Protocolos de Mobilidade sobre IPv6: Uma análise sobre MIPv6 x PMIPv6 x DMMS

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1 959 Protocolos de Mobilidade sobre IPv6: Uma análise sobre MIPv6 x PMIPv6 x DMMS César A. H. Loureiro 1 RESUMO A migração do IPv4 para o IPv6 está ocorrendo com menos intensidade do que se esperava. Contudo a necessidade de expansão de acesso a Internet através de dispositivos móveis, está exercendo uma pressão para a padronização de um protocolo de provimento de mobilidade que possibilite aos usuários manter sua conexão mesmo em movimento. Com base nisto, este trabalho compara três propostas para utilização de mobilidade sobre IPv6, mostrando suas características e funcionalidades. Palavras-chave MIPv6; PMIPv6; SHAM6; DMMS. INTRODUÇÃO No protocolo IPv6, novas funcionalidades foram introduzidas em relação ao IPv4, entre elas a possibilidade de utilizar o recurso da mobilidade. Isto permite que não apenas computadores, mas também celulares, palms ou quaisquer dispositivos móveis, possam ter acesso de qualquer lugar à Internet como se estivesse em um ponto de sua rede local, usufruindo dos recursos disponibilizados pela sua rede, e não tendo restrições normalmente impostas em acessos públicos ou de terceiros. Trabalhos recentes apontam para novas idéias de como transformar a mobilidade sobre o IPv6 algo possível de ser implementado, não precisando deixar de lado a agilidade e segurança de que um acesso através de uma rede local pode nos proporcionar. Tendo em vista esta possibilidade, este artigo abrangerá alguns protocolos e propostas de como implementar este conceito, explanando sobre suas características e aspectos relativos a gerência de rede. Após a introdução, demonstraremos na seção dois o protocolo MIPv6 (Mobile IPv6), na seção três, o protocolo referente ao uso de MIPv6 através de Proxy, chamado PMIPv6, na seção quatro a estrutura de funcionamento do protocolo SHIM6, o qual terá sua aplicabilidade mostrada na seção cinco, em uma possibilidade de prover mobilidade sobre o IPv6 de forma descentralizada com o DMMS (Decentralized Mobility Management Service) e por fim a conclusão. 1 Docente do Curso de Sistema de Informação da Universidade Luterana do Brasil

2 960 MIPV6 Com a introdução do IPv6, cada rede possui teoricamente 2 64 endereços de host, isto possibilita a utilização de IPs estáticos e válidos para todos os dispositivos conectados na Internet, este número é chamado de home address, no momento em que um dispositivo móvel (Mobile Node - MN) se movimenta para outras redes, ele deve receber um novo IP variável chamado de care-of addres (CoA) para ser identificado nesta nova rede. Este IP pode ser recebido através de uma configuração statefull (servidor DHCPv6 existente na rede local atual) ou através de stateless (endereço gerado localmente pela implementação do IPv6) (MONTAVONT; NOEL, 2006). A próxima etapa para que o MN acesse sua rede local é a realização do Binding (VOLT, 2006), onde o MN envia para o roteador presente na rede de origem (Home Agent - HA) e para o nó correspondente (CN), seu endereço CoA. Assim qualquer pacote encaminhado para o home address do MN será interceptado pelo HA, o qual vai encapsular o pacote e encaminhar para o MN na sua atual posição utilizando seu care-of address. O processo onde o CN também recebe um bind update, ocorre quando se está utilizando uma otimização de rota que vem a possibilitar uma comunicação direta entre o CN e o MN Caso isto não seja possível, a comunicação entre o CN e o MN será realizada através do HA, isto é, todos os pacotes serão enviados do CN para o HA, e então encapsulados em um túnel até o MN como podemos acompanhar na Figura 1: Figura 1: MIPv6 arquitetura e operação1 (LE; FU; HOGREFE, 2006). 1) existe uma comunicação normal entre o MN o CN (nó correspondente); 2) MN movimenta-se para outra rede; 3) MN registra seu novo CoA no seu HA; 4) Ocorre o Binding Update (atualização das novas informações) entre o MN e o CN; 5) A comunicação entre o CN e o MN é estabelecida diretamente.

3 961 Para manter a segurança do processo exemplificado e impedir que qualquer nó externo a rede tente se autenticar em seu HA informando um IP válido de sua rede interna, o processo três da Figura 1 utiliza a autenticação de cabeçalhos já inclusa no IPv6 através do IPSec, isto garante que apenas MN s de sua rede realizem o processo de binding. No aspecto da gerência de redes, este solução possui alguns problemas, no momento em que o MN entra em uma nova rede FN (Foreign Network) ele demora de um a dois segundos para receber seu novo CoA (VOLT, 2006), além de necessitar realizar um novo registro junto aos seu HA informando suas novas configurações, isto faz com que ocorra uma latência na comunicação. Este processo de comunicação também não é indicado para aplicações real-time, pois como existe um túnel entre as partes, há uma sobrecarga de sinalização no pacote. Outro problema que ocorrer é a impossibilidade de se realizar o processo de binding por regras de firewall impostas nas diferentes redes no qual um MN pode passar. PMIPV6 O Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) tem o intuito de incluir um ponto central de controle de mobilidade, com isso, o MN não precisa realizar todos os controles de entrada e saídas de redes e possuir suporte a realização de túneis, esta responsabilidade passa a ser cumprida por duas novas entidades, o Mobile Access Gateway (MAG) que está na FN e pelo Local Mobility Anchor (LMA) que se encontra em sua rede de origem(le; LEI; FU, 2007). Para entendermos sua forma de funcionamento, será ilustrado o processo de troca de mensagens na Figura 2. Figura 2: Processo de estabelecimento de conexão entre MN e CN.

4 962 1 e 2) Quando um MN acessa a rede FN que possui um MAG, é realizado um procedimento de autenticação; 3) Após a autenticação de acesso bem sucedido, o MAG obtém o perfil do MN, que contém o MN-identifier, endereço LMA e o modo de configuração suportado pelo MN obtido a partir das políticas de segurança armazenadas como por exemplo em um AAA Server ( Authentication, Authorization and Accounting Server ); 4) Em seguida o MAG envia uma proxy binding update (PBU), incluindo na mensagem o MN-identifier ao LMA do MN, em nome do MN; 5 e 6) Uma vez que a LMA recebe a mensagem do PBU, ele verifica as políticas de segurança para assegurar se o remetente está autorizado a enviar o PBU, se estiver autorizado, ele aceita a mensagem de PBU; 7) Por último, o LMA envia uma mensagem proxy binging acknowlegment (PBA), incluindo as opções de prefixo da rede do MN e atualiza a rota para a rede do MN sobre um túnel até o MAG. Depois de realizado o túnel, o MAG envia uma mensagem de router advertisement ao MN com suas configurações de rede, configurações estas pertencentes à rede local do MN. A partir deste ponto, o envio e recebimento de mensagens do MN serão desempenhados pelo MAG e passará por um túnel até o LMA como se o MN estivesse na rede local. Este túnel será utilizado por todos os MN da home network que estiverem na foreign network e só será desfeito quando não existirem mais MN s na FG (KONG; LEE, 2008). Como vantagens relativas ao PMIPv6 podemos citar: - Não há necessidade de realizar qualquer tipo de configuração especial nos NM s; - Bom funcionamento através de wireless, já que não é necessário o uso de túnel internamente, que diminui o tamanho dos pacotes; - Menor tempo para a entrega dos pacotes entre as redes. Com a centralização dos controles de mobilidade nos MAG s e LMA s o tráfego da rede relativo ao MN pode ser mais facilmente controlado e gerenciado, pois utilizando MIPv6 seria necessário identificar cada um dos MN para, por exemplo, conseguir estatística de uso da rede por advento do uso da mobilidade.

5 963 SHIM6 A proposta de utilização de um modelo serviço descentralizado de mobilidade (Decentralized Mobility Management Service - DMMS), requer primeiramente o entendimento do protocolo SHIM6. SHIM6 é uma solução implantada diretamente nos hosts para utilização de multihoming, onde, por exemplo, um único host com um site web pode estar provendo serviço para vários ISPs e possuindo n endereços IPs. Conforme a Figura 3, ele é uma nova sessão entre a camada de rede (layer-3) e a camada de transporte (layer-4). A base de seu funcionamento é que um endereço IPv6 é usado para servir tanto como um localizador (conhecer os diferentes endereços onde se encontram o host), como um identificador (conhecido como ULID, Upper Layer Identifier) para camadas superiores. Figura 3: Arquitetura SHIM6. Em SHIM6, uma sessão da camada de transporte conterá os endereços dos hosts de origem e destino. Quando uma sessão inicia, a camada SHIM6 deve escolher um par de localizadores de ambos os lados para configurar uma sessão de transmissão. Se ocorrer falha de conexão ou congestionamento, a camada SHIM6 fica responsável pela comutação do tráfego para um novo par localizador. Este processo ocorre sobre a camada IP e todo o processo é absolutamente transparente para aplicações de camada superior conforme mostrado na Figura 4.

6 964 Figura 4: Processo SHIM6(LIU; BI; WANG, 2009) Host1 possui conexão com três provedores e obtêm três localizadores a partir deles, que são A1 do ISP A, B1 em ISP B e C1 do ISP C. Assim, o localizador do conjunto de Host1 é (A1, B1, C1). Da mesma forma, o localizador do conjunto de Host2 é (D2, E2), assim existem seis caminhos possíveis (A1D2, A1E2, B1D2, B1E2, C1D2, C1E2). Quando a conexão TCP entre o Host1 e Host2 é estabelecida, se um dos hosts possuírem multihoming, este enviará um pacote de negociação para anunciar que o SHIM6 deve ser utilizado. Neste contexto, serão trocados pacotes referente a configuração de multihoming, que serão mantidas pelos dois hosts. Durante a transmissão, o Host1 calcula estatísticas de desempenho do caminho através dos valores de RTT (fórmula disponível em (LIU; BI; WANG, 2009)), ocorrendo um congestionamento, os hosts trocam de rota durante a conexão. Também são avaliadas estatísticas através dos n caminhos disponíveis, possibilitado uma troca de rota entre as partes na localização de um caminho mais rápido. Esta especificação foi aprovada em junho de 2009 através da RFC-5533 (RFC-5333, 2009) e no momento estão sendo criados grupos de trabalho para implementação em sistemas operacionais.

7 965 DMMS Para o uso do DMMS, a proposta estudada necessita de uma nova entidade, os MA s (Mobily Agents) que devem existir em todas as redes na qual o NM poderá ter acesso (LE; LEI; FU, 2007). Inicialmente o MN deve possuir um endereço de rede único e roteável, fornecido de forma dinâmica e registrado em um D-DNS (Dynamic Domain Name System) com TTL igual a 0, para que não seja mantido em cache, conforme ação (1) da Figura 5, isso permite uma conexão entre o MN e o CN, conforme a ação (2) da figura 5. Figura 5: Arquitetura do Decentralized Mobility Management Service No momento em que o MN se movimenta para a rede AN2 (ação (3) da figura 5) ele envia um pacote contendo seu endereço IP externo, este pacote é interceptado pelo novo Mobility Agent (MA), o qual através do prefixo da rede do MN descobre quem é seu respectivo MA (MA1). Neste momento o novo MA (MA2) estabelece um contexto SHIM6 com o (MA1) da rede original do MN. Como o NM na nova rede vai receber um novo IP através de DHCPv6, os MAs irão criar uma rota onde o MA1 sabe que NM está da rede AN2 e o MA2 sabe que todo o pacote que ele receber com o endereço original de MN deve encaminhar para o novo endereço local de MN (LE; LEI; FU, 2007). Este processo possibilita que o a comunicação existente entre as redes utilizem apenas roteamento, sem a necessidade de realização de túnel, o que é necessário se utilizarmos MIPv6 ou PMIPv6, além disto, este modelo proporciona uma redução de 5 vezes no tamanho do cabeçalho (túnel header:40 bytes, SHIM6 header: 8 bytes).(liu; BI; WANG, 2009) A implementação DMMS com usa solução de uso geral depende de algumas definições referentes à segurança e gerência, pois a segurança é realizada através de processos externos como o uso DNS-Sec e AAA Servers durante o handover (troca de rede executada

8 966 pelo MN), não sendo obrigatório seu uso. No que tange ao gerenciamento é necessário que ocorra maiores definições quanto ao uso do SHIM6 (SHIM6, 2011). CONCLUSÃO Neste trabalho foram apresentados três protocolos para a utilização de mobilidade sobre IPv6, foram abordados aspectos referente a suas funcionalidades e suas características. Como abordado, o MIPv6 foi a primeira implementação para o uso da mobilidade o qual recebeu algumas extensões como o FMIPv6 (Fast MIPv6), que incluiu a possibilidade de um nó móvel se conectar a próxima rede ainda estando conectado a uma rede estrangeira, o que obrigaria o nó móvel a ter conhecimento da proximidade de novos roteadores e aumentaria ainda mais as mensagens de controle, outra extensão criada foi o HMIPv6 (Hierarchical IPv6), que reduz as mensagens de controle do FMIPv6 através de um MAG, deixando as mensagens de controle no domínio da rede onde se encontra no nó móvel. Em comparação com os protocolos acima, o PMIPv6 melhorou a latência de handover utilizando o MAG, diminuiu o tamanho dos pacotes deixando o túnel apenas entre as redes e não mais até o nó móvel, mas mesmo assim, ainda possuímos problemas de latência na troca entre as redes. Com a utilização do DMMS é possível reduzir ainda mais a latência, pois estaríamos trabalhando sem túneis. Mas para todas as soluções aqui expostas, necessitamos de estruturas compatíveis entre as redes, que deve ocorrer com a utilização destas ou de outras tecnologias em grande escala através de comprovação prática de seu uso. Este trabalho atingiu seu objetivo de identificar técnicas para o uso de mobilidade e agregar uma visão sobre as vantagens e possíveis problemas na gerência destas tecnologias, abrindo possibilidades para trabalhos futuros de pesquisa sobre ferramentas e técnicas de como executar uma gerência eficiente sobre a mobilidade em IPv6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS K. Kong e W. Lee, "Mobility management for all-ip mobile networks: mobile IPv6 vs. proxy mobile IPv6", IEEE Wireless Communications, Volume 15, Issue 2, Abril 2008, pp S. Liu, J. Bi e Y Wang, A Shim6-Based Dynamic Path-Selection Mechanism for Multihoming, Evolving Internet INTERNET '09, First International Conference on Aug. 2009, pp

9 967 D. Le, X. Fu e D. Hogrefe, A review of mobility support paradigms for the internet, IEEE Communications Surveys & Tutorials, Volume 8, Issue 1, First Quarter 2006, pp N. Montavont e T. Noel, Handover management for mobile nodes in IPv6 networks, IEEE Communications Magazine, Volume 40, Issue 8, Aug. 2002, pp D. Le, J. Lei e X. Fu, A new decentralized mobility management service architecture for ipv6-based networks, International Workshop on Modeling Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems archive, 2007 pp C Vogt, A Comprehensive and Efficient Handoff Procedure for IPv6 Mobility Support, International Workshop on Wireless Mobile Multimedia archive, 2006, pp Request for Comments: Disponível em Publicado em outubro de Shim6 Status Pages. Disponível em Acessado em agosto de 2011.