RESUMEN DE IP MÓVIL

Los actuales protocolos de internetworking (TCP/IP, IPX o AppleTalk) presentan serias complicaciones a la hora de tratar con nodos que disponen de un 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 identifica al mismo de manera unívoca en la red a la que se encuentra conectado. Por consiguiente, cualquier paquete destinado a ese nodo es encaminado en función de la información contenida en la parte de su dirección IP que identifica la red en que está conectado.

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 situación ya que los paquetes dirigidos hacia este nodo serán encaminados a su antiguo punto de conexión a la red.

El protocolo IP Móvil constituye una mejora del protocolo IP citado anteriormente. Mobile IP permite a un nodo circular libremente a través de Internet siendo éste siempre accesible mediante una única dirección IP. La Internet Engineering Task Force (IETF) propone una arquitectura Mobile IP que funciona, a grandes rasgos, bajo el siguiente concepto: un agente local, denominado Home Agent (HA) y un agente externo, también denominado Foreign Agent (FA) colaboran para permitir que el nodo móvil o Mobile Host (MH) pueda moverse conservando su dirección IP inicial.

IP (Internet Protocol).

La capa de red en Internet. En la capa de red, Internet puede verse como un conjunto de subredes, o sistemas autónomos (AS, Autonomous System) interconectados. No hay una estructura real, pero existen varios backbone principales. Estos se construyen a partir de líneas de alto ancho de banda y enrutadores rápidos. Conectadas a los backbone hay redes regionales (de nivel medio), y conectadas a estas redes regionales están las LAN El pegamento que mantiene unida a Internet es el protocolo de capa de red, IP (Internet Protocol o protocolo de Internet).

La comunicación en Internet funciona como sigue. La capa de transporte toma corrientes de datos y las divide en datagramas. En teoría, los datagramas pueden ser de hasta 64 Kbytes cada uno, pero en la práctica por lo general son de unos 1500 bytes. Cada datagrama se transmite a través de Internet, posiblemente fragmentándose en unidades más pequeñas en el camino. Cuando todas las piezas llegan finalmente a la máquina de destino, son reensambladas por la capa de red, dejando el datagrama original. Este datagrama entonces es entregado a la capa de transporte, que lo introduce en la corriente de entrada del proceso receptor.

El protocolo IP. Un datagrama IP consiste en una parte de cabecera y una parte de texto. La cabecera tiene una parte fija de 20 bytes y una parte opcional de longitud variable.

El formato de la cabecera se muestra en la siguiente figura. Se transmite en orden big endian: de izquierda a derecha, comenzando por el bit de orden mayor del campo de versión. (SPARC es big endian; Pentium es little endian). En las máquinas little endian, se requiere conversión por software tanto para la transmisión como para la recepción.

El campo de versión lleva el registro de la versión del protocolo al que pertenece el datagrama. Al incluir la versión en cada datagrama es posible hacer que la transición entre versiones se lleve meses, o inclusive años, ejecutando algunas máquinas la versión antigua y otras la versión nueva.

Dado que la longitud de la cabecera no es constante, se incluye un campo en la misma, IHL, para indicar la longitud en palabras de 32 bits. El valor mínimo es de 5, cifra que aplica cuando no hay opciones. El valor máximo de este campo de 4 bits es de 15, lo que limita la cabecera a 60 bytes y, por tanto, el campo de opciones a 40 bytes. Para algunas opciones, por ejemplo para una que registre la ruta que ha seguido un paquete, 40 bytes es muy poco, lo que hace inútil esta opción. El campo de tipo de servicio permite al host indicar a la subred el tipo de servicio que quiere. Son posibles varias combinaciones de confiabilidad y velocidad. Para voz digitalizada, la entrega rápida le gana a la entrega precisa.

La longitud total incluye todo el datagrama. El campo de identificación es necesario para que el host de destino determine a qué datagrama pertenece un fragmento recién llegado. A continuación viene un bit sin uso y luego dos campos de 1 bit. DF significa no fragmentar (Don´t Fragment); es una orden para los enrutadores de que no fragmenten el datagrama, porque el destino es incapaz de juntar las piezas de nuevo.

El desplazamiento de fragmento indica en qué parte del datagrama actual va este fragmento. El campo de tiempo de vida es un contador que sirve para limitar la vida de un paquete. La dirección de origen y la dirección de destino indican el número de red y el número de host. Estudiaremos las direcciones de Internet en la siguiente sección. El campo de opciones se diseñó para proporcionar un recurso que permitiera que las versiones subsiguientes del protocolo incluyeran información no presente en el diseño original, para permitir a los experimentadores probar ideas nuevas y para evitar la asignación de bits de cabecera a información pocas veces necesaria. Las opciones son de longitud variable.

IP móvil. Cada dirección IP contiene tres campos: la clase, el número de red y el número de host Cuando la gente comenzó a exigir la posibilidad de tener hosts móviles, el IETF (Internet Engineering Task Force) estableció un grupo de trabajo para encontrar una solución. El grupo de trabajo pronto formuló varias metas consideradas deseables en cualquier solución. Las principales fueron: 1.- Todo host móvil debe ser capaz de usar su dirección IP base en cualquier lugar. 2.- No se permiten cambios al software de los hosts fijos. 3.- No se permiten cambios al software del enrutador ni a sus tablas. 4.- La mayoría de los paquetes para los hosts móviles no deben desviarse en el camino. 5.- No debe incurrirse en carga extra cuando un host móvil está en su base.

El protocolo IP Móvil.

El protocolo IP versión 4 asume que la dirección IP de un nodo sólamente identifica el punto de unión del nodo a Internet, por lo que un nodo será localizado en la red indicada por esta dirección para recibir los datagramas.

El protocolo IP Móvil es el único capaz de proporcionar movilidad en cualquier tipo de medio y en una extensa área geográfica. O sea, que este protocolo habilita a los nodos a cambiar su punto de conexión a la red sin cambiar su dirección IP.

Requerimientos de protocolo. a) El nodo móvil debe ser capaz de comunicarse con los otros nodos aún después de haber cambiado su punto de conexión a Internet. b) Tal comunicación debe realizarse siempre con una única dirección IP para el nodo móvil, la cual será la que tenía en la red de origen (se encuentre donde se encuentre). c) El nodo móvil debe ser capaz de comunicarse con otros nodos que no implementen las funciones de movilidad de este protocolo. d) El nivel de seguridad y privacidad de las comunicaciones de un nodo móvil no debe ser menor que el de cualquier otro nodo fijo. e) El medio entre el nodo móvil y su punto de conexión a Internet será a menudo un enlace inalámbrico. Muy probablemente el nodo móvil estará alimentado por pilas o baterías, lo que hace importante minimizar el consumo reduciendo al mínimo en número de mensajes de señalización.

El principal objetivo de IP Móvil es permitir en encaminamiento de paquetes IP hacia nodos móviles que puedan cambiar rápidamente su punto de conexión a Internet. Este objetivo implica la transmisión de actualizaciones de encaminamientos entre numerosos nodos de la red. Para permitir su uso a través un gran número de enlaces inalámbricos, es muy importante reducir el tamaño y la frecuencia de estas actualizaciones al mínimo posible.

Funcionamiento. Igual que todo protocolo, éste también consiste en la consecución de una serie de operaciones: a) Los agentes local y externo anuncian su presencia mediante al nodo móvil mediante mensajes de anuncio, los cuales son generados periódicamente en la red. Opcionalmente el nodo móvil puede solicitar tales mensajes a un agente cercano a través de un mensaje de solicitud de agente. b) El nodo móvil recibe el mensaje de anuncio y determina si se encuentra en su red local o por lo contrario al moverse ha ido a para a una red externa. c) Si el nodo móvil detecta que se encuentra en su red local operará sin funciones demovilidad. Por otro lado, si regresa tras haber sido registrado en otra red procede a "desregistrsarse" a través de su agente local. d) Si el nodo móvil detecta que se encuentra en una red externa, obtiene su dirección de cuidado (care-of-address) el la nueva red. Esta dirección puede ser la del agente externo o una dirección de cuidado colocada (colocated care-of-address). e) Si el nodo móvil se encuentra fuera del alcance de ningún tipo de agente, el nodo móvil debe obtener su dirección de cuidado como una dirección IP local por algún método, como podría ser el DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) . En estos casos se trata de una dirección de cuidado "colocada". f) El nodo móvil registra su dirección de cuidado con su agente local. Este proceso se realiza enviando una solicitud de registro al agente local y recibiendo de éste un mensaje de contestación. g) Todo paquete destinado al nodo móvil es interceptado por el agente local y enviado mediante tunneling por éste hacia la dirección de cuidado. Al otro lado del túnel el agente externo recibe el paquete y lo envía al nodo móvil. Si éste posee una dirección de cuidado colocada, el agente externo no interviene en la recepción del paquete. h) Por su parte los paquetes originados por el nodo móvil pueden ser transportados hasta la dirección IP de destino sin pasar necesariamente por el agente local.

Procedimientos.

Descubrimiento de agente.El descubrimiento de agente es un procedimiento utilizado en el protocolo IP Móvil mediante el cual el móvil determina si se encuentra conectado a su red local o a una red externa, si se ha desplazado de un enlace a otro, y también sirve para obtener una dirección de cuidado cuando se encuentra conectado a una red extranjera.

Anuncio de agente.La primera acción a realizar para permitir la movilidad de un nodo es la de anunciar, por parte del agente local o externo, la disponibilidad para aceptar al nodo móvil en su red. El nodo móvil utiliza mensajes de anuncio 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 móviles en una determinada red, es factible configurar múltiples agentes locales en una única red local, asignando a cada agente local una porción de la población de nodos móviles.

Los campos de la extensión de anuncio de agente son: Type: 16; Length: (6+4*N), donde N es el número de direcciones de cuidado anunciadas; Sequence number: Registration lifetime; R: registro solicitado; B: el agente externo no puede aceptar nuevos registros, al estar ocupado (Busy);H: este agente ofrece servicios de agente local (Home Agent) en esta red; F: este agente ofrece servicios de agente externo (Foreign Agent) en esta red; M: el agente soporta encapsulado mínimo; G: el agente soporta encapsulado GRE; V: el agente soporta la compresión de cabecera Van Jacobson; Reserved: reservado; Care-of addresses: la dirección de cuidado anunciada por el agente externo.

Solicitud de agente. Estos son los mensajes que realiza el nodo móvil cuando no puede, o quiere esperar la transmisión periódica de mensajes de anuncio de agente.

Registro. Se pueden dar varias circunstancias bajo las cuales un nodo móvil debe registrarse. La primera de ellas es cuando detecta que su punto de conexión a Internet ha variado respecto al que tenía anteriormente. También deberá registrarse si su registro anterior está a punto de caducarse (aun no halla cambiado el punto de unión. Y por último, cuando el nodo móvil esté en una red externa y detecte que su nodo externo se ha reiniciado.

El procedimiento de registro sirve para pedir los servicios de un agente externo. A continuación el nodo móvil informa a su nodo local de su información de cuidado en la red. Por el contrario, si el nodo móvil detecta que ha regresado a su red local debe iniciar el proceso para desregistrase con su nodo local, para así poder funcionar como cualquier otro nodo fijo.

Son tres los pasos que componen el procedimiento de registro: 1. El nodo móvil envía un mensaje de petición de registro. Como hemos visto anteriormente, según el caso, este mensaje se puede enviar al agente local o al externo (previa aceptación de mismo). 2. El agente recibe la petición de registro y envía al nodo móvil un mensaje de contestación de registro, para informar si su petición de registro ha sido aceptada o no. 3. Si el nodo móvil no recibe la contestación de registro en un período razonable de tiempo procederá a retransmitir las peticiones de registro con intervalos cada vez más largos entre ellos, hasta que al fin reciba contestación.

Petición de registro. Es el mensaje que el nodo móvil envía a su agente local para poder registrarse, y así este podrá crear o modificar la entrada del nodo móvil en su lista de nodos con movilidad. Los diferentes campos que conforman el mensa- je de petición de registro son los siguientes: Type: 1 (Petición de registro); S: el nodo móvil solicita que el agente local mantenga sus anteriores entradas de movilidad; B: el nodo móvil pide, solicita al agente local que tunele hacia él los paquetes de broadeast 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 cuidado; 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 que el agente local, que su agente de movilidad, emplee la compresión de cabeceras de Van Jacobson; Reserved: reservado; Lifetime: número de segundos restantes antes de la caducidad del registro actual; Home Address: dirección IP del nodo móvil; Home Agent: dirección IP del agente local del nodo móvil; Care-of Address: dirección de cuidado=dirección IP a la salida del túnel; Identification: número de 64 bits creado por el nodo móvil para asociar peticiones de registro con contestaciones de registro; Extensions: extensiones.

Respuesta de registro. Tras la recepción de una petición de registro el agente local devuelve al nodo móvil un mensaje de respuesta de registro. Si el nodo móvil solicita el servicio a través de un agente externo, será este quién reciba la contestación de registro y la envíe a continuación al nodo móvil. Por el contrario, si el nodo móvil está utilizando una dirección de cuidado colocada será él mismo quien reciba el mensaje de respuesta de registro. Este mensaje es el que informa al nodo móvil sobre el resultado de su petición de registro y del tiempo de vida de tal registro, que puede ser inferior o igual al solicitado por el nodo móvil. El agente externo no puede modificar, en ningún caso el tiempo de vida asignado por el agente local. Los campos del mensaje son los siguientes: Type: 3 (Contestación de registro); Code: Código indicador del resultado de la petición de registro; Lifetime: Tiempo de vida, en segundos, de la entrada del nodo móvil en la lista de movilidad del agente local; Home Address: Dirección IP del nodo móvil; Home Agent: Dirección IP del agente local del nodo móvil, Identification: Número de 64 bits creado por el nodo móvil para asociar peticiones de registro con contestaciones de registro; Extensions: Extensiones.

Tratamiento de los paquetes: encaminamiento. Si el nodo móvil se encuentra en su red local, actúa como si de cualquier otro nodo fijo se tratase. Por lo tanto, las reglas para el encaminamiento de paquetes en este caso son las mismas que para el encaminamiento de paquetes IP hacia cualquier nodo o router convencional. En el caso que el nodo móvil se encuentre en una red externa, distinguiremos dos situaciones que se presentarán a continuación: § Nodo móvil como destino. § Nodo móvil como origen.

Nodo móvil como destino. El protocolo IP Móvil requiere que los paquetes enviados desde la red local hasta el nodo móvil sean encapsulados. Esto altera el encaminamiento habitual ya que los paquetes atraviesan un nodo intermedio antes de llegar a su destino. Este nodo realizará el desencapsulado y enviará el paquete original al destino. Las operaciones que comprenden el envío de un paquete hacia un nodo móvil en una red extranjera son: § Un router en la red local, normalmente el agente local, anuncia que existe conectividad hasta el prefijo de red equivalente al de la dirección local del nodo móvil. § El agente local intercepta el paquete y consulta su entrada en su lista de movilidad para conocer las direcciones de cuidado registradas. § El agente local envía una copia del paquete, encapsulándolo, hacia cada dirección de cuidado a través de túneles (tunneling).

Nodo móvil como origen. Si el nodo móvil depende de un agente externo, existen dos alternativas a la hora de determinar un router adecuado para dar salida a los paquetes: § El propio agente extranjero, según especifica el campo IP Source Address del mensaje de anunciamiento de agente. § Cualquier router cuya dirección IP aparezca en los campos Router Address del mensaje de anunciamiento de router. Siempre y cuando el nodo móvil sea capaz de determinar la dirección de la capa de enlace del router deseado, sin tener que enviar peticiones ARP (Address Resolution Protocol) que contengan su dirección local. Si el nodo móvil posee una dirección de cuidado colocada, también tiene dos alternativas para elegir router: § Escoger algún router que esté enviando mensajes de anunciamiento de router (no de agente) en la red en la que se encuentra. § Mediante el mismo mecanismo por el que obtuvo su dirección de cuidado colocada puede obtener la dirección de un router adecuado.

Tratamiento de los paquetes: Tunneling. Los paquetes o datagramas son encapsulados (normalmente con datagramas IP) para alterar el normal enrutamiento (o encaminamiento), para que estos sean entregados a destinatarios intermedios que no constan en el campo de dirección de destino en la cabecera original IP. Una vez el datagrama encapsulado llega a este nodo intermedio se desencapsula, dejando el original datagrama IP, el cual es entonces entregado al destino, indicado en el original campo de dirección de destino. Este proceso de encapsular y desencapsular es frecuentemente llamado como "tunneling" el datagrama. En la mayoría de casos del tunneling tenemos: Fuente ----> encapsulador ----> desencapsulador ---->destino.

Encapsulado IP-in-IP. El encapsulado IP-in-IP consiste en insertar una cabecera IP adicional (outer IP header) antes de la cabecera IP original (inner IP header) del paquete inicial. Si es necesario, también es posible insertar otras cabeceras entre las dos anteriores como por ejemplo la cabecera de autentificación IP. Los campos de la cabecera IP del encapsulado son puestos por el encapsulador: § Versión: 4 § IHL: (Internet Header Length) es la longitud de esta cabecera medida en palabras de 32 bits. § Total Length: muestra la longitud total del IP datagrama encapsulado, incluyendo todas las cabeceras y la información o carga útil (payload). § Identification, Flags, Fragment Offset: el bit "Don´t Fragment" indica si el paquete debe o no fragmentarse. Si este bit esta a uno ( no fragmentarse) en la cabecera IP original, éste se deberá poner a uno en la cabecera adicional; pero si el bit "Don´t Fragment" no está puesto a uno (fragmentarse) en la cabecera original, esté quizás se ponga a uno. § TTL:(Time To Live) este campo de tiempo de vida se utiliza para que un datagrama no se quede erróneamente dando vueltas por Internet indefinidamente. § Protocol:4 § Header Checksum. § Source Address: muestra la dirección del encapsulador , es decir, del punto de entrada al túnel. § Destination Address: muestra la dirección del desencapsulador, es decir, del punto de salida del túnel § Options: Cualquier opción presente en la cabecera original en general no es grabada en la cabecera insertada. Aunque, nuevas opciones específicas del camino de túnel sean añadidas. Los mensajes ICPM pueden ser de diferentes tipos: Destino no alcanzable (unreachable); Network no alcanzable; Host no alcanzable; Protocolo no alcanzable; Port no alcanzable; Datagrama demasiado grande; Source Route Failed; Source Quench; Redirect; Time Exceded; Parameter Problem; Otros mensajes ICMP.

Encapsulado IP mínimo. El encapsulado suele conllevar el duplicado innecesario de numerosos campos de la cabecera IP interna. El encapsulado mínimo intenta minimizar al máximo la información de overhead de encapsulado para disminuir el tamaño del paquete resultante. Esto se realiza añadiendo una cabecera IP más pequeña que en el encapsulado IP-in-IP, y la cabecera IP original es modificada como indicamos a continuación: § El campo Protocolo es cambiado por el número 55 que indica que es encapsulado mínimo. § El campo de dirección de destino es cambiado por la dirección IP del punto de salida del túnel. § El Total Length es incrementado por el tamaño de la cabecera añadida al datagrama. § El Header Checksum se actualiza por su nuevo valor correspondiente. La cabecera añadida antes de la cabecera IP original consta de los siguientes campos: § Protocol: campo copiado de la cabecera IP original. § Original Source Address Present: (es un bit). "0": El campo dirección de la fuente original no está presente. "1": El campo dirección de la fuente original está presente. § Bit reservado: puesto a cero. Ignorado en la recepción. § Header cheksum. § Dirección del original destino. § Dirección de la fuente original.

Encapsulado GRE. El encapsulado GRE (Generic Record Encapsulation) es el más flexible de los tres presentados, 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-in-IP y mínimo, este encapsulado ha sido 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. En el protocolo IP versión 6 se está estudiando implementar un mecanismo similar a éste.

PREGUNTAS DE IP MÓVIL

1. Función de Mobile IP.

Permite a un nodo circular libremente a través de Internet siendo éste siempre accesible mediante una única dirección IP.

2. ¿Qué mantiene unida a Internet?

El protocolo de capa de red, IP (Internet Protocol o protocolo de Internet).

3. ¿Qué realiza el campo Versión dentro del protocolo IP?

Lleva el registro de la versión del protocolo al que pertenece el datagrama. Al incluir la versión en cada datagrama es posible hacer que la transición entre versiones se lleve meses, o inclusive años, ejecutando algunas máquinas la versión antigua y otras la versión nueva.

4. ¿Cuáles son los campos de cada dirección IP?

La clase, el número de red y el número de host.

5. Objetivo de Ip Móvil.

Permitir en encaminamiento de paquetes IP hacia nodos móviles que puedan cambiar rápidamente su punto de conexión a Internet.

6. ¿Qué es el descubrimiento de un agente?

Es un procedimiento utilizado en el protocolo IP Móvil mediante el cual el móvil determina si se encuentra conectado a su red local o a una red externa, si se ha desplazado de un enlace a otro, y también sirve para obtener una dirección de cuidado cuando se encuentra conectado a una red extranjera.

7. Define petición de registro.

Mensaje que el nodo móvil envía a su agente local para poder registrarse, y así este podrá crear o modificar la entrada del nodo móvil en su lista de nodos con movilidad.

8. Define Respuesta de registro.

Tras la recepción de una petición de registro el agente local devuelve al nodo móvil un mensaje de respuesta de registro. Si el nodo móvil solicita el servicio a través de un agente externo, será este quién reciba la contestación de registro y la envíe a continuación al nodo móvil.

9. En que consiste el Encapsulado IP-in-IP.

Consiste en insertar una cabecera IP adicional (outer IP header) antes de la cabecera IP original (inner IP header) del paquete inicial. Si es necesario, también es posible insertar otras cabeceras entre las dos anteriores como por ejemplo la cabecera de autentificación IP.

10. En que consiste el encapsulado mínimo.

Intenta minimizar al máximo la información de overhead de encapsulado para disminuir el tamaño del paquete resultante. Esto se realiza añadiendo una cabecera IP más pequeña que en el encapsulado IP-in-IP, y la cabecera IP original es modificada.