Mobile TCP/IP

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Introdução
Com a evolução dos componentes micro-electrónicos temos hoje uma infinidade de dispositivos portáteis para uso no nosso dia-a-dia. Estes cada vez mais estão repletos de funcionalidades, incluindo a transferência de dados e informações, que ocorre através de uma imensidão de redes interconectadas.
A infraestrutura da internet foi feita baseada em vários protocolos, dois dos mais significativos são o TCP (Transmission Control Protocol) e o IP (Internet Protocol). O IP requisita a localização de qualquer máquina conectada à Internet para poder ser identificado por um endereço exclusivo que é um IP atribuído. Isso implica num dos grandes pontos da mobilidade de IP, quando um host muda de localização física há a necessidade de mudança de IP. Impossibilitando assim a continuidade do uso da rede.
O IP móvel permite que os nós permaneçam alcançáveis enquanto estão se movendo entre redes de Internet. Onde cada nó é sempre identificado por um Home Address independentemente do actual ponto de localização de Internet. 
Objectivos 
Mostrar como funciona o protocolo TCP/IP Móvel.
Mobile TCP/IP
Modelo TCP/IP 
Segundo Dantas (2002), TCP/IP (Transmisson Control Protocol / Internet Protocol), chamado também de pilha de protocolos TCP/IP – é um conjunto de protocolos de comunicação entre computadores em rede. Seu nome vem de dois protocolos: o TCP (Transmission Control Protocol - Protocolo de Controle de Transmissão) e o IP (Internet Protocol - Protocolo de Internet, ou ainda, protocolo de interconexão). E. Ferreira, Rubem. (2013)
O modelo TCP/IP é constituído apenas por 4 camadas:
Fonte: DANTAS, Mario. Tecnologias de Redes de Comunicação e Computadores. Rio do Sul: Axcel Books, 2002. Pdf
Arquitetura TCP/IP
A arquitetura de rede TCP/IP foi desenvolvida dentro de uma conjuntura peculiar. Estados Unidos e União Soviética viviam a Guerra Fria, este período pós-Segunda Guerra Mundial foi marcado pela tensão da relação entre os dois países e a disputa pela hegemonia política, económica e militar no mundo. Existia uma grande preocupação por parte dos Estados Unidos em manter centros de interesses (repartições públicas civis e militares, universidades, etc.) interconectados (redes heterogéneas e geograficamente distribuídas) e que esta capacidade de conexão não fosse comprometida em caso de um improvável (porém possível) ataque militar. Para atingir tais exigências, era preciso desenvolver uma arquitetura que interconectasse essas redes geograficamente distribuídas pelo território dos EUA, de maneira flexível e que pudesse operar mesmo em caso de parte de sua infraestrutura (hosts, gateways) fosse comprometida e deixasse de funcionar de uma hora para outra. É nesse contexto que surge o modelo de referência TCP/IP, especificando os dois grandes (e principais) protocolos http://www.gta.ufrj.br/grad/09_1/versao-final/ipmovel/index.html 
Protocolo TCP
TCP – Transmission Control Protocol – a nível da camada de transporte, responsável por manter a conversação em constante comunicação, sem erros e controlando o fluxo de mensagens evitando sobrecargas entre um dos pontos envolvidos em uma comunicação através da grande rede. 
Este protocolo funciona do mesmo jeito e possui as mesmas camadas como nas redes normais não moveis. O que não necessita de muita descrição neste presente trabalho, tornado mais necessário se descrever melhor o IP, no que se refere a sua manifestação ou funcionamento.
Protocolo IP
IP – Internet Protocol – a nível de camada de rede (ou inter-redes), responsável pelo encaminhamento das informações na rede.
Segundo IKEDA, PAULA & HORTA (2009), cada rede diferente que o dispositivo se conecta, seu endereço IP muda. Por outro lado, as aplicações que operam em camadas superiores, necessitam do IP para manter a comunicação entre os nós envolvidos. Nos deparamos então com a seguinte situação:
Um dispositivo móvel (ou um nó móvel) tem que mudar de IP toda vez que ele se troca de ponto de conexão. 
Para manter as conexões existentes, o nó móvel necessita manter o mesmo endereço IP. Estas exigências que criavam conflitos motivaram a criação de uma extensão do protocolo IP, chamado IP Móvel (Mobile IP).
Mobile IP: Um protocolo para dispositivos portáteis
O protocolo MIP (Mobile IP) foi desenvolvido e proposto pela Internet Engineering Task Force – IETF – um grupo de trabalho internacional (e aberto a todos) cuja principal preocupação é a evolução e manutenção da arquitetura da Internet, e seu objetivo era solucionar o problema da manutenção da conexão de nós móveis, permitindo o acesso as redes de comunicação de uma forma contínua e independente de sua localização ou meio de acesso, de maneira transparente a camadas superiores e com a menor modificação possível na infraestrutura da Internet existente. IKEDA, PAULA & HORTA (2009)
O IP móvel especifica a atribuição de dois endereços IP ao nó. Um desses endereços IP é fixo e é chamado de Home Address, atribuído pela entidade conhecida por Home Agent e que por sua vez, faz parte da Home Network, rede que possui o primeiro registro do nó móvel (Mobile Agent). O segundo IP associado ao nó, é temporário, chamado de care-of-address informando a sua atual posição, é determinado por uma entidade chamada de Foreign Agent pertencente a rede estrangeira (uma vez que é diferente da sua rede originária) chamada de foreign network. O funcionamento básico do IP Móvel é constituído por três etapas diferentes:
Agent Discovery
Registration
Tunneling
Agent Discovery
O próprio nó móvel é responsável por saber se ele está conectado a sua home network, a qual enviará as mensagens para o mesmo sem a necessidade da prática de tunneling ou a uma foreign network. Na foreign network, o foreign agent envia também, periodicamente, mensagens de aviso do tipo ICMP (Internet Control Message Protocol) com uma extensão própria para o protocolo Mobile IP. Quando o nó móvel detecta esta mensagem, ele compara o seu home address com o IP do roteador enviado pelo foreign agent e verifica se ele está ou não em uma foreign network. IKEDA, PAULA & HORTA (2009)
Em síntese, a etapa de discovery:
Permite a detecção de agentes móveis;
Lista um ou mais care-of-addresses disponíveis;
Informa o nó móvel sobre capacidades especiais disponibilizadas pelo foreign agents, como por exemplo, técnicas alternativas de encapsulamento.
Permite aos nós móveis determinarem o endereço de rede e estado das suas ligações pela Internet;
Permite aos nós móveis saberem se o agente é uma home agent, foreign agent ou ambos e portanto está na sua rede local ou numa exterior.
Registration
Quando o nó móvel reconhece que a rede a qual ele está conectado é uma rede estrangeira (foreign network) e depois que adquire o seu IP temporário (care-of-address), ele precisa avisar ao home agent localizado na sua home address, para que ele possa reencaminhar as mensagens para a sua nova localização. IKEDA, PAULA & HORTA (2009)
Esta etapa é realizada pelos seguintes procedimentos:
Após obter seu Care-of-Address o Home Agent deve ser informado
O Foreign Agent envia um pedido de registro com a informação do Care-of-Address.
Quando o Home Agent recebe o pedido ele adiciona a informação necessária à sua tabela de roteamento, aprova o pedido e envia uma resposta a este pedido ao nó móvel.
Tunneling
O tunelamento é a maneira pela qual o home agent reencaminha as mensagens que chegaram até ele e que são destinadas ao nó móvel. Tunneling ou Tunelamento é uma maneira eficiente de interligar dois hosts que estão no mesmo tipo de rede, porém entre eles existe uma outra rede (podendo ser diferente).
Este processo é procedido seguindo os seguintes passos
O Home Agent recebe pacote direcionado para o nó móvel;
Verifica se o nó móvel se encontra na rede de origem;
Se o nó estiver visitando outra rede, o Home Agent cria um cabeçalho contendo informações do Care-of-Address, chamado de túnel. Este é inserido antes do cabeçalho original, que é preservado. Este processo de encapsulamento é conhecido como IP-within-IPou tunelamento;
O processo de restauração do pacote ocorre quando ele chega à rede onde se encontra o computador móvel. O Foreign Agent retira o cabeçalho de túnel e procura em sua lista de visitantes pelo Home Agent correspondente, para assim enviar o pacote;
Para enviar mensagens para outro usuário o nó móvel encaminha o pacote para o Foreign Agent que direciona utilizando o roteamento padrão.
O gateway faz a fronteira entre a região de micromobilidade, a Internet e as redes celulares, é necessário que ele utilize na camada de rede o Cellular IP e o Mobile IP. Esses protocolos devem ser responsáveis pelo registro dos terminais visitantes com a rede de origem, assim como pelo roteamento dos pacotes que não estiverem relacionados a unidades móveis, assumindo comportamento semelhante ao do protocolo IP tradicional. Como se supõe que o gateway será uma máquina pertencente à rede fixa, ele deverá operar, na camada física, com o protocolo referente ao meio físico utilizado. Por fim, o SGM deve ser capaz de se comunicar com as redes fixas IP e de telefonia celular, utilizando MIP, CIP ou um protocolo das redes celulares (por exemplo, o GTP – GPRS Tunneling Protocol), de forma a manter ininterrupta a comunicação dos terminais móveis que participam de ambas as redes. 
Preocupações com Segurança e Qualidade de Serviço
The Denial of Service 
Quando um attacker envia uma grande quantidade de pacotes para um host (Home Agent) fazendo com que este host “caia” nenhuma informação útil pode ser trocada com o agente móvel (nó móvel). Um dos métodos de prevenção é requisitar uma autenticação forte em todas as mensagens de Registration Requestentre o Nó Móvel e o seu Home Agent. O IP Móvel por padrão utiliza o MD5 (algoritmo de hash) que fornece uma chave secreta de autenticação e um verificador de integridade.
Roubo de Informação 
Uma pessoa não autorizada pode escutar passivamente uma rede sem fios e conseguir acesso a infra-estrutura da rede. A solução é usar o Link Layer Encryption que presume que a gestão das chaves para criptografia é realizada sem revelá-las a partes não autorizadas ou a Encriptação Fim-a-Fim.
Replay Attack 
O Host Malicioso pode obter uma cópia válida de um Registration Request, armazená-lo, e enviá-lo mais tardiamente, registrando assim um falso Care-of-Address para um nó móvel. Para contornar este problema, o campo de identificação é gerado de modo que seja permitido o Home Agent determinar o qual deve ser o próximo valor deste campo. Deste modo o Host Malicioso será invalidado uma vez que o campo de identificação será reconhecido como expirado pelo Home Agent.
Confiabilidade (Realibility Issues)
O protocolo IP Móvel foi criado na premissa que as conexões baseadas em TCP deveriam sobreviver à mudança de subredes. Entretanto, essa opinião não é unânime quando se fala da necessidade desta característica. Atualmente um usuário padrão de Internet quando percebe que houve falha em algum pacote recebido ele simplesmente requere de novo o dado. Alguns pesquisadores não acreditam que esta característica valeria a pena ser implementada, mediante a essa resposta atual. O investimento não traria retorno financeiramente, atravancando o sucesso dessa característica. Resta a parte contrária prover estudos e possibilidades de retorno financeiro.
Problemas com latência
A qualidade do fluxo de dados depende da distância entre o Home Agent e o Foreign Agent. Ainda esta em estudo.
Mudança Rápida de Célula
Atualmente, quando o nó móvel troca de uma rede para outra, o nó móvel continua perdendo pacotes. A solução prevista para isso está sendo estudada, e tem como princípio: O Foreign Agent ter de estar previamente informado das informações deste nó móvel, antes que este solicite o Care-of-Address.
Conclusão 
Com a explosão dos dispositivos portáteis (laptops, celulares, palmtops, etc.) não só com crescente poder de processamento mas também com o aumento de sua conectividade, novos desafios surgiram no ramo da computação móvel e em relação a própria internet. Soluções como o protocolo de IP móvel, são um meio que apesar de ser uma solução simples ao problema de conectividade dentre os nós móveis, são fundamentais e devem permanecer sob a atenção.
Com este trabalho que promovei o conhecimento e que tinha como objectivo mostrar o funcionamento do mobile TCP/IP, que é fundamental e sem ela não comunicação nenhuma porque diversas arquiteturas de maquinas têm se construído e nessitando se conectar. Esta é a solução mais viável que todos os dispositivos que necessitam ligar-se a uma rede, os dispositivos que actualmente são fabricados já vêm com esta arquitetura conectada.
Bibliografia
DANTAS, Mario. Tecnologias de Redes de Comunicação e Computadores. Rio do Sul: Axcel Books, 2002.
E. Ferreira, Rubem. «23». In: Novatec. Linux:guia do adminitrador do sistema. Janeiro de 2013 2ª edição ed. (Sãlo Paulo [s.n.]). ISBN 9788575221778.
IKEDA, André Tadashi Eurico, PAULA, Clelio de, HORTA, Felipe Figueira Redes de Computadores IP Móvel: Universidade Federal do Rio de Janeiro - 2009/1:
http://www.gta.ufrj.br/grad/09_1/versao-final/ipmovel/index.html