1908 Arquitectura de Redes

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1 1908 Arquitectura de Redes Tema 8. Introducción a la movilidad en redes IP Pedro M. Ruiz Francisco J. Ros 3º Grado en Ingeniería Informática 2011/2012

2 Organización del tema Motivación IP Móvil IPv6 Móvil Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia 2

3 Problemática Movilidad en Redes IP (I) La dirección IP de un host depende de la subred a la que está conectado Si cambia esa subred DEBE cambiar la dirección En caso contrario no podrá comunicarse con sus vecinos ni con su GW El encaminamiento se basa en prefijos de red que poseen información de localización Si cambia de localización, los paquetes destinados al nodo móvil llegarán a su subred original, no a su posición actual

4 Movilidad Ej: un nodo móvil que cambia dos veces de punto de conexión a la red Red base ip1 Nodo móvil (NM) Nodo remoto (CN) Red IP DNS Red visitada 1 Red visitada 2 FA NM NM

5 Problemática Movilidad en Redes IP (II) Los protocolos de transporte utilizan direcciones IP Identificación de conexiones Cálculo de checksum No puede cambiarse la dirección IP al vuelo o las conexiones de nivel de transporte no se mantendrán. Posibles soluciones de movilidad: Propagación de rutas específicas de hosts. Problema: escalabilidad. Registro de los cambios en la localización en el DNS Problema: escalabilidad, lentitud de propagación debido a las cachés

6 Requisitos de Diseño de IP Móvil Proporcionar movilidad global a nivel de red Independiente de la subred Macromovilidad: complementa a la movilidad de subred Transparencia frente a los nodos no móviles No se debe modificar el software de los nodos que no se mueven Transparencia frente a las aplicaciones Sin modificación de aplicaciones o interfaces en cualquier nodo (incluso los móviles) Transparencia frente al encaminamiento de la red Funciones de movilidad localizada tan sólo en ciertos nodos No se cambia el funcionamiento de los routers de internet Señalización segura Mensajes de localización autenticados para evitar redirecciones falsas Señalización simple Minimización del intercambio de mensajes y tamaño de los mismos Escalabilidad

7 IP Móvil (MIP)

8 La Arquitectura de MIP Binding Table Home Agent HA Home Address Care-of Address Bi-directional tunnel Correspondent Nodes El principio de diseño es semejante para IPv4 y IPv G IP Backbone R R Standard IP routing WLAN R WMAN Nodo móvl tiene 2 direcciones Home Address: identidad Care-of Address: localización (i.e. cambio con cada movimiento) Home Agent maneja el reenrutamiento de los paquetes usando tuneles. Home Address Care-of Address

9 Modo de Operación Básico (I) Ej: un nodo móvil que cambia dos veces de punto de conexión a la red Red base ip1 HA Nodo móvil (NM) Nodo remoto (CN) Red IP Red visitada 1 Red visitada 2 FA FA NM NM

10 Movilidad en IP (II) A cada nodo en itinerancia se le asocia una dirección temporal (care-of address) que proporciona identificación sobre su localización Para poder enviar realmente tráfico a un nodo móvil, es necesario que tenga asociada una dirección IP válida de la subred que está visitando Define el procedimiento para que los nodos móviles comuniquen su localización a su agente local (home agent) El agente local se ocupa de recoger los datagramas que llegan a la red base dirigidos al nodo móvil y reenviarlos mediante túneles IP Movilidad en Redes IP

11 Nuevas Entidades Funcionales (I) Nodo Móvil (Mobile Node, MN ó NM): host o router que cambia su punto de conexión a la red sin cambiar su dirección IP o perder las conexiones establecidas Se comunica con otros hosts utilizando la dirección base que tiene asignada de forma permanente (home address) en su red de origen En cada red visitada se le asigna temporalmente una dirección de entrega (Care-of address) Agente base (Home Agent, HA): normalmente router situado en la red origen del nodo móvil que: Intercepta el tráfico destinado al móvil en la red base y se lo reenvía mediante túneles IP Realiza la función de localización de los nodos móviles manteniendo una tabla de asociaciones entre direcciones base y direcciones de entrega

12 Nuevas Entidades Funcionales (II) Agente Foráneo (Foreign Agent, FA): normalmente router situado en la red visitada que proporciona servicios de encaminamiento a los nodos móviles registrados: En función de la configuración puede ayudar al móvil a registrar su nueva localización en el HA En algunos casos, el nodo móvil queda representado por una dirección del FA (FA care-of address). El MN se registra a través del FA con el HA. El FA entrega y desencapsula los datagramas que le envía el HA, y los reenvía al MN. En otros casos, el MN configura su propia care-of address (co-located care-of address), p.ej, a través de DHCP. Puede actuar como router por defecto para el nodo móvil Nodo Remoto ó Corresponsal (Correspondent Node, CN ó NC): cualquier nodo en Internet que desea comunicarse con un nodo móvil

13 Modo de Operación Básico (II) El nodo móvil cambia a la red visitada 1 Se registra el cambio en el HA Red base Nodo remoto (CN) HA (3) El HA apunta en su tabla interna la localización del NM (ip1, ip2) Red IP Red visitada 1 FA (2) El NM o el FA comunican al HA la nueva localización del NM (ip2) FA Red visitada 2 (1) El NM descubre al FA en la red visitada y obtiene una dirección de entrega ip2 ip2 NM

14 Modo de Operación Básico (III) Un nodo remoto (CN) se comunica con el móvil Encaminamiento asimétrico (triangula routing) Red base Nodo remoto (CN) (2) El HA captura los paquetes dirigidos al NM cuando éste está en itinerancia y los reenvía a la dirección que tiene registrada Red visitada 1 FA HA Red IP (4) El NM contesta directamente al CN sin pasar por su red base FA (1) El NM envía los datagramas a la dirección base del NM (ip1 en el DNS) Red visitada 2 (3) El FA (o el NM) desencapsula los datagramas que llegan por el túne. Si es el FA se los entrega al NM. ip2 NM

15 Modo de Operación Básico (IV) El nodo móvil cambia a la red visitada 2 Se cambia el registro en HA Red base HA Nodo remoto (CN) (2) El HA apunta en su tabla interna la nueva localización del NM (ip1, ip3) Red visitada 1 Red IP (1) El NM descubre el nuevo FA en la red visitada y obtiene una dirección de entrega ip3 FA (2) El NM o el FA comunican al HA la nueva localización de NM (ip3) ip3 NM FA Red visitada 2

16 Fases de Operación Descubrimiento de los Agentes Los HA y FA deben anunciar su presencia (Agent Advertisement) Los nodos móviles pueden interrogar la existencia de agentes en una subred (Agent solicitation) Registro Los nodos móviles comunican su dirección de entrega al HA (Agent registration) Este proceso se realiza directamente (colocated care-of address) o bien a través del FA (foreign care-of address) Tunneling Los datagramas enviados a la dirección IP del nodo móvil son interceptados por el agente local y reenviados al destino móvil a través de un mecanismo de encapsulación de IP sobre IP (tunneling)

17 Direcciones de entrega Los nodos móviles necesitan además de su dirección (home) local IP una dirección de la red visitada Care-of Address (CoA) o Dirección de entrega La dirección de entrega puede ser: Una dirección del Agente Foráneo Foreign Agent Care-of Address (FA-CoA) El FA realiza la desencapsulación Más eficiente en términos de direcciones: varios MN comparten la misma dirección IP (del FA) El MN y el FA se comunican directamente a través de la subred usando direcciones de subred (MAC) Una dirección de la red visitada obtenida mediante otros medios (p. ej. DHCP) Colocated care-of address (CCoA) El MH realiza directamente la desencapsulación Más eficiente en términos de retardo

18 Descubrimiento de agentes Mediante este mecanismo el MN determina si está en su red base o se ha movido a otra red Depende si le contesta su HA o un FA Se utilizan mensajes de control ICMP Router Advertisement Agent Advertisement (AA) Agent solicitation (AS) Los agentes móviles (HA y FA) envían periódicamente mensajes de advertisement Un nodo móvil recibe los mensajes y discrimina si son debidos a su HA o a un FA Si es su HA no hace nada o bien se desregistra Si es un FA, obtiene su dirección de entrega y se registra en su agente base (Registration Request y Registration Reply) Movilidad en Redes IP

19 Transferencia de información hacia el nodo móvil Si el NM no está en su red base, el HA se encarga de a) capturar el tráfico que le llega (ARP proxy) b) reenviarle el tráfico mediante túneles El origen del túnel es el HA y el final es el: FA, si la dirección de entrega es la FA-CoA NM, si tiene asignada una dirección de entrega de la red visitada (CCoA) Los mensajes encapsulados no pueden ser fragmentados. Se envían con el bit de no fragmentación (DF Don t fragment) Agente foráneo (FA) Agente base (HA) Red base Red visitada Red IP Túnel Túnel

20 Gratuitous ARP y Proxy ARP Cómo captura el HA los paquetes dirigidos al NM cuando éste está en itinerancia? Cuando llega un paquete IP dirigido al NM a la red base: el router mandará un mensaje ARP preguntando por la dirección MAC del dueño de la dirección IP del NM el HA contesta a esa solicitud ARP con su propia dirección MAC Proxy ARP Cada cierto tiempo el HA manda un mensaje ARP indicando que a la dirección IP del NM le corresponde su propia dirección MAC De esta manera actualiza las cachés ARP del resto de equipos de la subred y del router Gratuitous ARP

21 Problemas Mobile IP (I) Los túneles provocan el uso de rutas no óptimas (triangular routing) Red base CN HA Red IP FA Red visitada Es necesario algún mecanismo para comunicar a un nodo remoto (no móvil) la nueva localización de un nodo móvil y que establezca un túnel directo sin pasar por el HA Optimización de rutas Binding Cache de IPv6 Resuelto en MIPv6

22 Movilidad e IPv6 RFC3775

23 Arquitectura Mobile-IPv6 Home network CN A Internet HA Mucha terminología: HA.- Home Agent MN.- Mobile Node CN.- Correspondent Node Home Network Foreign Network Home Address CoA.- Care of Address MN Idea General: a.- MN obtiene nueva CoA en red visitada b.- MN registra su CoA en su HA c.- CN envía al HA, HA hace túnel hacia MN d.- MN envía Binding Update (BU) y CN envía directamente B

24 Facilidades de IPv6 Autoconfiguración stateless Para auto-configurar la nueva Care-of-Address Se evita la necesidad de un Foreign Agent Neighbor Discovery Para detectar el movimiento a una nueva red Route optimization IPv6 Routing Headers IP Security Implementa facilidades de autenticación y cifrado fuerte Facilidades adicionales Coexistencia con el Ingress Filtering usado en Internet Descubrimiento automático del HA

25 Modo de operación de MIPv6 El NM, al visitar una red externa adquiere la dirección de entrega (CoA) Informa de su nueva localización al HA y a todos los nodos con los que ha mantenido una comunicación mediante Binding Updates Para ello, el nodo móvil mantiene una lista de direcciones de nodos a los que debe informar de los cambios El HA reenvía los paquetes recibidos con destino el NM a la nueva localización El NM, al recibir un paquete desde el HA le envía un Binding Update al CN El CN crea una entrada en la tabla (Binding Cache) con la asociación <dir perm, dir temporal> enviando directamente los datagramas al NM (Routing Header) Debe incluirse una cabecera de autenticación AH en los mensajes de Binding Update por motivos de seguridad

26 Mensajes y estructuras Binding Update Usado para informar de cualquiera de las nuevas CoAs Binding ACK Generado sólo cuando lo solicíta el BU Binding Request Un host puede solicitar un BU BU Extensiones cabecera del tipo Destination options, sólo para destino final Binding Cache Consultada por un CN antes de enviar un mensaje IPv6 Binding Update List Mantenida por el MN para BUs no expirados Los mensajes Mobile IPv6 van incluídos en una nueva cabecera IPv6 Mobility Header

27 Conexión a una red visitada Configurar una nueva Care-of-Address Usando Stateless Address Autoconfiguration (Router Advertisement) Si después de un tiempo no se reciben advertisements el MN envía un Router Solicitation Usando Stateful Address Autoconfiguration (DHCP) Registrar la primary Care-of-Address con su HA. Enviando un BU al HA con el ACK flag activo HA contesta con un BU Acknowledgement

28 Operación detallada del HA Cuando el MN registra su CoA, el HA realiza proxy Neighbour Discovery HA envía por multicast un Neighbor Advertisement asociando su MAC a la IPv6 del MN Envía los mensajes dirigidos al MN usando encapsulación IPv6: S=HA IPv6 add D=MN pri CoA S=CN IPv6 addr D=MN H. addr Payload

29 Triangle routing MN envía al CN usando su CoA (usando la Home Address option en el Destination options incluyendo la Home Address) Se evita el problema con el ingress filtering (anti-spoofing) CN envía al HA Home network HA envía al MN CN A Internet HA MN B

30 Route optimisation MN envía BUs a los CNs CNs mantienen una Caché de BUs Si el destino está en la caché, envía el paquete a la dirección CoA del MN y usa una Routing Header con un salto: MNs HA. Home network BU HA Internet CN A IPv6 Header (Dest IP = B s CoA) NH=B s Hadd Payload IPv6 Header (Dest IP = B s CoA) NH=B s Hadd B MN Payload

31 Detalles del Binding MN ha de activar el ACK bit en el BU para hacer que el CN envíe un BU ACK Si viene un paquete de un CN al MN a través del HA, el MN enviará un BU al CN. La activación del ACK bit es obligatorio cuando el BU va dirigido al HA del MN Un CN podría enviar un Binding Request al MN antes de que la entrada expire en su Binding Cache. El MN podría responder con un BU Los mensajes de Binding deben ser forzosamente autenticados Excepto para los Binding Requests

32 Bibliografía Básica Internetworking with TCP/IP Vol. I: Principles, Protocols, and Architecture, D.Comer, IPv6, the new Internet protocol, C. Huitema, Prentice Hall 1998 Complementaria RFCs listados en las trasparencias. Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia 32

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