Juan Rodolpho Basso
Análise e Testes da Mobilidade em Redes do Padrão
IEEE 802.11 Utilizando Protocolo IP versão 6
Joinville / SC
Junho de 2006
Juan Rodolpho Basso
Análise e Testes da Mobilidade em Redes do Padrão
IEEE 802.11 Utilizando Protocolo IP versão 6
Orientador: Prof. Charles Christian Miers, M.Sc.
UDESC - U NIVERSIDADE D O E STADO DE S ANTA C ATARINA
C ENTRO DE C I ÊNCIAS T ECNOL ÓGICAS
D EPARTAMENTO DE C I ÊNCIA DA C OMPUTAÇ ÃO
Joinville / SC
Junho de 2006
Monografia sob o tı́tulo “Análise e Testes da Mobilidade em Redes do Padrão IEEE 802.11
Utilizando Protocolo IP versão 6”, defendida por Juan Rodolpho Basso e aprovada junho de
2006, em Joinville, Santa Catarina, pela banca examinadora constituı́da pelos professores:
Prof. Charles Christian Miers, M.Sc.
Departamento de Ciência da Computação - UDESC
Orientador
Prof. Adriano Fiorese, M.Sc.
Departamento de Ciência da Computação - UDESC
Prof. Maurı́cio Aronne Pillon, Dr.
Departamento de Ciência da Computação - UDESC
Prof. Ricardo Ferreira Martins, M.Sc.
Departamento de Ciência da Computação - UDESC
Dedico esta monografia a meus pais,
cujo exemplo de honestidade e trabalho
tem sido um norteador para a minha vida,
e para minha namorada, que tem
me dado apoio nos momentos mais difı́ceis
e mostrado a simplicidade de ter esperança.
Agradecimentos
Dedico meus sinceros agradecimentos para:
– Meus caros colegas e amigos que me ajudaram durante todo o curso;
– Meus pais pela compreensão e apoio que vem me dado durante todo curso;
– Meu professor orientador que contribui na elaboração desta monografia.
“Quando a riqueza se perde, nada se perde,
quando a saúde se perde, se perde alguma coisa;
mas quando o caráter se perde, tudo está perdido.”
Zorobadel - Reconstruindo o Templo
Resumo
Este trabalho visa analisar e testar a mobilidade nas redes locais sem fio, baseado em um estudo sobre o protocolo IPv6. Além disso, para fins de comparação com outra rede com o mesmo
objetivo, foi feito o estudo do IPv4, também voltado para a questão de mobilidade. Com isso,
será possı́vel comparar os resultados obtidos da mobilidade nas redes IPv6 em relação à mobilidade nas redes IPv4. Entretanto, para a explicação da mobilidade, é necessário conhecer
os conceitos básicos que compõem a mobilidade, como, por exemplo, a redes locais sem fio
(WLANs), modelos OSI e DARPA, além dos protocolos IPv4 e IPv6.
Palavras-chave: IPv4, IPv6, MIPv4, MIPv6, WLAN, IEEE 802.11, mobilidade.
Abstract
This work aim to analyze and test the mobility in wireless local network, based in a study
about IPv6 protocol. Beyond that, to compare with another network with the same objective,
has maked the study of IPv4, also turned to the question of mobility. Thereby, it will be possible
to compare the obtained results of mobility in the IPv6 networks in relation with the mobility in
the IPv4 networks. However, for the mobility’s explication, it is necessary to know the basics
conceptions that compose the mobility, as, for example, the wireless local network (WLAN),
OSI and DARPA model, besides IPv4 and IPv6 protocols.
Keywords: IPv6 móvel, MIPv6, IPng, WLAN, IEEE 802.11, mobilidade.
Lista de Figuras
1
Troca de dados usando modelo OSI. Adaptado de Tanenbaum (2003) . . . . . .
19
2
Comparação do Modelo OSI e Modelo Internet. Adaptado de Tanenbaum (2003) 20
3
Cabeçalho IPv4. Adaptado de Doyle (2005) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
4
Definindo a sub-rede. Adaptado de Doraswamy e Harkins (2003) . . . . . . . .
25
5
Classe de IPs e faixas que as compõe. Adaptado de Tanenbaum (2003) . . . . .
26
6
Descobrindo o endereço MAC. Adaptado de Doyle (2005) . . . . . . . . . . .
28
7
Transformação do endereço, utilizando NAT. Adaptado de Tanenbaum (2003) .
29
8
Exemplo de rede utilizando IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
9
Estrutura do IPv6. Adaptado de Smetana (2001) . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
10
Exemplos do uso de extensões no IPv6. Adaptado de Sousa, Monteiro e Boavida (2003) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
11
Exemplo de rede utilizando IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
12
Envio de pacote IPv6 em rede IPv4 usando túnel. Adaptado de Beijnum (2005)
46
13
Envio de pacote IPv6 para nó IPv4 usando NAT-PT. Adaptado de Popoviciu,
Levy-Abegnoli e Grossetete (2006) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
14
Troca de dados entre redes IPv4 com meio IPv6. Adaptado de Sportack (2002)
48
15
Tipos de topologias para redes Wireless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
16
Usuário trocando de rede. Adaptado de Roshan e Leary (2003) . . . . . . . . .
54
17
Envio e recebimento de pacotes para o MN. Adaptado de Raab et al. (2005) . .
57
18
Os dois casos possı́veis de se utilizar mobilidade IPv6 . . . . . . . . . . . . . .
59
19
Esquema básico de rede utilizando HMIPv6. Adaptado de Soliman et al. (2005)
61
20
Roteamento dinâmico pelo dispositivo móvel . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
21
Passagem entre redes usando micro e macro-mobilidade . . . . . . . . . . . .
65
Lista de Tabelas
1
Descrição do cabeçalho do IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
2
Principais números para os protocolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
3
Descrição do cabeçalho IPv6. Adaptado de Filho (2004), Deering e Hinden
(1998) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
4
Comparação do IPv4 com IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
5
Comparação entre uma rede IPv4 e outra IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
6
Comportamento dos nós móveis nas redes móveis . . . . . . . . . . . . . . . .
62
7
Alcance dos nós . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
Lista de Abreviaturas e Siglas
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
AP
Access Point
ARP
Address Resolution Protocol
BA
Binding Acknowledgement
BSS
Basic Service Set
BU
Binding Update
CCITT
Consultative Committee on International Telephony and Telegraph
CCoA
Co-located Care-of-Address
CIDR
Classless Inter-Domain Routing
CN
Correspondent Node
CoA
Care-of-Address
DARPA
Defense Advanced Research Projects Agency
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
DMZ
DeMilitarized Zone
DNS
Domain Name System
DSMIPv4
Dual Stack Mobile Internet Protocol version 4
DSMIPv6
Dual Stack Mobile Internet Protocol version 6
ESS
Extended Service Set
FA
Foreign Agent
FTP
File Transfer Protocol
GHz
Giga Hertz
GPRS
General Packet Radio Service
HA
Home Agent
HTTP
HyperText Transfer Protocol
HMIPv6
Hierarchical Mobile Internet Protocol version 6
IBSS
Independent Basic Service Set
ICMP
Internet Control Message Protocol
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IETF
Internet Engineering Task Force
IHL
Internet Header Length
IP
Internet Protocol
IPng
Next Generation Internet Protocol
IPSec
Internet Protocol Security
IPv4
Internet Protocol version 4
IPv5
Internet Protocol version 5
IPv6
Internet Protocol version 6
ISO
International Organization for Standardization
LAN
Local Area Network
LCoA
Link Care of Address
MAC
Medium Access Control
MAP
Mobile Anchor Point
Mbps
Mega bits por segundo
MIP
Mobilidade Internet Protocol
MIPv4
Mobilidade Internet Protocol version 4
MIPv6
Mobilidade Internet Protocol version 6
MN
Mobile Node
MTU
Maximum Transmit Unit
NAPT
Network Address and Port Translator
NAT
Network Address Translation
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OSI
Open Systems Interconnection
QoS
Quality of Service
RCoA
Regional Care of Address
RFC
Request For Comments
TCP
Transmission Control Protocol
TCP/IP
Transmission Control Protocol over Internet Protocol
TTL
Time To Live
UDESC
Universidade do Estado de Santa Catarina
VPN
Virtual Private Network
WCDMA
Wide-Band Code-Divison Multiple Access
WECA
Wireless Ethernet Compatibility Alliance
Wi-Fi
Wireless Fidelity
WLAN
Wireless Local Area Network
Sumário
1 Introdução
14
2 Histórico e Conceitos
17
2.1
Modelo OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.2
Modelo DARPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.3
Protocolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2.3.1
IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
2.3.1.1
Endereçamento IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
2.3.1.2
ARP (Address Resolution Protocol) . . . . . . . . . . . . . .
27
2.3.1.3
ICMP (Internet Control Message Protocol) . . . . . . . . . .
28
2.3.1.4
NAT (Network Address Translation) . . . . . . . . . . . . .
29
2.3.1.5
Exemplo de Uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
2.3.2.1
Endereçamento IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
2.3.2.2
Exemplo de Uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
Diferenças entre IPv4 e IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
2.3.3.1
Exemplo de Uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
Integração de Redes IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
2.3.4.1
IPv6 em redes IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
2.3.4.2
IPv4 em redes IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
2.4
WLAN (Wireless Local Area Network) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
2.5
Conclusões Parciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
2.3.2
2.3.3
2.3.4
3 Mobilidade IP
53
3.1
Mobilidade em Redes IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
3.2
Mobilidade em Redes IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
3.3
Mobilidade em Redes Mistas (IPv4 e IPv6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
3.4
Mobilidade nas redes IEEE 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
3.5
Conclusões Parciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
4 Considerações Finais
67
Referências
69
Apêndice A -- Plano do TCC
73
15
1
Introdução
Com a evolução dos computadores houve a necessidade da interconexão dos mesmos. Para
isso existem várias formas, diferenciando o modo de conexão, velocidades de transmissão,
formas de comunicações, tratamento dos erros, entre outros. Este conjunto de interconexão
ficou denominado de rede de computadores. (COMER, 2000)
As redes de computadores fizeram com que a utilização ficasse mais simplificada, reduzindo
custos e aumentando a produtividade. Entretanto, a evolução dos computadores era cada vez
maior, fazendo com que a área de redes evoluı́sse na mesma medida. A evolução foi tão grande
que não limitava-se apenas as redes locais, mas entre lugares distantes, necessitando de redes
mais complexas. (COMER, 2000)
As redes em seu princı́pio eram interconectadas por cabos, conduzindo sinais elétricos e
ópticos de um ponto ao outro, mas com o aumento para centenas ou milhares de computadores
na mesma rede, isto se tornou uma dificuldade por causa do espaço fı́sico para instalação dos
cabos e aspectos relacionados a essa arquitetura. Devido a essa necessidade das empresas,
foram desenvolvidas as formas de comunicação sem fio. (COMER, 2000)
Alguns algoritmos para comunicações de redes sem fio foram padronizados por órgãos internacionais, dentre eles a IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Os principais algoritmos para as redes locais sem fio ficaram agrupados nos padrões IEEE 802.11 (IEEE,
1993), IEEE 802.15 e IEEE 802.16. O padrão IEEE 802.11 é o mais utilizado pelos computadores para a comunicação em redes locais.
Para a comunicação de computadores de mesa foi um sucesso o padrão IEEE 802.11, já
que não precisava mais de tomadas de rede próximas, além de dutos para passagem dos cabos.
Porém, surgiu um problema onde os computadores portáteis (notebook, handheld, entre outros)
só poderiam se deslocar dentro da área que aquela rede comportava. Para resolver isto, foi
necessário criar mobilidade dentro das redes, ou seja, possibilitar que os computadores portáteis
pudessem se deslocar entre diversos pontos de acesso compatı́veis entre si, sem perder seu
vı́nculo de comunicação.
1 Introdução
16
Para que haja a comunicação entre as redes, é necessário, além da parte fı́sica, que o receptor
entenda os dados transmitidos pelo emissor. Devido a isto, foram criados protocolos de rede
que fazem esta função, sendo o principal protocolo utilizado pelas redes, tanto com ou sem fios,
o IPv4 (Internet Protocol version 4). (COMER, 2000)
O protocolo IPv4 e a mobilidade que as redes sem fio necessitam não estão incorporadas
como padrão, necessitando alguns ajustes para que se possa utilizar este recurso (PERKINS,
2002). Mas para sanar este problema, já há o protocolo IPv6 (Internet Protocol version 6), que
traz a mobilidade como um recurso padrão, dentre outros recursos. (PERKINS, 1996)
O IPv6 (DEERING; HINDEN, 1998) é baseado no IPv4, podendo ser considerado como um
melhoramento. Este foi desenvolvido, pois o IPv4, projetado na década de 70, já está quase na
sua capacidade total de possı́veis endereços. Outros fatores que motivaram a criação do IPv6
foi a nova disponibilidade tecnológica que o mercado oferece, como dispositivos móveis, redes
sem fio, entre outros. (FILHO, 2004)
Baseando-se nisso, o principal objetivo deste trabalho visa analisar e testar o recurso de
mobilidade em redes sem fio. Para isso será feito o uso do protocolo IPv6 em redes baseadas
no padrão IEEE 802.11. O propósito é comprovar a funcionalidade, segurança, caracterı́sticas,
assim como seus pontos negativos. Além disto, mostrar quais configurações e requisitos são
necessários para a implantação deste recurso.
Para que este objetivo seja alcançado, é necessário o conhecimento sobre alguns temas em
especı́fico. Dentre eles, o estudo dos protocolos IPv4 e IPv6 a fim de conhecer como estes
protocolo funcionam e ajudar no entendimento na mobilidade em cada caso. Outro assunto
que deve ser analisado é sobre as redes locais sem fio, principalmente as baseadas no padrão
IEEE 802.11, pois são as mais utilizadas para este fim. Por fim, analisar o comportamento da
mobilidade IP para os protocolos IPv4 e IPv6, podendo assim notar as diferenças que ambos
possuem. Outros objetivos a serem alcançados podem ser encontrados no Apêndice A.
Para representar isto, foi elaborado um texto, divido em capı́tulos. Cada capı́tulo visa dividir
os principais assuntos, podendo detalhar de forma clara e objetiva o conteúdo. Desta forma, é
possı́vel acompanhar de forma cronológica o entendimento até a busca do objetivo final.
Antes de começar o assunto do objetivo final, busca-se apresenta os conceitos básicos
que representam a base do assunto. Para isso foi criado o capı́tulo “Histórico e Conceitos”,
onde inicia apresentando o modelo OSI (Open Systems Interconnection) para a compreensão de
como funciona a troca de mensagens entre dois dispositivos. Em seguida, apresenta o modelo
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) que é o modelo que será utilizado para
1 Introdução
17
a realização dos testes práticos. Além disso, exibe informações sobre os protocolos que serão
utilizados de base (IPv4 e IPv6) para a o estudo da mobilidade. Por fim, apresenta conceitos
das redes locais sem fio, pois é com ela que será explanado a mobilidade IP.
Após ser estudado os conceitos básicos sobre mobilidade IP, é possı́vel demonstrar como
funciona a mobilidade de uma forma geral e apresentar a mobilidade IP com os dois protocolos
estudados (IPv4 e IPv6). Além disso, demonstrar como é possı́vel ter redes móveis mistas. Por
fim, apresentar como a mobilidade IP se encaixa no padrão IEEE 802.11.
Por fim, depois do estudo sobre a mobilidade IP estar concluı́da, é possı́vel apresentar as
considerações finais, contendo uma explicação sobre a obtenção dos objetivos propostos. Além
disso, demonstrar as dificuldades encontradas, possı́veis modificações em relação ao plano e
citar alguns temas para trabalhos futuros.
Entretanto, para o desenvolvimento deste trabalho foi necessário uma motivação, onde esta
foi demonstrar como funciona a mobilidade no IPv6. Porém, para que se tenha uma idéia das caracterı́sticas apresentas nos testes, é necessário que seja comparada a uma outra mobilidade, no
caso a mobilidade IPv4. Além disso, após a comparação da mobilidade em ambos os protocolos, mostrar se no IPv6, já que é um novo protocolo, é mais vantajoso que no IPv4, informando
também seus pontos negativos.
Para que isto seja expressado da melhor forma, o método de desenvolvimento que será
utilizado é a pesquisa aplicada e referenciada com um estudo de caso prático baseado no conhecimento adquirido no estudo teórico. A parte prática será realizada nas dependências da
UDESC (Universidade do Estado de Santa Catarina) e será totalmente documentada.
Para os testes práticos, serão necessários no mı́nimo dois repetidores de redes local sem
fio que utilizam o padrão IEEE 802.11, dois roteadores para isolar as redes e um dispositivo
móvel. Este teste tem o objetivo de locomover-se com o dispositivo móvel entre a abrangência
dos repetidores sem que a conexão seja interrompida com a troca da rede.
Um trabalho que possui correlação com este é o artigo publicado por Fengping Li, intitulado
de “A study of mobility in WLAN”(ou “Um estudo sobre a mobilidade em WLAN”). Este artigo
faz um estudo sobre a mobilidade nas redes sem fio, explicando principalmente as formas de
mobilidade nas redes IPv6. Além disso, demonstra formas alternativas de diminuir a latência
que ocorre durante a troca de uma rede para outra.
18
2
Histórico e Conceitos
O uso de dispositivos móveis dentro das redes de computadores veio para auxiliar na usabilidade de dispositivos dentro das instituições ou até mesmo comunicando-se de fora da mesma.
Isto fez com que as pessoas pudessem deslocar-se sem a necessidade de ficar conectado por
cabos ou ainda ficar trocando o local de conexão do cabo.
Porém, com o crescimento do uso de dispositivos móveis, houve a necessidade das redes
adaptarem-se a suportar estes dispositivos. Isto fez com que fossem criados padrões e protocolos
para realizar este tipo de comunicação. Dentre estes protocolos estão o IPv4 e o IPv6, ambos são
baseados no modelo DARPA e oferecem uma estrutura para comunicação entre computadores,
independentes do meio fı́sico (redes guiadas ou sem fio).
Mas para que se expliquem os protocolos IPv4 e IPv6 é interessante o estudo sobre o modelo OSI, que foi um modelo que tentou entrar em prática, porém devido ao alto custo de
implementação e implantação não obteve seu espaço no mercado, ficando apenas como um modelo de referência. O intuito de apresentar este modelo é facilitar o entendimento de como as
redes funcionam, já que demonstra a divisão das camadas de rede bem definidas.
Entretanto, além de explicar como os protocolos se comunicam, é necessário explicar como
os pacotes trafegam pelo meio de comunicação. O meio que será explicado é o WLAN, onde
é utilizado para redes locais sem fio, provendo acesso com possibilidade de deslocamentos do
dispositivo móvel dentro de uma determinada área.
2.1 Modelo OSI
O modelo OSI é um modelo criado pela ISO (International Organization for Standardization) e pelo CCITT (Consultative Committee on International Telephony and Telegraph). Este
modelo foi elaborado no mesmo tempo em que o DARPA fazia pesquisas sobre protocolos de
rede. (PATIL et al., 2003)
Este modelo dividiu a comunicação de rede através de sete camadas. Cada uma destas
2.1 Modelo OSI
19
camadas deve ser criada com o intuito de que qualquer modificação na camada não necessite
alterar as demais, ter suas funções bem definidas e o limite das camadas deve ser escolhido a
minimizar ao máximo o fluxo de dados através das interfaces. Além disso, as camadas devem
ser grandes o bastante que as funções distintas não necessitem ser jogadas para outras camadas
e pequeno o bastante que a arquitetura não se torne de difı́cil manuseio. (TANENBAUM, 2003;
BARNES; SAKANDAR, 2004)
Conforme Patil et al. (2003) e Tanenbaum (2003) as camadas ficaram divididas da seguinte
maneira:
1. Fı́sica: Responsável pela transmissão dos bits no hardware;
2. Enlace: Faz a união ou divisão das informações e controle de erros;
3. Rede: Realiza a função de entrega de pacotes e determina a rota dos pacotes na rede;
4. Transporte: Prove a segurança na entrega dos pacotes;
5. Sessão: Administra a estabilização e manterimento das sessões, além da sincronização na
comunicação;
6. Apresentação: Faz a formatação e o ciframento dos dados; e
7. Aplicação: Dá suporte a aplicação do usuário.
As camadas de 1 a 4 são responsáveis pela definição de como o dados irão trafegar na rede.
As camadas de 5 a 7 são responsáveis pelo suporte a nı́vel de aplicação para a interface do
usuário, formatação dos dados e as sessões de comunicação. (BARNES; SAKANDAR, 2004)
A Figura 1 mostra como é feita a passagem de um dado da origem até o destino, utilizando o
modelo OSI. Os dados saem da aplicação do emissor, descendo por todas as camadas até chegar
ao meio fı́sico do emissor. É transmitido até o meio fı́sico do receptor, aonde vai subindo por
cada camada até chegar à camada de aplicação do receptor.
Além da emissão e recepção dos dados, as camadas precisam de protocolos para interpretar
o que está sendo transmitido, assim como é mostrado na Figura 1. As três primeiras camadas
possuem protocolos internos da sub-rede que servem para a comunicação entre nós, nó com
roteador e vice versa. (TANENBAUM, 2003)
O modelo OSI apresenta alguns problemas devidos ao tempo, tecnologia, implementações
e polı́ticas. A escolha das sete camadas foi uma questão mais polı́tica do que técnica, isso
acarretou que camadas ficassem sobrecarregadas e outras sem grande utilidade. As camadas de
2.1 Modelo OSI
20
Figura 1: Troca de dados usando modelo OSI. Adaptado de Tanenbaum (2003)
Rede e Enlace possuem muitas funções, enquanto as camadas Sessão e Apresentação são dispensáveis1 . Outros problemas foram encontrados na dificuldade de implementação e operações
ineficientes. (TANENBAUM, 2003)
Porém, o modelo OSI é usado como referência para compreensão, projeto de pilhas de
protocolos de rede e também para um parâmetro de comparação com outros modelos de rede
(PATIL et al., 2003). Um destes modelos é o DARPA, desenvolvido paralelamente ao OSI.
O modelo OSI foi aprovado pela ISO em meados da década de 80 e por suas implementações
serem complexas, apresentavam muitos bugs2 . Por isso, as empresas não adotaram este modelo
por considerar a implementação do modelo OSI como sendo um sinônimo de baixa qualidade
(TANENBAUM, 2003). Isto fez com que o modelo OSI ficasse apenas na teoria, não tendo grandes aplicações práticas.
Tanto a ISO como a DARPA estavam desenvolvendo protocolos, porém a abordagem da
ISO era mais teórica, enquanto da DARPA era mais prática. Deste modo quando foram termi1 Devido
2 Falhas
a sua baixa funcionalidade, as poucas funções puderam ser atribuı́das a outras camadas
ocorridas em determinadas condições decorrentes de má implementação
2.2 Modelo DARPA
21
nadas as pesquisas, a DARPA já tinha um protocolo operacional, enquanto a ISO ainda carecia
de uma implementação.
2.2 Modelo DARPA
O modelo DARPA pode ser considerado uma otimização do modelo OSI, sendo também
baseado em camadas, porém não é subdivido em sete camadas, apenas em quatro camadas
(PATIL et al., 2003). Este modelo também é conhecido como modelo TCP/IP (Transmission
Control Protocol over Internet Protocol) ou Internet. A Figura 2 mostra uma analogia entre os
dois modelos, comparando quais camadas se equivalem e quais foram extintas.
Figura 2: Comparação do Modelo OSI e Modelo Internet. Adaptado de Tanenbaum (2003)
As camadas Sessão e Apresentação foram extintas devido a sua baixa funcionalidade, como
fora descrito nos problemas do modelo OSI. As camadas de Enlace e Fı́sica foram unificadas
devido às funcionalidades serem muito correlacionadas. As demais camadas se equivalem.
Destas, apenas a camada de Rede que passou a ser chamada de Internet.
Este modelo (DARPA, 1981) foi uma sucessão do modelo ARPANET3 , onde este se tornou
obsoleto devido às novas tecnologias que foram surgindo, dentre elas a comunicação por satélite
e rádio. Ambos são projetos de pesquisa desenvolvidos pelo DARPA, onde este queria criar uma
rede onde as conexões entre os nós de origem e destino continuassem funcionando caso algum
dos outros nós da rede fossem desativados. (TANENBAUM, 2003)
O objetivo para se alcançar a mobilidade IP é baseada neste modelo e dará maior ênfase a
duas camadas:
• Nó-para-Rede já que o meio fı́sico a ser utilizado é sem fio;
3 Rede
de computadores destinada ao trabalho corporativo de grupos, geograficamente distantes e sem um
controle central. (SIMON, 1997)
2.3 Protocolos
22
• Internet, pois é nesta camada que se encontram os protocolos IPv4 (Internet Protocol
version 4) e IPv6 (Internet Protocol version 6).
Estas camadas são as duas de nı́vel mais próximas do meio fı́sico do modelo, onde a mobilidade IP atua. As demais camadas não se preocupam tanto se a forma de comunicação é com ou
sem mobilidade, haja visto que a divisão em camadas torna esta independência possı́vel. Porém,
o modelo DARPA é caracterizado pelas camadas intermediárias, cada uma com seu protocolo
principal:
• TCP (Transmission Control Protocol): Protocolo da camada de transporte, orientado a
conexão, que realiza as funções ordenamento dos pacotes recebidos. Sua padronização
se encontra na RFC (Request For Comments) 793; e
• IP (Internet Protocol): Protocolo da camada de rede, responsável pela identificação de
cada nó da rede. Na Internet é o protocolo mais usado. Sua padronização se encontra na
RFC 791.
Para que se faça o entendimento do que são estes protocolos e qual o papel que desempenham dentro de suas camadas, surge a necessidade do conhecimento do que são e quais deles
serão necessários para que se cumpra o objetivo final. Além de explicar quais protocolos serão
utilizados, será necessário o entendimento das diferenças entre eles.
2.3 Protocolos
Protocolos nada mais são que um conjunto de regras, reguladores de tempo e um sintetizador que coordena a troca de informação entre dispositivos ou programas de computador
(HARTE, 2003). Tanto a origem quanto o destino devem ter o mesmo protocolo para interpretar
os dados enviados/recebidos. Caso os extremos não possuam o mesmo protocolo, pode haver
um intermediário que faça a tradução entre eles. (LABCOMP, 1998)
A mobilidade pode ser realizada utilizando-se vários protocolos. O objetivo deste trabalho é
apresentar a mobilidade IP utilizando tanto o protocolo IPv4 quanto o protocolo IPv6, portanto
se faz necessária a explicação do que são estes protocolos, assim como compará-los. Além
disso, mostrar como que é possı́vel ter uma rede com protocolo IPv6 dentro das redes IPv4.
2.3 Protocolos
23
2.3.1 IPv4
O IPv4 é um protocolo da camada de rede (modelo OSI) e da camada Internet (modelo
DARPA) (NAUGLE, 1998). Ele foi padronizado pela IETF (Internet Engineering Task Force) na
década de 80 (DARPA, 1981) e depois de 25 anos continua sendo muito utilizado, principalmente
na Internet.
É um protocolo roteável, possibilita o crescimento da rede sem serviços de interrupção e
ainda permite que a rede seja formada por equipamentos de diversos fabricantes distintos (FEIT,
1999; NAUGLE, 1998). Isto possibilitou que as organizações pudessem comprar comutadores
de um ou mais fabricantes, roteadores de outros e ainda garantir que a rede funcionasse como
se fossem de apenas um fabricante.
Este protocolo é divido em duas partes: o cabeçalho e os dados (FEIT, 1999). O cabeçalho
contém as informações do pacote, informando a versão, IP de origem, IP de destino, checksum
(para controle de erros), entre outros. A Figura 3 mostra como é formado o cabeçalho do IPv4.
Figura 3: Cabeçalho IPv4. Adaptado de Doyle (2005)
Cada campo do cabeçalho tem sua particularidade e descreve informações importantes para
os nós que interpretarão o pacote. Conforme Smetana (2001) e Doyle (2005) a descrição de
cada campo deste cabeçalho é dada conforme a Tabela 1.
2.3 Protocolos
24
Tabela 1: Descrição do cabeçalho do IPv4
Campo
Cabeçalho
Versão
do
Tamanho
do
Cabeçalho
Tipo de Serviço ou
DiffServ
Tamanho Total
Indicador
Sinalizador
Deslocamento
Fragmento
do
Tempo de Vida (TTL
- Time To Live)
Protocolo
Verificação da Soma
do Cabeçalho
Endereço de Origem
e Endereço de Destino
Opções
Enchimento
Descrição
Ocupa quatro bits que representam a versão do protocolo IP que está sendo utilizada.
A versão 4 do IP é representado pelo número 4.
Também conhecida como IHL (Internet Header Length), informa o tamanho do
cabeçalho. A contagem é feita de 32 em 32 bits.
Campo muito importante para o uso do QoS (Quality of Service). É uma representação
numérica que informa a precedência do pacote na rede.
Informa o tamanho total do datagrama. É medido em octetos (bytes), podendo ocupar
no máximo 64kB, porém é recomendado não ultrapassar de 576 bytes, a fim de evitar
problemas de perca de pacote.
Informa o número para identificar o datagrama. Serve para que o destino remonte os
datagramas da forma que foram criados e não da forma que foram recebidos.
3 bits que representam os sinais de controle na transmissão. O primeiro bit é reservado,
o segundo indica se o datagrama pode ser fragmentado (DF - Don’t Fragment) e o
terceiro informa se é o último datagrama (MF - More Fragments).
São 13 bits que especificam o offset, medido em 8 octetos, representa a posição do
começo do cabeçalho até o começo do fragmento. Isto evita erros na remontagem,
causados por recebimento de pacotes fora de ordem de criação.
Indica o tempo máximo que o pacote pode permanecer na rede. Cada unidade processadora de datagramas deve diminuir 1 do valor do TTL. Quando o TTL tem o valor 0,
ele deve ser destruı́do por ser considerado inalcançável.
Informa o protocolo que está usando a camada IP para as camadas Nó-para-Rede ou
Transporte.
É um campo destinado a detecção de erros. O checksum É verificado a cada vez que
é recebido, para garantir que o pacote chegou sem modificações. Quando se utiliza os
protocolos TCP, UDP ou ICMP não é necessário o uso deste checksum, já que aqueles
protocolos já fazem o cálculo.
Cada um possui 32 bits e representa o IP do emissor e do destinatário, respectivamente.
É um campo de tamanho variável, com no máximo 320 bits que definem algumas
informações para os roteadores.
Outro campo de tamanho variável, porém com no máximo 31bits. Serve apenas para
completar com 0 o campo Opções caso ele não seja múltiplo de 32 bits.
O campo Protocolo tem seu valor definido com um número de 8 bits. Cada protocolo
possui um número de identificação único (SMETANA, 2001). Estes números estão padronizados
na RFC 1700. Na Tabela 2 é apresentado alguns protocolos com seus respectivos números de
identificação.
2.3 Protocolos
25
Tabela 2: Principais números para os protocolos
Número do Protocolo
1
2
4
6
17
41
45
46
47
54
58
88
89
Protocolo
Internet Control Message Protocol (ICMPv4)
Internet Group Management Protocol (IGMPv4)
IP sobre IP (encapsulado)
Transmission Control Protocol (TCP)
User Datagram Protocol (UDP)
IPv6
Inter-Domain Routing Protocol (IDRP)
Resource Reservation Protocol (RSVP)
Generic Routing Encapsulation (GRE)
NBMA (Non-Broadcast, Multi-Access) Next Hop Resolution Protocol (NHRP)
Internet Control Message Protocol (ICMPv6)
Cisco Internet Gateway Routing Protocol (IGRP)
Open Shortest Path First (OSPF)
Conforme a Tabela 2, quando o protocolo IP está trabalhando com TCP, o campo Protocolo
recebe o valor 6, porém quando está trabalhando com IP sobre IP (como é o caso da Virtual
Private Network - VPN), o campo recebe o valor 4. Isto é aplicável aos demais protocolos
também.
Outros campos a serem explicados com maior detalhe são os de Endereço de Origem e
Endereço de Destino, pois possuem uma forma especial para serem definidos. É de suma importância o conhecimento de como é calculado e o modo de funcionamento do endereçamento
IPv4.
Para compreender como a mobilidade funciona dentro da camada de rede é necessário o
entendimento de como um nó identifica o outro para a transmissão das mensagens. Alguns
mecanismos que ajudam no processo de identificação, controle e tradução são:
• Endereçamento IP: Responsável por situar um nó dentro da rede. Com ele é possı́vel
saber em que rede está, quais outros nós podem ser alcançados, entre outros;
• ARP (Address Resolution Protocol): Responsável por descobrir o endereço fı́sico de um
determinado nó, representado por determinado IP. Possibilitando a comunicação;
• ICMP (Internet Control Message Protocol): Responsável por informar ocorrências na
rede, principalmente problemas causados por perdas de pacote; e
• NAT (Network Address Translation): Responsável pela tradução de um IP para outro,
fazendo que uma rede com IPs inválidos compartilhem um único IP válido.
Após apresentar estes itens, será possı́vel analisar um exemplo. Este exemplo será baseado
2.3 Protocolos
26
numa simples rede conectada a Internet e seus servidores, exceto o de DHCP4 (Dynamic Host
Configuration Protocol), estarão em uma zona separada das estações. Contudo para que se
entenda o exemplo é necessário os conhecimentos que serão explicados sobre endereçamento
IP, ARP, ICMP e NAT, todos estes mecanismos terão sua utilidade prática apresentadas no
exemplo.
A compreensão do funcionamento do ARP, ICMP e NAT requer o entendimento das formas
de endereçamento. Formas de endereçamento mal realizadas podem ocasionar anomalias na
rede, impedindo que os outros mecanismos atuem corretamente.
2.3.1.1 Endereçamento IPv4
O endereçamento no IPv4 é um conjunto de 32 bits. Ele é representado em quatro conjuntos
de 8 bits na forma A.B.C.D, onde cada letra é um conjunto de 8 bits, porém na forma decimal
(DORASWAMY; HARKINS, 2003). Por exemplo, o IP 10101100000100100000011111010000
(forma binária) é representado por 172.18.7.208. Como cada letra é um conjunto de 8 bits, os
IPs variam de 0.0.0.0 a 255.255.255.255.
O IP é subdivido em duas partes, uma parte chamada de Network (Rede) e outra de Host
(Máquina). A sub-rede é definida através de um .AND. Lógico entre o IP e a máscara de subrede, a Figura 4 mostra um exemplo desta operação. Esta máscara é um conjunto de 32 bits que
representa um conjunto de 1 e 0, sem alternância (PATIL et al., 2003). A representação da máscara
de sub-rede é igual a do IP, em decimal, ou, em alguns casos, em hexadecimal. Para representar
os dois juntos é feito da seguinte forma: IP/Máscara (exemplo: 172.18.7.208/255.255.0.0) ou
IP/Quantidade de 1 na parte mais significativa da máscara (exemplo: 172.18.7.208/16) (DORASWAMY; HARKINS, 2003).
Figura 4: Definindo a sub-rede. Adaptado de Doraswamy e Harkins (2003)
Na Figura 4 foram apresentados três exemplos de como encontrar o endereço de sub-rede.
O endereço dos nós são sempre os mesmos, variando apenas a máscara de sub-rede (representada na forma hexadecimal), causando significativas mudanças no endereço de sub-rede. Isto
4 Serviço
que atribui um IP automaticamente a um nó.
2.3 Protocolos
27
mostra que o endereço da máscara de sub-rede é muito importante para a definição de que rede
determinado IP se encontra.
Conforme Kirkpatrick, Stahl e Recker (1990) e Malone e Murphy (2005), os IPs são divididos em cinco classes, a Figura 5 representa a disposição das classes e a faixa de IPs que
abrangem. As classes são:
• A: Permite 128 endereços para cada sub-rede;
• B: Permite 16.384 endereços para cada sub-rede;
• C: Permite 2.097.152 endereços para cada sub-rede;
• D: Representam os endereços de multicast;
• E: Esta classe é utilizada apenas para testes e não deve ser utilizada por nenhuma aplicação.
Figura 5: Classe de IPs e faixas que as compõe. Adaptado de Tanenbaum (2003)
Na Figura 5 pode ser visto quais os bits que são fixos para cada classe, bem como a faixa de
endereçamento que abrangem e onde se faz a divisão entre os bits que representam o endereço
de sub-rede e de rede. Isto faz com que seja possı́vel ter melhores divisões na organização dos
IPs. Um exemplo disto são os endereços privados.
Os endereços das redes privadas são faixas de IP que são destinados para uso de rede internas, não podendo ser utilizáveis na Internet. Sua definição encontra-se na RFC 1918. Estes IPs
também são conhecidos como IPs inválidos, sendo recomendados para a utilização em LAN
(Local Area Network).
Os IPs de loopback não chegam até a camada fı́sica, eles são apenas para referenciar o
próprio nó. Quando um dispositivo de rede é iniciado, ele é definido com o IP 0.0.0.0, até que
seja definido um valor, seja este estático ou dinâmico (TANENBAUM, 2003).
2.3 Protocolos
28
Além disso, um IP pode querer enviar um pacote a todos os membros da LAN ou da sua
sub-rede (MALONE; MURPHY, 2005). Conforme Tanenbaum (2003), este processo é conhecido
como broadcast. A forma que isto é feito é através da definição do IP de destino, podendo ser
de dois tipos:
• Para toda a LAN: o campo endereço de destino é atribuı́do todo com valor 1, ou seja,
255.255.255.255, fazendo que todos os nós que receberem o pacote, irão processá-lo;
• Para todos da sub-rede: o campo endereço de destino é atribuı́do com o endereço da subrede e na parte da identificação do nó é atribuı́do com tudo 1. Por exemplo, se a sub-rede
é 192.168.254.0/24, o endereço para 192.168.254.255.
O uso do endereçamento IP é indispensável para qualquer pacote IP, pois é ele quem informa para quem se destina o pacote, seja para todos os nós ativos da rede (broadcast), para
si mesmo (loopback), para algum nó em especı́fico (unicast) ou para algum grupo que tal nó
pertença (multicast), entre outros tipos de destino. É também nele que se baseiam os cálculos
para definir em que sub-rede se encontra.
2.3.1.2 ARP (Address Resolution Protocol)
O protocolo ARP, definido na RFC 826, é um protocolo que auxilia na comunicação de
redes com endereços lógicos (COMER, 2000). Por exemplo, se um nó A quer comunicar-se com
um nó B, ele precisa saber o endereço fı́sico do nó B, sem ele torna-se inviável a comunicação
nó-a-nó.
O objetivo será explicar este protocolo devido o IPv4 ter uma forma de endereçamento
lógico. É necessária a utilização do protocolo ARP para a localização dos endereços fı́sicos
dentro da rede IPv4, já que endereços lógicos não identificam fisicamente os nós.
Este protocolo funciona enviando um pacote broadcast para a rede informando o IP de
origem, endereço MAC (Medium Access Control) de origem, IP de destino e o endereço MAC
de destino. Inicialmente o endereço MAC é iniciado em branco (valor 0), pois é este o valor
que se quer descobrir. Quando o dono do IP de destino identifica este pacote na rede, ele
automaticamente responde para o endereço de origem o seu endereço MAC (DOYLE, 2005). A
Figura 6 mostra um exemplo desta comunicação.
2.3 Protocolos
29
Figura 6: Descobrindo o endereço MAC. Adaptado de Doyle (2005)
A Figura 6 exemplifica o envio e recebimento do ARP. O nó 172.16.1.21 quer descobrir
o endereço MAC do IP 172.16.1.33, então ele envia um pacote para a rede, informando seus
endereços (IP e MAC) e o endereço IP do destinatário. O nó 172.16.1.33 recebe o pacote e
identifica que se refere a ele, então responde ao emissor o pacote informando seu endereço
MAC.
Para evitar o uso do ARP a cada envio de pacote a um endereço lógico, os nós geram uma
tabela que guardam o endereço IP e o endereço MAC. Assim, antes de enviar um pacote ARP
para descobrir o endereço MAC, consulta-se na tabela, economizando banda, processamento e
tempo. (DOYLE, 2005)
O ARP é apenas um exemplo para este tipo de serviço, porém um dos mais usados. Os
sistemas operacionais utilizam este protocolo para descobrirem os endereços fı́sicos dos IPs no
qual o usuário quer verificar informações compartilhadas, por exemplo.
2.3.1.3 ICMP (Internet Control Message Protocol)
O ICMP, descrito na RFC 792, é um protocolo que serve para controle de eventos dentro da
rede, no nı́vel da camada de rede (TANENBAUM, 2003). Este protocolo informa mensagens de
controles apenas, não transporta nenhum tipo de dados utilizados para as aplicações (DOYLE,
2005). Informações para verificar se um nó está funcionando, se um pacote foi perdido, se uma
rede, nó, protocolo ou porta não foram encontrados são exemplos da utilidade deste protocolo.
Este protocolo também pode ser conhecido como ICMPv4, informando que é o protocolo ICMP
para a versão 4 do IP. O comando PING é um exemplo do uso de ICMP e será utilizado no estudo
de caso.
2.3 Protocolos
30
A intenção de apresentar este protocolo é mostrar que é possı́vel controlar os eventos de
uma rede, no nı́vel da camada Internet. Ao realizar os testes práticos este protocolo servirá de
forma que será possı́vel testar maus comportamentos da rede durante a utilização da mobilidade,
servindo, portanto, como um depurador da rede.
No cabeçalho do ICMP há um campo para armazenar o código ICMP, que identifica o
propósito da mensagem. Nas RFCs 792, 1256, 1393, 1475, entre outras podem ser encontradas
alguns destes códigos. A RFC 4065 descreve um código ICMP que está sendo usado de forma
experimental para testar os protocolos que tratam de mobilidade.
2.3.1.4 NAT (Network Address Translation)
Para que fosse economizado IPs, foram criados os serviços de NAT, definidos na RFC 3022.
Estes serviços transformam IPs privados em IPs públicos e vice-versa (MALONE; MURPHY,
2005; SRISURESH; EGEVANG, 2001). Por exemplo, uma empresa possui 1000 computadores
que utilizam Internet. Se cada computador tivesse que ter um IP válido, com algumas empresas
a quantidade de IPs esgotaria, já que um IP pode ser atribuı́do a apenas um nó simultaneamente.
Logo, esta empresa precisa de no mı́nimo um IP válido e os demais poderiam ser inválidos e
quando um dos nós precisasse acessar algo da Internet, ele enviaria seu IP inválido até o servidor NAT e este transformaria no IP válido detido pela empresa. A Figura 7 exemplifica como
ocorre esta transformação.
Figura 7: Transformação do endereço, utilizando NAT. Adaptado de Tanenbaum (2003)
Na Figura 7, o nó 1 envia um pacote para a Internet e seu IP na LAN é 10.0.0.1, mas após
passar pelo NAT, ele é alterado para 198.60.42.12. Isto ocorre a todos os nós que tentarem
enviar um pacote para a Internet.
2.3 Protocolos
31
O objetivo de mostrar este tipo de serviço é demonstrar que ele é muito importante para
as redes IPv4, já que possibilitaram a ampliação das redes IPv4. Este serviço é largamente
utilizado em empresas e até mesmo em residências. Em residências é comum para quem tem
mais de um computador e utiliza Internet, outro caso de uso residencial é para utilização de
Internet de forma coletiva, abrangendo vários condôminos.
Além do serviço de transformação do IP na saı́da do pacote, ele também é utilizado para
o recebimento de pacotes, direcionando uma requisição de um serviço para outro nó servidor
deste serviço (TANENBAUM, 2003). Por exemplo, uma empresa possui um servidor HTTP (HyperText Transfer Protocol). Quando o servidor NAT recebe o pacote direcionado para a porta
do servidor, ele já faz a tradução do IP válido para o IP inválido que representa o nó do servidor
de HTTP. Para este tipo de ocasião, o servidor NAT guarda uma tabela com o tipo do protocolo
de transporte, porta de origem, IP do nó que oferece o serviço e porta do serviço no nó que
oferece (TANENBAUM, 2003).
O NAT é um serviço que ajudou na não extinção do IPv4, já que este possibilitou um
aumento da quantidade de IPs sem a alteração do número de bits reservados ao endereçamento.
Isto fez com que a existência do IPv4 perdurasse por mais alguns anos, porém este serviço
apenas aumentou a quantidade de endereços para suprir a necessidade da época (TANENBAUM,
2003). Pensando nisso, os órgãos reguladores da Internet, em parceria com empresas do ramo,
estão desenvolvendo uma nova versão para o IP, visando resolver o problema de endereçamento
e outros problemas ou aperfeiçoamentos de recursos, como as formas para roteamento, ficando
esta nova versão do IP chamada de IPv6. Acredita-se que em meados de 2010 o IPv4 entre em
desuso e seja iniciado o processo de transição para o IPv6. (SMETANA, 2001)
Entretanto, o NAT oferecia apenas o serviço de tradução de endereços e não se preocupava
com a porta que o pacote estava requisitando. Para que se resolvesse tal situação foi criado o
serviço de NAPT (Network Address and Port Translation). Este serviço faz com que além de
transformar o IP, transforme a porta que está sendo requisitada (SRISURESH; EGEVANG, 2001).
Por exemplo, se o servidor de e-mail da empresa se encontra em uma porta diferente do padrão,
o serviço de NAT pode fazer com que quando um pacote proveniente na porta padrão de e-mail
venha da Internet, este seja traduzido para aquele configurado no servidor de e-mail.
Tanto o NAPT, quanto o NAT oferecem serviços para a tradução de endereços, a única
diferença é que o NAPT pode traduzir portas além do endereço. Estes serviços, realizando a
tradução dos endereços, fazem com que grandes redes privadas possam acessar as redes públicas
utilizando poucos IPs, pois fazem a convergência de vários IPs inválidos em um único válido.
2.3 Protocolos
32
2.3.1.5 Exemplo de Uso
O exemplo será uma definição de polı́tica IP5 de uma rede que está conectada a Internet
e possui um firewall6 para controlar os pacotes que trafegam entre a rede interna e a Internet,
assim como as estações e a rede de servidores na DMZ7 (DeMilitarized Zone). Este firewall
dividirá a rede de servidores pertencentes a DMZ das estações e do servidor de DHCP, assim
como pode ser visto na Figura 8.
Figura 8: Exemplo de rede utilizando IPv4
A função desempenhada pelo roteador é de fazer a troca de pacotes entre a rede e a Internet.
Conforme a Figura 8, o roteador apresenta duas interfaces:
• Voltada para Internet: atribuı́da com IP estático 200.18.7.1 e máscara 255.255.255.252; e
• Voltada para rede: atribuı́da com IP estático 192.168.3.254 e máscara 255.255.255.252.
Para todo pacote que seja originado na rede com destino a Internet terá que passar pelo
5 Designação
6 Controla
e alocação do espaço de endereçamento IP
o tráfego entre duas ou mais sub-redes a ele conectado, impedindo a transmissão de pacotes não
autorizados.
7 Rede com menor proteção para colocar informações que sejam voltadas ao público. Isto faz com que uma
invasão em um dos serviços de Internet não comprometa os dados internos, pois esta rede estaria separada da rede
de dados privados.
2.3 Protocolos
33
roteador e vice-versa. O roteador fará o serviço de NAT para transformar o IP inválido da rede
em um IP válido, no caso da Figura 8 seria o IP 200.18.7.1, e vice-versa.
Porém todo pacote que é enviado entre a rede e a Internet, também deve passar pelo firewall,
conforme a Figura 8. Este firewall possui três interfaces:
1. Ligada ao roteador: Apresenta o IP 192.168.3.253 com máscara 255.255.255.252. Todos
os dados que serão trocados com a Internet passarão por esta interface;
2. Ligada a DMZ: Apresenta o IP 192.168.2.254 com máscara 255.255.255.0. É na DMZ
que se encontram os serviços de Internet, logo todo o tráfego que a rede oferece de serviço
passará por esta interface; e
3. Ligada a rede interna: Apresenta o IP 192.168.1.254 com máscara 255.255.255.0. Toda
estação que tentar usar algo da Internet passará por esta interface.
O firewall possui regras de segurança a fim de garantir que ninguém faça mau uso dos
serviços disponı́veis, bem como que as estações respeitem, de forma forçada, a polı́tica de
segurança impostas para a rede. Além disso, como ele analisa os pacotes e encaminha para o
seu devido destino, possui incorporado um serviço de NAT e NAPT (Network Address and Port
Translator).
Como a rede interna não apresenta nenhum serviço para a Internet ou para outras sub-redes,
o firewall descartará todo o pacote que tentar acessar algum serviço para esta rede. Isto faz com
que a segurança seja reforçada, pois impede que usuários ou programas mal intencionados
que estão na rede interna permitam usuários da Internet acessar os mesmos dados desta rede,
comprometendo assim os dados da rede em geral.
Dentro da rede interna, há apenas as estações e o servidor de DHCP. Todas as estações
possuem IP dinâmico, ou seja, precisam de um servidor para receber o valor IP que utilizarão.
É por este motivo que dentro da rede interna há o servidor de DHCP.
Este servidor DHCP apresenta um IP estático definido em 192.168.1.253 com máscara
255.255.255.0. Por ter esta configuração de endereçamento, ele apenas pode atribuir endereços
para a rede interna e no máximo 252 estações. Seriam 256 estações, porém são descontados os
endereços que não podem ser atribuı́dos por serem IP estáticos (firewall e servidor de DHCP)
ou endereços que representam a rede (endereço da sub-rede e endereço de broadcast).
Após ter sido detalhada a rede da Figura 8, pode-se resumir a rede nas seguintes caracterı́sticas:
2.3 Protocolos
34
• Possui acesso a Internet apenas através de uma conexão;
• Os serviços disponibilizados para a Internet devem estar dentro da DMZ;
• Possui um firewall para controle do tráfego e para realizar os serviços de NAT e NAPT;
• A rede interna não disponibiliza nenhum serviço para Internet ou outras sub-redes;
• A rede interna pode acessar a Internet, respeitando as regras impostas no firewall;
• Na rede interna, todas as estações possuem IP dinâmico atribuı́dos pelo servidor DHCP;
e
• Possui três sub-redes:
1. Entre o firewall e a rede interna: com IP de sub-rede sendo 192.168.1.0/24;
2. Entre o firewall e a DMZ: com IP de sub-rede sendo 192.168.2.0/24;
3. Entre o firewall e o roteador: com IP de sub-rede sendo 192.168.3.252/30.
Muitas destas caracterı́sticas são encontradas em outras redes que utilizam IPv4. Estas
caracterı́sticas se formam muitas vezes até pela disposição da rede, onde há normalmente a
parte de rede interna e outra parte para os servidores, ambas independentes entre si.
Este exemplo demonstrou como seria uma simples rede estruturada sem uso de conexões
sem fio e, conseqüentemente, de mobilidade. O objetivo da apresentação deste exemplo foi para
ajudar na compreensão do IPv4, bem como servir de modelo para comparação com redes que
utilizam mobilidade.
2.3.2 IPv6
Este protocolo não foi chamado de IPv5 (Internet Protocol version 5), pois esta versão
foi apenas uma pequena modificação experimental do IPv4 para tráfego multimı́dia utilizando
multicasting (SMETANA, 2001; TANENBAUM, 2003). Seu uso não foi de larga escala e nem de
grande impacto mundial, já que era mais voltada a um tipo especı́fico de aplicação.
O IPv6, definido na RFC 2460, também conhecido como IPng (Next Generation Internet
Protocol) (HAGEN, 2002), é uma evolução da versão 4 do IP (IPv4) (DEERING; HINDEN, 1998).
Décadas depois da criação do IPv4 a quantidade de endereçamento do IPv4 estava chegando ao
seu limite, a grande quantidade de dados simultânea, o surgimento de aplicativos multimı́dias
e outros fatores causaram uma necessidade de melhorar o protocolo, por isso foi criado o IPv6
2.3 Protocolos
35
(6BONE-BR, 1998; FILHO, 2004). Conforme a 6BONE-BR (1998), pode-se citar algumas das
caracterı́sticas do IPv6:
• Endereçamento de 128 bits;
• Arquitetura de endereçamento diferenciada do IPv4;
• Suporte a mobilidade;
• Mecanismos de autoconfiguração;
• Mecanismos de segurança nativo;
• Suporte a multicasting e anycasting nativo;
• Suporte a aplicações multimı́dia em tempo real.
Estas caracterı́sticas fazem com que os serviços da camada Internet sejam melhores adaptados ao meio em que são utilizados. Assim, os recursos e as aplicações podem ser otimizadas
a fim de garantir uma maior qualidade na transmissão de dados.
Uma inovação do IPv6 foi tornar o tamanho do cabeçalho fixo. Isto aumenta a velocidade
de processamento dos equipamentos de rede, já que o mesmo sabe o que cada bit significa,
sem a necessidade de leitura e interpretação seqüencial dos dados anteriores. O tamanho do
cabeçalho ficou definido com 40 bytes (320 bits), (FILHO, 2004) conforme mostra a Figura 9.
Figura 9: Estrutura do IPv6. Adaptado de Smetana (2001)
Cada campo do IPv6 possui uma função especı́fica. Na Tabela 3 é possı́vel ver qual a função
de cada uma deles, assim como seu respectivo tamanho.
2.3 Protocolos
36
Tabela 3: Descrição do cabeçalho IPv6. Adaptado de Filho (2004), Deering e Hinden (1998)
Nome do Campo
Versão
Classe de Tráfego
Rótulo de Fluxo
Comprimento da Carga
Próximo Cabeçalho
Limite de Saltos
Endereço de Origem
Endereço de Destino
Tamanho Descrição
(em bits)
4
Informa a versão do protocolo IP, para a versão 6, o campo tem o valor
6.
8
Classifica o tipo do pacote. É similar ao Tipo de Serviço do IPv4.
20
Identifica o fluxo.
16
Tamanho do pacote sem o cabeçalho IP, ou seja, o tamanho dos dados.
8
Informa qual o protocolo deve tratar o pacote depois de passar pela
camada de rede.
8
Quantos saltos o pacote pode dar até ser destruı́do caso não chegue ao
destino. Similar ao Tempo de Vida no IPv4.
128
Endereço IP do nó remetente do pacote.
128
Endereço IP do nó destinatário.
O campo Próximo Cabeçalho no IPv6 é similar ao campo Protocolo do IPv4. Com isto, os
valores que podem ser atribuı́dos àquele campo são os mesmos preenchidos no IPv4. Ou seja,
os itens descritos na Tabela 2 também podem ser atribuı́dos ao campo Próximo Cabeçalho no
IPv6. (DEERING; HINDEN, 1998)
Assim como o campo Próximo Cabeçalho foi inserido no cabeçalho do IPv6, outros campos também foram, como é o caso dos campos Classe de Tráfego e Rótulo de Fluxo. Estes
protocolos foram inseridos na primeira versão do IPv6 (RFC 1883), porém é possı́vel que estes
campos sejam eliminados (SMETANA, 2001). Na RFC 2460, versão que substituiu a RFC 1883,
ainda é mantido estes campos.
Outro campo que foi incluı́do no IPv6 é o Extensão do Cabeçalho, entre o cabeçalho e os
dados, apresentada na Figura 9. Esta extensão tem o objetivo de mover os campos variáveis
do protocolo IPv4 para o IPv6, fazendo com que o cabeçalho do IPv6 seja previsı́vel e de
fácil adaptação para novas extensões (SOUSA; MONTEIRO; BOAVIDA, 2003). Para que não haja
uma perda de desempenho, as extensões só serão processadas quando chegam ao seu endereço
de destino (DEERING; HINDEN, 1998). Esta extensão pode ser nula ou conter até mais que
uma extensão, (SOUSA; MONTEIRO; BOAVIDA, 2003) porém cada extensão deve ter tamanho
múltiplo de 64 bits (SMETANA, 2001) e a soma de todas extensões não pode ultrapassar 60
bytes (HAGEN, 2002). Cada extensão possui um campo chamado Próximo Cabeçalho para que
seja determinado o próximo protocolo (da próxima extensão) ou o inı́cio dos dados (SMETANA,
2001). A Figura 10 exemplifica o uso de extensões, mostrando, por exemplo, no segundo caso
que há o cabeçalho do IPv6 normalmente, com o campo Próximo cabeçalho indicando ser
Roteamento. A próxima extensão então será de Roteamento, tendo seu cabeçalho e indicando
o próximo, e assim sucessivamente, até chegar ao cabeçalho do TCP e ir direto para os dados.
2.3 Protocolos
37
Figura 10: Exemplos do uso de extensões no IPv6. Adaptado de Sousa, Monteiro e Boavida
(2003)
A Figura 10 é composta por três exemplos, são eles:
• No item (a) não há extensões;
• No item (b) é feito uso de uma extensão, onde esta é a extensão de roteamento; e
• No item (c) é feito uso de várias extensões, inicialmente referencia para um cabeçalho de
roteamento e em seguida para uma extensão de fragmentação.
Conforme Hinden e Deering (2006), uma completa implementação do IPv6 inclui alguns
tipos de cabeçalhos de extensões disponı́veis, dentre elas estão:
• Opções de salto-a-salto (Hop-by-Hop): Carrega as informações que devem ser analisadas
por todos os nós por onde passa;
• Roteamento: O nó de origem define uma lista de nós intermediários em que o pacote deve
visitar no caminho;
• Fragmento: é utilizado pelo nó de origem para enviar um pacote maior que o suportado
pelo MTU8 (Maximum Transmit Unit) do caminho até o destino;
• Opções de Destino: Carrega as informações que deve ser analisadas apenas pelo nó de
destino.
8 Tamanho
bytes.
do maior datagrama que pode ser enviado pela rede. Nas redes Ethernet este tamanho vale 1.500
2.3 Protocolos
38
O uso de extensões é extremamente fundamental para a utilização da mobilidade IPv6, pois
é nelas que ficam armazenadas as opções de mobilidade, como por exemplo, a posição do nó
móvel. Isto facilita o suporte à mobilidade, ao contrário do que ocorre na mobilidade IPv4.
(SOUSA; MONTEIRO; BOAVIDA, 2003)
Para que se entenda como o IPv6 compõe os campos Endereço de Origem e Endereço de
Destino é necessário saber como funciona a arquitetura de endereçamento do IPv6. Conforme
Hagen (2002), Hinden e Deering (2006), Sportack (2002), Dixit e Prasad (2002), é nesta arquitetura que se define se o pacote é:
• Unicast: Um endereço unicast identifica uma única interface IPv6. Quando o pacote é
enviado para um endereço unicast, apenas a interface que representa este IP recebe o
pacote;
• Multicast: Um endereço muticast identifica um grupo de interfaces. Quando o pacote é
enviado para o endereço multicast, todas as interfaces pertencentes ao grupo processam o
pacote; e
• Anycast: Um endereço anycast é designado para múltiplas interfaces. Quando o pacote é
enviado para o endereço anycast, apenas uma das interfaces processa o pacote.
O endereçamento IPv6 tem o mesmo propósito do endereçamento IPv4. Além de um IP
ser dividido nas três categorias apresentadas, ele pode apresentar sub-divisões, onde estas definirão a que grupo pertencem, se são auto configuráveis e outros aspectos particulares para
identificação do nó na rede.
Após adquirir o conhecimento de como funciona o endereçamento no IPv6, será apresentado um exemplo para demonstrar como fica uma rede utilizando o protocolo IPv6. Além da
apresentação da rede, será explicado como a rede foi elaborada.
A explicação deste protocolo é de fundamental importância para que se alcancem os objetivos, pois será em rede sem fio baseadas neste protocolo que serão feitos os testes. Teste estes
que visão apresentar a qualidade da mobilidade IPv6.
2.3.2.1 Endereçamento IPv6
O IPv6 reserva 128 bits para o endereçamento, e possui as mesmas funcionalidades do IPv4:
identificadores para interfaces e conjunto de interfaces (NAUGLE, 1998). Com esta quantidade
de bits reservadas para o endereçamento é dito ser impossı́vel o esgotamento da quantidade de
endereços, não sendo um problema assim como foi no IPv4.
2.3 Protocolos
39
A arquitetura de endereçamento é muito importante para a organização da rede e de uma
forma de identificação da localização e o papel que um determinado nó está realizando dentro
da rede. A definição da arquitetura de endereçamento recomendada pela IETF encontra-se na
RFC 4291.
A notação que é utilizada no IPv6 é diferente da IPv4. Na versão anterior era utilizada a
notação decimal pontuada, já nesta versão é utilizada a notação hexadecimal. A representação é
definida como um conjunto de oito grupos de 16 bits cada, separados pelo sı́mbolo dois-pontos,
(HINDEN; DEERING, 2006) ficando na forma x:x:x:x:x:x:x:x, onde cada “x” representa um grupo
de 16 bits. Não há a necessidade de representar cada grupo com quatro dı́gitos, podendo ser
representado em apenas um, por exemplo, em vez de representar 008E, basta representar por
8E.
Para suprimir a repetição de zeros dentro do IP, foi criada uma notação para simplificar a
identificação, isto faz com que a interpretação fique mais clara. Esta identificação ficou definida
como a repetição do sı́mbolo de dois-pontos (“::”) (DOYLE, 2005). O IP FF01:0:0:0:0:0:0:101
pode ser resumido para FF01::101. Porém, esta simplificação pode ocorrer apenas uma vez no
endereço. Por exemplo, o IP FF01:0:0:0:80:0:0:1 pode ser representado por FF01::80:0:0:1 ou
FF01:0:0:0:80::1 e nunca como FF01::80::1.
Para que a transição do IPv4 para o IPv6, foram criados mecanismos que auxiliam este processo. Um desses mecanismos é uma representação do IPv4 dentro do IPv6. A representação ficou definida por x:x:x:x:x:x:d.d.d.d, onde os “d” representam o valor decimal do endereço IPv4
e o “x” um grupo de 16 bits na forma hexadecimal (HINDEN; DEERING, 2006). Por exemplo, o
IPv4 172.18.7.208 é representada no IPv6 na forma 0:0:0:0:0:0:172.18.7.208, ou simplesmente,
::172.18.7.208.
A representação do prefixo de endereços IPv6 serve para informar quantos bits são significativos. É com este valor que se calcula o endereço de sub-rede. A representação no IPv6 é
similar a do IPv4. É representado pela notação decimal logo após o endereço, separado por uma
barra, ficando na forma “endereço-ipv6/tamanho-do-prefixo” (HAGEN, 2002). Um exemplo da
representação é 2001:0DB8:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF/60, onde o endereço de sub-rede
fica, por conseqüência, sendo 2001:0DB8:0:CD30::.
No IPv6 o broadcast foi extinto, sendo substituı́do pelo multicast. Isto faz com que o fluxo
nas redes internas seja reduzido devido a menor quantidade de dados transmitida, fazendo com
que os dados a serem transmitidos sejam enviados diretamente para seus fins e não para todos.
A composição dos endereços Unicast é similar ao IPv4, seguindo a CIDR (Classless Inter-
2.3 Protocolos
40
Domain Routing), ou seja, é composto pelo prefixo da sub-rede e pelo identificador do nó.
Porém, ele é dividido em alguns tipos, conforme Hinden e Deering (2006):
• Endereço não especificado: é o endereço ::0, nunca sendo atribuı́do a nenhum nó. Isto
significa que é um endereço não atribuı́do ainda. Ele pode ser utilizado no campo de
endereço de origem, apenas quando está mandando um pedido para determinação de IP
(como utilização do serviço DHCP) e nunca pode ser usado para endereços de destino;
• Endereço de loopback: Também conhecido como ::1, serve para representar o próprio nó.
Assim como no IPv4, este endereço nunca é usado como endereço de origem na camada
fı́sica, ficando restrito apenas ao dispositivo de rede;
• Endereço global de unicast: é formado por n bits do prefixo de roteamento global, m
bits do identificado de sub-rede e 128-n-m bits para o identificador do nó. O prefixo de
roteamento global é um valor designado para um grupo em geral;
• Endereço de Conexão-Local: São definidos com os 10 primeiros bits sendo 1111111010,
os próximos 54 bits são fixos, com valor 0. e os demais 64 bits identificam o nó. É
com este tipo de IP que é possı́vel utilizar o recurso de configuração automática de IP no
IPv6, porém, estes IPs não são roteáveis, ou seja, os roteadores descartam os pacotes que
contenham estes IP como origem ou destino;
• Endereço de Sı́tio-Local: Desenvolvidos para serem usados em locais que não precisasse de um prefixo global, porém isto entrou em desuso (HUITEMA; CARPENTER, 2004).
As novas aplicações já tratam este tipo de endereçamento como global de unicast. Sua
composição é feita por uma concatenação de 10 bits fixos (1111111011), 54 bits para
identificar a sub-rede e 64 bits para identificar o nó; e
• Endereços IPv6 com IPv4 embutido: Pode ser representado de duas formas:
– Endereço Compatibilidade IPv4 em IPv6: Isto ajuda na transição do IPv4 para o
IPv6. Sua forma é com os primeiros 96 bits sendo 0 e os demais 32 sendo o endereço
IPv4. É um modo que aceita apenas endereços unicast do IPv4. Como as formas de
transição não utilizam mais esta forma de endereçamento, este modo está entrando
em desuso; e
– Endereço IPv4 mapeado no em IPv6: Representa os nós do IPv4 dentro do IPv6. A
representação é dada por 80 bits com valor 0, 16 bits com valor 1 e os demais 32
bits representam o endereço IPv4.
2.3 Protocolos
41
Estas formas de endereçamento são responsáveis pela identificação de cada nó na rede.
Caso um nó seja atribuı́do de forma incorreta, o seu comportamento dentro da rede pode ser
anômalo, fazendo com que aplicações ou serviços não funcionem, por exemplo.
O endereço anycast é identificado quando o IP é uma concatenação do prefixo da subrede com zeros (HINDEN; DEERING, 2006). Um exemplo disto é o IP FE80:A52:8E::. Onde
FE80:A52:8E é o prefixo da sub-rede e os demais 80 bits são completados com o valor zero.
Ele faz com que quando um pacote chegar a um roteador e tiver a opção de escolha entre mandar
o pacote para três servidores que executam o mesmo serviço, ele escolhe a rota que tem menor
custo e envia (MALONE; MURPHY, 2005).
O endereço de multicast é representado por um conjunto de 8 bits com valor um, seguidos
de 4 bits representado um sinalizador, 4 bits para definir o escopo e 112 bits para definir a
identificação do grupo multicast. O sinalizador é definido conforme a RFC 4291, RFC 3306
e RFC 3956. O escopo serve para identificar o grupo multicast, definindo se este será uma
interface local, um grupo de administração, um grupo organizacional, entre outros (HINDEN;
DEERING, 2006). Conforme Hinden e Deering (2006), Popoviciu, Levy-Abegnoli e Grossetete
(2006), destacam-se alguns grupos:
• Interface-Local (0001): é apenas uma simples interface, sendo útil para loopback dentro
da transmissão multicast;
• Conexão-Local (0010): Mede a amplitude da mesma região topológica, com espaço corresponde ao unicast;
• Admin-Local (0100): é o menor escopo que deve ser administravelmente configurada;
• Sı́tio-Local (0101): Planejado para um simples sı́tio; e
• Organização-Local (1000): Planejado para vários sı́tios dentro de uma mesma organização.
Os demais itens, com exceção de 0000 e 0011 que são reservados, estão avaliados para os
administradores definirem regiões adicionais (HINDEN; DEERING, 2006). Isso faz com que os
administradores adaptem à melhor forma de criação dos grupos para as organizações.
A forma de endereçamento, conforme Hinden e Deering (2006), define uma grande gama
bem definidas de IPs para as diversas formas de aplicações. Isto possibilita uma quantidade
maior de nós dentro das redes internas, facilitando a administração da mesma.
O IPv6, por ser uma nova versão, incorpora funcionalidades que são incapazes ou ineficientes de serem atendidas com IPv4. Uma das novas funcionalidades é a padronização dos
2.3 Protocolos
42
endereços para as redes multicast, possibilitando a simplificação deste tipo de rede, dando um
maior espaço para o desenvolvimento de aplicações nesta área, como por exemplo, aplicações
multimı́dia.
2.3.2.2 Exemplo de Uso
A rede que será estuda é semelhante a que foi estudada com IPv4 (Seção 2.3.1.5), porém
utilizará IPv6. Ela apresenta conectividade com a Internet, possui um firewall entre a Internet,
DMZ e a rede interna, servidores para Internet e estações de trabalho. A Figura 11 representa
graficamente como está disposta esta rede.
Figura 11: Exemplo de rede utilizando IPv6
O Roteador faz todos os serviços de roteamento entre a rede e a Internet. Precisando,
portanto, de duas interfaces:
1. Ligada a Internet: Atribuı́da com IP 2001:DB8::8:800:200C:417A; e
2. Ligada ao firewall: Atribuı́da com IP FEC0:0:0:2::2/126.
2.3 Protocolos
43
O IP da conexão com a Internet é do tipo endereço global de unicast. Todos os IPs na
Internet devem trabalhar com este tipo de endereçamento. O IP da conexão com o firewall é
considerado do tipo endereçamento de Sı́tio-Local, conforme Hinden e Deering (2006). Porém,
Huitema e Carpenter (2004) demonstram que esta forma de endereçamento já entrou em desuso,
tornando este IP do tipo endereçamento global de unicast também.
Todo o pacote de quer for originado ou destinado a Internet passará tanto pelo roteador
quanto pelo firewall. Este firewall possui três interfaces:
1. Ligada a DMZ: Com IP FEC0:0:0:1::1/64;
2. Ligada ao roteador: Com IP FEC0:0:0:2::1/126; e
3. Ligada a rede interna: Com IP FE80::1/64.
Assim como o tipo de endereçamento do roteador para o firewall é do tipo Sı́tio-Local ou
global de unicast, os IPs do firewall para o roteador e do firewall para a DMZ também são, pois
seguem a mesma regra. Já a interface para a rede interna apresenta um IP do tipo ConexãoLocal, pois assim é possı́vel ativar a atribuição automática de IP para as interfaces configuradas
com IP dinâmico.
O motivo da rede interna em utilizar IP do tipo de Conexão-Local é para isentar da necessidade de ter um servidor de DHCP, pois é no tipo de endereçamento de Conexão-Local que
se tem a opção de utilizar o configuramento automático de endereços. Deste modo, é possı́vel
dispensar o uso de um equipamento que precise estar sempre ativo para atribuir IP para as
estações.
A finalidade do roteador, do firewall e da DMZ são as mesmas que foram apresentas no
exemplo para a rede IPv4. Ocorrendo a tradução do pacote enviado ou recebido da Internet para
a rede, a segurança dos dados com o redirecionamento dos pacotes as devidas sub-redes e os
serviços disponı́veis para a Internet, respectivamente.
2.3.3 Diferenças entre IPv4 e IPv6
Como o IPv6 é uma versão melhorada e adaptada do IPv4, algumas diferenças entre ambos
surgiram. Estas diferenças é que fazem com que a nova versão seja mais adaptada e atendam
com melhor performance as necessidades atuais. Conforme Deering e Hinden (1998), Hagen
(2002) e Smetana (2001), a Tabela 4 mostra algumas dessas diferenças.
2.3 Protocolos
44
Tabela 4: Comparação do IPv4 com IPv6
Capacidade
Endereçamento
de
Autoconfiguração
Hierarquia
endereçamento
Formato
cabeçalho
de
do
IPv4
32 bits, possibilitando 232 combinações
possı́veis.
Necessita de um servidor para distribuir IP.
Por exemplo, o DHCP.
Grande definição para unicast e
generalização pra multicast.
Forma complexa de interpretação pelos roteadores, necessitando de mais tempo de
processamento.
Suporte para extensões e opções
Possui o campo Opções.
Identificação
Fluxo
de
Necessária configuração especial junto aos
roteadores e comutadores, além dos aparelhos necessitarem suporte para tal recurso.
Extensão
autenticação
privacidade
para
e
Não possui suporte nativo, necessita de
utilização de IPsec (Internet Protocol Security)
IPv6
128 bits, possibilitando 2128 combinações,
ou seja, quatro vezes a quantidade de bits
do IPv4
Pode utilizar servidores DHCP ou utilizar
o modo de autoconfiguração.
Definição para unicast, multicast e anycast.
Fácil interpretação, devido ao seu
cabeçalho ser de tamanho fixo. Por conseqüência tem-se um maior desempenho
nas redes. Alguns campos foram extintos
por serem considerados desnecessários.
Suporte a extensões de diversos tipos. As
opções do IPv4 são adaptadas para dentro
deste espaço.
Possui a possibilidade de identificar o fluxo
que está indo ao destinatário. Isso faz com
que se possa pedir um tratamento especial
para a transmissão (QoS - Quality of Service), dispensando recursos extras para os
roteadores e comutadores.
Extensões dão suporte a autenticação, integridade e confiabilidade dos dados.
São estas as principais diferenças que tornam o IPv6 um melhoramento do IPv4, onde incorpora dentro do protocolo funções que eram externas, mas de grande uso, como por exemplo,
serviços de configuração de IP dinamicamente (DHCP) e segurança na troca de dados (IPsec).
Porém com estas diferenças, o IPv6 e o IPv4 não são completamente compatı́veis, necessitando
de alguns ajustes para que se trafegue IPv6 dentro de redes IPv4, como é o caso da Internet.
A explicação das diferenças entre estes dois protocolos ajudam a mostrar que os protocolos
têm uma certa diferença arquitetural e isto afeta diretamente na forma em que a mobilidade se
comporta com cada um destes protocolos. Além da diferença entre os protocolos, surgirão as
diferenças em termos de mobilidade, desde o tratamento de itens básicos aos mais complexos.
Para que estas diferenças sejam analisadas dentro de uma rede, será feito um comparativo
entre as redes de exemplo estudas. As redes possuem uma infra-estrutura semelhante, onde a
maior diferença é lógica. Neste caso, esta diferença é na escolha do protocolo de rede utilizado.
2.3.3.1 Exemplo de Uso
O exemplo será baseado nos estudos apresentados para redes IPv4 e para redes IPv6. A
Figura 8 demonstra a rede utilizando o protocolo IPv4 e a Figura 11 demonstra para a rede com
2.3 Protocolos
45
IPv6.
De modo geral, a rede é formada por um roteador, que faz o o roteamento dos dados entre
a rede e a Internet, assim como o serviço de NAT. Quando um pacote passa pelo roteador,
proveniente da Internet, ele obrigatoriamente irá passar pelo firewall. O firewall faz a segurança
dos dados entre a Internet, a rede interna e a DMZ, seguindo as regras baseadas na polı́tica de
segurança da rede. A DMZ apresenta apenas três servidores que servem para oferecer serviços
a Internet. Ela disponibiliza os serviços de DNS, Web e E-mail.
Para comparar o que muda de uma rede com a infra-estrutura semelhante, a Tabela 5 mostrará as diferenças encontradas usando cada um dos protocolos: IPv4 e IPv6. Isto tornará
possı́vel a comparação do que os protocolos IPv4 e IPv6 afetam dentro da rede.
Tabela 5: Comparação entre uma rede IPv4 e outra IPv6
Atribuição de
dinâmicos
Infra-Estrutura
IPs
Quantidade de subredes
Quantidade de hosts
disponı́veis na rede
interna
IPv4
Possui um servidor DHCP
Necessita de um servidor DHCP ligado a
rede
3
IPv6
Utiliza o tipo de endereçamento ConexãoLocal que atribui automaticamente
Não necessita de servidores adicionais para
endereçamento
3
252
264 -1
Estas diferenças são as diferenças mais comuns nas redes em geral. Porém, nas redes mais
especı́ficas (ou seja, com maior quantidade de recursos), além destas diferenças é possı́vel encontrar muitas outras como a segurança incorporada, opções avançadas para roteamento, entre
outras.
2.3.4 Integração de Redes IP
Como a versão IPv6 é uma inovação da IPv4 e as redes IPv4 são largamente difundidas,
houve a necessidade da elaboração de formas para efetuar a transição entre os dois protocolos.
Ao se desenvolver o IPv6, estas formas de transição já foram analisadas e incorporadas dentro
do protocolo. A criação do campo de extensões e a forma de endereçamento de Hinden e
Deering (2006) são exemplos de métodos para auxiliar nesta transição. Simplesmente extinguir
o uso do IPv4 e passar a utilizar IPv6 seria uma forma muito complicada para as empresas,
devido a amplitude de transição, adequação de softwares, entre outros.
Portanto, esta transição baseia-se na utilização do protocolo IPv6 juntamente com o IPv4.
Este uso simultâneo pode ocorrer de duas maneiras:
2.3 Protocolos
46
1. IPv6 em redes IPv4: Como a Internet utiliza, em sua maioria, equipamentos baseados em
IPv4, as redes podem utilizar IPv6 e fazer com que os pacotes transitem dentro das redes
IPv4; e
2. IPv4 em redes IPv6: Pode ocorrer de ter uma transição parcial dentro de uma rede, causando que segmentos da rede permaneçam utilizando IPv4 e outros IPv6. Para isso, ocorre
a transformação dos pacotes IPv4 em IPv6.
Estas formas garantem que as redes possam funcionar de forma conjunta, causando a transição entre as redes uma forma bem definida e sem prejuı́zo a rede. Além disso, faz com que a
transição não seja realizada num curto espaço de tempo, o que poderia causar em problemas
futuros devido à falta de estratégia por parte dos administradores da rede.
2.3.4.1 IPv6 em redes IPv4
Como o IPv6 é uma versão mais atual que o IPv4, a necessidade da criação de formas
para se ter redes mistas, durante o perı́odo de transição, foi a criação de métodos para trafegar
pacotes do tipo IPv6 nas redes IPv4. Estes métodos exercem uma forma de transformação de
um pacote do tipo IPv6 em pacote do tipo IPv4 para que se possa ser transmitido dentro das
redes.
Há diversas situações em que pode ocorrer o uso das redes mistas. No caso de se ter o uso
de IPv6 em redes IPv4, pode-se citar:
• Duas redes trabalham com IPv6, porém, o meio em que os pacotes trafegam é unicamente
do tipo IPv4; e
• Uma das redes trabalha com IPv6 e outra com IPv4;
Um dos métodos que realizam a comunicação entre duas redes IPv6 com o meio sendo IPv4
é o túnel. Este método cria um túnel virtual entre as redes (NAUGLE, 1998).
Para que este método funcione, é necessário que o roteador de cada rede trabalhe tanto com
IPv4, quanto com IPv6. Este roteador fará o papel de tradutor do pacote, ou seja, quando a rede
enviar um pacote do tipo IPv6, o mesmo deve transformá-lo em um pacote IPv4 e transmiti-lo
pela rede IPv4 até o roteador da outra rede. (BEIJNUM, 2005; FEIT, 1999)
Para fazer a conversão de um pacote IPv6 em IPv4, o roteador utiliza a forma de encapsulamento do pacote (BEIJNUM, 2005), ou seja, é criado um pacote IPv4 onde o campo dados
2.3 Protocolos
47
é composto pelo pacote IPv6. Feito isto, o pacote é enviado normalmente pela rede IPv4 e ao
chegar no outro roteador é feito o processo inverso, ou seja, desencapsulamento do pacote e
então o seu processamento como IPv6 (BEIJNUM, 2005). A figura 12 demonstra como ocorre o
processo de envio de um pacote entre redes IPv6.
Figura 12: Envio de pacote IPv6 em rede IPv4 usando túnel. Adaptado de Beijnum (2005)
Pode se ver na Figura 12 que os nós de origem e destino fazem parte da rede IPv6, porém há
roteadores que são unicamente IPv4. Para que a transmissão seja realizada entre os nós, é coloco
roteadores mistos entre os roteadores IPv4 e os nós IPv6. Isto possibilita que a comunicação
entre os nós seja realizada.
A forma de túnel apresentou alguns problemas em lugares que possuı́am servidores de
NAT pouco sofisticados ou com limitação na tradução dos pacotes. Como o túnel faz o encapsulamento do IPv6 dentro do IPv4, o campo Protocolo do pacote IPv4 é alterado para 41
(encapsulamento de IPv6, conforme Tabela 2), e alguns servidores NATs bloqueiam este tipo
de pacote. Para resolver isto, foi criada a forma de transmissão chamada Teredo. (MALONE;
MURPHY, 2005)
O Teredo é um sistema que encapsula o pacote IPv6 dentro do IPv4, porém o campo Protocolo agora é atribuı́do com valor 17 (UDP, conforme Tabela 2). Isto faz com que os servidores
de NAT deixem o pacote passar para a rede IPv4 sem problema algum (MALONE; MURPHY,
2005). Contudo, os pacotes não são destinados diretamente ao roteador da outra rede. Eles
devem ser enviados para um servidor de Teredo, onde este é quem encaminhará o pacote para o
servidor da outra rede.
A comunicação não ocorre apenas com redes de mesmo protocolo e interconexão com
protocolos diferentes. Pode ocorrer com que haja uma rede do tipo IPv6 e outra do tipo IPv4.
Para solucionar tal comunicação entre estas redes, foi criado o serviço de NAT-PT (Network
2.3 Protocolos
48
Address Translation - Protocol Translation). Este serviço permite a um nó que só possui o
protocolo IPv6 comunicar-se com outro que só possui o protocolo IPv4. Fazendo com que o nó
IPv6 possa acessar os dados e aplicativos do nó IPv4.
Para utilizar o NAT-PT, deve-se ter um roteador que comunica-se tanto com redes IPv4,
quando com redes IPv6, além de ter incorporado o serviço de NAT-PT. Este roteador deve
possuir a rede IPv6 em uma das suas interfaces e a rede IPv4 na outra. (POPOVICIU; LEVYABEGNOLI; GROSSETETE, 2006)
O roteador irá receber um pacote do nó com IPv6 e consultar numa tabela estática interna
para saber em qual IP será traduzido. Após feita esta identificação, o pacote IPv6 é transformado em um pacote IPv4 com o campo de dados idêntico e os endereços serão transformados
pelo consultado na tabela. Podendo, assim, o pacote IPv4 trafegar pela rede normalmente (POPOVICIU; LEVY-ABEGNOLI; GROSSETETE, 2006). A Figura 13 exemplifica um caso do envio de
um nó IPv6 para um nó IPv4.
Figura 13: Envio de pacote IPv6 para nó IPv4 usando NAT-PT. Adaptado de Popoviciu, LevyAbegnoli e Grossetete (2006)
Na Figura 13, quando o pacote IPv6 chega no roteador, ele tem seu IP transformado, podendo assim trafegar na rede IPv4 sem problemas. Isto permite que a estação que utiliza apenas
IPv6 possa acessar o servidor que é exclusivamente IPv4.
São estes e outros métodos que proporcionam a transição entre os diferentes protocolos uma
maneira simples, sem causar inoperabilidade, além de possibilitar o uso mútuo das tecnologias.
Entretanto, caso uma rede já tenha efetuada sua transição para IPv6 e alguma rede IPv4 precisa
comunicar-se com ela, é necessária a utilização de métodos que façam a comunicação inversa,
ou seja, pacotes IPv4 dentro das redes IPv6.
2.3 Protocolos
49
2.3.4.2 IPv4 em redes IPv6
Assim como houve a necessidade de criação de formas para trafegar IPv6 dentro de IPv4,
ocorre o mesmo para o caso inverso: IPv4 em redes IPv6. Para que se possa realizar este tráfego,
os pacotes IPv4 são transformados em pacotes IPv6.
Devido ao IPv6 ser uma versão mais nova e os pesquisadores notarem a necessidade de
transição entre as versões, foram criadas formas dentro do próprio IPv6 para transportar os pacotes IPv4. Conforme (HINDEN; DEERING, 2006), há reservado duas formas de endereçamento
para que isto seja feito:
1. Compatibilidade de IPv4 em endereços IPV6: Esta forma é utilizada para nós que já
utilizam IPv6, porém a rede mantém toda a arquitetura de endereçamento baseada em
IPv4. Deste modo, os IPs são atribuı́dos com os mesmos valores que tinham durante a
rede IPv4, mas como o IPv6 possui 96 bits a mais no endereçamento, estes bits recebem
o valor 0 e vão antes dos bits que representam o IPv4 (SPORTACK, 2002). Por exemplo,
o IP 192.168.1.1 é representado como ::192.168.1.1 ou ::C0A8:0101. Assim é possı́vel
manter a rede IPv4 incorporada na rede IPv6; e
2. IPv4 Mapeado em IPv6: Destina-se a redes exclusivamente IPv4 que desejam enviar
seus pacotes para outras redes IPv4, porém a interconexão entre as redes é do tipo IPv6
(SPORTACK, 2002). A forma que ocorre a troca de pacotes é semelhante ao método de
túnel, transforma-se o pacote IPv4 no roteador de origem em um pacote IPv6 e é transmitido pelo meio até o roteador da outra rede. A Figura 14 demonstra como ocorre esta
comunicação.
Figura 14: Troca de dados entre redes IPv4 com meio IPv6. Adaptado de Sportack (2002)
2.4 WLAN (Wireless Local Area Network)
50
Na Figura 14, para se fazer um comunicação entre as sub-redes 192.168.1.0 e 192.168.2.0,
é necessário que o pacote seja enviado ao roteador da sub-rede do emissor, este é quem fará a
tradução do pacote para que se possa trafegar dentro da rede IPv6 e quando o pacote é recebido
pelo roteador da sub-rede de destino, ele é transformado novamente para IPv4 e enviado ao nó
de destino.
A forma que ocorre esta transformação do pacote IPv4 em IPv6 é baseada nas formas de
endereçamento de Hinden e Deering (2006). O pacote IPv6 que será criado guardará os dados
do IPv4 no campo dados do IPv6 e o endereço será atribuı́do com os primeiros 80 bits sendo
0, os próximos 16 sendo 1 e os demais 32 sendo o mesmo valor do IPv4. (HINDEN; DEERING,
2006)
Outra forma de realizar a passagem de pacotes IPv4 por redes IPv6 é utilizando o serviço
de NAT-PT. Ele funciona da mesma forma que em redes IPv4 utilizando nó com IPv6, porém
no sentido de transmissão contrária, ou seja, o pacote IPv4 é enviado até o roteador NAT-PT
e então transformado em IPv6 para enviar até o nó de destino. (TSIRTSIS; SRISURESH, 2000;
POPOVICIU; LEVY-ABEGNOLI; GROSSETETE, 2006)
Assim como as técnicas de utilização do protocolo IPv4 em redes IPv6, as técnicas para
usar IPv6 em redes IPv4 também contribuem para que seja feito uma transição dos protocolos de
forma simples e bem estruturada. Isto permite que enquanto a transição não seja completamente
efetivada, as redes permaneçam funcionam sem nenhum tipo de incompatibilidade.
Entretanto, as redes que trabalham tanto em IPv4, quanto IPv6, podem funcionar em meios
fı́sicos diferentes (guiados ou sem fio). Em ambos os meios o funcionamento do protocolo
de rede é igual, porém em cada um há particularidades. Nas redes guiadas a simplicidade é
destacada, já nas redes sem fio a flexibilidade mostra-se mais vantajosa, ainda mais em de redes
locais sem fio (WLAN).
2.4 WLAN (Wireless Local Area Network)
A Wireless Local Area Network é uma rede de comunicação sem fio que utiliza como forma
de transmissão as ondas de rádio (HARTE, 2004). Foi padronizado pela IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), no padrão IEEE 802.11, em 1997 (ALEXANDER, 2004), e
trouxe ao mercado um sistema de baixo custo, fácil desenvolvimento e boa flexibilidade (PRASAD; PRASAD, 2005).
Os sistemas de redes locais sem fio tornaram o uso dos ambientes mais simples e permitiu
2.4 WLAN (Wireless Local Area Network)
51
o uso de dispositivos móveis se conectarem a rede sem precisarem fazer a conexão de um cabo.
Isto trouxe muitas vantagens a todos os tipos de computadores. Para os computadores de mesa,
o fim do cabo de rede torna muito mais barato a implementação das redes. Para os dispositivos
móveis a acessibilidade permite a interconexão em diversos lugares, por exemplo, em hotéis,
aeroportos, restaurantes, entre outros.
As redes sem fio destinadas ao público visitante em determinadas áreas é conhecido como
hot spots. Os hot spots são regiões geográficas ou serviços de acesso a um ponto com finalidade
de atingir o maior público possı́vel. (HARTE, 2004)
Estas vantagens fazem com que as redes sem fio adquiram espaço e tornem mais simples
a utilização, comparadas com as redes guiadas. Porém, os padrões de redes sem fio são mais
lentos, em termo de transmissão de dados, do que as redes estruturadas. A IEEE 802.11 possui várias sub-divisões, cada qual com suas caracterı́sticas, entretanto, todas abordam sobre
conexões de redes locais sem fio. Dentre estas sub-divisões estão:
• a: Criada em 1999 e definia a freqüência de comunicação em 5 GHz usando OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), podendo chegar a larguras de banda de
até 54 Mbps. Os produtos para este tipo de rede só foram surgir em 2000, devido a
dificuldade de se trabalhar com a freqüência de 5 GHz (HARTE, 2004; GEIER, 2004);
• b: Permitia largura de banda de até 11 Mbps e acessibilidade de até 100 metros dentro
de locais fechados. Foi um grande marco para as redes locais sem fio, pois era de fácil
implementação e baixo custo, além de trabalhar com freqüência de 2,4 GHz (HARTE,
2004; GEIER, 2004; FLICKENGER, 2003); e
• g: Permitia larguras de banda de até 54 Mbps. Este modelo é considerado apenas uma
inovação do modelo b, já que são semelhantes, com exceção na largura de banda (HARTE,
2004).
Estas são apenas as principais e mais utilizadas sub-divisões do padrão IEEE 802.11. A
maioria destas outras sub-divisões são apenas especializações dos apresentados, incrementando
segurança, qualidade de serviço, entre outros. Por exemplo, o padrão IEEE 802.11e é apenas
uma atualização em questão de qualidade de serviço e provê mecanismos de autenticação e
segurança para o padrão IEEE 802.11b.
Entretanto houve a necessidade de interligar redes sem fio com redes guiadas. Para tal, foi
criada a WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). Este grupo garantia que um dispositivo de rede sem fio pudesse fazer a comunicação entre as redes sem fio e as redes Ethernet,
2.4 WLAN (Wireless Local Area Network)
52
além de garantir que um dispositivo certificado por este grupo comunicasse com qualquer outro dispositivo que possuı́sse a mesma certificação. Por fins comerciais, este grupo mudou seu
nome para Wi-Fi (Wireless Fidelity) Alliance. (ROSS, 2003; HARTE, 2004)
Para que fosse possı́vel comunicar os diversos dispositivos móveis, foi criado um centralizador que provia os serviços básicos que a rede sem fio necessitava. Este centralizador foi
chamado de Ponto de Acesso (AP - Access Point) e cabem a ele funções de autenticação, servidor de endereços dinâmicos, entre outros. Para que seja feita uma interconexão entre as redes
sem fio e as redes guiadas é necessário um dispositivo intermediário entre as redes. Este dispositivo pode ser um AP. Conforme Roshan e Leary (2003), Davies (2004), Akyildiz, Wang e
Wang (2005), com a criação do AP, pode se formar quatro topologias de redes:
1. IBSS (Independent Basic Service Set): É o modo de interligação entre dispositivos móveis,
ou seja, ponto a ponto. Também é conhecido como Ad Hoc. Pode ser considerada uma
ligação 1:1. A Figura 15 (a) representa esta topologia;
2. BSS (Basic Service Set): É o modo que um grupo de usuários irá se comunicar com
apenas um dispositivo, na maioria dos casos um AP. Um usuário nunca se comunica
com outro cliente diretamente. Pode ser considerada uma ligação n:1. A Figura 15 (b)
representa esta topologia;
3. ESS (Extended Service Set): É quando há uma interligação entre dois ou mais BSS. A
ligação entre os BSS pode ser através de um AP mandando os dados para outro AP ou,
com maior freqüência, cada AP é ligado na rede guiada. A Figura 15 (c) representa esta
topologia; e
4. Malha (ou Mesh): Rede comunitária baseada no modelo IBSS, dispensando o uso de uma
rede fixa, fazendo com que os nós sejam os próprios roteadores dinâmicos da rede. A
Figura 15 (d) representa esta topologia.
2.5 Conclusões Parciais
53
Figura 15: Tipos de topologias para redes Wireless
A Figura 15 representa os quatro tipos de topologias existentes para as redes sem fio, ou
seja, toda WLAN é representada por uma destas topologias. Isso faz com que se tenha uma
melhor organização conceitual e possa ser feito algoritmos especı́ficos para cada topologia.
Para o estudo de caso será utilizada a topologia ESS. Fazendo com que se tenha dois Access
Point separados, porém interligados por meio de rede estruturada, tornando possı́vel a transição
da comunicação entre o comunicador da rede e o dispositivo móvel, sem a quebra da conexão.
Com isto, é possı́vel demonstrar o impacto da mobilidade nas redes sem fio.
2.5 Conclusões Parciais
Para que se entenda a mobilidade IP, foram necessários conhecimentos sobre a forma de
arquitetura utilizada (no caso o DARPA), os principais protocolos IP (IPv4 e IPv6) e o funcionamento do meio de comunicação sem fio (WLAN). É com a mistura destes itens que se forma a
mobilidade IP, onde cada um desempenha uma atividade distinta da outra, mas correlacionados.
Além disso, vale ressaltar a importância dos diferentes tipos de topologias para as redes
WLANs, já que podem afetar, e bastante, a forma como é tratada a questão de roteamento e as
formas de comunicação entre um nó e outro. Devido a isso, as diferentes topologias podem ter
protocolos distintos para a realização de uma mesma tarefa.
54
3
Mobilidade IP
Com o surgimento das WLANs e os dispositivos de rede sem fio passarem a ter uma maior
capacidade de processamento, houve um interesse maior de se trabalhar com estes dispositivos
dentro das redes. Entretanto, as redes WLANs permitem os dispositivos deslocarem-se dentro
das rede sem fio pelo espaço que cada AP abrange, mas a camada seguinte (Rede) poderia
não permitir a mobilidade, fazendo com que a mobilidade entre as redes fosse inutilizável.
(MARTINS; BARBOSA; LIMA, 2003)
A mobilidade, então, nada mais é que a possibilidade de trocar de redes sem fio sem a
necessidade de reconexão das aplicações com a rede (MARTINS; BARBOSA; LIMA, 2003). Um
exemplo disto é um usuário estar fazendo envio de um arquivo utilizando um sistema de FTP
(File Transfer Protocol) e assim que troca de rede o envio continua normalmente. Caso não
houvesse a mobilidade neste caso, a conexão do usuário com o servidor de FTP seria perdida.
A Figura 16 representa um usuário mudando de rede. Conforme o exemplo apresentado, ao
passar de uma rede para a outra, a comunicação com o sistema de FTP seria interrompida, pois
o endereço IP do dispositivo seria trocado e as camadas superiores não estariam preparadas para
suportar esta mudança. Porém, com a mobilidade, isto não ocorre.
O objetivo da mobilidade, na Figura 16, é permitir que o usuário que está na rede A passe
para a rede B sem que suas conexões sejam perdidas. Além disso, fazer de uma forma transparente ao usuário, onde ele não precisará conectar na outra rede para fazer a transição, isto é
feito automaticamente. Porém, para que possa passar de uma rede para outra, é necessário que
as duas redes abranjam áreas comuns e que o usuário passe por esta área, caso contrário é como
se saı́sse da rede e voltasse logo em seguida.
Segundo Roshan e Leary (2003), a mobilidade pode ser dividida em três tipos. Esta divisão
é baseada em qual camada do modelo OSI que a mobilidade está atuando:
1. Camada 2 (Enlace): Nesta camada apenas há a mobilidade em relação ao meio de comunicação, não influenciando nenhuma camada seguinte. Um exemplo que possui esta
mobilidade são os dispositivos de WLAN, onde permitem os dispositivos deslocarem-se
3 Mobilidade IP
55
Figura 16: Usuário trocando de rede. Adaptado de Roshan e Leary (2003)
dentro da abrangência do seu ponto de conexão (normalmente um AP);
2. Camada 3 (Rede): Nesta camada a mobilidade se preocupa com a identificação do dispositivo dentro da rede, ou seja, ao trocar de rede a as funcionalidades da camada continuem
as mesmas na nova rede, sem quebra de comunicação durante a transição entre redes. Um
exemplo que possui mobilidade nativa é o IPv6; e
3. Camadas 4-7 (Transporte a Aplicação): Estas camadas baseiam-se mais na parte da
comunicação que é interna ao dispositivo, ou seja, não causam impactos significativos
dentro das redes. Exemplo que se utiliza isto é quando se troca uma porta de comunicação
e a transmissão não é interrompida.
Como o objetivo é comparar a mobilidade entre as redes IP, o maior foco será na mobilidade
dentro da camada 3, ou seja, na camada onde o IP se encontra (Mobilidade IP). Para se ter uma
mobilidade nesta camada, é necessário que as camadas inferiores a ela possuam mobilidade
também. Como a camada inferior a IP é o meio fı́sico (no caso IEEE 802.11), não haverá
problemas, pois este padrão já comporta o recurso de mobilidade.
A Mobilidade IP (MIP) permite, em conjunto com a camada fı́sica das WLANs, deslocar
os dispositivos entre redes distintas sem que haja a quebra da conexão, ou seja, ela independe
3.1 Mobilidade em Redes IPv4
56
da localização fı́sica do usuário, assim como foi apresentado na Figura 16. A mobilidade em
redes ESS pode apresentar-se de duas formas, segundo Prasad e Prasad (2005), Perkins (2002):
1. Micro-Mobilidade (ou homogênea): Representa a mobilidade dentro da mesma rede, ou
seja, seria simplesmente trocar o dispositivo de comunicação (por exemplo, os AP); e
2. Macro-Mobilidade (ou heterogênea): Além de trocar de dispositivo de comunicação,
troca-se de rede.
A micro-mobilidade tem uma abrangência menor, tendo como objetivo de uso em pequenas
áreas. Já a macro-mobilidade é mais ampla, podendo abranger áreas maiores, como é o caso
de algumas formas de comunicação via celular e televisões digitais. O objetivo deste trabalho
visa comparar as redes IP, porém não especifica qual tipo de divisão será utilizado. Para fins de
estudo será utilizado o modelo de macro-mobilidade. A escolha é baseada na sua forma mais
ampla e de maior uso prático, além de englobar quase todos os conceitos de micro-mobilidade.
Para que se faça o uso da mobilidade IP, é necessário que o usuário utilize IPv4 ou IPv6.
Cada um destes protocolos tem uma particularidade para o tratamento da mobilidade, por exemplo, o IPv6 já possui recurso de mobilidade nativo, enquanto o IPv4 não. Isto faz com que a
flexibilidade na forma de funcionamento seja diferenciada.
3.1 Mobilidade em Redes IPv4
Segundo Perkins (2002), para se ter mobilidade é necessário que para um nó móvel se
comunique com outros nós é preciso que este nó móvel não mude de endereço IP, o nó de
destino (também conhecido como nó correspondente ou CN - Correspondent Node) não precise
ter implementado funcionalidades de mobilidade e todas as mensagens do nó móvel devem ser
autenticadas a fim de proteger contra ataques. Pensando nisso, foram analisadas três formas
distintas:
1. A cada troca de rede, o IP do dispositivo seria trocado;
2. A cada troca de rede, os roteadores passariam espalhar a informação da mudança do IP a
todos seus vizinhos; ou
3. O roteador que controlasse o dispositivo seria um informante de onde o dispositivo se
encontra.
3.1 Mobilidade em Redes IPv4
57
As duas primeiras formas foram inaceitáveis, por serem inviáveis. A primeira porque as
camadas superiores a de rede não estariam aptas a alteração do IP, além de quem está comunicando também não iria saber o novo endereço. Já na segunda forma, é devido ao grande
problema de escalonamento, principalmente quando haverá várias mudanças de IPs (PERKINS,
2002). A grande mudança de IP poderia ser devido ao fato de se terem muitos dispositivos
móveis dentro da rede. Se vários dispositivos trocassem de rede ao mesmo tempo, haveria
muita atualização das tabelas de roteamento, o que aumentaria significativamente a utilização
da banda, principalmente quando os roteadores estão interligado através da Internet.
Com isto, a terceira forma foi a escolhida para que a mobilidade nas redes IPv4 fossem
realizadas. Assim, foi possı́vel estabelecer a comunicação do nó móvel (MN - Mobile Node)
com os equipamentos que irão interpretar os dados provenientes deste nó (PERKINS, 2002).
O nó móvel recebe dois endereços IP, diferentemente das redes guiadas que recebiam apenas um. Um dos endereços é estático, onde irá permanecer por todas as redes onde passar,
sendo utilizado para o preenchimento do campo do endereço de origem. O outro endereço é
dinâmico, sendo trocado a cada rede que será visitada.
Quanto o MN se encontra dentro da sua rede de origem, ele é roteado por um roteador denominado Home Agent (HA). Este roteador é quem se comunicará com a rede, sendo responsável
por todas as comunicações do MN. Porém, quando o MN se encontra em uma rede visitante, o
roteador é denominado de Foreign Agent (FA). (VIEIRA, 2001; ROSHAN; LEARY, 2003)
Quando um pacote é enviado ao MN, ele é transmitido até o HA, que verificará se o nó está
na sua rede. Caso esteja, o pacote é enviado ao MN diretamente, caso contrário ele identifica a
que FA o MN se encontra e envia o pacote encapsulado para este FA. Este FA irá desencapsular
o pacote e transmiti-lo ao MN (RAVAGNANI, 2003). Entretanto, quando o MN for enviar um
pacote ao CN, o caminho inverso não ocorre. O pacote sai do MN e vai para o FA e então é
diretamente enviado para o CN, não necessitando passar pelo HA. Este processo é chamado de
roteamento triangular (RAAB et al., 2005). A Figura 17 mostra como funciona o processo de
envio e recebimento de pacotes no MN.
O CoA (Care-of-Address), apresentado na Figura 17, representa o endereço atual do MN.
Este endereço é dinâmico e alterado a cada nova rede que o usuário se conectar. Quem atribui
este endereço é o FA ou um servidor de atribuição de endereços (por exemplo, DHCP) (RAAB
et al., 2005). Após a atribuição, este endereço é registrado no HA. Logo, ele é usado na ponta
final do tunelamento entre o HA e o FA.
3.1 Mobilidade em Redes IPv4
58
Figura 17: Envio e recebimento de pacotes para o MN. Adaptado de Raab et al. (2005)
Portanto, segundo Raab et al. (2005), Ravagnani (2003), os dispositivos podem receber de
duas formas o CoA:
1. FA CoA: Quando o dispositivo recebe o endereço do FA e todos os dispositivos móveis
daquela rede utilizam o mesmo endereço; ou
2. CCoA (Co-located Care-of-Address): Quando o dispositivo recebe o endereço através de
um servidor de endereços dinâmicos (por exemplo, DHCP), assim cada dispositivo tem
um endereço distinto.
Quando um MN troca de rede (tanto de HA para FA, FA para HA ou FA1 para FA2 ) há
um atraso na comunicação, pois ao entrar na nova rede é feito todo o processo de autenticação
e registro do CoA junto ao HA, fazendo com que a conexão não seja interrompida, mas fique
sem troca de dados por alguns instantes. Isto é considerado um dos problemas nas redes MIPv4
(Mobilidade IPv4).
No princı́pio das redes MIPv4 era feito com que ao entrar numa nova rede os pacotes que
saiam do MN iam para o HA e depois para a rede, isto causava um aumento na utilização dos
roteadores, lentidão devido a latência da rede entre os roteadores e deixava a conexão para o
MN lenta. A solução foi fazer com que os pacotes fossem enviados para a rede diretamente do
FA que o MN estivesse utilizando. A forma que isto ocorre é baseado no roteamento triangular,
apresentado na Figura 17. Porém, esta solução abriu brechas para ataques a rede visitante
(SNOEREN; BALAKRISHNAN, 2000). Com isto, deve-se analisar se pretende-se uma rede mais
otimizada ou uma rede mais segura.
3.2 Mobilidade em Redes IPv6
59
Este método foi proposto pela IETF, mas há outros métodos que visam apresentar formas
alternativas de fazer o roteamento e o funcionamento em geral das redes móveis. Como outros
exemplos pode-se citar: esquema Columbia, esquema Sony e esquema LSR. Informações sobre
estes métodos podem ser encontrados no artigo de Bhagwat, Tripathi e Perkins (1996).
Outra forma que foi apresentada é a de Maysore e Brarghavan (1997), onde defendia a
idéia de substituir o CoA e o IP da rede de origem por um IP de classe D, ou seja, fazer como se
aquele dispositivo estivesse dentro de uma rede multicast (SNOEREN; BALAKRISHNAN, 2000).
Porém, diferentemente do outro modelo, o IP não mudaria a cada nova rede que entraria, ficando
permanentemente com o mesmo IP em todas as redes. Entretanto, o problema deste modelo
é que necessitaria-se de uma infra-estrutura robusta e eficiente para comportar vários grupos
distintos. (SNOEREN; BALAKRISHNAN, 2000)
Ao se desenvolver o protocolo IPv6, questões de mobilidade já foram pensadas antes de
implementarem e incluı́do recursos nativos de mobilidade. Isto ocasionou que a forma de funcionamento da mobilidade IPv6 fosse tratada de forma distinta da mobilidade IPv4.
3.2 Mobilidade em Redes IPv6
A mobilidade nas redes IPv6 é similar a mobilidade das redes IPv4. As principais diferenças
são encontradas nas questões de otimizações e requisitos necessários. Entretanto, mesmo com
estas diferenças, ambas visam o mesmo objetivo: um nó trocar de rede sem a perda da conexão.
Assim como na mobilidade IPv4, o MN recebe um IP estático da sub-rede de origem e tem
um HA responsável por ele. Este endereço deve receber, obrigatoriamente, o mesmo prefixo da
sub-rede do HA, ficando assim um nó pertencente àquela sub-rede (ALBERTONI, 2005). Além
disso, isto faz com que fique transparente para a camada de transporte, pois é como se não
houvesse nenhuma alteração (MARTINS; BARBOSA; LIMA, 2003).
Porém, diferentemente da MIPv4, o MIPv6 (Mobilidade IPv6) não possui FA. Isto possibilitou que o MIPv6 pudesse funcionar em qualquer lugar sem nenhum recurso especial (no caso
o FA) (JOHNSON; PERKINS; ARKKO, 2004). Entretanto, ainda há a necessidade de um endereço
de CoA. Antes ele era atribuı́do pelo FA ou pela rede, agora ele é atribuı́do de forma stateless
(sem servidor de atribuição) ou stateful (com servidor de atribuição). Em ambos os casos, o
endereço CoA deve possuir o prefixo da rede visitada.
Com isso, duas formas de troca de pacotes puderam ser utilizadas, segundo Popoviciu,
Levy-Abegnoli e Grossetete (2006), Johnson, Perkins e Arkko (2004):
3.2 Mobilidade em Redes IPv6
60
1. Sem otimização de rota (ou Tunelamento bidirecional): É criado um túnel virtual e bidirecional entre o MN e o HA, e outro túnel entre o HA até o CN. Assim, quando o CN tentar
enviar uma mensagem ao MN, o pacote passará pelos dois túneis, chegando até o MN.
O mesmo ocorre quando o MN tenta enviar uma mensagem ao CN, porém utilizando o
caminho inverso. Ou seja, todo pacote enviado ou recebido passa pelo HA, o que torna o
processo lento; ou
2. Com otimização de rota: Os pacotes enviados por CN são encaminhados diretamente
para o MN e vice-versa. Fazendo, assim, com que o HA não seja sobrecarregado com
mensagens que não são úteis a ele.
Com a otimização de rota, nota-se que é bem mais vantajoso, principalmente pelo fato de
não haver a necessidade das mensagens terem que passar pelo HA. Além disso, faz com que a
comunicação entre MN e CN seja facilitada e tenha uma menor latência. A Figura 18 demonstra
como é feito o caminho nos dois casos.
Figura 18: Os dois casos possı́veis de se utilizar mobilidade IPv6
Para que o HA saiba sempre onde está o MN, é feito uma associação entre o endereço
da rede local (estático) com o endereço CoA. Este processo é conhecido como binding. O
binding é realizado pelo MN, juntamente ao HA, onde o MN envia uma mensagem de Binding
3.2 Mobilidade em Redes IPv6
61
Update (BU) ao HA. O HA devolve uma mensagem para garantir ao MN que a atualização foi
feita. Esta mensagem é conhecida como Binding Acknowledgement (BA). (MARTINS; BARBOSA;
LIMA, 2003)
Sendo assim, é possı́vel que o CN possa criar uma tabela associando o endereço da rede
local do MN com o endereço na rede atual. Estes dados são fornecidos pelos MN através de
um processo de ligação correspondente (MARTINS; BARBOSA; LIMA, 2003). Assim, ao invés do
CN mandar sempre o pacote para o endereço da rede local do MN, ele envia diretamente ao
endereço atual do MN, fazendo com que a otimização seja realizada.
Um caso que será facilitado no MIPv6, e que não era tratado no MIPv4, é o fato do multicast. No MIPv6, pretende-se que o MN receba os pacotes via tunelamento dentro da sua
rede local e ao passar para as redes visitantes a conexão continue normalmente. Porém, há a
possibilidade de ter quedas de performance durante a transição das redes. (PERKINS, 1998)
Para resolver este problema na queda de performance, não apenas na utilização de multicast,
mas de uma forma em geral na MIPv6, foram criados métodos para reduzir a latência nas
trocas de rede. Exemplos destes métodos são o HMIPv6 (Hierarchical Mobile Internet Protocol
version 6), informação da camada de enlace, entre outros. (LI, 2004)
O HMIPv6, definido na RFC 4140, é baseado no MIPv6 e adiciona uma nova funcionalidade: o MAP (Mobile Anchor Point). Além disso, trás algumas pequenas extensões para os MN.
Deste modo, o HA e o CN não sofrem nenhuma alteração, onde apenas o MN e a infra-estrutura
da rede sofrem modificações. (LI, 2004; SOLIMAN et al., 2005)
O MAP é um roteador colocado na rede visitante para servir como um HA do MN. Ele
exerce as mesmas funcionalidades do HA, mas na rede visitante, diminuindo a latência na
transição do nó. Dentro das redes, é possı́vel ter um ou mais MAP para fazer este controle.
O funcionamento básico do HMIPv6 é definido que quando um MN entra na rede do MAP,
o roteador desta rede informa ao MN informações sobre o MAP. Com isso, o MN pode ligar sua
localização atual (LCoA - on-Link Care of Address) com a sub-rede do MAP (RCoA - Regional
Care of Address) (SOLIMAN et al., 2005), registrando este endereço junto ao HA e o CN. Assim,
os pacotes que são destinados ao MN, passam pelo MAP da rede. A Figura 19 demonstra um
esquema básico de rede que utiliza HMIPv6.
3.3 Mobilidade em Redes Mistas (IPv4 e IPv6)
62
Figura 19: Esquema básico de rede utilizando HMIPv6. Adaptado de Soliman et al. (2005)
Baseando-se na Figura 19, é possı́vel ver que quando o CN enviar um pacote ao MN, o
pacote passará pelo MAP, em seguida pelo roteador que está servindo de ligação para o MN e,
então, ao MN. Com isto, é mais fácil de adaptar a conexão quando há troca de sub-redes apenas
dentro da mesma rede administrada pelo MAP.
Para fazer a troca da sub-rede, não necessitaria de fazer todos os registros novamente, apenas seria informado ao MAP em qual sub-rede está o MN. Isto faz com que a latência na hora
da troca da rede seja diminuı́do, não prejudicando aplicações que necessitam de baixa latência,
como é o caso do multicast e do VoIP1 .
Todavia, a mobilidade IP não se limita apenas em MIPv4 ou MIPv6, onde cada uma funciona apenas com o seu devido protocolo, ou seja, MIPv4 suporta mobilidade, porém todos os nós
devem suportar IPv4, valendo a mesma regra para MIPv6, mas com protocolo IPv6. É possı́vel
que se misture MIPv4 em MIPv6 e vice-versa.
3.3 Mobilidade em Redes Mistas (IPv4 e IPv6)
Quando um nó MIPv4 se movia entre as redes MIPv4, nenhum problema de compatibilidade era notado, mas quando este nó fosse a uma rede MIPv6, sua conexão era interrompida.
1 Comunicação
de voz sobre IP
3.3 Mobilidade em Redes Mistas (IPv4 e IPv6)
63
O mesmo ocorria quando um nó MIPv6 entrava numa rede MIPv4. (TSIRTSIS; SOLIMAN; PARK,
2006)
Para resolver este problema, os grupos nemo, mip4 e mip6 da IETF estão criando padrões
para que se possa estabelecer esta troca de redes sem a quebra da comunicação. Isto faz com a
transição das redes que utilizam MIPv4 possam migrar para o IPv6 sem problemas.
Algumas idéias surgiram para que este problema fosse sanado. Umas das formas seria
utilizar métodos de transição nas bordas das redes para alteração do protocolo (por exemplo,
6to4, Teredo, entre outros). Outra forma seria a utilização de métodos criados pelo grupo nemo
do IETF. Porém, o principal método (que se mostrou mais adequado) foi o Dual Stack. (LIU,
2002; SHIMA, 2006)
Para cada um dos protocolos (IPv4 e IPv6) há um modelo de Dual Stack, ainda não padronizado, sendo chamado de DSMIPv4 (Dual Stack Mobile IPv4) para redes MIPv4 e DSMIPv6
(Dual Stack Mobile IPv6) para as redes MIPv6. Cada um destes Dual Stack é independente
do outro, fazendo com que definições em um, não acarrete em problemas nos outros (TSIRTSIS;
SOLIMAN; PARK, 2006; SOLIMAN et al., 2006).
Entretanto, ainda não é possı́vel fazer com que um nó MIPv4 entre numa rede MIPv6 e
continue a sua conexão normalmente, assim como um nó MIPv6 numa rede MIPv4. A solução
encontrada é fazer com que haja uma rede mista (Dual Stack) que suporte tanto a MIPv4 quanto
a MIPv6. A Tabela 6 representa os casos possı́veis de se misturar diferentes protocolos em
redes móveis baseadas em IP.
Tabela 6: Comportamento dos nós móveis nas redes móveis
Rede IPv4
DSMIPv4
DSMIPv6
DSMIPv4
DSMIPv6
!
%
!
Rede IPv6
Baseado na Tabela 6, os itens representados por
%
!
!
Rede Dual Stack
!
!
!
!significa que se o nó utiliza o Dual Stack
da primeira coluna nas redes descritas na primeira linha, ele irá funcionar. Caso esteja marcado
com
%o Dual Stack não irá funcionar naquela rede.
O princı́pio geral do Dual Stack é fazer com que o um nó possua um endereço IP de cada
protocolo (um IPv4 e outro IPv6) e dentro de sua rede ele utilize o MIP correspondente ao
seu protocolo, mas na rede visitante ele utiliza o outro endereço de IP, mas encapsulado. Por
exemplo, um MIPv4 está na sua rede MIPv4 e tudo acontece normalmente, ao ir para uma rede
Dual Stack, ele funcionará normalmente como era antes, porém com algumas generalizações,
3.4 Mobilidade nas redes IEEE 802.11
64
mas quando ele entra numa rede MIPv6, ele encapsula o pacote IPv4 dentro de um IPv6 e
transmite. (TSIRTSIS; SOLIMAN; PARK, 2006)
Apesar de ainda ser um modelo em fase de teste, ou seja, sem padronização, já é possı́vel
ver que ajudará na questão da transição entre o IPv4 e o IPv6, na questão de mobilidade. Além
disso, permitirá a coexistência de ambos tipos de mobilidade IP juntas, podendo ser utilizada
em serviços públicos, como os hotspots2 .
Entretanto, a mobilidade IP foi tratada de uma forma generalizada. Em cada tipo de
rede (local, metropolitana e de longa distância) é possı́vel encontrar particularidades. E como
o objetivo deste trabalho é apresentar a mobilidade IP em redes locais, faz-se necessário a
apresentação das caracterı́sticas para este tipo de rede.
3.4 Mobilidade nas redes IEEE 802.11
Ao se tratar de mobilidade para as redes IEEE 802.11, fala-se principalmente dos modelos
que utilizam pontos de acesso para comunicar-se com os dispositivos, ou seja, das topologias
BSS, ESS e malha. Para a topologia IBSS, o tratamento ocorre de forma diferenciada, pois
os nós não dependem de um ponto de acesso, mas sim da disposição dos outros dispositivos
móveis.
Para as redes IBSS (ou Ad Hoc), onde não possuem um roteador para controlar os pacotes
provenientes de requisições de mobilidade, cada dispositivo móvel serve como um roteador
dinâmico e multi-saltos, ou seja, além de apenas acessar o meio, ele serve como roteador para
outros dispositivos que desejam alcançar nós que não estão alcançando (PERKINS, 1998). Para
exemplificar melhor este problema, a Figura 20 representa como seria um exemplo de situação
que isto ocorre.
Figura 20: Roteamento dinâmico pelo dispositivo móvel
2 Serviço disponibilizado pelas empresas para utilização de Internet com dispositivos móveis em locais públicos
3.4 Mobilidade nas redes IEEE 802.11
65
Conforme a Figura 20, se o dispositivo (a) tenta comunicar-se diretamente com (c), ele
não obtém sucesso. Porém, se o dispositivo (b) informar a (a) que consegue comunicar-se com
(c), é possı́vel fazer com que (a) envie o pacote para (b), que enviará para (c), podendo assim
conseguir fazer a transmissão de um pacote de (a) para (c) mesmo sem os dois nós possuı́rem
ligação direta.
Com isso, é possı́vel demonstrar a importância dos dispositivos fazerem a função de roteadores, quando equipamentos especializados para tal função não esteja acessı́vel ou operante. O
motivo por serem considerados roteadores dinâmicos é que a cada movimento do dispositivo é
possı́vel que este encontre novos nós pela rede, bem como possa deixar de se comunicar com
algum outro, mantendo uma tabela de roteamento dos nós que são acessı́veis àquele dispositivo.
Entretanto, pode haver situações em que não seja possı́vel transmitir um pacote utilizando apenas um dispositivo intermediário. Por exemplo, se o dispositivo A quer enviar uma mensagem
a B, mas não é alcançável, e sabendo que as relações da Tabela 7 são conhecidas, é possı́vel
enviar um pacote de A, passando por C, depois por D e finalmente chegando a B. Este fato é
conhecido como multi-saltos (PERKINS, 1998).
Tabela 7: Alcance dos nós
Nó
A
B
C
D
A
Não
Sim
Não
B
Não
Não
Sim
C
Sim
Não
D
Não
Sim
Sim
Sim
Com os dados apresentados Tabela 7, é possı́vel imaginar como é o roteamento dentro de
cada nó. Assim, para cada alteração em um dos nós, é possı́vel que conexões já existentes sejam
quebradas (por exemplo, se o nó C distanciar-se de A, não será possı́vel a comunicação entre A
e B) ou então possam ser formadas (por exemplo, a entrada de um novo nó à rede).
Já para as redes com topologia BSS o tratamento é diferente, pois é uma rede que possui
apenas um centralizador (ROSHAN; LEARY, 2003). Isto faz com que a mobilidade não se torne
um problema para a camada IP, mas sim para a camada de enlace, ou seja, é possı́vel deslocar
o móvel pela rede somente na área que o centralizador abrange, apenas tendo tratamentos de
mobilidade para a camada de enlace, não afetando a camada de rede (LI, 2004).
Nas redes ESS o tratamento é distinto, pois é possı́vel ter situações de macro-mobilidade e
micro-mobilidade. Na micro-mobilidade é quando um nó passa de um centralizador para outro
dentro da mesma rede. Neste caso, alguns consideram que é uma mobilidade entre duas redes
BSS distintas. Já na macro-mobilidade é quando o nó passa por redes distintas de topologias
ESS (LI, 2004). A Figura 21 mostra como pode ocorrer os dois casos.
3.4 Mobilidade nas redes IEEE 802.11
66
Figura 21: Passagem entre redes usando micro e macro-mobilidade
Baseando na Figura 21, nota-se que cada rede é de topologia BSS, se analisada separadamente e é de topologia ESS juntando (A) com (B) e (C) com (D), tendo duas redes ESS.
Quando o dispositivo, que está na rede (A), vai para a rede (B), ele está trocando apenas de
centralizador, permanecendo na mesma rede, ou seja, está acontecendo uma micro-mobilidade.
Porém, ao passar da rede (B) para a rede (C), ele está trocando de rede, causando uma macromobilidade. Quando trocar da (C) para a (D), mesmo estando numa rede visitante, continua
sendo uma micro-mobilidade.
Para as redes de malha, é possı́vel encontrar uma mistura entre BSS e ESS, já que a rede de
malha é formada deste modo. Por isso, é possı́vel que na parte da rede BSS tenha-se tratamentos
de mobilidade para BSS, acontecendo o mesmo para a ESS.
Com isto, pode-se demonstrar que para todas as topologias de rede IEEE 802.11 é possı́vel
aplicar funções de mobilidade, sejam estas apenas na camada de enlace ou na de rede. E,
baseando-se nisso, para a comparação entre a mobilidade em redes MIPv4 e MIPv6, será utilizado a topologia ESS com macro-mobilidade.
3.5 Conclusões Parciais
67
3.5 Conclusões Parciais
A utilização de redes móveis vem crescendo significativamente e o número de outros serviços
que utilizam rede sem fio vem se adequando para a utilização da mobilidade IP. Um bom exemplo é a rede de telefonia celular, onde novos padrões, como o GPRS (General Packet Radio
Service) e WCDMA (Wide-Band Code-Divison Multiple Access), já estão sendo criados com
tecnologia MIPv6.
Porém, o MIPv4 tem sua utilidade, não apenas dentro da telefonia celular, mas dentro
das instituições, pois o IPv4 é o protocolo mais utilizado por usuários finais, necessitando de
mobilidade para os dispositivos móveis. Outro fato que deve ser levado em consideração é que
a maioria dos dispositivos móveis utilizam o protocolo IPv4, fazendo com que o MIPv4 seja
mais vantajoso na hora da implantação.
É possı́vel ver que a utilização de MIPv4 e MIPv6 é bem diferenciada, quanto uma é utilizada para usuários finais, a outra é utilizada para novas tecnologias de uso não tão acessı́veis ao
usuário. Porém, a convergência para a MIPv6 é esperada, visto que este é um novo protocolo e
que logo o IPv4 entrará em extinção, necessitando, assim, de redes e dispositivos que aceitem
ambos os tipos de redes e mobilidade.
68
4
Considerações Finais
Após feitos os estudos apresentados, é possı́vel analisar que todos os objetivos almejados
foram realizados com sucesso. Isso representa que todo o embasamento teórico está compreendido e, portanto, apto ao desenvolvimento dos testes práticos. Estes testes são viáveis de serem
realizados, pois outros órgãos já o fizeram (RNP e 6BONE são exemplos de instituições que já
realizaram estes testes, além de fazerem estudos na área).
Porém, o grande problema do protocolo IPv4 é ser antigo e não suportar, com tanta flexibilidade, as necessidades atuais. Como por exemplo: sistemas de auto-configuração, suporte
facilitado para multicast, segurança na troca de dados, entre outros. Além disso, na época de
desenvolvimento do protocolo, não esperaria-se a utilização de tantos nós simultâneos, o que
resultou numa falta de endereços.
O principal motivo que faz com que o IPv6 não entre rapidamente no mercado é o fato de
ser incompatı́vel com as redes IPv4. Necessitando, assim, de métodos de transição para que se
possa ser feita a migração de um protocolo para o outro, sem grandes prejuı́zos. Para isso, há
diversos métodos que contribuem para que seja realizado tal serviço da melhor forma possı́vel
para cada organização.
Em relação a mobilidade, é possı́vel ver que muitas pessoas confundem o termo mobilidade
como sendo apenas aquela aplicada a troca de ponto de acesso, e ainda não necessitando que a
conexão fosse mantida. Nota-se que a mobilidade é mais do que isso, é a possibilidade de trocar
tanto de ponto de acesso, quanto de redes ou apenas recursos locais do sistema operacional.
Com base na mobilidade é possı́vel tornar as redes mais flexı́veis a utilização de dispositivos
móveis, já que há uma forte tendência no crescimento da aplicação de mecanismos sem fio. Por
exemplo, a utilização de celulares, notebooks, handheld, entre outros. Além disso, os principais
padrões de TV Digital existentes utilizam este recurso para fazer com que os dispositivos móveis
possam comportar TV, mostrando que a mobilidade é uma necessidade.
Porém, assim como nos protocolos, a mobilidade IP apresenta suas falhas. Ao se tratar da
mobilidade IPv4, a necessidade de todos os pacotes terem de passar pelo HA é um problema
4 Considerações Finais
69
que pode causar uma sobrecarga do HA, caso possua muitos MN associados a ele.
Já para as redes IPv6, esse problema foi resolvido, porém outro problema, já proveniente
do MIPv4, é o fato da lentidão durante a troca de redes. Isto pode comprometer a usabilidade de algumas aplicações, visto que são sensı́veis a grandes latências, como por exemplo, a
comunicação de áudio e/ou vı́deo em tempo real.
Em questão de mobilidade, as redes com micro-mobilidade, devido a menor abrangência,
são mais simples de serem implementadas e podem prover uma melhor usabilidade, ao contrário
da macro-mobilidade que é de difı́cil implementação e há o aumento da latência no momento da
troca de rede. Assim, tanto a micro, quanto a macro-mobilidade apresentam pontos negativos,
dependendo da aplicação que se destinam.
O cronograma proposto apresentado no plano foi alterado devido a melhor organização de
como atingir os objetivos e basear-se numa maior fundamentação teórica antes da realização do
estudo de caso. As alterações foram basicamente remover os testes práticos que vinham logo
em seguida do estudo teórico e coloca-los para serem feitos após todo o desenvolvimento da
teoria.
Com este novo cronograma, as atividades foram realizadas dentro dos prazos previstos,
exceto no estudo do modelo DARPA e do IPv4. Nestes casos o motivo do atraso foi a falta de
adequação na escrita, acarretando em muitas revisões. Já para as demais, todas foram cumpridas
normalmente, além de recuperar o tempo gasto nos atrasos.
Porém, para que estes objetivos fossem alcançados, algumas dificuldades foram aparecendo
durante a confecção do trabalho. Dentre os principais obstáculos, encontra-se o problema de
testar na prática os exemplos apresentados durante a explicação dos protocolos IPv4 e IPv6.
Isto fez com que os exemplos demonstrados fossem apenas baseados na teoria e não na prática.
Para a continuação deste trabalho, espera-se realizar os testes práticos referentes a MIPv4
e MIPv6, demonstrando as caracterı́sticas de cada mobilidade em particular e expressar em
que áreas cada uma pode ser mais vantajosa que a outra, além de informar os motivos. Para a
validação dos testes, serão realizadas as operações com os mesmos equipamentos e em mesmas
circunstâncias.
70
Referências
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74
APÊNDICE A -- Plano do TCC
Plano de Trabalho de Conclusão de Curso
Análise e Testes da Mobilidade em Redes do Padrão IEEE 802.11
Utilizando Protocolo IP versão 6
UDESC - Centro de Ciências Tecnológicas
Departamento de Ciências da Computação
Bacharelado em Ciência da Computação - Integral
Turma 2006/1 - Joinville - Santa Catarina
Juan Rodolpho Basso - [email protected]
Orientador: Charles Christian Miers - [email protected]
Resumo - Este trabalho de conclusão de curso visa apresentar o protocolo IPv6 em redes
sem fio, baseada no padrão internacional IEEE 802.11; Porém com maior foco na utilização da
mobilidade neste tipo de rede. Será apresentado uma motivação para o uso, suas qualidades,
vantagens, como pode ajudar a reduzir a latência de comunicação e ao mesmo tempo aumentar
a segurança na rede comparada com a versão IPv4. Ao final, busca-se realizar testes e análise
de mobilidade dentro de uma rede com padrão IEEE 802.11, utilizando o protocolo IPv6.
Palavras-chave: IPv6 móvel, MIPv6, IPng, Wireless, 802.11, Mobilidade, Segurança.
A.1 Introdução e Justificativa
A.1.1 Introdução
Com a evolução dos computadores houve a necessidade da interconexão dos mesmos.
Para isso existem várias formas, diferenciando o modo de conexão, velocidades, formas de
75
comunicações, tratamento dos erros, entre outros. Este conjunto de interconexão ficou denominado de rede de computadores. [COMER, 2000]
As redes de computadores fizeram com que a utilização ficasse mais simplificada, reduzindo
custos para as empresas e aumentando a produtividade. Porém, a evolução dos computadores
era cada vez maior, fazendo com que a área de redes evoluı́sse na mesma medida. A evolução
foi tão grande que não limitava apenas as redes dentro das empresas, mas entre locais distantes,
necessitando de redes mais complexas. [COMER, 2000]
As redes em seu princı́pio eram interconectadas por cabos, conduzindo sinais elétricos e
óticos de um ponto ao outro, mas com o aumento para centenas ou milhares de computadores
na mesma rede, isto se tornou uma dificuldade por causa do espaço fı́sico para instalação dos
cabos e aspectos relacionados a essa arquitetura. Devido a essa necessidade das empresas,
foram desenvolvidas as formas de comunicação sem fio. [COMER, 2000]
Alguns algoritmos para comunicações de redes sem fio foram padronizados por órgãos
internacionais, dentre eles a IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Eles
foram agrupados no padrão IEEE 802.11, que engloba todos os algoritmos de comunicação
wireless para LANs (Local Access Network). [IEEE, 1999]
Para a comunicação de computadores de mesa (desktop) foi um sucesso, já que não precisava mais de tomadas de rede próximas, além de dutos para passagem dos cabos. Porém um
problema veio à tona, onde os computadores portáteis (notebook, handheld, entre outros) só poderiam se deslocar dentro da área que aquela rede comportava. Para resolver isto, foi necessário
criar mobilidade dentro das redes, ou seja, possibilitar que os computadores portáteis pudessem
se locomover entre diversas antenas compatı́veis sem perder seu vı́nculo de comunicação.
Para que haja a comunicação entre as redes, é necessário, além da parte fı́sica, que o receptor
entenda os dados transmitidos pelo emissor. Devido a isto, foram criados protocolos de rede
que fazem esta função, sendo o principal protocolo utilizado pelas redes, tanto com ou sem fios,
é o IPv4 (Internet Protocol version 4). [COMER, 2000]
O protocolo IPv4 e a mobilidade que as redes sem fio necessitam não estão incorporadas
como padrão, necessitando alguns ajustes e uso de softwares para que se possa utilizar este recurso. [PERKINS, 2002] Mas para sanar este problema, já está em desenvolvimento a versão 6
do protocolo IP (IPv6), que trará a mobilidade como um recurso padrão, dentre outros recursos.
[PERKINS, 1996]
O IPv6 [DEERING, 1998] é baseado no IPv4, pode-se dizer até que é um melhoramento.
O IPv6 ainda está em fase de desenvolvimento, pois o IPv4, projetado na década de 70, já está
76
quase na sua capacidade em relação à combinação de endereços. Outros fatores que motivaram a criação do IPv6 foram a nova disponibilidade tecnológica que o mercado oferece, como
dispositivos móveis, redes sem fio, entre outros. [BASSI FILHO, 2004]
Segundo [BASSI FILHO, 2004], o IPv6 possui algumas inovações em relação ao IPv4, por
exemplo:
•Maior quantidade de endereços;
•Alteração no cabeçalho dos pacotes;
•Segurança mais robusta;
•Recursos plug-and-play;
•Mobilidade.
São estes e outros fatores que fazem com que o IPv6 venha a substituir o IPv4. Esta
transição se dará de forma gradual para que não haja problema, deixando as redes compatı́veis
até o fim da adaptação, já que há bilhões de computadores interconectados usando IPv4. [6BONEBR, 1998]
Com a realização deste trabalho será possı́vel mostrar que a mobilidade nas redes sem fio
é viável e o que é necessário para ser implantada. As principais áreas de atuação do recurso de
mobilidade são hospitais, fábricas, TV Digital, residências, escritórios, e muitos outros.
A.1.2 Justificativa
Com o aperfeiçoamento das redes sem fio e dos dispositivos móveis, aliados com a nova
versão do protocolo IP (IPv6), que oferece suporte nativo à mobilidade, fazem com que o
usuário possa deslocar-se em redes distintas de forma transparente e sem a necessidade de
uma nova autenticação. Com a versão antiga do protocolo IP (IPv4) não havia suporte nativo à
mobilidade, fazendo que a cada troca de rede necessitasse de uma nova autenticação e ainda a
conexão é perdida.
Além da mobilidade nativa, o IPv6 possui o recurso de segurança melhorado, possibilitando
que outros dispositivos, além de computadores, utilizem este protocolo, como é o caso dos
atuais padrões de TV Digital.
77
A.2 Objetivos
A.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho é analisar e testar o recurso de mobilidade em redes sem
fio. Para isso será feito o uso do protocolo IPv6 em redes baseadas no padrão IEEE 802.11. O
propósito é comprovar a funcionalidade, segurança, caracterı́sticas, assim como seus pontos negativos. Além disto, mostrar quais configurações e requisitos são necessários para a implantação
deste recurso.
A.2.2 Objetivos Especı́ficos
O objetivo especı́fico deste trabalho compreende diversos itens, são estes:
•Analisar os protocolos IPv4 e IPv6;
•Analisar a infra-estrutura necessária para o IPv4 e IPv6;
•Analisar padrão IEEE 802.11 e principais subdivisões;
•Analisar a infra-estrutura necessária para redes do padrão IEEE 802.11;
•Analisar como os sistemas operacionais utilizam os protocolos IPv4 e IPv6;
•Analisar o funcionamento geral dos repetidores para redes sem fio;
•Analisar os sistemas operacionais para utilização de redes sem fio baseadas no padrão
IEEE 802.11;
•Analisar a arquitetura para mobilidade no IPv4 e IPv6;
•Testar e analisar interconexão da malha de repetidores para redes sem fio;
•Analisar e calcular o posicionamento dos equipamentos de rede sem fio no local de teste;
•Efetuar testes de mobilidade na rede sem fio utilizando o protocolo IPv6;
•Análise de performance entre IPv4 e IPv6 na questão de mobilidade;
•Analisar o resultado obtido dos testes.
Estes objetivos são de extrema necessidade para que a busca do objetivo final seja alcançada.
Serão utilizados para traçar o cronograma que será desenvolvido.
78
A.3 Metodologia
O método de desenvolvimento que será utilizado neste Trabalho de Conclusão de Curso
será a pesquisa aplicada referenciada com um estudo de caso prático baseado no conhecimento
adquirido com o estudo teórico. A parte prática será realizada nas dependências da UDESC
(Universidade do Estado de Santa Catarina) e será totalmente documentada.
Para os testes práticos, serão necessários no mı́nimo dois repetidores de redes sem fio que
trabalham com mesmo padrão de rede e um dispositivo móvel. O intuito é deslocar o dispositivo
móvel entre os dois repetires, trocando de rede e não perdendo a conectividade.
Nas reuniões periódicas, o professor orientador analisará o conteúdo e irá propor ao aluno
correções ou alteração de foco do assunto, a fim de evitar que o orientado desvie-se do tema
principal ou abranja um conteúdo diferente do proposto neste documento. O orientado por sua
vez terá um prazo para adequar as correções e então ser refeita a análise do orientador.
Para a confecção do trabalho será dividida em etapas de diferentes intervalos de tempo e
podendo ou não haver necessidade de dependência de outra(s). As etapas foram dividas da
seguinte maneira:
1.Estudar e analisar os protocolos e a infra-estrutura necessária para o uso dos protocolos
IPv4 e IPv6;
2.Estudar e analisar o padrão e a infra-estrutura necessária para redes IEEE 802.11;
3.Estudar o funcionamento dos protocolos da camada de rede nos sistemas operacionais;
4.Configurar e testar alguns sistemas operacionais para utilização do protocolo IPv4 e IPv6;
5.Estudar e testar conexões sem fio utilizando alguns sistemas operacionais, utilizando
IPv4;
6.Estudar a utilização do protocolo IPv6 em redes baseadas no padrão IEEE 802.11;
7.Testar conexões sem mobilidade em redes com padrão IEEE 802.11, utilizando protocolo
IPv6;
8.Análise da arquitetura para mobilidade no IPv4 e IPv6;
9.Estudar, testar e analisar interconexão da malha de repetidores para redes sem fio;
10.Estudar mobilidade em redes baseadas no padrão IEEE 802.11, utilizando IPv4 e IPv6;
79
11.Configuração da rede de teste para aceitar mobilidade IPv4 e IPv6;
12.Análise e testes com mobilidade utilizando IPv6 em redes do padrão IEEE 802.11;
13.Análise da performance entre IPv4 e IPv6 na questão de mobilidade;
14.Documentação do estudo, análise e configurações.
Com estas etapas espera-se cumprir todos os objetivos traçados. A relação do tempo necessário e da possı́vel realização em conjunto das etapas será mostrado no item 4 deste cronograma.
A.4 Cronograma
A tabela abaixo mostra as etapas e o perı́odo que deve ser realizada. O número da etapa
baseia-se nos itens descritos no item 3 deste plano.
A.5 Linha e Grupo de pesquisa
O grupo de pesquisa que este TCC encontrar-se-á é o GRADIS (Grupo de Redes e Aplicações
Distribuı́das) da UDESC. Sua linha de pesquisa será no desenvolvimento de aplicações e configuração
de redes sem fio, juntamente com a utilização do protocolo IPv6.
80
A.6 Forma de Acompanhamento/Orientação
O acompanhamento do professor orientador junto ao orientado será presencial e de no
mı́nimo uma hora semanal, onde este será combinado por ambos, podendo variar entre cada
semana. Nas reuniões o professor orientador e o orientado esclarecerão as dúvidas sobre o
Trabalho de Conclusão do Curso.
Para efeito de controle de presença, será criado um registro de presença, que deverá ser assinado pelo professor orientador e pelo orientado. Poderá haver discussões de forma eletrônica,
porém não será contabilizada como tempo de encontro semanal, sendo considerada uma forma
de orientação informal.
A.7 Referências Bibliográficas
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