Slide 1 - Unisinos

Redes
Avançadas
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
- São Leopoldo -
Contextualização
• Últimos anos: explosão de computadores portáteis
• Crescimento da Internet
• Dependência da utilização da rede nas
organizações
– Algumas informações só são acessadas via rede
• Estes fatores indicam a grande necessidade de
comunicação com dispositivos móveis
– Fixos com móveis
– Móveis com móveis
Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder
Contextualização
• A grande maioria dos protocolos de rede não
possuem tal capacidade de comunicação
– Criados há muito tempo
– Época em que este tipo de comunicação não era
necessária
– Estes protocolos, então, falham na tentativa de
comunicação
• Surge a necessidade da criação de protocolos
novos
– IP Móvel (Mobile IP)
Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder
Necessidade de IP Móvel
• Para realizar o roteamento, roteadores baseiam-se
em determinadas informações
–
–
–
–
Informações contidas no pacote IP
Definem a direção correta dos pacotes
Decisões são baseadas no prefixo de rede do IP destino
Todos os hosts (nós) com uma interface de rede em um
dado enlace devem ter o mesmo prefixo de rede do
enlace
Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder
Necessidade de IP Móvel
-Endereço IP do Host4
tem prefixo 2.0.0
Backbone de alta
velocidade (Fibra)
Prefixo de rede= 3.0.0
Ethernet A
Prefixo de rede = 1.0.0
Ethernet B
Prefixo de rede = 2.0.0
- Host4 está conectado a
um link com prefixo 4.0.0
- Entradas da tabela de
roteamento do roteador
A:
-2 primeiras: direto
-2 últimas: rotas p/
2.0.0 (via roteador
B) e 4.0.0 (via
roteador C)
Host3
Host1
Host2
Roteador B
3.0.0.253
1.0.0.1
a
a
Roteador A
b
b
2.0.0.3
c
a
Host4
b
2.0.0.4
2.0.0.253
c
1.0.0.2
3.0.0.252
3.0.0.254
1.0.0.254
c
4.0.0.252
Roteador C
4.0.0.5
b b
Tabela de Roteamento do
Roteador A
Target/ Pref-Len
Next Hop
I/ f
1.0.0.0 / 24
"direct"
a
3.0.0.0 / 24
"direct"
c
2.0.0.0 / 24
3.0.0.253
c
4.0.0.0 / 24
3.0.0.252
c
2.0.0.4
b
Host4
Host5
Ethernet C
Prefixo de rede = 4.0.0
Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder
Necessidade de IP Móvel
-O que acontece quando
o Host1 tenta enviar um
pacote para o Host4?
1. Gera pacote com
IPOrig = 1.0.0.1 e IPDest
= 2.0.0.4. Na tabela de
roteamento do Host1,
enviará para o roteador
padrão (roteador A –
1.0.0.254 – interface a)
2. Roteador A faz
roteamento de acordo
com a terceira coluna
(rede 2.0.0) – Roteador
B – 3.0.0.253 – interface
c
Backbone de alta
velocidade (Fibra)
Prefixo de rede= 3.0.0
Ethernet A
Prefixo de rede = 1.0.0
Ethernet B
Prefixo de rede = 2.0.0
Host3
Host1
Host2
Roteador B
3.0.0.253
1.0.0.1
a
a
Roteador A
b
b
2.0.0.3
c
a
Host4
b
2.0.0.4
2.0.0.253
c
1.0.0.2
3.0.0.252
3.0.0.254
1.0.0.254
c
4.0.0.252
Roteador C
4.0.0.5
b b
Tabela de Roteamento do
Roteador A
Target/ Pref-Len
Next Hop
I/ f
1.0.0.0 / 24
"direct"
a
3.0.0.0 / 24
"direct"
c
2.0.0.0 / 24
3.0.0.253
c
4.0.0.0 / 24
3.0.0.252
c
2.0.0.4
b
Host4
Host5
Ethernet C
Prefixo de rede = 4.0.0
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Necessidade de IP Móvel
3. Roteador B tem uma
rota direta para hosts
com prefixo de rede
2.0.0. Transmite o pacote
via interface b.
Backbone de alta
velocidade (Fibra)
Prefixo de rede= 3.0.0
Ethernet A
Prefixo de rede = 1.0.0
Ethernet B
Prefixo de rede = 2.0.0
Host3
Host1
Host2
Roteador B
Mas, o Host4 não está
conectado àquele
enlace!
3.0.0.253
1.0.0.1
a
a
Roteador A
b
2.0.0.4
2.0.0.253
c
3.0.0.252
3.0.0.254
c
4.0.0.252
Roteador C
4.0.0.5
b b
Tabela de Roteamento do
Roteador A
Target/ Pref-Len
Roteador B vai enviar
uma mensagem ICMP
Host Unreacheble Error
para o Host1
b
1.0.0.2
1.0.0.254
O pacote não pode ser
entregue!
b
2.0.0.3
c
a
Host4
Next Hop
I/ f
1.0.0.0 / 24
"direct"
a
3.0.0.0 / 24
"direct"
c
2.0.0.0 / 24
3.0.0.253
c
4.0.0.0 / 24
3.0.0.252
c
2.0.0.4
b
Host4
Host5
Ethernet C
Prefixo de rede = 4.0.0
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Necessidade de IP Móvel
• As entradas nas tabelas de roteamento devem
conter as informações da acessibilidade de todos
os nós de determinado prefixo
• Esta é uma propriedade importante no roteamento
– Os pacotes endereçados a um determinado endereço
serão enviados aos roteadores que permitem o acesso
– Hosts que não encontram-se no link do seu prefixo de rede
não podem receber mensagens
– Para um nó mover-se de um link para outro, deve no
mínimo alterar o seu prefixo de rede
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Necessidade de IP Móvel
Ethernet A
Prefixo de rede = 1.0.0
Backbone de alta
velocidade (Fibra)
Prefixo de rede= 3.0.0
Ethernet B
Prefixo de rede = 2.0.0
• Por exemplo, poder-se-ia resolver o problema apresentado
com a seguinte solução:
Host3
Tabela de roteamento do
Roteador A
Target
2.0.0.4
Next Hop
3.0.0.252
Host1
Host2
Interface
Roteador B
3.0.0.253
c
Tabela de roteamento do
Roteador B
Target
Next Hop
Interface
2.0.0.4
3.0.0.252
c
a
1.0.0.1
a
Roteador A
b
b
2.0.0.3
c
a
Target
2.0.0.4
Next Hop
direct
Interface
b
b
2.0.0.4
2.0.0.253
c
1.0.0.2
1.0.0.254
3.0.0.252
3.0.0.254
c
4.0.0.252
Roteador C
4.0.0.5
b b
Tabela de Roteamento do
Roteador A
Tabela de roteamento do
Roteador A
Host4
Assim, um
pacote
o Host4
Target/
Pref-Len para
Next Hop
I/ f
seria sempre
emcaminhado
1.0.0.0 / 24
"direct"
a
/ 24
"direct"
para3.0.0.0
o Roteador
C c
2.0.0.0 / 24
3.0.0.253
c
4.0.0.0 / 24
3.0.0.252
c
2.0.0.4
b
Host4
Host5
Ethernet C
Prefixo de rede = 4.0.0
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Necessidade de IP Móvel
• Surgem algumas novas nomenclaturas:
– Home link: é o link no qual um nó deveria estar localizado (ou
seja, referente ao prefixo do seu IP)
– Foreign link: qualquer outro link que não seja o home link do nó
(ou seja, com prefixo diferente)
– Mobilidade: habilidade de um nó alterar o link ao qual está
conectado, mantendo as comunicações existentes e usando o
endereço IP do novo link
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Necessidade de IP Móvel
• É viável fazer este tipo de roteamento específico para cada
nó movel?
– Quantas rotas seriam necessárias para permitir a mobilidade dos
nós?
– Depende:
• Do número de nós móveis esperados
• Quantidade de nós que devem receber a informação de mudança
de link
• Da velocidade de mobilidade dos nós e o número de rotas que
devem ser adicionadas, atualizadas e apagadas a cada mudança
– Milhões de nós móveis!!
– Este tipo de roteamento torna-se impraticável!!
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Necessidade de IP Móvel
Ethernet A
Prefixo de rede = 1.0.0
Backbone de alta
velocidade (Fibra)
Prefixo de rede= 3.0.0
Ethernet B
Prefixo de rede = 2.0.0
• Outra solução seria simplesmente alterar o IP do nó móvel
quando ele se move para outro link
Host3
• A partir de então, o Host
host comunica-se
Host
através do seu novo IP
1
Host4
2
Roteador B
3.0.0.253
1.0.0.254
b
2.0.0.4
2.0.0.253
Roteador A
3.0.0.252
3.0.0.254
b
2.0.0.3
c
a a
• Mas, uma conexão aconseguiria
sec
1.0.0.1
1.0.0.2
manter ativa com esta mudança de IP?
b
c
4.0.0.252
Roteador C
4.0.0.5
b b
2.0.0.4
3.0.0.4
b
Tabela de Roteamento do
Roteador A
Target/ Pref-Len
Next Hop
I/ f
"direct"
a
3.0.0.0 / 24
"direct"
c
2.0.0.0 / 24
3.0.0.253
c
4.0.0.0 / 24
3.0.0.252
c
1.0.0.0 / 24
Host4
Host5
Ethernet C
Prefixo de rede = 4.0.0
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Necessidade de IP Móvel
• Tanto TCP quanto UDP utilizam o conceito de portas para a
distinção das aplicações que vão se comunicar
• Uma conexão TCP é identificada por 4 informações:
–
–
–
–
IP Origem
IP Destino
Porta Origem
Porta Destino
• O checksum também é calculado utilizando estas
informações (além do próprio segmento)
• A conexão simplesmente seria cortada se houvesse uma
alteração no IP
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Necessidade de IP Móvel
• Além disto, as comunicações em andamento entre o nó
móvel e qualquer outro deveria ser encerrada
– Com novas conexões sendo abertas a cada mudança de IP
• Assim sendo, alterar o IP do nó não resolve o problema da
mobilidade
• Esta abordagem resolve um outro problema, chamado
nomadicity
– Um nó nômade é um nó no qual todas as comunicações
existentes devem ser terminadas antes da mudança de link
– Todas as próximas conexões serão realizadas com o novo
endereço IP
• Problemas de busca e acesso aos nós nômades
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Necessidade de IP Móvel
• Assim sendo, uma nova abordagem foi proposta
pelo IP Móvel
• Esta abordagem soluciona o problemas de
mobilidade dos nós
– Se um nó move-se para outro link, ele poderá receber as
mensagens destinadas a ele
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IP Móvel
• O IP Móvel foi aprovado e publicado como um
padrão em 1996
• Foi introduzido pelo grupo IP Routing for Wireless/
Mobile Hosts (mobileip) do IETF (Internet Engineering
Task Force)
• É descrito em algumas RFCs:
– RFC 2002, 2003, 2004, 1701, 2005, 2006
– Definem características do protocolo IP Móvel, tipos de
“tunelamento”, aplicabilidade, configuração dos nós, etc.
– O termo IP Móvel refere-se a todos estas documentos
juntos
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IP Móvel
• Quando um host deseja enviar um pacote, não se preocupa
com a localização do destinatário
– Deseja que seus pacotes sejam entregues corretamente
– Função da camada de rede
• O IP Móvel é uma solução da camada de rede que permite
a mobilidade na Internet
– Configurando as tabelas de roteamento apropriadamente
– Os hosts que não estão no seu home link recebem os pacotes a
eles endereçados corretamente
– Completamente independente do meio físico
• Por exemplo, nootebook pode desconectar-se de uma rede Ethernet
cabeada e conectar a uma WLAN sem interrupção do serviço
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IP Móvel
• Mobilidade heterogênea: mover-se entre diferentes
tipos de rede
• Mobilidade homogênea: mover-se entre mesmos
tipos de rede
– Por exemplo, de uma rede sem fio para outra rede sem fio
• A idéia do IP Móvel é simplesmente a
implementação de mecanismos necessários para o
correto roteamento
– Modificação no TCP ou nas aplicações estão fora do
escopo do IP Móvel
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IP Móvel
• Requisitos do IP Móvel
– Um nó móvel deve ser capaz de realizar comunicação
com outros nós mesmo quando troca de link
– Um nó móvel deve ser capaz de utilizar o seu endereço IP
original, independente do link que estiver
– Um nó móvel deve conseguir conectar-se com nós nãomóveis (que não utilizam o IP Móvel)
– Não deve haver diferenciamento de controle de
segurança entre um nó móvel e um nó fixo
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IP Móvel
• São definidas 3 entidades básicas, nas quais as
características de mobilidade devem ser
implementadas:
– Nó móvel: um nó que pode alterar o seu ponto de
conexão com a Internet (alterar link), mantendo as
comunicações em andamento e seu endereço IP origem
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IP Móvel
• São definidas 3 entidades básicas, nas quais as
características de mobilidade devem ser
implementadas:
– Home agent: um roteador com uma interface no home link do
nó móvel
• O nó móvel informa a sua localização atual (care-of-address)
• Comunica aos demais nós a acessibilidade para o prefixo de rede
do nó móvel
• Pega os pacotes destinados para o home address do nó móvel e
envia via túnel para o local atual do nó móvel (ou seja, para o careof-address)
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IP Móvel
• São definidas 3 entidades básicas, nas quais as
características de mobilidade devem ser
implementadas:
– Foreign agent: um roteador com uma interface no foreign link do
nó móvel
• Auxilia o nó móvel a informar ao seu home agent o seu care-ofaddress atual
• Provê care-of-address aos nós móveis
• Pega e transmite os pacotes do túnel para o nó móvel (que foram
enviados no túnel pelo home agent)
• Serve como um roteador padrão para os pacotes gerados pelo nó
móvel (enquanto conectado no seu foreing link)
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IP Móvel
Nó Móvel "visitando"
um foreign link
Foreign Agent
Nó Móvel
"at home"
Foreign Link
Topologia arbitraria
de Roteadores e
Links
Home Agent
Foreign Agent
Home Link
Foreign Link
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IP Móvel
• Tunneling
– Um túnel é um caminho criado entre o home agent e um
foreign agent
– Permite que os dados destinados a um nó móvel
pertencente a este home agent possam ser entregues,
uma vez que o nó móvel está conectado ao foreign link
associado ao foreign agent
– No túnel, os pacotes são encapsulados como segue:
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IP Móvel
Nó Móvel
Foreign Agent
Home Agent
Um túnel do
home agent
para o foreign
agent
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IP Móvel
• Home address:
– É o endereço IP do nó móvel
– É permanente (assim como um IP de um host estacionário)
– Este endereço não muda de acordo com o movimento
do nó, mesmo quando conectado em outro link
• O home address é relacionado com o seu home
agent e, logo, com o seu home link
– O prefixo de rede do home address do nó móvel define
seu home link
• Home agent: roteador no home link do nó
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IP Móvel
• Care-of-address
–
–
–
–
Endereço IP do nó móvel que está visitando o foreign link
É específico para o foreign link sendo visitado pelo nó móvel
Muda toda vez que ocorre uma troca de foreign link
Pacotes destinados para um care-of-address são roteados
normalmente (sem procedimentos específicos)
– É usado como ponto de terminação do túnel (do home agent
em direção ao nó móvel)
• Care-of-address é utilizado pelo home agent para entregar os
pacotes ao nó móvel
– Quando ele encontra-se em um foreign link
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IP Móvel
• Care-of-address
– Existem 2 tipos de care-of-address
• Foreign agent core-of-address
– Endereço IP de um foreign agent que tem uma interface no
foreign link visitado
– Pode ser qualquer endereço do foreign agent
– Prefixo não precisa ser o mesmo do foreign link visitado
– Pode ser compartilhado por vários nós móveis ao mesmo tempo
• Collocated care-of-address
–
–
–
–
Endereço IP temporário para uma interface do próprio nó móvel
O prefixo deve ser igual ao prefixo do foreign link
Utilizado quando não há foreign agents no foreign link
Pode ser utilizado por somente um nó móvel ao mesmo tempo
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IP Móvel
• Como funciona?
1. Home agents e foreign agents
periodicamente enviam (brodcasting)
mensagens Agent Advertisements que
são recebidas por todos os nós no link.
Mobile Node
Agent Advertisements
Agent
Host
Host
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IP Móvel
• Como funciona?
2. Os nós móveis examinam as
mensagens Agent Advertisements e
determinam se eles estão conectados
em seus home links ou em um foreign
link.
IP Header
(2)
IPsrc = Endereço do agent
IPdst = Broadcast
IPprotocol = ICMP
Agent Advertisement
(3)
Eu sou um: FA
FA Care-of Address
3. Nós móveis conectados em um foreign
link obtém um care-of address a partir das
mensagens Agent Advertisement.
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IP Móvel
• Descoberta (Agent Discovery)
– Agent Discovery (ou descoberta) consiste de alguns
passos
• Agents enviam em broadcast (periodicamente) mensagens
do tipo Agent Advertisement
• Esta mensagem contem um ou mais care-of-address
• Quando o nó móvel recebe esta mensagem, verifica se a
mensagem é do seu home agent e sabe se ele encontra-se
na sua rede ou na foreign
• O nó móvel não precisa esperar por mensagens de Agent
Advertisement, podendo solicitar um envio através de uma
mensagem de Agent Solicitation
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IP Móvel
• Como funciona?
4. O nó móvel registra seu care-of address
com seu Home Agent.
Requisição de Registro
2
1
Topologia arbitrária de
Roteadores e Links
Foreign Link
Home Agent
Foreign Agent
4
Resposta (reply) de Registro
3
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Home Link
IP Móvel
• Registro
– O registro consiste nos seguintes passos:
• Se um nó móvel descobre que ele está na sua rede, opera
sem serviços móveis
• Senão, envia uma mensagem do tipo Registration Request
para o foreign agent
– Com o seu IP permanente e o IP do seu home agent
• O foreign agent envia uma mensagem Registration Request
para o respectivo home agent, contendo o IP permanente
do nó móvel e o IP do foreign agent
• Atualiza suas tabelas e responde ACK para o foreign agent
• Atualiza sua lista de visitantes e envia o ACK para o nó móvel
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IP Móvel
• Como funciona?
5a. O Home Agent ou outro Roteador avisa sobre a
acessibilidade para o home address do nó móvel.
5b. Desta forma atraindo pacotes destinados para
o home address do nó móvel.
Host
Atualização de Roteamento:
Roteador
Cloud
" Eu posso alcançar todos os
destinos com prefixo de rede
igual ao home address do nó
móvel."
Home Link
Home Agent
Home Link
Home Agent
Cloud
Roteador
Cloud
Roteador
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IP Móvel
• Como funciona?
5c. O Home Agent intercepta pacotes destinados para o home address do nó móvel e envia-os,
via túnel, para o care-of address do nó móvel.
Nó Móvel
Foreign Agent
Home Agent
6. O Foreign Agent remove o pacote original do túnel e entrega o pacote original para o nó
móvel através do foreign link.
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IP Móvel
• Como funciona?
7. Pacotes enviados pelo nó móvel são diretamente
roteados para seus destinos, sem necessidade de
tunneling
- o foreign agent trabalha como um roteador para todos
os pacotes enviados pelo nó móvel visitante
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