какое сообщение предназначено для запроса создания маршрута в протоколе aodv
Протоколы / Ad hoc On-Demand Distance Vector
AODV — реактивный протокол (устанавливает маршрут по требованию) для маршрутизации unicast/multicast пакетов. Для вычисления маршрутов используется дистанционно-векторный алгоритм маршрутизации, для которого проблема “счёта до бесконечности” решена с помощью применения порядковых номеров при обновлениях маршрута.
Передача маршрутной информации (кроме сообщений Hello) не ведётся, пока нет необходимости в установке или восстановлении маршрута. Когда один из узлов пытается отправить данные в сеть, посылается пакет с запросом на установку маршрута RREQ.
Поля сообщения RREQ:
Другие узлы сети пересылают этот пакет в общую среду и делают запись об узле, от которого они приняли запрос, создавая массовую отправку временных маршрутов к запрашивающему узлу. Когда узел получает запрос RREQ и уже имеет маршрут к узлу назначения, то в зависимости от флага «D» сообщения RREQ, он посылает назад сообщение RREP через временный маршрут к узлу требования (узлу-инициатору маршрута) или направляет сообщение RREQ к узлу-получателю, который отправляет сообщение RREP назад узлу-отправителю. Запрашивающий узел в таком случае использует маршрут с наименьшим количеством промежуточных узлов. Неиспользуемые записи в таблицах маршрутизации через некоторое время стираются. Если связь недостаточно надёжная, то предусмотрена возможность дополнительного подтверждения установки маршрута — отправление от узла-инициатора узлу-получателю сообщения RREP-ACK, подтверждающего получение сообщения RREP.
Когда маршрут по каким-либо причинам разрушается, передаётся сообщение об ошибке к передающему узлу и процесс создания маршрута повторяется.
Наибольшая сложность, возникшая при реализации протокола, связана с необходимостью понизить количество сообщений, чтобы не использовать полностью пропускную способность сети. Например, у каждого запроса о маршруте есть порядковый номер. Узлы выбирают этот номер так, чтобы он не повторял номера уже обработанных запросов. Другим методом ограничения распространения паразитного трафика является использование времени жизни, которое ограничивает максимальное количество транзитных узлов. Кроме того, если запрос маршрута по каким-либо причинам не привёл к установке маршрута, другой запрос нельзя послать, пока не проходит вдвое больше времени, потраченного на предыдущий запрос.
Преимущество AODV состоит в том, что он не создаёт дополнительного трафика при передаче данных по установленному маршруту. Кроме того, алгоритм векторной маршрутизации довольно прост и не требует больших объёмов памяти и машинного времени. Однако в AODV в начале коммутации требуется больше времени на установку маршрута, чем во многих других протоколах.
Реактивный алгоритм динамической маршрутизации в перспективной мобильной сети, построенной на радиосредствах нового поколения
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 31.05.2016 2016-05-31
Статья просмотрена: 1029 раз
Библиографическое описание:
Ткачев, Д. Ф. Реактивный алгоритм динамической маршрутизации в перспективной мобильной сети, построенной на радиосредствах нового поколения / Д. Ф. Ткачев, М. З. Лящук, Р. Е. Лисейкин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 11 (115). — С. 501-505. — URL: https://moluch.ru/archive/115/30992/ (дата обращения: 09.11.2021).
Создаваемая на радиосредствах нового поколения перспективная сеть радиосвязи городского или регионального уровня представляет собой мобильную самоорганизующуюся сеть, состоящую из определенного числа перемещающихся (мобильных) узлов, и характеризуется случайной и быстро меняющейся топологией, что делает классические алгоритмы маршрутизации не в состоянии корректно функционировать в условиях динамически изменяющейся топологии сети. При этом мобильные станции могут выполнять функции маршрутизации. Основное отличие такой сети от обычных проводных сетей состоит в том, что традиционные положения, относящиеся к фиксированной топологии с постоянными соседями и их расположением, перестают работать [1].
Рассматриваемая в статье мобильная распределенная сеть пакетной радиосвязи с динамически изменяющейся топологией требует использования динамической маршрутизации, являющейся более сложной задачей по сравнению с классической маршрутизацией в стационарных проводных сетях. Реализация современных алгоритмов динамической маршрутизации связана с необходимостью служебного обмена сообщениями, содержащими сведения об изменениях топологии, что предполагает дополнительное увеличение трафика, расход полосы пропускания и дополнительное потребление энергии возимых или носимых аккумуляторных батарей [2].
Разработанные протоколы, обеспечивающие маршрутизацию в мобильных самоорганизующихся сетях по принципу поиска маршрута, разделяются на три категории: проактивные, реактивные и гибридные [3].
Проактивные протоколы, называемые также табличными, предполагают создание на каждой мобильной станции таблиц маршрутизации, содержащих информацию о маршрутах со всеми станциями сети [4]. Маршрутная информация обновляется с помощью передачи служебных сообщений об изменениях топологии сети. По сформированной на основании служебных сообщений топологии сети производится предварительное построение таблиц маршрутов, которые хранятся в памяти каждого узла для немедленной передачи поступивших пакетов любому получателю. Примерами данных протоколов являются: DSDV (Destination Sequenced Distance Vector), OLSR (Optimized Link State Routing), TBRPF (Topology Dissemination Base on Reverse-path Forwarding), FSR (Fisheye State Routing).
Реактивные протоколы, называемые протоколами по запросу (требованию), отличаются от проактивных протоколов маршрутизации тем, что строят маршрут между конкретными узлами (радиостанциями) только по требованию инициатора передачи. Всякий раз, когда узлу-отправителю необходимо узнать маршрут, узел выполняет операцию поиска маршрута путем широковещательной рассылки соседним узлам служебного сообщения «запрос на установку маршрута». Далее, каждый соседний узел рассылает это сообщение к своим соседям. Этот процесс заканчивается тогда, когда будет найден получатель сообщения. Узел-получатель отвечает служебным сообщением «ответ на запрос маршрута» инициатору. При передаче пакета запоминается маршрут прохождения в виде метрики пути (списка задействованных узлов) и впоследствии, при передаче последующих пакетов, эта информация используется для выбора направления.
При высоком уровне трафика в мобильной сети применение реактивных протоколов менее желательно, так как частый поиск маршрутов ведет к постоянным лавинным рассылкам пакетов в сети. Примерами реактивных протоколов являются: DSR (Dynamic Source Routing), AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector), ТОRА (Temporally Ordered Routing Algorithm).
Гибридные протоколы маршрутизации получили такое название из-за объединения на различных уровнях иерархии сети свойств проактивных и реактивных протоколов. Гибридные протоколы более эффективны на многоуровневых сетях. К ним относятся следующие протоколы: HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol), HDVG (Hierarchical Distance-Vector Georouting), ZRP (Zone Routing Protocol) [5].
Применение того или иного протокола маршрутизации напрямую зависит от особенностей планируемой сети связи, и окончательный выбор протокола возможен только после детального рассмотрения данной сети. В структуре мобильной распределенной сети радиосвязи, построенной на радиосредствах нового поколения, можно выделить несколько основных типов беспроводных сетей [3]: распределенные сети радиодоступа конечных пользователей (абонентов), городские распределенные опорные сети и магистральную региональную опорную сеть. При этом в распределенных сетях радиодоступа используются в основном портативные (носимые) радиостанции, а в опорных сетях, к которым подключаются базовые станции сетей радиодоступа, используются возимые базовые (узловые) радиостанции.
Исходя из того, что в перспективных мобильных сетях радиосвязи может насчитываться от нескольких сотен до нескольких тысяч радиостанций, в зависимости от уровня (поселок-город-регион) всех видов, алгоритмы только с реактивной или проактивной маршрутизацией будут неэффективными из-за быстрого роста доли служебного трафика [2]. В качестве протокола маршрутизации в рассматриваемых многоуровневых мобильных сетях радиосвязи целесообразно применить гибридный протокол маршрутизации HWMP, основная идея которого — разбиение сети на несколько подсетей, внутри каждой из которых работает проактивный протокол, в то время как взаимодействие между подсетями осуществляется реактивным способом. С учетом выбора гибридного протокола маршрутизации HWMP при использовании ступенчатого способа адресования предлагается:
– в распределенных сетях радиодоступа непосредственно между абонентами использовать проактивный протокол маршрутизации OLSR;
– между подсетями и сетями использовать реактивный протокол маршрутизации AODV.
Протокол AODV динамически создает таблицы маршрутов в соответствии с динамикой изменения топологии, при этом каждый узел поддерживает возрастающий счетчик пакетов, что позволяет удалять неиспользованные или прекратившие существование маршруты [6]. Алгоритм работы реактивного протокола динамической маршрутизации AODV представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Алгоритм работы реактивного протокола AODV
Запрос создания маршрута инициируется, когда узел хочет соединиться с узлом-получателем, но не имеет маршрута к этому узлу, для чего он посылает пакет «запрос на установку маршрута» — RREQ (Path Request) соседним узлам, которые пересылают этот пакет дальше, одновременно записывая узел, от которого был принят запрос. Поля сообщения RREQ, передаваемого от исходного узла, представлены в таблице 1.
Протоколы маршрутизации AODV и SAODV
Уязвимость радиоканалов и узлов, отсутствие фиксированной инфраструктуры и частые изменения топологии сети делают неприменимыми для самоорганизующихся сетей многие известные решения по защите от атак DoS маршрутизации. Ниже рассматривается один из таких эффективных протоколов маршрутизации, который принадлежит семейству реактивных протоколов [104]. Название этого протокола Ad Hoc on demand distance vector protocol (AODV), что переводится на русский язык как протокол маршрутизации по требованию на основе вектора расстояний. Протокол AODV специально разработан для MANET. В AODV узел, желающий переслать пакет узлу, к которому он еще не имеет пути в своей таблице маршрутизации, будет пытаться найти путь. Нахождение нового пути происходит с помощью рассылки по всей сети сообщения о запросе пути, которое называется RREQ (route request message). Таким образом, узел, желающий передать пакет другому узлу, посылает сообщение RREQ. Сообщение RREQ содержит IP-адрес отправителя и IP-адрес получателя сообщения, т.е. узла, с которым необходимо установить связь отправителю. RREQ распространяется по всей сети до того момента, когда найдется узел, знающий путь до получателя или найдется сам получатель. В этом случае в ответ будет послано сообщение о том, что путь найден. Это сообщение называется RREP (route reply message). RREP посылается обратным путем к отправителю. Во время обратной отсылки RREP устанавливается связь. В RREQ существует еще одно поле, которое называется время жизни (time to live) или TTL. Это поле устанавливается отправителем для того, чтобы иметь возможность определить и ограничить глубину путешествия пакета RREQ перед тем, как он найдет получателя. Таким образом, RREQ будет распространятся по сети до тех пор, пока количество уже посещенных пакетом узлов будет меньше, чем TTL.
Одно из полей этого сообщения называется количество посещенных узлов (hop-count field). Оно сообщает о количестве узлов посещенных пакетов до того, как он достиг текущего узла. В тот момент, когда узел получает RREQ, он проверяет количество уже посещенных узлов до того момента, как сообщение достигло его (hop count field). Затем он создает новый путь до отправителя RREQ сообщения (если только он не имеет уже более короткий путь) для того, чтобы иметь возможность использовать его для отправки RREP сообщения. Причем путь до отправителя от этого узла будет идти через узел, от которого было получено сообщение RREQ. Длина пути будет равна числу, содержащемуся в поле hop-count field полученного RREQ. Затем узел проверяет, знает ли он путь до получателя, IP-адрес которого содержится в RREQ.
Если узел, принявший RREQ, не знает путь до получателя, он увеличивает число в hop count field и переправляет RREQ своим соседям. Если RREQ получено узлом, который знает свежий путь до получателя или RREQ получено самим получателем, то узел отвечает отправителю RREQ сообщением RREP. Сообщение RREP посылается только начальному отправителю RREQ по пути, который был создан во время распространения сообщения RREQ. Сообщение RREP также содержит поле (hop count field), указывающее количество узлов от узла, сгенерировавшего RREP до получателя (причем 0 будет, если RREP генерируется самим получателем).
Это поле также увеличивается на один каждым узлом, переправляющим RREP по пути от получателя к отправителю. Поскольку каждый узел, который знает свежий путь к получателю, будет генерировать RREP, то к отправителю придет несколько сообщений RREP, которые будут указывать путь к получателю. Когда отправитель RREQ сообщения получает много RREP, он может сравнить их по полю hop count field, которое будет свидетельствовать о длине пути. Выбранным будет путь с наименьшим значением в hop count field. Опционно, отправитель RREQ сообщения может также посылать пакет, подтверждающий прием сообщения RREP, который называется RREP-ACK.
На рис. 26.4 показана работа протокола AODV. На этом рисунке отправитель А желает найти путь к получателю B. Узел А создает и распространяет сообщение RREQ. Узел B отвечает сообщением RREP после получения RREQ, используя уже созданный путь. Необходимость защиты протокола AODV от приведенных выше атак DoS нарушения маршрутизации потребовал его модифицировать. Этот протокол получил название безопасного протокола SAODV (Secure AODV). Он обеспечивает подлинность источника сообщений RREQ и RREP, целостность этих сообщений. В SAODV для этого предусмотрены механизмы цифровой подписи и хеш-цепей. Механизм цифровой подписи служит для защиты неизменяемых полей в сообщениях между узлами сети. Сообщения RREQ и RREP также содержат переменную информацию, которая должна изменяться после каждого узла. Это поле не подписывается отправителем служебного сообщения. Второй механизм (хеш-цепи) используется для защиты такой изменяемой информации, в качестве которой является счетчик скачков (хопов).
Рис. 26.4. Иллюстрация работы протокола AODV
Протокол AODV
Содержание
Поля сообщения RREQ (запроса создания маршрута)
Поля сообщения RREQ:
Принципы работы
В AODV передача маршрутной информации (кроме сообщений Hello) не ведётся, пока нет необходимости в установке или восстановлении маршрута. Когда один из узлов пытается отправить данные в сеть, посылается пакет с запросом на установку маршрута RREQ. Другие узлы сети с AODV пересылают этот пакет в общую среду и делают запись об узле, от которого они приняли запрос, создавая массовую отправку временных маршрутов к запрашивающему узлу. Когда узел получает запрос RREQ и уже имеет маршрут к узлу назначения, то в зависимости от флага «D» сообщения RREQ, он посылает назад сообщение RREP через временный маршрут к узлу требования (узлу-инициатору маршрута) или направляет сообщение RREQ к узлу-получателю, который отправляет сообщение RREP назад узлу-отправителю. Запрашивающий узел в таком случае использует маршрут с наименьшим количеством промежуточных узлов. Неиспользуемые записи в таблицах маршрутизации через некоторое время стираются. Если связь недостаточно надёжная, то предусмотрена возможность дополнительного подтверждения установки маршрута — отправление от узла-инициатора узлу-получателю сообщения RREP-ACK, подтверждающего получение сообщения RREP.
Когда маршрут по каким-либо причинам разрушается, передаётся сообщение об ошибке к передающему узлу и процесс создания маршрута повторяется.
Наибольшая сложность, возникшая при реализации протокола, связана с необходимостью понизить количество сообщений, чтобы не использовать полностью пропускную способность сети. Например, у каждого запроса о маршруте есть порядковый номер. Узлы выбирают этот номер так, чтобы он не повторял номера уже обработанных запросов. Другим методом ограничения распространения паразитного трафика является использование времени жизни, которое ограничивает максимальное количество транзитных узлов. Кроме того, если запрос маршрута по каким-либо причинам не привёл к установке маршрута, другой запрос нельзя послать, пока не проходит вдвое больше времени, потраченного на предыдущий запрос.
Преимущество AODV состоит в том, что он не создаёт дополнительного трафика при передаче данных по установленному маршруту. Кроме того, алгоритм векторной маршрутизации довольно прост и не требует больших объёмов памяти и машинного времени. Однако в AODV в начале коммутации требуется больше времени на установку маршрута, чем во многих других протоколах.
Какое сообщение предназначено для запроса создания маршрута в протоколе aodv
Поля сообщения RREQ (запроса создания маршрута)
Поля сообщения RREQ:
Принципы работы
В AODV передача маршрутной информации (кроме сообщений Hello) не ведётся, пока нет необходимости в установке или восстановлении маршрута. Когда один из узлов пытается отправить данные в сеть, посылается пакет с запросом на установку маршрута RREQ. Другие узлы сети с AODV пересылают этот пакет в общую среду и делают запись об узле, от которого они приняли запрос, создавая массовую отправку временных маршрутов к запрашивающему узлу. Когда узел получает запрос RREQ и уже имеет маршрут к узлу назначения, то в зависимости от флага «D» сообщения RREQ, он посылает назад сообщение RREP через временный маршрут к узлу требования (узлу-инициатору маршрута) или направляет сообщение RREQ к узлу-получателю, который отправляет сообщение RREP назад узлу-отправителю. Запрашивающий узел в таком случае использует маршрут с наименьшим количеством промежуточных узлов. Неиспользуемые записи в таблицах маршрутизации через некоторое время стираются. Если связь недостаточно надёжная, то предусмотрена возможность дополнительного подтверждения установки маршрута — отправление от узла-инициатора узлу-получателю сообщения RREP-ACK, подтверждающего получение сообщения RREP.
Когда маршрут по каким-либо причинам разрушается, передаётся сообщение об ошибке к передающему узлу и процесс создания маршрута повторяется.
Наибольшая сложность, возникшая при реализации протокола, связана с необходимостью понизить количество сообщений, чтобы не использовать полностью пропускную способность сети. Например, у каждого запроса о маршруте есть порядковый номер. Узлы выбирают этот номер так, чтобы он не повторял номера уже обработанных запросов. Другим методом ограничения распространения паразитного трафика является использование времени жизни, которое ограничивает максимальное количество транзитных узлов. Кроме того, если запрос маршрута по каким-либо причинам не привёл к установке маршрута, другой запрос нельзя послать, пока не проходит вдвое больше времени, потраченного на предыдущий запрос.
Преимущество AODV состоит в том, что он не создаёт дополнительного трафика при передаче данных по установленному маршруту. Кроме того, алгоритм векторной маршрутизации довольно прост и не требует больших объёмов памяти и машинного времени. Однако в AODV в начале коммутации требуется больше времени на установку маршрута, чем во многих других протоколах.