Abstract – This paper aims the study and analysis of mobility

management in NGN’s context, besides analysis of HIP (Host

Identity Protocol).

Resumo – Este artigo tem por objetivo o estudo e a análise do

gerenciamento de mobilidade no contexto das redes NGN, além

da análise do protocolo HIP (Host Identity Protocol).

Palavras chave – HIP, mobilidade, NGN.

I. INTRODUÇÃO

Atualmente, um dos temas mais discutidos na área de redes de comunicações é como se dará a convergência de serviços em uma única rede. Esta rede tem sido chamada de rede de próxima geração ou NGN – Next Generation Network. Ela promete concretizar o velho sonho de uma plataforma comum para o transporte de vídeo, voz, imagens e dados. A NGN deverá permitir que aplicações como telefonia sobre IP, acesso a Web através de telefones móveis, distribuição de vídeo sobre demanda e vídeo telefonia se tornem realidade.

Um dos principais desafios existentes para prover essa integração é o gerenciamento da mobilidade. O principal problema na mobilidade IP é a sobrecarga de funções que o endereço IP possui, isto é, um endereço IP identifica o endereço do dispositivo na topologia da rede na camada de rede, e também identifica o host na camada de transporte.

Dentre alguns protocolos que dão suporte a redes de dados móveis com enfoque na mobilidade, está o protocolo HIP (Host Identity Protocol). Ele foi escolhido neste trabalho por se tratar de um protocolo ainda experimental que tem como objetivo lidar com a mobilidade IP e a segurança na comunicação, usando uma abordagem diferente, podendo ainda ser combinado com outros protocolos. O HIP possibilita o desacoplamento das camadas de rede e transporte, surgindo então o que tem sido chamado de camada de identificação de host (Camada 3,5). Essa nova estrutura na pilha TCP/IP é capaz de lidar com a troca de endereço IP de forma dinâmica.

No nosso trabalho serão levantados os requisitos de uma implementação de um modelo de comunicação e mobilidade sobre o protocolo HIP.

P. C. Silva (pcsilva@gee.inatel.br) e A. M. Alberti (alberti@inatel.br)

pertencem ao Instituto Nacional de Telecomunicações - Inatel. Av. João de Camargo, 510 - Santa Rita do Sapucaí - MG - Brasil - 37540-000.

II. NEXT GENERATION NETWORK (NGN)

De acordo com a Recomendação Y.2001 do ITU-T, pode-se definir NGN tal qual mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Definição de NGN.

Ou seja, uma rede de comutação de pacotes capaz de prover

serviços de telecomunicações que fazem uso de múltiplas tecnologias banda larga com suporte a QoS e cujas funções de transporte são independentes das funções relativas aos serviços.

A principal característica da NGN é a separação de serviços do transporte, permitindo serem oferecidos separadamente e desenvolvidos independentemente.

As funções de transporte são realizadas por redes de comutação de pacotes IP. O protocolo SIP deve ser usado no controle de sessões. A separação entre serviços e transporte é representada por dois blocos distintos ou estratos de funcionalidade. As funções de transporte residem no Estrato de Transporte e as funções relacionadas a aplicações residem no Estrato Serviço, tal qual mostrado na Figura 2.

O estrato de serviço pode envolver um conjunto complexo de plataformas de serviços distribuídas geograficamente ou em um caso simples, funções de serviço em dois sites de usuários finais. Há um conjunto de funções de aplicações relacionadas aos serviços a serem invocados. Neste estrato de serviços pode estar, por exemplo, serviços de voz, serviços de dados, ou serviços de vídeo, ou alguma combinação destes (serviços multimídia).

Mobilidade em NGN: Estudo, Análise de

Protocolos e Proposta de Modelo de

Simulação HIP

Paulo César da Silva & Antônio Marcos Alberti

Figura 2 - Separação das funções de transporte das funções de serviços.

É neste contexto que se encaixa a gerencia de mobilidade

generalizada, que é termo designado pelo ITU-T para caracterizar a situação onde os usuários da rede devem ser reconhecidos como uma única pessoa mesmo utilizando diferentes tecnologias de acesso.

A mobilidade generalizada permitirá aos usuários gerenciar consistentemente seus serviços através dos limites existentes na rede.

No futuro, os usuários terão disponibilidade de um número muito maior de tecnologias de acesso, e os mesmos desejarão fazer o roaming entre estas redes, mantendo o acesso consistente aos serviços contratados.

III. HOST IDENTITY PROTOCOL (HIP)

Host Identity Protocol é um novo protocolo proposto pela IETF por Robert Moscowitz. HIP introduz um novo espaço de nomes baseado em chaves públicas – HI (Host Identity) e uma nova camada - Camada de Identificação de Host (Camada 3,5) [1,2], possibilitando assim o desacoplamento das camadas de rede e transporte.

Logo, a principal idéia do HIP é separar a localização da identificação. Isto é feito pelo uso de um identificador de terminal (Host Identifier). A proposta do protocolo tem como princípios prover o gerenciamento da segurança e dar suporte a mobilidade em redes sem fios heterogêneas. Isso é feito pelo vinculo da conexão da camada de transporte ao HI, ao invés do endereço IP.

Na tradicional arquitetura TCP/IP, o endereço IP é sobrecarregado com as funções de identificador e localizador, criando assim uma série de problemas para mobilidade e multihoming. No HIP o endereço IP, independente da versão (IPv4 ou IPv6), é puramente um localizador, enquanto o HI, usualmente representado através do HIT (Host Identity Tag), é quem identifica o host.

O HI será mapeado para um endereço IP, automaticamente. Isso pode ser feito através do servidor DNS (Domain Name System) ou servidor Rendezvous (RVS). No atual modelo da Internet, o mapeamento entre o FQDN (Fully-Qualified Domain Name) e o endereço IP é armazenado no DNS. Entretanto, quando um host está em roaming, o DNS não é capaz de se atualizar imediatamente. Para resolver este problema é introduzido o servido Rendezvous (RVS). Assim o DNS não armazenará mais o FQDN e o endereço IP do host;

ele irá armazenar o mapeamento entre o FQDN e o endereço IP do RVS correspondente. O mapeamento direto entre o HI e o endereço IP será armazenado no RVS. Logo, um host móvel que irá se registrar no RVS e atualizará sua gravação no DNS para atualizar o mapeamento entre o do FQDN e IP do RVS. Então, quando outro host estiver procurando pelo host móvel no servidor DNS, ele irá obter o HI do host móvel e o endereço IP do seu RVS.

Figura 3 - Estabelecendo uma conexão HIP [3].

Mobilidade no meio da sessão pode ser executada através

do pacote UPDATE com o parâmetro Readdress (REA). Quando um dos hosts estiver mudando seu endereço IP, ele enviará o pacote UPDATE para os outros hosts e para seu RVS, informando a troca de endereço IP.

No futuro, os dispositivos móveis terão mais de uma interface de rede. Um pacote de dado poderá alcançar o dispositivo móvel através de diferentes interfaces, no qual chamamos de multi-homing. HIP suporta multi-homing e é um dos candidatos a prover multi-homing no IPv6.

IV. PROPOSTA DE MODELO DE SIMULAÇÃO

Dentre alguns protocolos que dão suporte a redes de dados móveis com enfoque na mobilidade, está o protocolo HIP (Host Identity Protocol). Ele foi escolhido neste trabalho por se tratar de um protocolo ainda experimental que tem como objetivo lidar com a mobilidade IP e a segurança na comunicação, usando uma abordagem diferente, podendo ainda ser combinado com outros protocolos.

Serão modelados e implementados em simulador de eventos discretos os aspectos referentes ao estabelecimento da conexão HIP e o gerenciamento de mobilidade. O objetivo é iniciar a implantação de um conjunto de modelos básico, que futuramente será ampliado para contemplar outras funções e combinações com outros protocolos.

A. Estabelecendo uma conexão HIP

O HIP estabelece uma conexão através do four-way handshake, que contém uma chave a ser trocada entre os hosts. A Figura 4 mostra a conexão HIP sendo estabelecida através do four-way handshake.

Figura 4 - Four-way handshake [3].

A troca de mensagens se dá através de dois elementos da

rede, chamados de Initiator e Responder. O Initiator é responsável por iniciar a sessão, sendo o Responder o host que é chamado, é ele quem inicia a troca de dados.

O processo de estabelecimento de conexão, também chamado de HIP Base Exchange, serve para gerenciar o estabelecimento dos estados entre o Initiator e o Responder. A troca de mensagens é iniciada quando o Initiator envia a mensagem de gatilho, I1, ao Responder. Mas é o segundo pacote, R1, que inicia a troca de informações. Esse pacote contém um quebra-cabeça, um desafio criptografado, que deve ser resolvido pelo Initiator para continuar a troca de informações. Em sua resposta, I2, o Initiator deve mostrar a solução do quebra-cabeça. Sem a solução a mensagem I2 é simplesmente descartada.

Esta troca de mensagens estabelece um canal IPsec, garantindo segurança e proteção na comunicação de dados entre os hosts.

B. Mobilidade HIP (Roaming)

Para prover mobilidade durante a conexão, é definido o parâmetro REA (parâmetro de re-endereçamento). Esse parâmetro permite que os hosts possam trocar informações sobre seus endereços IP e sobre quaisquer mudanças nesses endereços.

Um host móvel pode algumas vezes trocar o endereço IP associado a ele. Esta troca pode ser feita devido a vários fatores, sendo um deles o movimento do host para outra sub-rede. Em ordem de manter a comunicação, o host deve informar ao seu parceiro sobre seu novo endereço IP.

No caso geral, quando um host móvel está se movendo para outra rede, ele é desconectado do seu parceiro por um breve período de tempo enquanto ele troca de um endereço IP por outro. Depois de obter um novo endereço IP, o host móvel envia o parâmetro REA ao outro host através de uma mensagem UPDATE. No REA são informados todos os dados da nova conexão, além do novo endereço IP do host móvel.

V. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Um tema que vêm sendo largamente discutido sobre as redes de próxima geração é como se dará o gerenciamento de mobilidade para todos os tipos de serviços. É nesse contexto que aparece o protocolo HIP.

Através dos resultados a serem obtidos por meio do

simulador de eventos discretos, será feita a análise de desempenho do protocolo HIP, em vários aspectos como análise de handoff, tempo de atraso, desempenho, funções, entre outros.

Esperamos através deste trabalho, poder implementar o protocolo HIP combinado com outros protocolos, como MIP (Mobile IP); SIP (Session Initiation Protocol), entre outros, para analisarmos um ambiente de mobilidade completa, com análise no transporte e nos serviços.

VI. AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de agradecer a FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais) pelo suporte a este trabalho.

REFERÊNCIAS

[1] R. Moskowitz, et al., "Host Identity Protocol," draft-ietfhip-base-01 (work in process), Internet Draft, IETF, 25October 2004.

[2] R. Moskowitz and P. Nikander, "Host Identity Protocol Architecture," draft-ietf-hip-arch-00 (work in process), Internet Draft, IETF, 16 October 2004.

[3] So, J.Y.H.; Jidong Wang; Jones, D., “SHIP mobility management hybrid

SIP-HIP scheme (artigo aceito para publicação em periódico),” IEEE.

[4] Internet Engineering Task Force IETF. http://www.ietf.org

[5] ITU-T Rec Q.1706/Y.2801 (2006), “Mobility management requirements for NGN”.

[6] P. Nikander, et al., "End-Host Mobility and Multi-Homing with Host Identity Protocol," draft-ietf-hip-mm-00 (work in process), Internet Draft, IETF, 17 October 2004.

[7] P. Nikander and T. Henderson, "Considerations on HIP based IPv6 multi-homing," draft-nikander-multi6-hip-01 (work in process), Internet Draft, IETF, 15 July 2004.

Paulo César da Silva nasceu em Furnas, MG, em 1986. Possui o título de técnico em telecomunicações (Instituto Educacional “Máris Célis”, 2004). É estudante do sexto período em Engenharia Elétrica pelo Instituo Nacional de Telecomunicações. Antônio Marcos Alberti nasceu em Tucunduva, RS, em 1972. Graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), RS, em 1996. Recebeu os títulos de mestre e de doutor em Engenharia Elétrica pela Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Unicamp, SP, em 1998 e 2003, respectivamente. Está no Inatel desde 2004, onde é professor adjunto e atua na graduação e pós-graduação. Faz parte do conselho editorial da revista Telecomunicações. Em 2006, fez parte do comitê técnico das conferências Globecom, TEMU, ICDT e ANSS. Possui vários artigos publicados em congressos e revistas, nacionais e internacionais. Sua principal área de atuação é redes de comunicações, tendo atuado no projeto, modelamento, simulação, análise de desempenho e otimização destas redes.