica la ubicación del nodo móvil en un momento determinado.

Nodo Correspondiente (Correspondent Node)

Nodo que envía paquetes destinados al nodo móvil.

Dirección Local (Home Address)

Dirección IP fija asignada al nodo móvil. Permanece invariable independientemente de la ubicación actual de dicho nodo. Por ejemplo, la dirección IP asignado por un ISP -Internet Service Provider-.

Agente de Movilidad (Mobility Agent)

Agente que soporta movilidad. Este podría ser tanto un agente local como uno foráneo.

Túnel (Tunnel)

Camino que toman los paquetes desde el agente local hasta el agente foráneo.

Servicios

Descubrimiento de Agente (Agent Discover)

Los agentes locales y foráneos emiten mensajes de difusión (broadcast), llamados avisos de agente (agent advertisements), advirtiendo periódicamente su presencia en cada enlace en donde pueden proveer servicios. Los nodos móviles escuchan estos avisos y determinan si están conectados o no a su red local. Además, un nodo móvil recientemente arribado a una red podría enviar una solicitud para saber si un agente de movilidad está presente y forzarlo a que inmediatamente envíe un aviso de agente. Si un nodo móvil determina que se encuentra conectado a un enlace foráneo, adquiere una dirección de auxilio.

Registración (Registration)

Una vez que el nodo móvil adquiere una dirección de auxilio, debe registrarla con su agente local, para que el agente local sepa a dónde reenviar sus paquetes o proveerle servicio. Dependiendo de la configuración de la red, el nodo móvil podría registrarse directamente con su agente local o indirectamente mediante la ayuda de un agente foráneo.

Encapsulamiento (Encapsulation)

Proceso de encerrar a un paquete IP dentro de otro encabezado IP, el cual contiene la dirección de auxilio del nodo móvil. Durante el proceso de encapsulación el paquete IP no es modificado.

Desencapsulamiento

Proceso de despojar el encabezado IP de más afuera del paquete entrante para que el paquete encerrado dentro de él pueda ser accedido y entregado al destino apropiado. Es el proceso inverso al de encapsulación.

Funcionamiento del protocolo IP Móvil

El funcionamiento del protocolo IP Móvil consiste de varias operaciones:

Cuando un nodo móvil se encuentra lejos de su red local debe encontrar algún agente para no perder conectividad a Internet. Existen dos caminos para encontrar agentes: uno de ellos es seleccionando a un agente de movilidad captado a través de mensajes de difusión que éstos emiten periódicamente advirtiendo su disponibilidad en cada enlace en donde pueden proveer servicios; el otro camino es mediante la emisión de solicitudes sobre el enlace, por parte del nodo móvil recientemente arribado, hasta obtener respuesta de algún agente de movilidad que esté presente. Una vez encontrado el agente, el nodo móvil deduce si se encuentra en su red local o en una red externa. Si se encuentra en su red local opera sin servicios de movilidad, mientras que si se encuentra en una red externa obtiene su dirección de auxilio que puede ser asignada dinámicamente o asociada con su agente foráneo.

Una vez obtenida la dirección de auxilio, el nodo móvil debe registrarla con su agente local para obtener servicios. El proceso de registración puede ser realizado a través de una solicitud de registro enviada directamente desde el nodo móvil al agente local y recibiendo de éste un mensaje de contestación, o indirectamente reenviada por el agente foráneo al local, dependiendo de si la dirección de auxilio fue asignada dinámicamente o asociada con su agente foráneo. Después del proceso de registración el nodo móvil permanece en el área de servicio hasta que expire el tiempo de servicio otorgado o hasta que cambie su punto de enlace a la red. Durante este tiempo el nodo móvil obtiene paquetes reenviados por el agente foráneo, los cuales fueron originalmente enviados desde el agente local. El método túnel (tunneling) es usado para reenviar los mensajes desde el agente local al agente foráneo y finalmente al nodo móvil.

Después de que el nodo móvil regresa a su red, se desregistra con su agente local para dejar sin efecto su dirección de auxilio, enviando un requerimiento de registración con tiempo de vida igual a cero. El nodo móvil no necesita desregistrarse del agente foráneo dado que el servicio expira automáticamente cuando finalizar el tiempo de servicio.

“El protocolo Mobile IP es entendido mejor como la cooperación de tres mecanismos separables: Discovering the care-of address, Registering the care-of address, Tunneling to the care-of address.”.

Proceso de descubrimiento - Discovering the care-of address

El proceso de descubrimiento utilizado por el protocolo IP Móvil permite a un nodo móvil determinar si se encuentra conectado o no a su red local, detectar si se ha desplazado de un enlace a otro y, dado el caso en que el nodo móvil se encuentre conectado a una red externa, obtener su dirección de auxilio.

El protocolo IP móvil provee dos modos alternativos para la adquisición de una dirección de auxilio: Foreign Agent care-of address y co-located care-of address.

Foreign Agent care-of address

Es una dirección de auxilio temporaria provista por un agente foráneo a través de mensajes avisos de agente. La dirección de auxilio, en este caso, es la dirección IP de un agente foráneo. El agente foráneo está en el punto final del túnel donde recibe los paquetes, los desencapsula y entrega el paquete original al nodo móvil. Este modo de adquisición permite que algunos nodos compartan la misma dirección de auxilio y en consecuencia, evita que se produzca una demanda innecesaria del limitado espacio de direcciones, en IPv4.

Co-located care-of address

Es una dirección de auxilio adquirida por el nodo móvil como una dirección IP fija mediante algún medio externo, al cual el nodo móvil luego se asocia con una de sus propias interfaces de red. La dirección puede ser adquirida dinámicamente como una dirección transitoria, como por ejemplo a través de un DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), o puede ser apropiada por el nodo móvil como una dirección perdurable para su uso, solamente, mientras se encuentre visitando una red distinta a su red local. Usando una co-located care-of address el nodo móvil actúa como punto final del túnel y él mismo realiza la desencapsulación de los paquetes. La ventaja de usar una co-located care-of address radica en que permite al nodo móvil funcionar sin un agente foráneo.

El proceso de descubrimiento no modifica los campos originales de los avisos de ruteo existentes, simplemente los extiende para asociarle funciones de movilidad. Así, un aviso de ruteo puede llevar información de ruteo por defecto, como antes, e información adicional sobre una o más dirección de auxilio. Cuando los avisos de ruteo son extendidos para que contengan la dirección de auxilio necesaria se denominan avisos de agente. Si un nodo móvil necesita obtener una dirección de auxilio, pero no desea esperar por un aviso de agente, podría emitir una solicitud de agente.

Avisos de Agente -Agent Advertisements-

Los agentes de movilidad anuncian su disponibilidad para brindar servicios al nodo móvil mediante mensajes de difusión de avisos de agente a intervalos regulares (por ejemplo cada un segundo). El nodo móvil utiliza estos mensajes para determinar su punto de conexión actual a Internet.

El agente local deberá estar siempre listo para servir a sus nodos móviles. Para evitar una posible saturación, debida al exceso de nodos móviles en una determinada red, es posible configurar múltiples agente locales en una única red, asignando a cada agente local una porción de la población de nodos móviles. Los agentes locales usan avisos de agente para darse a conocer a sí mismos aunque no ofrezcan alguna dirección de auxilio. Por otro lado, es posible que un agente foráneo no tenga capacidad para servir a un nodo móvil no perteneciente a su red. Aún en ese caso, el agente foráneo debe continuar emitiendo avisos de agente para que el nodo móvil sepa que se encuentra dentro de su área de cobertura o que no ha fallado.

Los avisos de agente cumplen las siguientes funciones:

• permiten la detección de agentes de movilidad.

• listan una o más dirección de auxilio disponibles.

• informan al nodo móvil sobre características especiales para agentes foráneos, por ejemplo, técnicas alternativas de encapsulación.

• permiten al nodo móvil determinar el número de red y el estado de su enlace a Internet.

• permiten al nodo móvil conocer si el agente es local y/o externo y en consecuencia determinar si se encuentra en su red o en una red externa.

El mensaje avisos de agente consiste en un mensaje ICMP (Internet Control Message Protocol) al cual se le ha añadido una extensión para permitir la gestión de los nodos móviles. Dicha extensión (Figura 2) consta de los campos:

• Tipo: 16

• Longitud: (6+4*n), donde n es el número de dirección de auxilio anunciadas.

• Número de secuencia: número total de mensajes avisos de agente enviados desde que el agente fue inicializado.

• Tiempo de vida de registración: tiempo de vida máximo que el agente acepta en una solicitud de registro.

• R: registro solicitado.

• B: el agente foráneo no puede aceptar nuevos registros, al estar ocupado

• H: este agente ofrece servicios de agente local en la red.

• F: este agente ofrece servicios de agente foráneo en la red.

• M: el agente soporta encapsulado mínimo.

• G: el agente soporta encapsulado GRE.

• V: el agente soporta la compresión de cabecera Van Jacobson.

• Reservado.

• Dirección de auxilio: la/s dirección de auxilio anunciadas por el agente foráneo.

Para que un nodo móvil pueda averiguar si se encuentra en su red local o si se ha desplazado a otra red debe verificar los bits F y H de alguno de los mensajes avisos de agente que capture.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Vers. HL Tipo de Servicio Total Leng

Identificación Banderas Fragmentación

Tiempo de vida Protocolo = ICMP Suma de Comprobación de encabezado

Dirección fuente = dirección del agente local o foráneo sobre este enlace

Dirección destino = difusión o multidifusión

Tipo Código Suma de Comprobación

Nro. de direcciones Asoc. Tamaño entrada Tiempo de vida

Dirección enrutador

Nivel de preferencia

……

Tipo Longitud Número de secuencia

Registration Lifetime R B H F M G V Reservado

Direcciones de auxilio

……

Tipo Longitud Longitud Prefijo …….

Encabezado IP ICMP Extensiones Extension Longitud-Prefijo

Figura 2 Extensión del mensaje avisos de agente

Solicitud de Agente -Agent Solicitation

Los nodos móviles podrían emitir solicitudes mediante mensajes de difusión, con el objetivo de forzar a cualquier agente de movilidad ubicado en el mismo enlace a transmitir un aviso de agente de manera inmediata. Esto resulta muy útil en aquellos casos en los cuales la frecuencia de los avisos de agente es demasiado baja para un nodo móvil que cambia rápidamente de enlace. El formato de los mensajes solicitud de agente es similar al de los mensajes ICMP usados para avisos de agente (Figura 2), con la diferencia de que deben tener su campo de tiempo de vida igualado a 1.

Si el nodo móvil conoce de ante mano la dirección de red de un agente de movilidad, podría insertarla en el encabezado de un mensaje de requerimiento de registración y enviarlo a dicho agente para obtener servicios.

Registración -Registering the care-of address

Proceso de registración

La registración permite al nodo móvil solicitar servicios a un agente foráneo. Una vez que el nodo móvil tiene su dirección de auxilio, debe registrarse con su agente local, para que éste la conozca. Por lo que el nodo móvil deberá registrarse cuando detecta: que su punto de conexión a Internet a cambiado respecto de un instante anterior, cuando aún sin trasladarse detecta que la registración anterior está a punto de caducar y finalmente cuando el nodo móvil en una red distinta a su red local detecta que su agente foráneo se ha reiniciado.

Figura 3: Operación de registración en IP Móvil - ( AF significa agente foráneo, AL agente local y NM nodo móvil)

El proceso de registración comprende los siguientes pasos:

Paso1: el nodo móvil envía un requerimiento de registración a su agente local, que podría ser retransmitido por medio de su agente foráneo, con información sobre la dirección de auxilio. Cuando el agente local recibe el requerimiento, crea una tabla de enlace de movilidad (mobility binding table) en la que “mapea” la dirección IP del nodo móvil a su dirección de auxilio actual. “El propósito principal de la registración es crear, modificar o eliminar los enlaces de movilidad del nodo móvil al agente local.”. El mensaje de requerimiento de registración contiene los siguientes campos:

• Tipo: tipo de mensaje, 1 (petición de registro).

• Tiempo de vida: número de segundos restantes antes de la caducidad del registro actual; un valor de cero indica desregistración.

• Dirección IP: dirección IP del nodo móvil.

• Agente local: dirección IP del agente local del nodo móvil.

• Dirección de auxilio: dirección IP para la desencapsulación final en el túnel.

• Identificación: número de 64 bits creado por el nodo móvil para asociar solicitudes con respuestas de registración. Además, sirve para proteger contra respuestas de registración fraudulentas.

• Extensiones.

• S: el nodo móvil solicita que el agente local mantenga sus anteriores entradas de movilidad.

• B: el nodo móvil pide al agente local que envíe hacia él los paquetes broadcast que se reciban en la red local.

• D: el nodo móvil informa al agente local que desencapsulará los paquetes que le sean enviados a su dirección de auxilio.

• M: El nodo móvil solicita que el agente local utilice encapsulado mínimo para los paquetes destinados a él.

• G: El nodo móvil solicita que el agente local utilice encapsulado GRE para los paquetes destinados a él.

• V: El nodo móvil solicita al agente local que emplee la compresión de cabeceras de Van Jacobson.

• Reservado:

Paso2: después de recibir el requerimiento de registración el agente local podría enviar un mensaje de respuesta informando al nodo móvil si acepta o no su petición. Si el nodo móvil solicitó la registración por medio de un agente foráneo, será éste el que reciba la contestación y se la envíe al nodo móvil. En el mensaje de respuesta también se informará del tiempo de vida del registro, que puede ser inferior o igual al solicitado por el nodo móvil. El agente foráneo no puede en ningún caso modificar el tiempo de vida asignado por el agente local. El mensaje de respuesta del requerimiento de registración (Figura 4) contiene los siguientes campos:

• Tipo: tipo de mensaje, 3 (respuesta de registración).

• Código: estado acerca del requerimiento del nodo móvil.

• Tiempo de vida: duración garantizada de la registración, en segundos.

• Dirección IP: la dirección IP del nodo móvil.

• Agente local: la dirección IP del Agente local.

• Dirección de auxilio: la dirección IP para la desencapsulación final de un túnel.

• Identificación: usada por el nodo móvil para verificar coincidencia de su respuesta con el requerimiento de salida.

• Extensiones.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

Tipo Código Tiempo de vida

Dirección Local

Agente Local

Identificación

Figura 4: Mensaje de respuesta de registración

Paso3: si el nodo móvil no recibe respuesta en un período de tiempo razonable, procede a retransmitir las peticiones de registro con intervalos cada vez más largos entre ellos, hasta recibir contestación.

Descubrimiento automático de agente local -Automatic Agent local discovery-

El protocolo IP Móvil cuenta con un mecanismo que permite a un nodo móvil, cuando no puede registrarse con su agente local, tratar de registrarse con otro agente local desconocido sobre su red local. Este método trabaja usando una dirección IP de difusión, en lugar de la dirección IP del agente local, como destino del requerimiento de registración. Entendiéndose por direccionamiento de difusión a uno que alcance solamente nodos IP sobre la red local y no a la amplia Internet. Cuando el paquete alcanza a la red local, otro agente local sobre la red podría enviar un rechazo al nodo móvil, este rechazo podría contener la dirección que el nodo móvil use en un nuevo intento de registración.

Autenticación

El requerimiento de registración contiene parámetros y banderas que caracterizan a un túnel mediante el cual el agente local entrega paquetes a la dirección de auxilio. Cuando un agente local acepta el requerimiento asocia la dirección local del nodo móvil con la dirección de auxilio y mantiene esta asociación hasta que expira el tiempo de registración. El conjunto formado por la dirección local, la dirección de auxilio y el tiempo de registración es llamado enlace -binding- por el nodo móvil. Un requerimiento de registración puede ser considerado una actualización de enlace -binding update- enviado por el nodo móvil. Una actualización de enlace es un ejemplo de redireccionamiento remoto, porque es enviado remotamente al agente local para afectar su tabla de ruteo. Dado que el agente local debe asegurarse de que la registración fue originada por el nodo móvil y no por algún otro nodo malicioso, pretendiendo ser el nodo móvil, se requiere de algún mecanismo de autenticación. Un nodo malicioso podría causar que el agente local alterara su tabla de ruteo con información errónea de las direcciones de auxilio, provocando que el nodo móvil sea inalcanzable para todas las comunicaciones entrantes desde Internet. Cada nodo móvil y su agente local deben compartir una asociación de seguridad capaz de manejar algoritmos (generalmente MD5) para crear requerimientos de registración con firma digital indescifrable.

MD5 -Message Digest 5- es un algoritmo que toma como entrada un mensaje de longitud arbitraria y produce como salida un mensaje abreviado de 128 bits. Se conjetura que es computacionalmente imposible producir dos mensajes teniendo el mismo mensaje abreviado o producir algún mensaje que tiene un resumen especificado dado. El algoritmo MD5 está destinado a aplicaciones de señales digitales, donde un gran archivo debe ser “comprimido” de manera segura antes de ser encriptado con una clave privada (secreta) bajo un sistema de encriptación de clave pública.

En este caso, MD5 toma el mensaje de registración y una clave para producir un mensaje abreviado más una clave secreta. El nodo móvil y agente local tienen una copia de la clave, denominada simétrica, y autentican cada vez comparando el resultado de la computación. El identificador marca de tiempo -time stamp- asegura que fue creado el mensaje del requerimiento de registración y el tiempo en el que fue enviado, por lo que previene ataques repetitivos. Los ataques repetitivos ocurren cuando un nodo malicioso recuerda un mensaje autenticado que fue previamente transmitido y lo repite luego de un tiempo. El identificador marca de tiempo también es protegido por MD5.

El proceso de autenticación comienza cuando el nodo móvil envía el requerimiento de registración. El nodo móvil agrega el identificador marca de tiempo, computa el mensaje abreviado y agrega el requerimiento para soportar autenticación. El agente local recibe el requerimiento, comprueba la validez del identificador marca de tiempo, computa el mensaje abreviado usando la misma clave y compara el mensaje resultante. Si el resultado coincide, el requerimiento es exitosos. Para la copia de registración, el agente local agrega el identificador marca de tiempo, computa el mensaje abreviado y adiciona la copia del requerimiento de autenticación. El nodo móvil autentica la copia de registración sobre la llegada desde el agente local.

Tratamiento de los paquetes

Encaminamiento y Tunelización -Tunneling to the care-of address

Una vez completados los procesos de descubrimiento y registración en forma exitosa, los paquetes pueden ser encaminados desde su dirección IP origen a su dirección IP destino de varias maneras dependiendo de si el nodo móvil se encuentra en su red local o en una externa.

Encaminamiento

Si el nodo móvil se encuentra en su red local actúa como cualquier nodo fijo y los paquetes seguirán las reglas para el encaminamiento de paquetes IP hacia cualquier nodo o enrutador convencional.

Para el caso de que el nodo móvil se encuentre en una red foránea, el protocolo IP Móvil requiere que los paquetes enviados hacia el nodo móvil desde la red local sean encapsulados. El encapsulado altera el encaminamiento habitual de los paquetes ya que éstos deben pasar por un nodo intermedio, donde se los desencapsula y se envía el paquete original al destino final. En general las operaciones que comprende el envío de paquetes hacia un nodo móvil en una red foránea son:

• el agente local anuncia que existe conectividad hasta el prefijo de red de la dirección IP del nodo móvil. Por lo tanto, todo paquete destinado al nodo móvil es encaminado hacia su red local donde es recibido por su agente local.

• el agente local intercepta el paquete destinado al nodo móvil y consulta su entrada en su tabla de enlace de movilidad para conocer las direcciones de auxilio registradas.

• el agente local envía una copia del paquete hacia cada dirección de auxilio a través del túnel. En cada dirección de auxilio, se extrae el paquete original y es entregado al nodo móvil. Antes de enviar un paquete a través del túnel, el agente local realiza la operación de encapsulado dentro de un nuevo paquete cuya dirección de destino es la dirección de auxilio. Si se trata de una dirección de auxilio de un agente foráneo, éste deshace el encapsulamiento exterior del paquete para recuperar el paquete original. Luego consulta el campo de dirección IP de destino para comprobar si coincide con alguno de los nodos móviles a los que está prestando servicio. Si es este el caso, el agente foráneo envía el paquete al nodo móvil a través de la interfaz adecuada. Si el nodo móvil tiene una co-located care-of address, no recibe los servicios de ningún agente foráneo, por lo que el mismo, efectúa la tarea de desencapsulamiento.

Para enviar paquetes desde el nodo móvil a otros nodos, el nodo móvil debe encontrar la dirección de un enrutador que pueda dar salida a sus paquetes. Si el nodo móvil depende de un agente foráneo, el enrutador adecuado puede ser:

• el propio agente foráneo (campo dirección IP fuente de un mensaje avisos de agente)

• cualquier enrutador cuya dirección IP aparezca en los campos dirección enrutador del mensaje avisos de agente.

Si el nodo móvil no depende de un agente foráneo también cuenta con dos alternativas para seleccionar un enrutador:

• elegir algún enrutador que esté enviando mensajes de avisos de enrutador (no de agente) en la red en la que se encuentra.

• mediante el mismo mecanismo por el que obtuvo su co-located care-of address puede obtener la dirección de un enrutador adecuado. Por ejemplo, el protocolo DHCP ofrece información al nodo móvil, incluida la dirección de un enrutador.

Tunelización - Tunneling

El término encapsulado (o el proceso de encapsular y desencapsular paquetes) es un equivalente al de tunelización y consiste en la inserción de un paquete IP dentro de otro paquete. El paquete resultante es, posteriormente, enviado a un nodo intermedio entre el nodo origen y el nodo destino final.

El caso más general de tunelización es:

FUENTE → ENCAPSULADOR → - -------- - → DESENCAPSULADOR → DESTINO

Tomando fuente, encapsulador, desencapsulador y destino como nodos independientes. El nodo que encapsula paquetes (encapsulador) es considerado el punto de entrada al túnel y el nodo que los desencapsula el punto de salida del túnel. En general, pueden existir múltiples pares fuente-destino usando el mismo túnel entre encapsulador-desencapsulador.

“El mecanismo de encapsulamiento por defecto que debe ser soportado por todos los agentes de movilidad que usen IP Móvil, es IP-within-IP”.

Encapsulado IP-dentrode-IP - IP-within-IP-

El encapsulado IP-dentro de-IP (IP-within-IP) consiste en insertar una cabecera IP adicional antes de la cabecera propia del paquete inicial. También es posible insertar otras cabeceras entre las dos cabeceras anteriores. (Figura 5).

El encabezado IP exterior contiene información sobre los extremos del túnel, es decir, la dirección fuente y la dirección destino. El encabezado interior contiene información sobre la dirección fuente y la dirección destino de los nodos emisor y receptor respectivamente del paquete original y no puede ser modificado en ningún caso, salvo para decrementar el tiempo de vida – TTL (Time To Live) - del paquete.

Figura 5: Encapsulado IP-within-IP

Los campos en el encabezado IP exterior son establecidos por el encapsulador como sigue:

• Versión: 4

• Longitud del encabezado de Internet: longitud del encabezado IP exterior medido en palabras de 32-bits

• Tipo de servicio: es copiado del encabezado IP interior.

• Longitud total: mide la longitud total del paquete IP encapsulado, incluyendo los dos encabezados, interior y exterior, y la carga -payload-.

• Identificación, banderas y bit no-fragmentación: si el bit de “no fragmento” se encuentra seteado en el encabezado interior, también debe estar seteado en el encabezado exterior. Si el bit de “no fragmento” no está seteado en el encabezado interior, éste podría ser seteado en el encabezado exterior.

• Tiempo de vida (TTL): este campo es seteado con un valor apropiado en el encabezado exterior para entregar los paquetes encapsulados al punto de salida del túnel.

• Protocolo: 4

• Suma de comprobación del encabezado: suma de comprobación en el encabezado IP exterior.

• Dirección fuente: la dirección IP del encapsulador, es decir, el punto de entrada al túnel.

• Dirección destino: la dirección IP del desencapsulador, el punto de salida del túnel.

• Opciones: algunas de las opciones presentes en el encabezado IP interior no son copiadas en el encabezado IP exterior.

Durante el encapsulamiento del paquete, el TTL en el encabezado IP interior es decrementado en uno si se encuentra dentro del túnel como parte del reenvío del paquete; en otro caso el TTL no se modifica. Si el TTL resultante dentro del encabezado IP interior es igual a cero, el paquete es descartado y un mensaje ICMP de tiempo excedido podría ser enviado al emisor.

El TTL del encabezado IP interior no cambia durante el desencapsulamiento. Si después de este proceso el paquete interno tiene un TTL=0, el desencapsulador debe descartar al paquete. Si después del desencapsulamiento, el desencapsulador reenvía el paquete a una de sus interfaces, decrementa el TTL como en un reenvío normal.

El encapsulador generalmente usa las opciones IP permitidas para entregar la carga encapsulada al final del túnel, puede usar también la fragmentación, a menos que esté seteado el bit de no-fragmentación

Encapsulado mínimo

El encapsulado mínimo es un método por el cual un paquete puede ser encapsulado (conducido como carga) dentro de un paquete IP con menos gasto (overhead) que la encapsulación IP-dentrode-IP, que agrega un segundo encabezado IP a cada paquete encapsulado. Este método es levemente más complicado dado que la información de los encabezados, interior y exterior, es combinada para reconstruir el encabezado IP original y en consecuencia, reduce el gasto del encabezado.

Se define un encabezado de reenvío mínimo por paquetes no fragmentados antes de la encapsulación. El uso de este método es opcional. El encapsulado mínimo no debe usarse cuando un paquete original ya ha sido fragmentado, dado que no hay lugar en el encabezado de reenvío mínimo para almacenar información de la fragmentación. Para encapsular un paquete usando encapsulación mínima (Figura 6), se modifica el encabezado IP del paquete original y se inserta el encabezado de reenvío mínimo después del encabezado IP, seguido por la carga IP no modificada del paquete original (como por ejemplo encabezado y datos de transporte). No se requiere agregar al paquete un encabezado IP adicional.

Figura 6: Encapsulado Mínimo

En el encapsulamiento, el encabezado IP del paquete original es modificado:

• El campo protocolo en el encabezado IP es reemplazado por el número 55

• El campo dirección destino en el encabezado IP es reemplazado por la dirección IP del punto de salida del túnel.

• Si el encapsulador no es la fuente original del paquete, el campo dirección fuente en el encabezado IP es reemplazado por la dirección IP del encapsulador.

• El campo longitud total es incrementado por el tamaño del encabezado de reenvío mínimo.

• El campo suma de comprobación encabezado es recalculado en base a los cambios descriptos.

A diferencia de la encapsulación IP-dentrode-IP, el campo TTL en el encabezado IP no es modificado durante la encapsulación, si el encapsulador está reenviando el paquete, éste podría decrementar el TTL como resultado de un ruteo IP normal. Dado que el TTL original permanece en el encabezado IP después de la encapsulación, los datos tomados por el paquete dentro del túnel son visibles, por ejemplo realizando un “tracerouter”.

El formato del encabezado de reenvío mínimo (Figura 7) presenta los siguientes campos:

• Protocolo: copiado del campo protocolo en el encabezado IP original

• Dirección fuente original presente (S): si es igual a cero indica que el campo dirección fuente original no está presente. Si es igual a uno indica que sí está presente.

• Reservado: seteado en cero, ignorado sobre recepción.

• Suma de comprobación encabezado: suma de comprobación.

• Dirección destino original: copiado del campo dirección destino del encabezado IP original.

• Dirección fuente original: copiado del campo dirección fuente del encabezado IP original.

Cuando un paquete es desencapsulado, los campos en el encabezado de reenvío son restaurados a los del encabezado IP y el encabezado de reenvío es removido del paquete. Además, al campo longitud total en el encabezado IP se le resta el tamaño del encabezado de reenvío mínimo removido y el campo suma de comprobación encabezado es recalculado en base a los cambios producidos en el encabezado IP a raíz de la desencapsulación.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

Protocolo S Reservado Suma Comprobación Encabezado

Dirección Destino Original

Dirección Fuente Original (si está presente)

Figura 7: Formato de encabezado de reenvío mínimo

Encapsulado GRE

El encapsulado GRE (Generic Record Encapsulation) es el más flexible ya que permite la encapsulación de cualquier tipo de paquete, incluidos los paquetes IP. El formato de un paquete GRE consta de una cabecera externa, seguida de la cabecera GRE, y de los datos IP. Contrariamente a los encapsulados IP-dentro de-IP y mínimo, el encapsulado GRE ha sido específicamente diseñado para prevenir encapsulamientos recursivos. Concretamente, el campo recur en la cabecera GRE es un contador que informa del número de encapsulados adicionales que son permitidos.

Problemas y posibles soluciones a cuestiones de IP Móvil

Algunos problemas con el protocolo IP Móvil se describen en esta sección, así como los últimos avances en materia de soluciones propuestas a estos problemas.

Enrutamiento ineficiente

Usando el Protocolo IP Móvil base, todos los paquetes destinados a un nodo móvil son enrutados a través del agente local del nodo móvil, el que mediante un túnel envía cada paquete a la ubicación actual del nodo móvil. Un nodo correspondiente envía paquetes a la dirección IP fija de un nodo móvil de la misma manera que a cualquier otro destino. Este esquema permite transparencia de interoperabilidad entre el nodo móvil y el nodo correspondiente, pero obliga a que todos los paquetes destinados al nodo móvil sean enrutados a través de su agente local. Este circuito es denominado “enrutamiento triangular” dado que un único trayecto del triángulo va desde el nodo móvil al nodo correspondiente y el agente local forma el tercer vértice controlando el camino que toman los datos desde el nodo correspondiente al nodo móvil. En muchos casos los paquetes direccionados al nodo móvil siguen caminos más largos que el óptimo, por ejemplo, si un nodo móvil está visitando una determinada subred, aún los paquetes enviados por los nodos correspondientes de ésta subred serán enrutados a través del agente local (en la red local) del nodo móvil. Este enrutamiento indirecto retarda la entrega de los paquetes al nodo móvil, y produce una carga innecesaria sobre las redes y enrutadores.

Para permitir un enrutamiento más eficiente podrían definirse extensiones de optimización de ruteo a las operaciones del protocolo IP Móvil base, de manera que los paquetes sean enrutados desde un nodo correspondiente a un nodo móvil evitando pasar por el agente local.

Las extensiones de optimización de ruteo pretenden lograr que los nodos mantengan una cache de enlaces -cache the binding- conteniendo la dirección de auxilio de uno o más nodos móviles. Cuando se envíe un paquete IP a un nodo móvil, si el emisor tiene una entrada en la caché de enlaces para el nodo móvil destino, podrá enviar mediante un túnel sus propios paquetes directamente a la dirección de auxilio indicada en el enlace de movilidad cacheado. En ausencia de una entrada en la caché de enlaces, los paquetes destinados al nodo móvil deberán volver a la red local del nodo móvil, para ser luego enviados mediante un túnel a la dirección de auxilio actual del nodo móvil a través de su agente local. Mediante la optimización de ruteo, el emisor original del paquete podría ser informado del enlace de movilidad actual del nodo móvil, teniendo así una oportunidad para cachear el enlace.

Algunos nodos podrían mantener una caché de enlaces para optimizar su propia comunicación con nodos móviles. Además podrían crear o actualizar sus entradas en la caché de enlaces cuando reciba un enlace de movilidad autenticado de un nodo móvil. Cada enlace en la caché de enlaces tiene asociado un tiempo de vida. Después de que ese período expira, el enlace es eliminado de la caché. Además, un nodo podría utilizar alguna estrategia para administrar su espacio en la caché de enlaces. Cuando necesite agregar una nueva entrada en la caché, podría elegir reemplazar una entrada ya existente.

Cuando un agente local de un nodo móvil intercepta un paquete desde la red local y mediante un túnel, lo envía al nodo móvil, el agente local podría deducir que la fuente original del paquete no tiene una entrada en la caché de enlaces del nodo móvil destino. Entonces, el agente local podría enviar un mensaje de actualización de enlace al nodo fuente original, informándole del actual enlace de movilidad del nodo móvil. No hace falta un acuse de dicho mensaje dado que en el futuro, paquetes desde el nodo fuente podrían causar la retransmisión de otra actualización de enlace de movilidad. Para que una actualización de enlace sea autenticada, el nodo fuente original, el nodo móvil y el agente local deben tener establecida una asociación de seguridad. De la misma manera, cuando algún nodo recibe un paquete a través del túnel, si tiene una entrada en la caché de enlace para el nodo destino, puede deducir que el nodo que lo envió tiene una entrada vencida en la caché de enlaces para su nodo móvil. En este caso el nodo que recibió el paquete, podría enviar un mensaje de advertencia al agente local del nodo móvil, para que éste le envíe un mensaje de actualización de enlace al nodo que envió el paquete a través del túnel. Al igual que en los mensajes de actualización de enlaces enviados por el agente local del nodo móvil, no es necesario un acuse de recibo de los mensaje de advertencia y, a diferencia, no se requiere de la autenticación de los mensajes de advertencia, dado que éstos no afectan directamente al enrutamiento de paquetes IP al nodo móvil.

Las extensiones de optimización de ruteo también permitirían a los paquetes en vuelo, cuando un móvil se mueva y a los paquetes enviados, en base a la fecha de vencimiento del enlace cacheado, ser reenviados directamente a la dirección de auxilio del nodo móvil.

Frecuencia insoportable de reportes destinados al agente local si el nodo móvil se traslada frecuentemente

Usando IP Móvil, un nodo móvil se registra con su agente local cada vez que cambia su dirección de auxilio. Si la distancia entre la red visitada y la red local es grande, puede existir una gran demora en los mensajes de señalización de la nueva registración y en consecuencia una baja performance.

Para este inconveniente se propone una registración local al dominio visitado, reduciendo así el número de mensajes de señalización a la red local y la demora en los mensajes de señalización cuando un nodo móvil se mueve desde un agente foráneo a otro dentro del mismo dominio visitado.

Cuando un nodo móvil arriba por primera vez en un dominio visitado, se registra con su agente local . En esa registración se asume que la red local genera una clave de registración para el nodo móvil, esa clave es distribuida al nodo móvil y al dominio visitado, y puede ser usada para autenticación de registraciones regionales.

Durante una registración local el agente local registra la dirección de auxilio del nodo móvil. Cuando el dominio visitado soporta administración de túnel regional, la dirección de auxilio registrada en el agente local es una dirección enrutable públicamente de un Gateway Foreign Agent (GFA). Esa dirección de auxilio no varía cuando el nodo móvil cambia de agente foráneo bajo el mismo GFA. Cuando varíe el GFA, el nodo móvil deberá realizar una registración local; cuando cambie el agente foráneo bajo el mismo GFA en lugar de una registración local, el nodo móvil podría realizar una registración regional dentro del dominio visitado. La propuesta del protocolo registración regional soporta un nivel de agente foráneo jerárquico debajo del GFA, pero el protocolo podría ser utilizado para soportar más niveles jerárquicos.

Figura 8: Dominio visitado con un GFA, y una red local con un agente local

Modelo único de agente local – modelo frágil

Si bien un modelo único de agente local es más simple y fácil de configurar, tiene la desventaja de la fragilidad. El nodo móvil será inalcanzable si el agente local falla.

Una posible solución es soportar múltiples agentes locales. Si un agente convencional falla, otro agente local podría enrutar los paquetes.

IPv6 Móvil

El diseño de IPv6 Móvil representa una combinación de la experiencia obtenida desde el desarrollo de IPv4 Móvil, junto con las oportunidades provistas por el diseño y desarrollo de una nueva versión de IP llamado IPv6 y las características de éste.

IPv6 Móvil comparte muchas características con IPv4 Móvil y provee muchas mejoras sobre éste. Algunas de las diferencias son:

• El problema que en IPv4 Móvil es conocido como "enrutamiento ineficiente o triangular” esta superado en la v.6 debido a la integración de la optimización de ruteo como parte fundamental del protocolo. Esta integración permite encaminar paquetes directamente desde un nodo correspondiente a cualquier nodo móvil, sin la necesidad de que pasen a través de la red local del nodo móvil para que su agente local los reenvíe.

• Con el protocolo IPv6 Móvil los paquetes enviados por el nodo móvil llevan como dirección origen la dirección de auxilio en la cabecera IP, y además llevan una opción para el destino con la dirección local. Esto, a diferencia de IPv4 Móvil, hace que sea transparente para todos los enrutadores y para las capas superiores

• El uso de la dirección de auxilio como dirección origen de los paquetes IP simplifican el enrutamiento multidifusión de paquetes enviados por el nodo móvil. Con IPv4 Móvil, el nodo móvil debe usar un túnel hasta su agente local para poder usar de forma transparente su dirección local como dirección origen de los paquetes multidifusión que envíe.

• El uso de opciones de destino de IPv6 permite el control de trafico de IP Móvil v.6 usando piggybacking en cualquier paquete existente IPv6, mientras que IP Móvil v.4 y sus extensiones de optimización de ruta requieren paquetes UDP separados para cada mensaje de control.

• Con IPv6 Móvil no es necesario desarrollar enrutadores especiales para que actúen como agentes foráneos, como los requeridos con IPv4. El protocolo IPv6 Móvil usa las características proporcionadas por IPv6 tales como descubrimiento de vecino y autoconfiguración de direcciones para operar en redes, lejanas a su red local, sin el soporte especial de su enrutador local.

• Con IPv6 Móvil muchos de los paquetes que se envían a un nodo móvil que se encuentra lejos de su red local llevan una cabecera de encaminamiento IPv6 mientras que con IPv4 Móvil llevan una cabecera de encapsulación de IP, debido a que todos paquetes deben ser encapsulados. El uso de una cabecera de encaminamiento requiere menos bytes de encabezado adicionales, de este modo se reduce el overhead del paquete IP Móvil entregado.

• Cuando un nodo móvil no se encuentra en su red local, su agente local intercepta cualquier paquete destinado al nodo móvil que llegan a su red local, usando IPv6 descubrimiento de vecino en vez de usar ARP como en IPv4 Móvil. Esto mejora la robustez del protocolo y simplifica la implementación de IP Móvil, al ser independiente de la capa de enlace, cosa que no ocurre usando ARP.

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