Mobile IP (página 2)

El Sistema IP Móvil.

El esquema móvil para IP o IP Móvil, "permite enrutamiento transparente de datagramas IP a nodos móviles en Internet esto requiere que el protocolo IP se extienda para ser transparente a los usuarios móviles, usuarios fijos y enrutadores existentes en la red.

IP Móvil logra estos objetivos al proveer a los "host" móviles con una dirección permanente, dirección "sede" home), independientemente de su punto actual de enlace a Internet y una dirección encargado, la cual proporciona información acerca de su punto actual de enlace. Con todo esto se puede decir que IP Móvil extiende a IP para remitir a las computadoras móviles utilizar eficientemente dos direcciones IP, una para identificación y otra para enrutamiento.

Ejemplo:

Flujo de Datagramas

Esta gráfica muestra lo siguiente:

• Flujo de datagramas hacia y desde el nodo móvil
• En el sentido inverso, los datagramas enviados por el nodo móvil son enviados generalmente a su destino por los mecanismos de enrutamiento estándar de IP.
• Adicionalmente se requiere de un nodo especial en el lugar sede, llamado agente sede (HA), que enviará paquetes al "host" móvil (MH) a través del encapsulamiento llamado "tunneling" (entunelamiento) sobre Internet. En el destino los paquetes serán desencapsulados, ya sea directamente por el nodo móvil o por un nodo adicional llamado agente foráneo (FA) o agente de enlace.

Funcionamiento de IP Móvil

IP Móvil funciona de la siguiente forma: Un nodo móvil puede tener dos direcciones, una permanente (home) y una dirección de cuidado (care-of address), la cual es asociada con la red que el nodo móvil está visitando. Hay dos tipos de entidades en IP Móvil:

• Un agente inicial que almacena la información sobre el nodo móvil cuya dirección permanente es la de la red del agente.
• Un agente externo 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.

Un nodo esperando comunicarse con el nodo móvil usa la dirección inicial (home) del nodo móvil para enviar paquetes. Estos paquetes son interceptados por el agente inicial (home), el cual usa una tabla y túneles. Los paquetes a nodo móvil llevan la dirección con un nuevo encabezado IP, preservando el IP del encabezado original.

Los paquetes son encapsulados en el final del túnel para remover el encabezado IP añadido y entregado por el nodo móvil.

Cuando actúa como emisor, el nodo móvil simplemente envía paquetes directo al nodo comunicador a través del agente externo. Si es necesario, el agente externo podría emplear reverse tunneling por el túnel de los paquetes del nodo hasta el agente inicial (home), el cuál alternadamente los remite al nodo que se comunica.

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 dirección care-of;
• 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.

Ejemplo gráfico de cómo funciona IP Móvil.

Características de Movilidad

Un estado sin restricciones de movilidad para telecomunicaciones inalámbricas requiere de una completa cobertura de red. Sus dos principales características (a diferencia de los sistemas convencionales de telecomunicaciones alámbricas) son el seguimiento o "roaming" de un área de localización actual del suscriptor ("host" fuera de su área sede), para habilitar enrutamiento de llamadas entrantes y "hand-off" (cambio automático de canal) entre áreas de cobertura para obtener comunicación ininterrumpida.

La movilidad del usuario inevitablemente ocasionará tráfico de señalización debido a que el sistema de alguna manera siempre deberá estar enterado del paradero del "host" móvil, con la finalidad de desempeñar una efectiva entrega de paquetes a él. De esta forma la estrategia utilizada para la administración de movilidad es parte fundamental de la cantidad de tráfico extra que debe soportar la red, con el fin de brindar servicio a los usuarios móviles de Internet. En seguida se analiza su desempeño.

Optimización del Desempeño del Sistema IP Móvil

El modelo de movilidad contempla las características de movilidad del usuario, que se derivan del movimiento en dos diferentes escalas utilizando dos modos distintos: los usuarios en una microescala probablemente se muevan a velocidades bajas dentro de sus células y en una macroescala se muevan a velocidades vehiculares dentro y entre células.

Siempre que un usuario desea obtener algún tipo de servicio móvil inalámbrico, el usuario móvil deberá estar registrado todo el tiempo con algún agente de movilidad, esto es necesario para mantener su localización en la base de datos del sistema y por lo mismo el usuario deberá actualizar/notificar al agente de movilidad, si más de un tiempo TU (tiempo para actualizar) ha pasado o bien cuando el móvil ha excedido una distancia de umbral lejos del centro de la célula en la cual el usuario estuvo recientemente registrado.

Proceso de Registro en IP Móvil

El registro en IP Móvil es un proceso a través del cual un MH realiza las siguientes acciones [8]:

• Solicita servicio de enrutamiento de un agente foráneo,
• Informa a su agente sede de su dirección "careof" actual,
• Renueva un registro que deberá expirar.
• Se desregistra cuando regresa a su enlace sede.

Debido a que el registro en IP móvil sólo es válido por un tiempo de vida específico, el "host" deberá desempeñar el mismo procedimiento tantas veces mientras éste necesite del servicio, lo cual incurre en tráfico extra que debe soportar la red para saber de la existencia del móvil.

Tráfico por Enrutamiento Triangular

El mecanismo por el cual se envían paquetes a los "host" móviles es el entunelamiento, éste a su vez contempla dos tipos de encapsulado. El encapsulado IP dentro de IP tiene un costo extra de 20 bytes mientras en el encapsulado mínimosólo de 12 bytes

Vamos a ver varios ejemplos gráficos de enrutamiento:

Enrutamiento triangular (ET) cuando el nodo móvil realiza micromovimientos

Enrutamiento triangular cuando el nodo móvil realiza macromovimientos

Mobile IPv4

Entidades funcionales:

IPv4 introduce cuatro entidades funcionales que son:

• Mobile Nodo: Un dispositivo Móvil
• Home agent (HA) Un encaminador de red propia que gestiona la localización del MN.
• Forein agent (FA) Un encaminador de la red visitada que coopera con HA para proporcionar movilidad.
• Correspondent Node (CN) Un nodo fijo móvil con el que MN se comunica.

Fases de de Mobile IPv4

Mobile IPv4 tiene cuatro fases que son:

• Agent Discovery, donde el MN tiene que ser capas de detectar si está en su red propia o en una visitada.
• Registratión, donde el MN se registra en el Home Agent.
• Routing and Tunnelling, donde el MN se comunica con diversos Correspondent Nodes.
• Handoff Management, donde el MN cambia de subred.

Mobile IPv4 Agent Discovery

Mobile IPv4 Registration

Mobile IPv4 Routing and Tunnelling

Mobile IPv4 Handoff

Problemas de Mobile IPv4

• Se requiere un pool de direcciones por cada Foreign Agent (Carente de direcciones).
• El problema es el mismo cuando se trata de portabilidad (IPv4) y servidores DHCP.
• El triangle routing es ineficiente.
• Problemas con los Firewalls.
• Genera una excesiva señalización.
• El tiempo de handoff degrada la comunicación.

La Escasez de Direcciones IPv4

En el año 1981, se publicó el protocolo IPv4. En el año 1985 el total de espacios de direcciones era de 1/16. en el 1990 de 1/8, en el 1995 de un 1/3, en el 2000 de 1/2 y en el 2002.5 de 2/3

Las direcciones IPv4 se están consumiendo a una tasa acelerada, veremos algunas medidas para ahorrar direcciones:

• Direcciones via PPP / DHCP.
• CIDR (classless inter-domain routing).
• NAT (network address translation).

• Teóricamente el límite del espacio de 32-bits: ~4 billones de dispositivos
• Límite práctico del espacio de 32-bit space: ~250 millones de dispositivos

Mobile IPv6

Mobile IPv6 es similar a Mobile IPv4, pero Mobile IPv6 es más eficiente que Mobile IPv4

Diferencias entre Mobile IPv4 y Mobile IPv6:

• Hay algunas diferencias entre Mobile IP para IPv4 e IPv6. Básicamente las diferencias principales se deben a que el propio protocolo IPv6 trae muchas opciones que se utilizan para Mobile IP.
• Una de las diferencias es que en Mobile IPv6 no son necesarios los Foreign Agents, para ello se usa la auto configuración de direcciones y el descubrimiento de "vecinos", características de IPv6.
• Los paquetes en Mobile IPv4 desde el Home Agent hasta el Mobile Node deben ir encapsulados, y en IPv6 ya no es necesario.
• Mobile IPv6 evita el triangle Routing.
• En la fase del diseño del protocolo IPv6 se tuvo en cuenta la movilidad y está integrada en el protocolo, en el caso de IPv4 es un parche posterior.

Hay bastantes diferencias más, todas se basan en el uso de características de IPv6 (como las opciones de cabecera para el destino) para realizar ciertas operaciones que en Mobile IPv4 se realizan de una forma un poco "artificial", como por ejemplo lo de encapsular los paquetes.

Gráfica de Mobile IPv6, que no necesita FA

Gráfica de Mobile IPv6, Que evita el Triangle Routing

Quienes usan IPv6

Proveedores de Servicio:

• Carriers –Servicios de tránsito.
• Internet Exchange Point –ISP & NRN peering.
• ISPs Regionales – Servicios IPv6 a usuarios finales en ADSL & ETTH.
• Proveedores de Servicio Móviles – I&D de servicios a futuro.

Empresas Privadas y Corporaciones –Segmentos en Mercados Verticales:

• NRN & localidades interconectadas (Universidades & labs de I&D).
• Sistemas Federales (Agencias Gubernamentales).
• Proveedores de Hardware.
• Varios clientes requieren el roadmap de IPv6 para cualquier sistema que se adquieran, aún cuando no estén usándolo con IPv6

Beneficios y Mejoras de IPv6 comparado con IPv4

IPv4

• Usa dirección de 32 bit.
• Las direcciones empiezan a escasear rápidamente.
• Nuevas funcionalidades como seguridad adicionales.
• No está optimizada para redes móviles de internet.
• 20 o más años.

IPv6

• Usa dirección de 128-bits.
• Suficiente espacio de direcciones para dar más de un millón de direcciones IP a cada ser humano en el planeta.
• Implementaciones de servicios como seguridad puede ser implementada de extremo a extremo.
• Lista para Redes Móviles.
• Arquitectura del futuro = Next Protocolo de Internet de Próxima Generación.

Redes IPv6 en Ambientes Privados

Plan de implementación:

• Seleccionar las estaciones y aplicaciones que migrarán a IPv6.
• Obtener el espacio de direcciones IPv6.
• Comenzara migrar las aplicaciones.
• Asignación del plan de direcciones a las funciones y redes internas
• Migración de la infraestructura DNS.
• Migración de la red existente IPv4 para habilitarla con IPv6.
• Verificar aplicaciones y funciones.
• Conectar el campus a Internet.
• Implementar la gestión de la red para IPv6.
• Iniciar la implementación de las estaciones y aplicaciones en el stack dual.

Espacio de direcciones

• Obtener el espacio de direcciones de la misma fuente de IPv4.
• • Solicitar al ISP, Local Internet Registry (LIR), o Regional Internet Registry (RIR).
  • Probablemente requerirá un prefijo /48 o mayor.
• Diseñar el plan de direccionamiento IPv6.
• • Cada subred usa un prefijo asignado /64.
  • Campus has 16 bits to design internal topology.
  • Suggestion: map IPv4 topology to IPv6.

Conectividad IPv6

• Solicitud de IPv6 al Proveedor de Servicio.
• Usar túnel automático o hacia un proveedor IPv6

Futuro de Mobile IPv4 y Mobile IPv6

• MIP4 – Mobile IPv4 Working Group.

• Mejora el protocolo a través de experiencia de despliegues.
• AAA (Authentication, Authorization and Accouting).

• MIP6 – Mobile IPv6 Working Group.

• Estandarizar el protocolo,

• MIPSHOP – MIPv6 Signaling and Handoff Optiminizacion

• Mejora el handoff con propuestas como: Hierarchical Mobile IPv6: o Fast Handovers.

• Calidad de Servicio.

• Servicios integrado – Mobile RSVP.
• Servicios diferenciados – QoS Broker + Control de Admisiones.
• Transferencia de contexto.

Conclusiones.

• Crecimiento exponencial en número de usuarios de Internet
• Integración transparente de estas tecnologías para desarrolladores de aplicaciones y usuarios móviles
• Estudios y proyectos entorno a IP Móvil
• Resultados de pruebas confiables,
• Depende en la disposición de vendedores de plataformas y enrutadores (implementaciones finalizadas o en camino)
• Unión de tecnologías inalámbricas y dispositivos portátiles han creado la necesidad de movilidad a Internet.
• La movilidad consiste en proporcionar a los usuarios móviles la capacidad de de cambiar de punto de acceso mientras mantienen sus conexiones de red.
• Solucionar la movilidad a nivel IP permite utilizar diferentes tecnologías de red y es transparente para las aplicaciones (ALL-IP).
• Mobile IPv4 tiene algunos problemas que Mobile IPv6 soluciona.
• Se están haciendo muchos esfuerzos para mejorar el tiempo de handoff y el exceso de señalización

Referencias.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mobile_IP

http://www.rediris.es/rediris/boletin/74-75/ponencia13.pdf

http://ieeexplore.ieee.org

http://lacnic.net/ipv6tour/docs/a-gomes-ipv6-ambiente-privados.pdf

http://www.mailxmail.com/curso/informatica/redeslinuxcomo/capitulo32.htm

Biografía del Autor:

Nelson Ernesto Lara Rivas

Nacido en la ciudad de Azua de Compostela, República Dominicana. Graduado de Licenciado en Informática en la Universidad Tecnológica del Sur (UTESUR), profesor y miembro del consejo académico de la Universidad Tecnológica del Sur (UTESUR), y Estudiante de Master en tecnología de la Información en la Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Fecha del trabajo: 15 de febrero 2007.