Roteamento e IP móvel Introdução Milhares de pessoas precisam utilizar seus notebooks, tablets e smartphones enquanto viajam ou se locomovem fora de suas residências, seja para trabalhar, se comunicar ou como entretenimento. Já é, para muitas pessoas, inconcebível sair de casa sem seu smartphone conectado à internet. Falando assim, parece simples, precisamos acessar a rede da internet de qualquer lugar, mas você já parou para pensar como isso é possível, analisando o funcionamento da rede de computadores sem fio e móveis? Bom, isso não é tão simples quanto possa parecer, sendo que a ideia principal é que antes de rotear um pacote para um host móvel (smartphone, por exemplo), a rede precisa localizá-lo. Nesta unidade, você entenderá os conceitos principais que envolvem a resolução desse problema, objetivando alcançar esses hosts móveis onde quer que estejam para que se tenha acesso à rede. Ao final desta aula, você será capaz de: compreender como acontece a condução de pacotes de dados pela rede móvel, identificando técnicas de endereçamento e roteamento; identificar desafios e vantagens da implementação de rotas, reconhecendo o roteamento ad hoc. Endereçamento De acordo com Tanenbaum e Wetherall (2011), quando um processo de aplicação que pode ser um usuário quer estabelecer uma conexão com um processo de aplicação remoto, é preciso especificar a aplicação com a qual ele se vai conectar, isto é, é preciso definir para quem a mensagem deve ser enviada. Para isso, normalmente definem-se os endereços de transporte que os processos podem ouvir para receber solicitações de conexões. Esse é o princípio básico do endereçamento em redes de computadores, não muito diferente do fato de endereçar uma carta a um destinatário. - 1 -
Figura 1 - Endereçamento de cartas Fonte: Tashatuvango / Shutterstock. Segundo Kurose e Ross (2010), tratando-se de redes móveis, consideramos trabalhar com hosts móveis (notebook, smartphone, tablet etc.). Assim, para que a mobilidade do usuário seja transparente para aplicações da rede, é requerido que um host móvel mantenha seu endereço ao transitar de uma rede para outra. FIQUE ATENTO Quando falamos de rede nativa ( home network), referimo-nos à residência permanente do host móvel, assim como ao mencionar o agente nativo, consideramo-lo a entidade dentro dessa rede que executa o gerenciamento de funções de mobilidade em nome do host móvel. Já a rede em que o host móvel reside atualmente é uma rede externa, e a entidade dentro da rede externa que auxilia o host móvel no gerenciamento das funções de mobilidade é o agente externo. Quando um host móvel residir em uma rede externa, todo o tráfego enviado ao endereço permanente do host agora precisará ser roteado para a rede externa. Isso pode ser realizado, como uma opção, com a rede externa anunciando para as outras redes que o host móvel passou a residir em sua rede, utilizando a típica troca de - 2 -
informações de roteamento interdomínios e intradomínios com a vantagem de exigir poucas mudanças na infraestrutura de roteamento existente (KUROSE; ROSS, 2010). EXEMPLO A rede externa pode anunciar a seus vizinhos que tem o caminho específico e correto para rotear datagramas para o endereço permanente do host móvel. Posteriormente, esses vizinhos propagam essa informação de roteamento por toda a rede como parte do procedimento de atualização e informações de roteamento e tabelas de repasse, de modo que um host móvel sai de uma rede externa para outra, e a nova rede anuncia uma nova rota específica até o host móvel e a antiga rede externa retire suas informações referentes ao host móvel. A Figura 2 considera uma abordagem sobre o agente externo com mais detalhes e sob uma visão conceitual simples. Figura 2 - Elementos iniciais de uma arquitetura de rede móvel Fonte: Kurose e Ross, 2010, p. 407. A abordagem mostrada na Figura 2 é localizar agentes externos nos roteadores de borda na rede externa, sendo que um dos papéis do agente externo é criar um endereço aos cuidados de ( care-of-address COA) ou endereço administrado para o host móvel, considerando que a parte da rede do endereço COA combinaria com a parte da rede do endereço da rede externa. Dessa maneira, existem dois endereços associados a um host móvel: o endereço permanente e o endereço COA. O endereço permanente é como um endereço da família do host móvel, representado, na Figura 2, pelo endereço 128.119.40.186, e o endereço COA é como o endereço da casa onde o host móvel está residindo atualmente. Quando a rede 79.129.13/24 é visitada, o host móvel tem um COA 79.129.13.2. Uma segunda função do agente externo é informar ao agente nativo que o host móvel está residindo em sua rede e tem o dado endereço COA. - 3 -
Roteamento para dispositivos móveis Basicamente, oferecer mobilidade exige saber o endereço do host móvel, isto é, localizá-lo, pois, conforme se move, adquire novos endereços de rede. A ideia básica de roteamento móvel na internet, segundo Tanenbaum e Ross (2010), é que um host móvel diga a um host no local inicial onde ele está naquele instante, esse seria o agente nativo (ou local) de que já falamos. Quando o agente nativo conhece a localização do host móvel, é possível encaminhar pacotes para serem entregues a ele. No exemplo da Figura 3, um funcionário (host móvel) de uma empresa sediada em Nova York (agente nativo), está em San Diego para uma reunião de negócios. Durante a reunião, o funcionário recebe, de sua filial em Seattle (transmissor), um pedido de um pacote de dados. Figura 3 - Roteamento de pacotes para hosts móveis Fonte: Tanenbaum e Wetherall, 2011, p. 243. O funcionário mantém contato com sua sede utilizando uma rede local (COA), utilizando uma mensagem de registro ou controle (linha 1), que é diferente de uma mensagem de dados. A filial em Seattle, então, solicita ao funcionário que lhe envie uma informação a respeito de um projeto (linha 2). Seattle não sabe que o funcionário está em San Diego, por isso, a mensagem é enviada para o endereço fixo do funcionário, em Nova York. O agente nativo, contudo, sabe a localização do funcionário e encapsula a mensagem, dá-lhe um novo cabeçalho e a envia para o funcionário que está em San Diego utilizando a conexão COA mantida entre eles (linha 3). Este processo é chamado de tunelamento. Ao receber a mensagem, o funcionário, ciente de que é o escritório de Seattle que pede a informação, a envia diretamente para lá, sem necessitar passar pelo seu agente nativo (linha 4). Este procedimento faz com que Seattle (o transmissor) obtenha a informação de que o funcionário (host móvel) agora está no endereço COA em San Diego, estabelecendo um túnel de comunicação direto entre eles (linha 5). Como se vê na Figura 3, o tráfego de informações formou um triângulo e, por isso, é chamado de roteamento triangular. Ainda que o funcionário volte para o hotel e estabeleça um novo endereço COA, Seattle sempre pode utilizar a comunicação com o agente nativo para alcançar o host móvel. - 4 -
FIQUE ATENTO Um fator importante não citado nesse processo de roteamento é a questão da segurança na transmissão das informações. A informação de segurança está incluída nas mensagens para que, no destino, as mensagens possam ser verificadas com protocolos criptográficos e, então, validadas. Segundo Tanenbaum e Wetherall (2011), existem muitas variações sobre o roteamento móvel. O esquema que foi apresentado é modelado com a mobilidade do IPv6, utilizada na internet e como parte das redes de celular baseadas em IP, como UMTS. No exemplo dado, o transmissor é um host fixo, mas ele pode ser móvel, como parte de uma rede móvel, como um computador em um avião (RAPAPPORT, 2009). Roteamento para redes ad hoc As redes ad hoc configuram-se de modo que não exista um host central (Figura 4) utilizado como ponto de acesso, logo não há um roteador central e os dispositivos podem se comunicar diretamente um com o outro (Figura 4). Em redes ad hoc, os hosts e os roteadores são móveis, como acontece com trabalhadores que estão em locais de emergência, como campos de batalha, aviões, uma frota de navios no mar ou grupo de pessoas com notebooks em uma área que não tem uma rede local sem fio 802.11. Nesses casos, temos um nó composto por roteador e um host, em geral, no mesmo computador (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). A diferença está, ainda de acordo com Tanenbaum e Wetherall (2011), no fato de as redes ad hoc não apresentarem topologia e de os nós estarem em movimento, aparecendo em novos lugares de um momento para outro. A topologia pode ser alterada o tempo todo, fazendo com que o interesse ou a validade dos caminhos se alterem espontaneamente e sem aviso. - 5 -
Figura 4 - Redes ad hoc Fonte: Mamanamsai / Shutterstock SAIBA MAIS É bom conhecer com mais detalhes o funcionamento do roteamento em redes isso, recomendamos a leitura do livro ad hoc. Para Redes de computadores, de Andrew S. Tanenbaum e David Ross, que demonstra como funciona um algoritmo de roteamento em redes ad hoc, chamado algoritmo Ad hoc On-demand Distance Vector (AODV). Fica claro que todas essas circunstâncias tornam o roteamento ad hoc desafiador e, portanto, não tão utilizado se comparado às redes fixas. Existem alguns algoritmos para roteamento em redes mencionados tornam os estudos mais complexos. ad hoc, contudo, os desafios IP móvel De acordo com Tanenbaum e Wetherall (2011), se tratando de redes móveis, há a necessidade de que cada local que deseja permitir que seus usuários viagem criem um auxiliador no local, denominado agente nativo. Assim, quando um host móvel vai para um local externo, ele adquire um novo endereço IP (o endereço COA ou care of), e quando o pacote de dados com destino ao host móvel chega ao local de origem e o próprio host móvel está em outro local, é o agente de origem que pega o pacote e envia para o móvel por um túnel, no endereço COA atual. O host móvel pode enviar pacotes de resposta de forma direta para qualquer um com quem deseja se comunicar, entretanto, ainda usando seu endereço de origem. Essa seria a ideia geral do funcionamento de um IP móvel. - 6 -
Fechamento Agora que lhe foram apresentados conceitos de endereçamento, roteamento e IP móvel, você poderá entender como estes conceitos cooperam para o funcionamento da rede sem fio para usuários móveis. Nesta aula, você teve a oportunidade de: compreender como o endereçamento, o roteamento e o IP móvel trabalham para que o usuário móvel possa acessar uma rede. Referências KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 5. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2010. RAPPAPORT, T. S. Comunicações sem fio: princípios e práticas. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009. TANENBAUM, A. S.; WETHERALL D. Redes de computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011. - 7 -