Мобильный ip

Многие пользователи Интернета обладают портативными компьютерами и заин­тересованы в возможности оставаться в подключенном к сети состоянии, даже находясь в пути. К сожалению, система адресации IP такова, что реализовать это оказывается гораздо сложнее, чем кажется.

Главным виновником проблемы является сама схема адресации. Каждый IP-адрес содержит номер сети и номер хоста. Например, рассмотрим машину с IP-адресом 160.80.40.20/16. Здесь 160.80 означает номер сети (8272 в десятичной системе счисления), 40.20 является номером хоста (10 260 в десятичной систе­ме). Маршрутизаторы по всему миру содержат таблицы, в которых указывается, какую линию следует использовать, чтобы попасть в сеть 160.80. Когда приходит пакет с IP-адресом получателя вида 160.80.ххх.ууу, он отправляется по этой линии.

Если вдруг машина с этим адресом перевозится куда-то со своего места, адре­сованные ей пакеты будут продолжать направляться по ее домашнему адресу в ее локальную сеть (или ее маршрутизатору). До машины перестанет доходить электронная почта и т. п. Предоставление же машине нового адреса, соответст­вующего ее новому расположению, является нежелательным, так как об этом из­менении придется информировать большое количество людей, программ и баз данных.

Другой подход состоит в использовании маршрутизаторами полного IP-адре­са для определения маршрута, а не только полей класса и номера сети. Однако при такой стратегии каждый маршрутизатор должен будет содержать таблицы из миллионов записей, и стоимость поддержания Интернета в работоспособном состоянии составит астрономические суммы.

Когда потребность в мобильных хостах значительно возросла, проблемная груп­па проектирования Интернета (IETF, Internet Engineering Task Force) создала рабочую группу для поиска решения проблемы. Созданная рабочая группа быст­ро сформулировала набор целей, которых хотелось бы достичь, независимо от способа решения. Основными целями были признаны следующие:

1. Каждый мобильный хост должен иметь возможность использовать свой до­машний IP-адрес где угодно.

2. Изменения программного обеспечения фиксированных хостов недопустимы.

3. Изменения программного обеспечения и таблиц маршрутизаторов недопус­тимы.

4. Большая часть пакетов, направляемых мобильным хостам, должны доставлять­ся напрямую.

5. Не должно быть никаких дополнительных расходов, когда мобильный хост находится дома.

Рабочая группа выработала решение, описанное в разделе «Многоадресная рассылка». Суть его, напомним, заключалась в том, что везде, где требуется пре­доставить возможность перемещения в пространстве, следует создать внутренне­го агента. Везде, где нужно принимать посетителей, следует создать внешнего агента. Когда мобильный хост прибывает на новое место, он связывается с мест­ным внешним агентом и регистрируется. Затем внешний агент связывается с внутренним агентом пользователя и сообщает ему адрес для передачи сообще­ний прибывшему хосту. Обычно это IP-адрес внешнего агента.

Когда пакет прибывает в домашнюю локальную сеть пользователя, его полу­чает маршрутизатор, соединенный с этой локальной сетью. При этом маршрути­затор пытается определить расположение хоста обычным способом, с помощью широковещательной рассылки ARP-пакета, спрашивая, например: «Каков Ether­net-адрес хоста 160.80.40.20?» Внутренний агент отвечает на этот запрос, выда­вая свой собственный Ethernet-адрес. Маршрутизатор пересылает пакеты для 160.80.40.20 внутреннему агенту. Тот, в свою очередь, упаковывает их в поле дан­ных IP-пакета, который туннелирует пакеты внешнему агенту. Внешний агент извлекает их и отсылает по адресу уровня передачи данных мобильного хоста. Внутренний агент также сообщает отправителю новый адрес мобильного хоста, так что последующие пакеты могут быть туннелированы напрямую внешнему агенту. Это решение удовлетворяет всем перечисленным выше требованиям.

Следует, пожалуй, отметить одну небольшую деталь. Когда мобильный хост перемещается, у маршрутизатора, скорее всего, остается в памяти его Ethernet-адрес (который скоро станет недействительным). Чтобы заменить этот адрес ад­ресом внутреннего агента, применяется хитрость, называемая добровольным ARP-сообщением. Это особое сообщение, предоставляемое маршрутизатору по инициативе хоста, которое заставляет маршрутизатор заменить в своей таблице запись о хосте, собирающемся покинуть свое место. Когда позднее мобильный хост возвращается, то же сообщение используется для повторного изменения па­мяти маршрутизатора.

Ничто не мешает мобильному хосту быть собственным внешним агентом, но такой подход будет работать только в том случае, когда мобильный хост (в каче­стве внешнего агента) логически связан с Интернетом на своем месте. Также он должен получить (временный) IP-адрес в текущей сети.

Решение, предложенное проблемной группой IETF, разрешает ряд других, еще не упомянутых проблем с мобильными хостами. Например, как обнаружить агента? Для этого агент периодически рассылает широковещательным способом свой адрес и тип услуг, которые он предоставляет (то есть пишет о том, кто он: внутренний агент, внешний агент или и то, и другое). Прибыв на новое место, хост может просто подождать рассылки этих широковещательных пакетов, назы­ваемых рекламными объявлениями. В качестве альтернативы он может сам ра­зослать методом широковещания пакет с объявлением о своем прибытии и наде­яться, что местный внешний агент на него отзовется.

Еще одна проблема состоит в том, что делать с невежливыми мобильными хостами, которые уходят не попрощавшись. Для решения этой проблемы регист­рация хоста считается действительной только в течение ограниченного интерва­ла времени. Если она периодически не обновляется, то считается устаревшей, после чего внешний агент может удалить запись о прибывшем хосте из своих таблиц.

Наконец, поговорим еще об одном вопросе, связанном с уровнями мобильно­сти. Представьте себе самолет с установленной на борту сетью Ethernet, исполь­зуемой навигационными и авиационными компьютерами. В этой сети есть стан­дартный маршрутизатор, общающийся с обычным стационарным Интернетом на земле по радиосвязи. В один прекрасный день кому-нибудь приходит в голову идея установить Ethernet-разъемы во всех подлокотниках кресел, так чтобы пас­сажиры с мобильными компьютерами могли подключаться к сети.

Таким образом, мы получаем два уровня мобильности: компьютеры самолета, неподвижные относительно сети Ethernet, и компьютеры пассажиров, являю­щиеся мобильными относительно нее. Кроме того, бортовой маршрутизатор яв­ляется мобильным относительно наземных маршрутизаторов. Мобильность от­носительно системы, которая сама является мобильной, может поддерживаться при помощи рекурсивного туннелирования.