Nos últimos anos, o mundo se viu num constante crescimento de transferência de dados, este crescimento chega, em alguns lugares, a tal ponto que ela supera a de qualquer outro tipo de comunicação. Devido ao volume e importância que estas transferências de dados possuem, a variedade de aplicações a que estes dados são submetidos também cresce proporcionalmente. Uma espécie de aplicação estudada nos últimos anos para estes dados são as aplicações móveis, ou seja, a capacidade de se trocar dados estando em qualquer lugar possível sem a necessidade de se recorrer a um terminal fixo. Para se atender a este novo tipo de aplicação seria necessária a criação de um novo modelo de protocolo de rede, porém como isto implicaria em mudanças muito trabalhosas e caras, se pensou num tipo modificado de um protocolo já existente. Tomando-se como ponto de partida o Protocolo de Internet (IP), devido ao seu grande uso e populariedade, foi iniciado, por volta de 1995, o desenvolvimento do IP Móvel, para atender a este novo seguimento de aplicações de dados.
O IP versão 4 assume que o endereço de IP de um nó, identifica o ponto de conexão do nó à Internet. Ou seja, um nó precisa ser localizado na rede através do seu número de IP para que ele receba datagramas destinados a ele, caso contrário, os datagramas destinados a ele não serão enviados. Para que um nó mude seu ponto de conexão sem perder sua capacidade de se comunicar, seria necessário que um dos procedimentos fosse feito:
a) O nó tem de mudar seu endereço de IP toda vez que mudar seu ponto de conexão à rede, ou
b) um novo caminho de conexão deve ser procurado por toda a Internet, para se achar o nó com endereço de IP especificado.
Porém, estas duas opções se tornam impraticáveis, uma vez que para a primeira opção se torna impossível de se manter o transporte do nó e a conexão desejada quando o nó muda de posição; e o segunda exibe problemas óbvios de escalabilidade qundo se trata de uma rede como a Internet.
Por estas razões, vê-se que o uso do IPv4 para o uso de comunicação móvel impôe sérios problemas de implementação. Por isso decidiu-se adaptar este sistema para atender as exigências de um sistema de comunicação de dados móvel.
2 - Definições Iniciais do Protocolo
Para que seja implementado este novo protocolo e para garantir a comunicação com a Internet, algumas definições tiveram de ser estabelecidas:
- Nós móveis tem de ser capazes de se comunicar com qualquer outro nó na rede após mudança no ponto de conexão sem alterar seu endereço de IP.
- Um nó móvel tem de ser capaz de se comunicar com um nó que não implementa nenhuma das funções de mobilidade. Ou seja, nenhuma mudança será feita nos hosts e roteadores que agem sem nenhum sistema móvel.
- O link que conecta o nó móvel à Internet será geralmente uma conexão sem fio. Esta conexão, portanto, deve ter uma banda de transmissão menor e maior taxa de erro do que links a fio.
- Nós móveis são, geralmente, movidos a bateria, portanto minimizar o consumo de energia deve ser um fator importante. Consequentemente, o número e tamanho das mensagens de administração do sistema entre o nó móvel e seu ponto de conexão à Internet devem ser minorizados.
3 - Entidades da Nova Arquitetura
IP Móvel introduz as seguintes entitades funcionais:
Nó Móvel - Um host ou roteador que muda seu ponto de conexão de um rede ou sub-rede para outra. Um nó móvel pode mudar sua posição sem mudar seu endereço de IP.
Agente de Origem - Um roteador em um nó na rede de origem, que redireciona datagramas para o nó móvel, quando este está fora do alcance da rede, e retém a informação atual sobre a posição do nó móvel.
Agente Externo - Um roteador em uma rede "visitada" pelo nó móvel, que fornece serviços de roteamento para o nó móvel quando este está registrado.
4 - O Protocolo
Existem duas situações diferentes na conexão de um nó móvel à Internet, quando ele está conectado pelo Agente de Origem ou quando ele está conectado através de um Agente Externo. Quando um nó movel está conectado à Internet através do Agente de Origem, o relacionamento entre ele e o Agente de Origem é o mesmo de uma sub-rede comum, nenhuma funcionalidade móvel é necessária.
Quando um nó móvel se conecta à Internet através de um Agente Externo, ele necessita primeiro se conectar a este Agente, para isso, ele necessita receber um Aviso de Agente, que é uma mensagem indicando a presença do Agente Externo, esta mensagem pode ser enviada pelo agente ou solicitada pelo nó móvel. Estes avisos podem ser enviados tanto pelos Agenes Externos quanto pelo Agente de Origem, quando o nó recebe o Aviso de Agente, ele identifica com qual dos Agentes ele está se relacionando. Caso seja o Agente de Origem, ele se conecta ao agente sem qualquer serviços de mobilidade; caso seja um Agente Externo, o nó móvel irá obter então um endereço de tratamanto ( care-of address).
Após a conexão do nó móvel ao Agente Externo, é necessário um registro do endereço de tratamento no Agente de Origem. Para isso, o nó móvel manda uma mensagem de Requerimento de Registro ao Agente de Origem através do Agente Externo. Recebida esta mensagem, o Agente de Origem manda uma mensagem de Resposta ao Requerimento para o nó móvel.
Após esses procedimentos, o nó móvel está pronto para receber e enviar dados. Os datagramas enviados pelo nó móvel são enviados diretamente à rede através do Agente Externo. Já os datagramas destinados ao nó móvel são interceptados pelo Agente de Origem e então são tunelados para o endereço de tratamento, ou seja, ele encapsula o antigo endereço IP de destino num novo endereço de IP, neste caso o endereço de tratamento. A figura abaixo ilustra estes procedimentos:
Existem duas maneiras de se obter um endereço de tratamento:
- Um endereço de tratamento fornecido pelo Agente Externo. Neste caso o endereço de tratamento é um endereço de IP do Agente Externo. Portanto, o Agente Externo fica sendo o final do túnel, quando ele recebe um datagrama tunelado, o Agente desencapsula e o encaminha para o nó móvel.
- Um endereço de tratamento co-localizado. Neste caso o endereço de tratamento é fornecido por uma outra fonte que não seja o Agente Externo. O endereço pode ser adquirido dinamicamente como endereço temporário através de DHCP ou pode ser um endereço fixo, atríbuido pelo Agente de Origem. Portanto o nó móvel fica sendo o final do túnel, cabendo a ele desencapsular os datagramas que chegam.
Examinando os dois métodos acima, vemos que no primeiro caso, há a capacidade de muitos nós móveis se conectarem a um Agente compartilhando o mesmo endereço de tratamento, sendo portanto, preferível em muitos casos, já que não impõe a necessidade de demanda no já limitado espaço de endereços do IPv4. Já o segundo caso, vemos que a principal vantagem é a de o nó móvel trocar dados sem a necessidade do Agente Externo, porém ele imprime uma grande demanda no espaço de endereços, portanto seria um método mais viável se aplicado com IPv6.
5 - Broadcast e Multicast
Quando o Agente de Origem recebe um datagrama de broadcast, ele não mandará este datagrama para os nós que estão fora da rede local, a não ser que o nó móvel tenha requerido. No caso de ter sido feito o requerimento, o Agente de Origem então encapsula o datagrama de broadcast em um datagrama de unicast e então tunela este datagrama, o Agente Externo desencapsulará o datagrama recebido num datagrama de unicast e o mandará ao nó móvel, que desemcapsula este datagrama em um datagrama de broadcast e o processa.
No caso de multicast, existem duas maneiras. A primeira é o nó móvel se juntar a um grupo multicast num roteador de multicast da rede local do Agente Externo, se existir. A segunda é o nó móvel se juntar a um grupo multicast num roteador de multicast da rede do Agente de Origem. Os datagramas são mandados pelo túnel numa maneira similar à mostrada no broadcast.
6 - Roteadores Móveis
Uma situação útil a qual o protocolo também permite é o de redes móveis com nós móveis. Neste caso temos nós móveis em relação a um roteador, e este por sua vez, é móvel em relação a uma outra rede. Temos então um endereço de tratamento para o roteador e outro para o nó móvel e dois túneis, um da rede fixa para o roteador móvel e outra do roteador móvel para o nó móvel.
O processo de envio e recepção de datagramas fica igual ao descrito em 4, com a diferença que como agora existem dois túneis, os datagramas enviados do Agente de Origem ao nó móvel precisão ser encapsulados duas vezes, para que haja um desencapsulamento no Agente Externo do roteador móvel e outro desencapsulamento no roteador móvel.
O processo é ilustrado na figura abaixo:
7 - Os Celulares de Terceira Geração
Com o crescimento da popularidade da Internet e da telefonia celular nos últimos anos, foi-se criada uma importante aplicação que une esses dois tipos de comunicação, chamada de tecnologia de celulares de terceira geração, devendo se tornar uma das maiores aplicações baseadas em IP Móvel. Algumas metas deste tipo de serviço são:
- A possibilidade de se comunicar com qualquer pessoa em qualquer lugar,
- A disposição de serviços de Internet, hoje somente oferecidos a terminais fixos e
- A capacidade de videofone e videoconferência.
O primeiro ítem diz respeito as facilidades já encontradas nos sistema de tefonia digital convencionais, é óbvio que as facilidades que esses sitemas oferem devem se estender para o novo sistema. O segundo e terceiros ítens são basicamente a parte nova nos sistemas de telefonia, vê-se que o protocolo de IP Móvel satisfaz estes ítens, uma vez que se queira manter a comunicação de dados em qualquer lugar. Alguns problemas iniciais como o handoff, perda de datagramas quando se passa de um Agente Externo para outro, já foram solucionados.
Porém para se implementar todos os objetivos deste serviço, alguns problemas ainda persistem, o maior deles diz respeito a videofone e videoconferencia. Uma vez que estes dois serviços necessitam de mídias contínuas, voz e imagem, há de se concluir que será necessário uma grande quantidades de banda passante para se obter uma qualidade satisfatória. Para isso, já estão em fase final de desenvolvimento serviços como o CDMA2000 e WCDMA que inicialmente propôem taxas de transmissão de até 2Mbps. Estes dois serviços também possibilitam a cada administrador lidar com duas maneiras diferentes de se transmitir a comunicação por voz, atravéz de Voz sobre IP ou sistema convencional, uma vez que eles garantem compatibilidade com os sistemas anteriores. Apesar de todas estas aparentes dificuldades, prevê-se que este tipo de sistema esteja implementado dentro de três anos.