Rețeaua tolerantă la întârziere (DTN) este o nouă abordare a arhitecturii rețelei de calculatoare care abordează problemele tehnice din rețelele eterogene care nu au o conexiune permanentă la rețea. Exemple de astfel de rețele sunt cele care funcționează în condiții mobile sau terestre extreme sau rețelele planificate în spațiul cosmic. Recent, DTN este cel mai răspândit în Statele Unite, datorită sprijinului acordat de Defense Advanced Research Projects Agency , care finanțează multe proiecte DTN. Întreruperea rețelei poate apărea din cauza limitelor de rază radio fără fir, a rarii nodurilor mobile, a lipsei resurselor de energie și a interferențelor.
Întârzierile în DTN sunt înțelese nu numai ca întârzieri generate de nodurile de tranzit sau limitări ale lățimii de bandă ale canalului de comunicație. În astfel de rețele, există întârzieri suplimentare în transmiterea semnalului care nu depind de cantitatea de date transmise. Acestea pot depinde de viteza de propagare a semnalului în mediul de transmisie (de exemplu, viteza luminii în vid ) și de lungimea traseului parcurs de acesta (în funcție de traiectorie și distanță).
În plus, la utilizarea Store&Forward , există întârzieri în stocarea pachetelor transmise (pe durata întreruperii conexiunii). Astfel de întreruperi (întreruperi) pot apărea din cauza limitărilor lățimii de bandă, a capacității de alimentare cu energie, a zgomotului aerian, a rarității nodurilor mobile. Această abordare permite într-un fel să se considere rețelele MANET ca un caz special de DTN.
În anii 1970, pe măsură ce calculatoarele se micșorau, cercetătorii au început să dezvolte tehnologie pentru rutarea între locații nefixate ale computerelor.
Acesta este modul în care protocoalele DTN au fost utilizate pentru prima dată în spațiu. Sursa pachetelor este unul dintre sateliții LEO ai Sistemului Internațional de Monitorizare a Dezastrelor care face fotografii ale Pământului . Imaginile trebuie să vină la punctul de colectare a datelor. Dar satelitul are comunicații intermitente cu trei stații terestre. Mișcându-se pe orbită, îi contactează pe rând. Astfel, satelitul, stațiile terestre și punctul de colectare a datelor sunt noduri DTN. Pentru fiecare contact, pachetul (sau o parte din pachet) este transmis la stația terestră. Coletele sunt apoi livrate la punctul de colectare a datelor prin intermediul rețelei terestre de tranzit. Acest lucru finalizează transferul.
Zona de rutare fără fir a fost inactivă în anii 1980. Utilizarea omniprezentă a protocoalelor fără fir s-a intensificat în anii 1990 ca rețele mobile ad-hoc ( MANET ) și a existat mult interes pentru modernizarea unei astfel de rețele. Paralel cu activitățile MANET , NASA a fost finanțată de Agenția de Proiecte de Cercetare Avansată a Apărării . MITRE și alți dezvoltatori au propus crearea unei rețele interplanetare (IPN).
Pionierii internetului Vint Cerf și alții au dezvoltat arhitectura inițială pentru Internetul interplanetar (IPN), conduși de nevoia de tehnologii de rețea care ar putea gestiona latența semnificativă și coruperea pachetelor de comunicații în spațiul adânc. În 2002, Kevin Fall a început să dezvolte câteva idei în proiectul IPN pentru rețelele terestre și a introdus termenul „rețea tolerantă la rupere” și abrevierea DTN. Un articol publicat în conferința SIGCOMM 2003 dă un impuls dezvoltării DTN.
La mijlocul anilor 2000, interesul pentru rețelele de date a crescut, incluzând un număr tot mai mare de conferințe științifice privind dezvoltarea DTN, precum și un interes din ce în ce mai mare pentru combinarea activității rețelelor de senzori și a MANET cu munca la DTN. Un astfel de domeniu a avut multe optimizări asupra rețelelor clasice și a rețelei tolerante la rupere. Când au dezvoltat algoritmi de rețea, au început să ia în considerare factori precum securitatea, fiabilitatea, controlabilitatea și alte domenii de cercetare care există în rețelele tradiționale de calculatoare.
Mesajul este un mesaj. Mesajele sunt stocate în nodurile DTN până la activarea canalului dorit; apoi coletele sunt trimise. Canalele funcționează intermitent.
Contactul este un canal activ.
EID ( identificatorul punctului final ) este utilizat pentru a identifica destinatarii . EID-ul poate indica fie una, fie un grup de gazde destinație. Pentru grupuri de gazde, pot fi utilizate metode de difuzare Multicast / Anycast .
Datele din aplicații, prezentate sub formă de mesaje de lungime arbitrară (ADU, ing. Application Data Unit ), sunt transformate în pachete speciale (Bundle), concepute pentru a fi trimise în rețele eterogene. Un pachet este format din blocuri (cel puțin două), fiecare dintre acestea putând conține fie numai date de aplicație, fie doar date de serviciu necesare pentru livrare (de exemplu, EID-ul destinatarului). Mai mult, dacă în arhitecturile tradiționale datele de serviciu sunt stocate în antetul sau sarcina utilă a pachetului, atunci în DTN pot fi stocate în blocuri arbitrare. Pachetele în sine permit fragmentarea/imbinarea, iar fiecare fragment rezultat este considerat un pachet separat.
Ca și în cazul rețelelor IP , se utilizează abordarea Stocare și redirecționare , care implică stocarea pachetelor atunci când nu există nicio modalitate de a le transmite. Cu toate acestea, în DTN, timpul de reținere este mult mai lung datorită faptului că legătura poate să nu fie disponibilă în momentul transmiterii și, de asemenea, nu este de încredere în sine. În plus, în rețelele DTN, este mai dificil să urmăriți starea conexiunii în timp util din cauza întârzierii semnificative a semnalizării. Prin urmare, se recomandă utilizarea stocării persistente (cum ar fi discuri , memorie flash ) pentru pachetele care așteaptă să fie trimise.
Abilitatea de a transfera date de la sursă la destinație este o bază de bază pe care ar trebui să o aibă toate rețelele. Întârzierile și întreruperile transmisiei de date se caracterizează printr-o lipsă de comunicare din cauza lipsei unei conexiuni instantanee. În astfel de condiții, atunci când se utilizează protocoalele de rutare AODV și DSR , nu este posibilă stabilirea unei rute pentru transferul de date. Acest lucru se datorează faptului că aceste protocoale încearcă să stabilească o cale completă pentru transfer și apoi transferă datele înainte ca conexiunea să fie făcută. Cu toate acestea, atunci când o conexiune este dificil sau imposibil de stabilit, protocoalele de rutare trebuie să utilizeze „Network Switch” atunci când datele sunt mutate secvenţial și stocate în rețea, în speranța că vor fi în cele din urmă transmise.
O tehnică comună folosită pentru a crește probabilitatea transmiterii cu succes a unui mesaj este crearea mai multor copii ale mesajului, astfel încât acestea să ajungă la destinatar. Acest lucru este posibil numai în rețelele cu cantități mari de stocare locală și lățime de bandă mare în raport cu traficul așteptat. Foarte des, problema spațiului este rezolvată prin reducerea timpilor de livrare prin maximizarea potențialului de transmitere a datelor. În alte țări, unde accesul la stocare și lățimea de bandă internod este mai limitat, este necesar un algoritm mai amănunțit.
Protocolul de bază DTN este protocolul Bundle; este descris în RFC 5050 . Acesta primește mesaje de la aplicație și le trimite ca una sau mai multe rafale folosind operațiuni de primire-transfer-trimitere către nodul DTN receptor.
| Aplicație | ||
|---|---|---|
| Protocolul pachetului | ||
| Nivel de interacțiune | …. | Nivel de interacțiune |
| TCP/IP pe Internet | Alte intergrile | |
Se poate observa că lucrul are loc atât peste nivelul TCP/IP , cât și peste alte protocoale.
Deoarece protocolul Bundle este fix, dar scopul său este să fie compatibil cu diverse transporturi, ar trebui să existe un mic decalaj între domeniile protocoalelor. Această idee a condus la adăugarea unui nivel suplimentar de interacțiune (stratul de convergență). De fapt, acesta este doar un strat de legătură care asigură că protocoalele funcționează împreună. Prin definiție, fiecare transport de nivel inferior trebuie să aibă un strat de interacțiune separat. Straturile de interoperabilitate care permit conectarea protocoalelor noi și existente pot fi găsite de obicei în standarde.
Fiecare mesaj constă dintr-un bloc primar, care poate fi considerat ca un antet, un bloc de sarcină utilă (pentru date) și blocuri opționale (de exemplu, pentru parametrii de securitate). Blocul primar începe cu un câmp Versiune urmat de un câmp Flags . Printre altele, steagurile indică clasa de serviciu (astfel încât originea să poată marca coletul ca prioritate mare sau scăzută) și alte cereri de procesare (de exemplu, dacă destinatarul ar trebui să confirme livrarea).
Urmează adrese. Pe lângă câmpurile de identificare Destinație și Sursă , vedem identificatorul Custodian . Custodele este partea responsabilă pentru a se asigura că coletul este livrat.
Deoarece protocolul Bundle funcționează cu o mare varietate de transporturi și interneturi, folosește propriii identificatori. Ele seamănă mai mult cu nume de nivel înalt, cum ar fi adresele URL ale paginilor web, decât adrese de nivel inferior ( IP ) . Acești identificatori oferă DTN-urilor capabilități de rutare la nivel de aplicație, cum ar fi livrarea de e-mail sau actualizări de software.
Identificatorii sunt codificați, la fel ca și identificatorii din câmpul Notificare , pentru mesajele de diagnosticare. Toți acești identificatori sunt codificați cu referințe la câmpul Dicționar cu lungime variabilă . Acest lucru permite utilizarea compresiei atunci când custodele sau nodul de diagnosticare se potrivește cu sursa sau destinația.
Acesta este urmat de câmpul Creare , care stochează ora la care a fost creat coletul, precum și numărul de serie al expeditorului; în spatele acestuia se află câmpul Lifetime , care indică ora la care pachetul nu va mai fi necesar.
Blocul primar se termină cu câmpul Dicționar . Urmează blocul de sarcină utilă. Începe cu un câmp scurt Type , care indică faptul că aceasta este o sarcină utilă, urmat de Flags , care setează parametrii de procesare. Urmează câmpul Date , precedat de câmpul Lungime . În cele din urmă, în spatele lor pot exista blocuri opționale - în special, un bloc cu parametri de securitate.
În 2008, NASA a anunțat testarea cu succes a protocolului de comunicații în spațiul adânc DTN. Pentru a testa capacitățile acestui protocol, a fost creată o rețea de zece noduri. Una dintre ele a fost nava spațială Epoxi , care în acest experiment a imitat o stație de releu marțiană. Anterior a fost cunoscut sub numele de Deep Impact. După bombardarea cu succes a cometei Tempel cu un blanc de cupru de 400 de kilograme, care a ajutat oamenii de știință să obțină noi date despre materia cometă, aparatul a fost redenumit și trimis să se întâlnească cu o altă cometă, Hartley 2 .
Ca parte a acestei lucrări, pentru a oferi un cadru general pentru algoritm și pentru a dezvolta aplicații într-o rețea de date, au fost publicate articole în RFC 4838 și RFC 5050 în 2007 pentru a defini o abstractizare comună în software-ul de rupere a rețelei. Cunoscutul protocol Bundle este un protocol care colectează mai multe blocuri de date sub formă de pachet, în care fiecare pachet conține suficiente informații semantice pentru ca transferul de date să fie finalizat cu succes, atunci când transferul de blocuri individuale de date poate fi întrerupt. Pachetele rutate sunt stocate într-un depozit de date și între noduri sunt implicate diferite rețele de tehnologie de transport (inclusiv coloana vertebrală de transport IP și non-IP). La nivelul de transport, pachetele sunt transmise prin rețelele locale, numite stratul de convergență. Prin urmare, arhitectura pachetului acționează ca o rețea suprapusă, oferind o nouă schemă de denumire bazată pe definiții ale punctelor finale ( EID ) și clasă de servicii la nivel larg. Protocoalele care utilizează pachete trebuie să utilizeze stratul de aplicație pentru a trimite pachete prin rețea. Datorită stocării datelor, transportul folosind protocolul DTN va fi rapid la nivelul aplicației.
De exemplu, planificarea rețelei poate fi influențată de faptul că datele trebuie să fie primite integral, rapid și fără modificări. Protocoalele asamblează datele în pachete care pot fi trimise prin rețele eterogene, cu o asigurare ridicată a livrării consecvente. Garanțiile sunt de obicei stabilite la nivel de aplicație, iar specificația protocolului RFC 5050 utilizează etichetele „lent”, „normal” și „rapid”.
Se acordă multă atenție problemelor de securitate a protocolului. Problemele de securitate pentru o rețea tolerantă la rupere depind de mediu și de aplicație, deși autentificarea și confidențialitatea sunt adesea critice. Nu este dificil să creezi o securitate bună pentru o astfel de rețea. Într-o rețea fără o conexiune permanentă, este dificil să se creeze protocoale criptografice, deoarece schimbul de chei încetinește, iar fiecare dispozitiv trebuie să identifice alte chei ale dispozitivelor vizibile periodic. Deciziile s-au schimbat odată cu apariția rețelelor mobile peer-to-peer și a cercetării în domeniul securității distribuite, cum ar fi utilizarea certificării distribuite și a schemelor PKI. Soluții bune pentru o rețea rezistentă la rupere, comunitatea științifică se referă la: