Agent Discovery

Der Mobilrechner muss jederzeit seinen aktuellen Aufenthaltsort sowie potenzielle Agenten ermitteln können. Dieser Informationsprozess wird als Agent Discovery bezeichnet und besteht aus zwei Arten von Meldungen, dem Agent Advertisement und dem Agent Solicitation. Beide verwenden eine Erweiterung von ICMP (Internet Control Message Protocol), einem Protokoll zum Austausch von Fehlermeldungen und Nachrichten für die Steuerung der Datenübertragung zwischen Netzwerkgeräten.

Unter Agent Advertisement versteht man in regelmäßigen Abständen als Broadcast abgesetzte Nachrichten von Heimat- oder Fremdagenten, die ihren Dienst möglichen Mobilrechnern in ihrem Subnetz anbieten. Durch Abhören dieser Nachrichten kann der Mobilrechner feststellen, ob er sich in seinem Heimatnetz oder einem fremden Teilnetz befindet und welcher sein aktueller Fremdagent ist. Er kann außerdem erfahren, ob sich sein Aufenthaltsort seit dem letzten Advertisement verändert hat. Agent Advertisements können folgende Angaben enthalten:

• Ob der Agent als Heim- oder Fremdagent zur Verfügung steht,
• Ob sich der Mobilrechner beim Fremdagenten registrieren muss, auch bei Verwendung einer Co-Located Care-of-Adresse,
• Unterstützte Kapselungsverfahren,
• Die Ankündigung einer verfügbaren Care-of-Adresse (im Falle eines Fremdagenten),
• Die Gültigkeitsdauer einer Registrierung.

Alternativ kann der Mobilrechner ein Agent Solicitation aussenden, eine explizite Aufforderung an mögliche Agenten, ein Agent Advertisement zu schicken. So kann er erzwingen, dass sich potenzielle Agenten sofort zu erkennen geben und damit die Wartezeit verkürzt wird.

Zuteilung einer Care-of-Adresse

Um im Fremdnetz ansprechbar zu sein, benötigt der Mobilrechner eine Care-of-Adresse, die zum Adressbereich des aktuellen Subnetzes gehört. Sie definiert, wohin letztlich die an den Mobilrechner gerichteten Pakete geschickt werden. Hat sich der Mobilrechner im Fremdnetz bei einem Fremdagenten registriert, so kann ihm nun eine Foreign Agent Care-of-Adresse zugewiesen werden. Dies ist in der Regel eine IP-Adresse des Fremdagenten. Mehrere Mobilrechner können dieselbe Foreign Agent Care-of-Adresse verwenden.

Letztlich besitzt ein Mobilrechner also zwei IP-Adressen, die permanente Heimatadresse und eine temporäre Care-of-Adresse. Möglichen Kommunikationspartnern ist der Mobilrechner nur unter seiner Heimatadresse bekannt.

Registrierung des Mobilrechners im Heimatnetz

Nachdem der Mobilrechner eine Care-of-Adresse erhalten hat, kann der aktive Fremdagent eine Registrierungsanforderung an den Heimatagenten weiterleiten, um diesen über den neuen Aufenthaltsort des Mobilrechners zu informieren. Dies ist notwendig, damit Pakete korrekt an ihn weitergeleitet werden können. Die Registrierungsanforderung enthält unter anderem die Heimatadresse des Mobilrechners, die IP-Adresse des Heimatagenten sowie die Care-of-Adresse als Endpunkt des Tunnels. Außerdem wird das Tunneling-Verfahren angegeben, über das der Datentransport zwischen Heimat- und Fremdagent laufen soll, sowie Parameter für die Authentifizierung.

Der Heimatagent sichert diese Informationen in einer Registrierungstabelle (Binding Table) und kann damit jeden Mobilrechner erreichen, der sich bei ihm registriert hat. Anschließend schickt der Heimatagent eine Antwort an den Fremdagenten zurück, der sie an den Mobilrechner weiterleitet. Kehrt ein Mobilrechner später in sein Heimatnetz zurück, meldet er sich nach einem Agent Discovery direkt beim Heimatagenten ab und empfängt selbst wieder die für ihn bestimmten Pakete. Es ist keine Unterstützung durch Mobile IP mehr nötig.

Übertragung vom Sender in das Heimatnetz

Der Sender kann sich entweder innerhalb oder außerhalb des Heimatnetzes des Mobilrechners aufhalten. Natürlich kennt er nur die Heimatadresse des Mobilrechners, nicht dessen aktuelle Care-of-Adresse. Möchte er Daten an den Mobilrechner senden, so trägt er dessen Heimatadresse als Zieladresse ein, seine eigene Adresse als Quelladresse. Das Paket gelangt durch die gewöhnlichen IP-Routingverfahren zu dem Router, der für das Heimatnetz zuständig ist und damit schließlich immer zuerst in das Heimatnetz. Dies ist möglich, da die Heimatadresse logisch zu dem Netz gehört, mit dem der Heimatagent verbunden ist.

Übertragung vom Heimatagenten zum Mobilrechner

Der Heimatagent fängt an den Mobilrechner gerichtete IP-Pakete stellvertretend ab. Dazu gibt er sich durch Proxy ARP als der Mobilrechner aus. Er gibt in der ARP-Nachricht zwar die IP-Adresse des Mobilrechners an, jedoch seine eigene MAC-Adresse. Anstatt das abgefangene Paket nun zu einem Knoten weiterzuleiten, der sich physisch im Heimatnetz befindet, wird das Paket in Richtung des Fremdagenten „umgeleitet“ (Tunneling). Für die Weiterleitung ist Kapselung notwendig. Hierunter wird allgemein verstanden, dass ein empfangenes Paket zum Nutzdatenteil eines neuen Paketes wird, dem ein neuer, äußerer Header vorangestellt wird. Der umgekehrte Fall wird als Entkapselung bezeichnet. Beide Mechanismen finden normalerweise Anwendung, wenn Datenpakete an darunter- bzw. darüber liegende Schichten des Schichtenmodells übergeben werden. In Mobile IP erfolgt dies jedoch innerhalb der gleichen Protokollschicht.

Dem empfangenen IP-Paket wird ein äußerer Header vorangestellt. Header und Nutzdaten des empfangenen Paketes werden zur Nutzlast des neuen Paketes. Die Router betrachten nur die IP-Adressen im äußeren Header. Der Heimatagent sucht in seiner Registrierungstabelle einen Eintrag für die im Paket angegebene Zieladresse (Heimatadresse) und liest die korrespondierende Care-Of-Adresse aus. Diese wird nun im äußeren Header als Zieladresse eingetragen, die Adresse des Heimatagenten als Quelladresse. Einzige Änderung am inneren Header ist die Reduzierung der Lebensdauer des Paketes (TTL, Time to Live) um 1. Aus Sicht des Originalpaketes weist so der gesamte Tunnel, unabhängig von der Anzahl der tatsächlich durchquerten Router, eine Länge von 1 auf. So kann sich der Mobilrechner so verhalten, als wäre er direkt mit dem Heimatnetz verbunden, was ebenfalls der Forderung nach Transparenz entspricht. Ein Tunnel ist eine virtuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Netzwerkknoten, zwischen denen eine beliebige Anzahl von Subnetzen liegen darf. Die Kapselung ist notwendig, damit die zu sendenden Pakete am Anfangs- und Endpunkt des Tunnels verstanden werden. Das Paket wird schließlich durch den Tunnel vom Heimatagenten (Anfangspunkt) zum Fremdagenten (Endpunkt) befördert. Der Fremdagent als Endpunkt des Tunnels und Inhaber der Care-of-Adresse empfängt das Paket, entfernt den äußeren Header (Entkapselung) und leitet es schließlich über die Verbindungsschicht an die Hardwareadresse des Mobilrechners weiter. Der Fremdagent muss nicht notwendigerweise Eingangsrouter des Fremdnetzes sein, er kann sich auch an einer anderen Stelle innerhalb des Fremdnetzes befinden. Der Mobilrechner ist sich seiner Mobilität insofern nicht bewusst, als er das Paket mit den gleichen Adressangaben empfängt, wie es auch im Heimatnetz der Fall gewesen wäre.

Probleme des Standardverfahrens

Stellt man die Empfangs- und Sendevorgänge entsprechend dieser Beschreibung grafisch dar, ergibt sich eine Dreiecksstruktur, weshalb das Verfahren auch als Triangle Routing bezeichnet wird. Der effiziente und auf den ersten Blick sehr simple Mechanismus ist jedoch nicht immer anwendbar.

Router oder Firewalls können aus Sicherheitsgründen Pakete mit verdächtigen IP-Adressen filtern. Dies kann sich sowohl auf Quell- als auch auf Zieladressen beziehen. Die vom Mobilrechner beim Senden als Quelladresse angegebene Heimatadresse ist im Fremdnetz natürlich nicht topologisch korrekt, könnte also durchaus als Fälschung interpretiert werden. Des Weiteren kann ein Ingress-Filter eingeschaltet werden, um Netze vor unerwünschtem Eingangsdatenverkehr zu schützen. Als ungültig können z. B. Pakete aufgefasst werden, deren Quelladresse im eigenen Netz liegt, die aber von außen kommen. So soll verhindert werden, dass sich fremde Rechner als interne Rechner ausgeben. Die in den Paketen des Mobilrechners als Quelladresse angegebene Heimatadresse kann also durchaus als Täuschungsversuch interpretiert werden. Dies kann dazu führen, dass der Mobilrechner keine Pakete in sein eigenes Heimatnetz schicken kann und damit die Funktionsweise von Mobile IP beeinträchtigen. Zur Abhilfe müsste der Filter so konfiguriert werden, dass er Pakete passieren lässt, deren Quelladresse zwar zum eigenen Netz gehört, der Sender aber gleichzeitig als Mobilrechner im Heimatnetz registriert ist.

Davon abgesehen kann auch die Paketlebensdauer ein Problem darstellen. Befindet sich der Mobilrechner im Heimatnetz, so benötigen die Pakete eine bestimmte Lebensdauer, um ihre jeweiligen Empfänger zu erreichen. Wechselt der Mobilrechner nun in ein Fremdnetz, könnten mehr Hops (Sprünge) als zuvor im Heimatnetz benötigt werden, um den Empfänger zu erreichen. Die im Paket angegebene Lebensdauer müsste ggf. erhöht werden, was jedoch der Forderung nach Transparenz widerspricht.

Reverse Tunneling

Um die erläuterten Probleme zu lösen, wurde Reverse Tunneling als zusätzliches Verfahren entwickelt und in den RFCs 3024 und 3344 beschrieben. Hierbei werden Pakete des Mobilrechners auf dem Rückweg wieder zum Heimatagenten getunnelt. Der Fremdagent kapselt die Pakete des Mobilrechners und trägt im äußeren Header als Quelladresse die Care-of-Adresse ein, als Zieladresse die Adresse des Heimatagenten. Am Ende des Tunnels empfängt der Heimatagent das Paket, entkapselt es und schickt das Originalpaket, das als Zieladresse die Adresse des Kommunikationspartners und als Quelladresse die Heimatadresse enthält, in Richtung der Zieladresse über herkömmliche Routingverfahren an den Kommunikationspartner weiter. Offensichtlich ist dieses Verfahren weniger effizient als das Triangle Routing, kann aber aus den oben genannten Gründen notwendig sein.

ARP im Heimatnetz

Durch die Mitnahme der Home Address durch den mobilen Rechner ergibt sich für Rechner, die sich im Heimatnetz des mobilen Rechners befinden, die Problematik, dass sie diesen nicht mehr erreichen, nachdem er das Heimatnetz verlassen hat. Durch den Einsatz von Gratuitous-ARP und eines ARP-Proxys können die dem Heimatnetz fernen mobilen Nodes jedoch weiterhin erreicht werden. Dazu gibt sich der Home Agent bei ARP-Requests, durch ARP-Proxying, als der fehlende mobile Rechner aus.

Für die Verwaltung des Datenverkehrs gibt es zwei Varianten.

Co Located Care-Of-Address

Hier übernimmt der Mobile Host das Forward Management. Er benutzt die Home Address (für die höheren Protokollschichten) und die COA (für die niedrigen) dabei gleichzeitig. Die COA wird dem Mobile Host dabei aus einem lokalen IP-Adresspool (z. B. via DHCP) zugewiesen, wie es auch bei einem stationären Host geschehen würde. Deshalb können die lokalen Router nicht unterscheiden, ob der Host ein mobiler oder ein stationärer ist.

Der Vorteil liegt hier darin, dass auf der lokalen Infrastruktur aufgesetzt werden kann und kein Foreign Agent notwendig ist.

Foreign Agent Care-Of-Address

Hier wird dem Mobile Host die COA von einem speziellen Rechner (Foreign-Agent) des fremden Netzes zugewiesen. Dazu muss sich der Mobile Host zuvor beim Foreign-Agent anmelden (Er bekommt KEINE Adresse aus dem fremden Netz). Der Foreign-Agent übernimmt bei dieser Variante die Weiterleitung der Daten vom HA zum Mobile Host (und bei reverse tunneling auch umgekehrt vom Mobile Host zum HA).

Um sich beim Foreign Agent anzumelden, benötigt der Mobile Host zunächst dessen Adresse.

Finden des Foreign Agent

1. Der Mobile Host sendet, nachdem er im fremden Netz angekommen ist, erst einmal eine ICMP Router Solicitation-Nachricht.
2. Der Foreign Agent antwortet mit einer gewöhnlichen ICMP Router Advertisement-Nachricht, die durch eine Mobility Agent Advertisement Extension erweitert ist. In dieser befinden sich alle Informationen, die der Mobile Host benötigt.
3. Nun kann sich der Mobile Host mittels der Mobile IP Registrierungsprozedur registrieren lassen.