Лекция 4 сети: IP маршрутизация и MANET маршрутизации...

Лекция 4Мобильные сети: IP маршрутизация и алгоритмы MANET маршрутизации

Терновой Максим Юрьевичк.т.н., доцент кафедры информационно-

телекоммуникационных сетей

Информационное обеспечение мобильных систем ТК

Содержание

1. Беспроводные Ad-hoc сети2. Общие принципы маршрутизации

1. Алгоритмы вектора расстояния2. Алгоритм состояния канала

3. MANET сети4. Протоколы MANET

1. OLSR2. AODV3. Иерархические алгоритмы

Беспроводные ad-hoc сетиl Беспроводная ad-hoc сеть – это компьютерная сеть, в которой все

каналы сообщения беспроводные. Сеть произвольной структуры (ad-hoc) называется так потому, что каждый узел готов передаватьинформацию другим узлам, и решение о том, какому узлу передаватьданные, принимается динамически, на основе связности сети. Это иявляется отличием от старых сетевых технологий, в которыхопределенные узлы, с типичным аппаратным обеспечением,называемые маршрутизаторами, коммутаторами, хабами ифайерволами, выполняют задачу передачи данных.

l Типы беспроводных ad-hoc сетей:nБеспроводные сенсорные сетиnБеспроводные mesh сетиnМобильные сети произвольной структуры (MANETs)

Беспроводные сенсорные сети

l Беспроводные сенсорные сети – это сети, состоящие изпространственно распределенных автономных устройств, использующих сенсоры для совместного контроля физического состояния и условий окружающей среды.

l Главные особенности:n Беспроводные сенсорные сети сейчас используются во многих

прикладных областях, включая мониторинг окружающей среды и контроль среды обитания, применяются в области охраны здоровья, автоматизации зданий и контроля движения.

n Каждый узел сенсорной сети обычно оснащен радиопередатчиком, небольшим микроконтроллером, батареей.

Беспроводные mesh сетиl Беспроводные mesh сети – этоmesh сети построенные на основебеспроводной локальной сети.l Главные особенности:

n mesh сети могут использовать как стационарные так и мобильные устройства

n Узлы функционируют как ретрансляторы при передаче данных от ближайших узлов к пунктам, находящимся слишком далеко для передачи.

n Мобильные mesh сети включают в себя множество фиксированных базовых станций с огрниченными широкополосными наземными каналами.

n Протоколы маршрутизации: AODV, PWRP, DSR, OLSR, TORA, HSLS

Рис.1. схема mesh сети

Мобильные Ad-hoc сети (MANETs)

l Мобильные ad-hoc сети (MANET) – вид беспроводных ad-hoc сетей – сеть произвольной структуры, состоящая измобильных маршрутизаторов (и прилегающих хостов),соединенных беспроводными каналами связи, объединениекоторых формирует произвольную топологию.

l Маршрутизаторы могут свободно передвигаться в любомнаправлении и организовываться произвольно, такимобразом топология беспроводной сети может изменятсябыстро и непредсказуемо.

Содержание

1. Беспроводные Ad-hoc сети2. Общие принципы маршрутизации

1. Алгоритмы вектора расстояния2. Алгоритм состояния канала

3. MANET сети4. Протоколы MANET

1. OLSR2. AODV3. Иерархические алгоритмы

До сих пор…

l Узлы в 802.11 или в Bluetooth пикосети напрямую соединены каждый с каждым

l Нет необходимости в маршрутизации и сетевой уровень, по существу, не несет никакой функциональности

Ad Hoc Mode

Точка доступа

Infrastructure Mode

Маршрутизация на Уровне 2 (1)l Источник устанавливает, что пункт назначения в той же IP-подсетиn Это обязательно означает, что источник и пунктназначения непосредственно связаны уровнем 2(уровень канала передачи данных)

l ARP позволяет источнику определять MAC- адрес получателя

l Источник инкапсулирует IP-дейтаграммы в фреймУровня 2, адресует его соответственно и передает

l Устройству «межсетевого взаимодействия»(Ethernet bridges, 802.11 APs) Уровня 2 можетпотребоваться выполнить некоторые функции попродвижению данных или маршрутизации

Маршрутизация на Уровне 2 (2)

Локальный- IP: 10.0.1.4Маска подсети: 255.255.255.0Локальная сеть: 10.0.1.X

Dest IP = 10.0.1.9(Dest Net = 10.0.1.X)

Локальный IP: 10.0.1.9

S

AP

D

ARP запросдля 10.0.1.9

ARPответ

10.0.1.9 DIP MAC

… …

Маршрутизация на Уровне 2 (3)

Локальный- IP: 10.0.1.4Маска подсети: 255.255.255.0Локальная сеть: 10.0.1.X

Dest IP = 10.0.1.9(Dest Net = 10.0.1.X)

S

AP

D

IP Dest = 10.0.1.9

DA = DBSSID = AP

IP Dest = 10.0.1.9

Dest = D

Необходимость маршрутизации на Уровне 3

l Конечно, узлы могут быть не соединены черезУровень 2

n Узлы, которые в разных IP-подсетях, т.е., IP сеть назначения отлична от локальной IP- сети

n Узлы, которые вне радиозоны в беспроводных ad hoc сетях

l В этом случаи необходима маршрутизация на сетевом уровне (уровень 3), т.е. IP-маршрутизация

10.0.1.3

10.0.1.1

10.0.3.3

10.0.3.6

10.4.6.1

10.4.6.9

Формы маршрутизации

l Прямая маршрутизация, передача дейтаграммынапрямую из одной машины в другую, являетсяосновой, на которой строится все остальноемежсетевое взаимодействие. Две машины могутучаствовать в прямой маршрутизации только в томслучае, когда они обе соединены напрямую с однойфизической системой передачи(например, Ethernet).

l Косвенная маршрутизация осуществляется, когданазначение не находится в той же сети, что иисточник, и заставляет отправителя передаватьдейтаграмму шлюзу для доставки.

Принцип прямой маршрутизации

A B C

Ethernet1

адрес отправитель получатель

IP-заголовок A B

Ethernet-заголовок

A B

l A посылает IP-пакет B:n заголовок IP-пакета содержит в

поле отправителя IP-адрес узла An заголовок Ethernet-кадра содержит

в поле отправителя Ethernet-адрес An IP-заголовок содержит в поле

получателя IP-адрес узла Bn Ethernet-заголовок содержит в поле

получателя Ethernet-адрес B

l Когда в машине B модуль IP получает IP-пакет от машины A:n он сопоставляет IP-адрес места

назначения со своим n если адреса совпадают, то передает

дейтаграмму протоколу верхнего уровня

Если взаимодействия происходит между машинами, подключенными к одной IP-сети, то прямая маршрутизация

Косвенная маршрутизация

Косвенная маршрутизация более трудная, так как:

n Отправитель должен идентифицировать шлюз, которому можно послать дейтаграмму

n Шлюз должен затем отправить дейтаграмму к сети назначения

Принцип косвенной маршрутизацииМашина A посылает E IP-пакет:

n Машина A должна использовать шлюз D для ретрансляции IP-пакетов в другую IP-сеть

n IP-адрес и Ethernet-адрес отправителя соответствуют адресам A

n IP-адрес места назначения является адресом E, но поскольку модуль IP в A посылает IP-пакет через D, Ethernet-адрес места назначения - адрес D

A B

IB

В

E

D F GH

J

CEthernet_1 Ethernet_2

Ethernet_3адрес отправитель получатель

IP-заголовок A E

Ethernet- заголовок A D

адрес отправитель получатель

IP-заголовок А EEthernet- заголовок D E

n Модуль IP в машине D получает IP-пакет и проверяет IP-адрес места назначения

n Определяет, что это не его IP-адрес, шлюз D посылает этот IP-пакет прямо к E

Если A взаимодействует с машинами, включенными в другую IP-сеть,

то косвенная маршрутизация

IP-Маршрутизацияl IP-маршрутизация не изменяет исходнуюдейтаграммуn поля отправителя и получателя дейтаграммы остаютсянеизменными;

n они всегда указывают IP-адрес первоначальногоотправителя и IP-адрес конечного получателя

Маршрутизацияl Два основных этапа маршрутизации

n Продвижение пакетов к следующему транзитному участку («прыжку») (от входного к выходному интерфейсу в проводных сетях)

n Определения маршрута передвижения пакетов (построение таблицы маршрутизации или определение пути)

l Сложность заключается не в самом продвижении пакетов, а в знании куда их направлятьn Достижение места назначенияn Минимизация количества транзитных участковn Минимизация задержкиn Минимизация потерь пакетовn Минимизация стоимости

Точка принятия решений о маршрутизации

l Маршрутизация источникомn Отправитель определяет маршрут и указывает его в заголовке пакета

n Поддерживается в IP, но это не типичная схема маршрутизацииl Последовательная (Hop-by-hop) дейтаграммная маршрутизацияn Решение о маршрутизации принимается на каждом маршрутизаторе

n Стандартная схема маршрутизации для IPl Маршрутизация виртуальных каналов

n Определяется и конфигурируется путь предварительно, при передаче первого пакета

n Используется в ATM (и аналоговых голосовых телефонных системах)

Таблицы маршрутизацииl Таблица маршрутизации содержит информацию для определения как передать пакетыn Маршрутизация источником: таблица маршрутизации используется для определения маршрута к пункту назначения для указания его в пакете

n Последовательная (Hop-by-hop) маршрутизация: таблица маршрутизации используется для определения следующего транзитного участка для заданного пункта назначения

n Маршрутизация виртуальных каналов: таблица маршрутизации используется для определения пути для конфигурации для сети

l Алгоритмы построения таблиц маршрутизации:n Дистанционно-векторные алгоритмыn Алгоритмы состояния канала связи

Дистанционно-векторные алгоритмы, DVA (1)

l «Расстояние» каждого канала в сети это мера, которая должна быть минимизированаn Алгоритм пытается минимизировать количество транзитных участков

l Таблица маршрутизации на каждом узле:n Указывает следующий транзитный участок для каждого пункта назначения

n Указывает расстояние до пункта назначенияl Соседи могут обмениваться таблицами маршрутизации для нахождения (лучшего) маршрута к месту назначения

Дистанционно-векторные алгоритмы, DVA (2)

A

B

C D

BDest Next Metric

B 1C B 2D B 3

ADest Next Metric

A 1C C 1D C 2

ADest Next Metric

B 2B B 1D D 1

ADest Next Metric

C 3B C 2C C 1

Дистанционно-векторные алгоритмы, DVA (3)

l УзелA определит с помощью узла Cболее короткий путь к узлу D и обновит свои таблицы маршрутизации

A

B

C D

BDest Next Metric

B 1C C 1D C 2

ADest Next Metric

A 1B B 1D D 1

Алгоритмы состояния канала связи,LSA (1)

l Каждый узел предоставляет информацию оканалах, так что все узлы могут построить картуполной сетевой топологии

l Информация о канале обновляется когда каналменяет свое состояние (включается иливыключается)n Состояние канала определяется при помощи рассылки маленьких “hello” пакетов соседним узлам

l Имея полную информацию о топологии, узелможет определить следующий лучшийтранзитный участок или маршрут от источника

Алгоритмы состояния канала связи, LSA (2)

l Если топология стабильна

продолжительное время, то все узлы будут иметь одинаковую информацию

о топологии

A

B

C DA-BLink

B-CC-D

A-BLink

B-CC-D

A-BLink

B-CC-D

A-BLink

B-CC-D

Алгоритмы состояния канала связи, LSA (3)

l УзлыA и C распространяют информацию о наличии

связи A-C своим соседям и, в итоге, всей сети

A

B

C D

A-BLink

B-CC-D

A-C

A-BLink

B-CC-D

A-C

A-BLink

B-CC-D

A-C

A-BLink

B-CC-D

A-C

A-C A-C

A-C

Содержание

1. Беспроводные Ad-hoc сети2. Общие принципы маршрутизации

1. Алгоритмы вектора расстояния2. Алгоритм состояния канала

3. MANET сети4. Протоколы MANET

1. OLSR2. AODV3. Иерархические алгоритмы

Мобильные Ad-hoc сети (MANETs)

l Мобильные ad-hoc сети характеризуются:n Много-хоповая маршрутизация таким образом, так как узлы не соединены напрямую через Уровень 2 и могут общаться только при помощи маршрутизации на Уровне3

n Беспроводные каналыn Мобильные узлы

S

D

Логическая топология

S

D

Сравнительный анализ MANETs (1)

l В MANET каждый узел является потенциальныммаршрутизатором, в то время, как большинство узлов втрадиционных проводных сетях не маршрутизируют пакетыn Узлы передают и получают свои собственные пакеты и, также, перенаправляют пакеты другим узлам

l В MANET топология сети является динамическиизменяемой, в то время как для традиционных проводныхсетей топология сети статическая

l Маршрутизация в MANET должна учитывать информацию 2и 3 Уровней, в то время, как традиционные протоколы -только информацию Уровня 3n Информация канального уровня может давать информацию о связности и интерференции

Сравнительный анализ MANETs (2)l MANET топология имеет намного больше избыточных связей, чем в традиционных сетях

l MANET «маршрутизатор» обычно имеет один интерфейс, тогда как традиционный маршрутизатор имеет интерфейсы для каждой сети, к которой он подключенn Маршрутизируемый пакет посылается вперед во время передачи, но также отсылается предыдущему передатчику

l Свойства каналов, включая пропускную способность и частоту появления ошибок, относительно статичны в традиционных сетях, но могут изменяться в MANET

Сравнительный анализ MANETs (3)

l Интерференция – проблема в MANETs, но не в традиционных сетяхn К примеру, пересылаемый пакет от B к C соревнуется с новыми пакетами посылаемыми от A к B

l Каналы могут быть асимметричны в некоторых технологиях Уровня 2 для проводных сетейn IEEE 802.11 MAC предполагает симметричные каналы

l Выход по энергии – проблема в MANETs, но не является проблемой в традиционных сетях

Сравнительный анализ MANETs (4)

l В сравнении с традиционными сетями, MANET имеют ограниченные физические средства защитыn возросшая возможность прослушивания, спуфинга, DoS атак

l Традиционные протоколы маршрутизации для проводных сетей не работают хорошо в MANETsn MANETs слишком динамичныn Наличие интерференции, ограничение пропускной способности в беспроводной связи и т.д.

Уровни сети MANET

Уровни сети

7. Уровень приложений6. Уровень представлений5. Сеансовый уровень

4. Транспортный уровень

3. Сетевой уровень

2. Канальный уровень

1. Физический уровень

Задачи каждого уровня

New/Killer appllicationsАвтоматическая конфигурфция сетиРазмещение службБезопасность (аутентификация, шифрование)

Все уровни:

Сохранение энергииКачество обслуживанияНадежностьМасштабируемостьМоделирование сетиПроизводи-тельностьОптимизацияПоддержка аппаратного и программного обеспечения

Tcp адаптацияОкна возврата

IP-маршрутизацияАдресацияОптимизацияМногоадресная доставка

Контроль медиа-доступаКоррекция ошибокоптимизация

Спектральное использование/размещение

Содержание

1. Беспроводные Ad-hoc сети2. Общие принципы маршрутизации

1. Алгоритмы вектора расстояния2. Алгоритм состояния канала

3. MANET сети4. Протоколы MANET

1. OLSR2. AODV3. Иерархические алгоритмы

MANET маршрутизация (1)

l Узлы должны устанавливать, как передавать пакеты n Маршрутизация от источника: маршрутные решения принимаются отправителем

n Hop-by-hop маршрутизация: маршрутные решения принимаются на каждом промежуточном узле

l Трудно достичь высокой эффективностиn Маршруты изменяются все время из-за мобильности узла

n Лучше всего избегать долгих задержек при начальной передаче пакетов

n Лучше уменьшить служебную информацию об обнаружении маршрута и поддержке

n Желание включить по возможности больше узлов –найти лучшие пути и уменьшить вероятность разделения

MANET маршрутизация (2)

l Время принятия решенияn Проактивная или управляемое таблицами – поддержка таблиц маршрутизации

n Реактивная или по требованию – определение маршрута, когда требуется

l Структура сетиn Иерархическая – установление иерархии над совокупностью узлов и отражение этой иерархии в алгоритмах маршрутизации○ Возможно использование проактивных протоколов для маршрутизации внутри кластеров или зон

○ Возможно использование реактивных протоколов, действующих между кластерами

n Не иерархическая – принятие решения среди всех узлов

Критерии выбора протоколов маршрутизации

Критериивыбора

Простота и легкость

применения

Быстрая сходимость маршрута

Распределенный, но легкий по сути

Полоса частот, мощность,

эффективность расчетов с

минимальными накладными расходами

Масштабируемый, безопасный и надежный

Поддержка требований к качеству

обслуживания

Протоколы маршрутизации (1)

Общие положенияl Протоколы маршрутизации MANET должны:

n Находить путь от хоста-источника к точке назначенияn «Поддерживать» путь (например, когда промежуточный узел перемещается и прерывает путь)

n Определять механизмы обмена информацией о маршрутах

l Реактивные протоколыn Находят пути, когда нужно передать пакет, но нет уже известных маршрутов

n Стараются изменить путь, когда возникают отказы l Проактивные протоколы

n Заранее находят пути для всех возможных пар соединений

n Периодически обмениваются информацией о маршрутах для «поддержания» путей

Рабочая группа IETF MANET (1)

http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html

“Целью этой рабочей группы являетсястандартизация функциональных возможностейпротокола маршрутизации IP для использования вбеспроводных сетях со статической и динамическойтопологиями. Основными проблемами проектаявляется то, что беспроводные интерфейсы имеютнесколько уникальных характеристик длямаршрутизируемых интерфейсов и что узлы вбеспроводной сети могут иметь огромнуюдинамику, благодаря их мобильности и другимфакторам.”

IETF MANET рабочая группа (2)

l В настоящее время четыре предложенныхпротокола маршрутизации MANET находятся вэкспериментальном RFC статусеn Ad Hoc On Demand Distance Vector (AODV) протоколn Dynamic Source Routing (DSR) протоколn Optimized Link State Routing (OLSR) протоколn Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding

(TBRPF) протоколl URL

n http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html

OLSR

l Optimized Link State Routing (OLSR) протоколn Стал проектом интернет-документа (Internet Draft)

l Рекомендованная литератураn C. Adjih, et al., “Optimized Link State Routing Protocol,”

IETF Internet Draft, draft-ietf-manet-olsr-08.txt, March 3, 2003.

n P. Jacquet, P. Muhlethaler, T. Clausen, A. Laouiti, A. Qayyum, and L. Viennot, “Optimized Link State Routing Protocol for Ad Hoc Networks,” Proceedings IEEE INMIC, 2001, pp. 62-68.

OLSR концепции (1)l Проактивный (управляемый таблицей) протокол маршрутизацииn Необходимый маршрут доступен немедленно

l Базируется на алгоритме состояния каналовn Обычно все узлы забрасывают соседние информацией в протоколе состояния каналов, но только не OLSR

l Узлы распространяют информацию о каналах с соседними узлами, которые находятся в их наборе многоточечных ретрансляторовn Уменьшается размер управляющих пакетов

l Уменьшается лавинная маршрутизация путем использования только многоточечных узлов ретрансляторов для посылки информации по сетиn Уменьшает число управляющих пакетов путем снижения числа дублирующих передач

OLSR концепции (2)

l Не требует надежности передачи, так как периодически посылаются обновления

l Не требует доставки строго по порядку, так как используются порядковые номера, чтобы предотвратить неверную интерпретацию устаревшей информации

l Использование hop-by-hop маршрутизацииn Маршруты основаны на компонентах динамических таблиц, поддерживаемых на промежуточных узлах

Многоточечные ретрансляторыl Каждый узел N сети выбирает несколько соседних узлов как многоточечные ретрансляторы (Multipoint Relay -MPR(N)), которые передают контрольные пакеты из Nn Соседние узлы не из MPR(N) обрабатывают контрольные пакеты от N, но не передают их дальше

l MPR(N) выбирается так, что все соседние узлы, находящиеся в 2 «прыжках», были охвачены (соседями, находящимися в 1 «прыжке» ) MPR(N)

1

4

3 5

2

6

7

Оптимальный набор для узла 4:MPR(4) = { 3, 6 }

Существует лидругой оптимальныйMPR(4)?

Набор многоточечных ретрансляторов (MPRS)

l Набор MPRS для узла M, MS(M), это набор узлов, которые выбрали узел M в свой набор MPR n Только связи N-M, для всех N, таких что M∈MS(N) будут информированы контрольными сообщениями

14

3 5

2

6

7

MS(3) = {…, 4,…}MS(6) = {…, 4,…}

(Предполагаются двухсторонние пути)

Приветственные сообщения (1)

l Каждый узел использует приветственные сообщения HELLO, чтобы определить свой набор MPR

l Все узлы периодически посылают приветственные сообщения всем соседним узлам на расстоянии одного «прыжка» (двухсторонние каналы)

l Приветственные сообщения не передаются дальше по сети

14

3 52

6

7HELLO: NBR(4) = {1,3,5,6}

Приветственные сообщения (2)l Используя списки соседних узлов в полученных приветственных сообщений, узлы могут определить своих соседей, находящихся в 2 «прыжках», и оптимальный или почти оптимальный набор MPR

l Порядковые номера связаны с этим набором MPRn Порядковый номер увеличивается каждый раз, как высчитывается новый набор

14

3 5

2

6

7

Возле узла 4:NBR(1) = {2}NBR(3) = {2,5}NBR(5) = {3,6}NBR(6) = {5,7}

MPR(4) = {3,6}

Приветственные сообщения (3)

l Последующие приветственные сообщения также определяют соседей, находящихся в наборе MPR текущего узла

l Набор MPR пересчитывается, когда зафиксированы изменения в одном из соседних узлов, находящихся не более чем в двух шагах

14

3 52

6

7

HELLO: NBR(4) = {1,3,5,6},

MPR(4) = {3,6}

MS(6) = {…, 4,…}

MS(3) = {…, 4,…}

Сообщения TCl Узлы шлют информацию о топологии в сообщениях TC (Topology Control) n Список объявленных соседних узлов (информация канала)

n Порядковый номер (чтобы избежать использования устаревшей информации)

l Узел создает сообщения TC только для узлов в своем наборе MSn Только узлы MPR создают сообщения TCn Не все каналы представляются

l Узел обрабатывает все полученные сообщенияTC, но дальше отправляет только те, отправитель которых принадлежит к его набору MSn Только узлы MPR распространяют сообщения TC

Пример OLSR (1)

14

3 5

2

6

7

MPR(1) = { 4 }MPR(2) = { 3 }MPR(3) = { 4 }MPR(4) = { 3, 6 }MPR(5) = { 3, 4, 6 }MPR(6) = { 4 }MPR(7) = { 6 }

MS(1) = { }MS(2) = { }MS(3) = { 2, 4, 5 }MS(4) = { 1, 3, 5, 6 }MS(5) = { }MS(6) = { 4, 5, 7 }MS(7) = { }

Пример OLSR (2)

l Узел 3 создает сообщение TC объявляя узлы вMS(3) = {2, 4, 5}

l Узел 4 отправляет дальше сообщение TC Узла 3,так как Узел 3 ∈ MS(4) = {1, 5, 6}

l Узел 6 перенаправляет TC(3), так как Узел 4 ∈MS(6)

14

3 5

2

6

7

TC(3) = <2,4,5>

Пример OLSR (3)

l Узел 4 создает сообщение TC объявляя узлы вMS(4) = {1, 3, 5, 6}

l Узлы 3 и 6 перенаправляют TC(4), так как Узел 4 ∈ MS(3) и Узел 4 ∈ MS(6)

14

3 5

2

6

7

TC(4) = <1,3,5,6>

Пример OLSR (4)

l Узел 6 создает сообщение TC объявляя узлы в MS(6) = {4, 5, 7}

l Узел 4 перенаправляет TC(6) от узла 6, а Узел 3 направляетTC(6) от узла 4

l После того, как узлы 3, 4, и 6 создали сообщения TC, все узлы имеют информацию для маршрутизации о состоянии каналов в любом узле

14

3 5

2

6

7

TC(6) = <4,5,7>

Пример OLSR (5)

l Получив информацию TC, каждый узел формирует топологическую таблицу

l Таблица маршрутов рассчитывается из топологической таблицы

l Следует отметить, что канал 1-2 виден только узлам 2 и 3

TC(3) = <2,4,5>

TC(4) = <1,3,5,6>TC(6) = <4,5,7>

1

3 5

2

6

7

4

Dest Next Hops1 4 22 2 14 4 15 5 16 4 (5) 27 4 (5) 3

AODV

l AODV: Ad hoc On-demand Distance Vector протокол маршрутизацииn Экспериментальный IETF RFC

l Рекомендованная литератураn C. E. Perkins, E. M. Belding-Royer, and S. R. Das, “Ad hoc

On-Demand Distance Vector (AODV) Routing,” IETF Internet Draft, draft-ietf-manet-aodv-13.txt, Feb. 17, 2003 (work in progress).

n C. E. Perkins and E. M. Royer, “Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing,” Proceedings 2nd IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications, February 1999, pp. 90-100.

Концепции AODV (1)

l Чистый (Оn-demand) протокол маршрутизации по требованиюn Узел не выполняет нахождение или обслуживание маршрута до тех пор, пока ему не потребуется путь к другому узлу или он не предложит свои услуги в качестве промежуточного узла

n Узлы, находящиеся на неактивных путях, не поддерживают информацию о маршрутизации и не участвуют в обменах таблицами маршрутов

l Использует широковещательный механизм нахождения маршрутов

l Использует hop-by-hop маршрутизациюn Маршруты строятся на основе динамических записей таблиц, поддерживаемых на промежуточных узлах

n Так же, как и Dynamic Source Routing (DSR), но DSR использует маршрутизацию от источника

Концепции AODV (2)

l Локальные приветственные сообщения HELLO используются для определения локальной связностиn Может уменьшить время ответа на запросы маршрутаn Может вызвать обновления, когда это необходимо

l Маршрутам и записям таблиц маршрутов присвоены порядковые номераn Используются для замены устаревших закешированных маршрутных записей

l Каждый узел обслуживает 2 счетчикаn Порядковый номер узлаn Широковещательный ID

Запрос маршрута в AODV (1)

l Инициируется, когда узел хочет соединиться с другим, но не имеет маршрута к этому узлу

l Исходный узел передает запрос маршрута (RREQ) соседним узлам

broadcast_iddest_addr

type flags hopcntresvd

dest_sequence_#source_addr

source_sequence_#

Запрос маршрута в AODV (2)l Порядковые номера

n Порядковые номера источника определяют «свежесть» обратного маршрута к источнику

n Порядковые номера пункта назначения определяют свежесть маршрута к этому пункту

l Каждый из соседних узлов получает запрос маршрута(RREQ - Route Requests) и либоn возвращает ответный пакет маршрута (RREP - Route Replies) n перенаправляет RREQ своим соседям

l (source_addr, broadcast_id) уникально идентифицируютRREQn broadcast_id - увеличивается для каждого отправленного RREQпакета

n Получатели могут определить и отказаться от повторных пакетов RREQ

Запрос маршрута в AODV (3)

l Если узел не может ответить на RREQn Узел увеличивает сумму шаговn Узлы сохраняют информацию, чтобы выполннить восстановление обратного пути (AODV предполагает симметричные каналы)○ Соседний узел, отправивший этот RREQ пакет○ IP-адрес точки назначения○ IP-адрес источника сообщения○ Broadcast ID○ Порядковый номер узла источника○ Время ожидания возвращения по маршруту

(позволение сбора мусора - удаление ненужных данных и т.п.)

Пример AODV (1)

l Узлу 1 требуется послать пакет данных Узлу 7l Представим, что Узел 6 знает текущий маршрут к узлу 7

l Будем также считать, что никакой другой информации о маршруте в сети нет (относительно Узла 7)

14

3 5

2

6

7

Пример AODV (2)

l Узел 1 шлет RREQ пакет соседним узламn source_addr = 1n dest_addr = 7n broadcast_id = broadcast_id + 1n source_sequence_# = source_sequence_# + 1n dest_sequence_# = last dest_sequence_# for Node 7

14

3 5

2

6

7

Пример AODV (3)

l Узлы 2 и 4 подтверждают, что это новый RREQ и что source_sequence_# не устаревшее относительно обратного маршрута к Узлу 1

l Узлы 2 и 4 переправляют RREQ n Обновляют source_sequence_# для узла 1n добавляют hop_cnt в пакет RREQ

14

3 5

2

6

7

Пример AODV (4)

l RREQ достигает узла 6, который знает маршрут к 7n Узел 6 должен убедиться, что порядковый номер пункта назначения меньше или равен номеру пункта, записанного как Узел 7

l Узлы 3 и 5 переправят пакет RREQ, но получатели признают пакет как дублирующиеся

14

3 5

2

6

7

Ответ маршрута AODV (1)

l Если узел получает RREQ и у него есть действующий маршрут к требуемой точке, тогда он направляет ответ маршрута (RREP) узлу-соседу, приславшему RREQ

dest_addrtype flags hopcntrsvd

dest_sequence_#source_addr

lifetime

prsz

Ответ маршрута AODV (2)l Промежуточные узлы передают первый RREP источнику, используя закешированные записи о маршруте

l Остальные RREP к сожалению получают отказ, если не…n порядковый номер точки назначения (dest_sequence_# ) больше предыдущего

n (dest_sequence_# ) порядковые номера одинаковы, но кол-во «прыжков» hop_cnt меньше (т.е., существует лучший путь)

l RREP в итоге делает это для источника, который может использовать соседние узлы для отправки RREP, как следующий шаг в отправке к пункту назначения

l Закешированные обратные пути будут уничтожены на узлах, которые не получили пакета RREP

Пример AODV (5)

l Узел 6 знает путь к узлу 7 и шлет RREP узлу 4n source_addr = 1n dest_addr = 7n Dest_sequence_# = max(own sequence number,

dest_sequence_# in RREQ)n hop_cnt = 1

14

3 5

2

6

7

Пример AODV (6)

l Узел 4 убеждается, что это ответ о новом маршруте (в данном случае) или имеющий меньшее число «прыжков», и, если это так, передает RREP пакет Узлу 1n Увеличивая hop_cnt в пакет RREP

14

3 5

2

6

7

Пример AODV (7)

l Узел 1 теперь знает путь из 3 шагов к узлу 7 и может его сразу использовать для пересылки пакетов данных

l Следует отметить, что первый пакет данных, для которого потребовался поиск пути, задерживается, пока первый RREP не вернется

14

3 5

2

6

7КонецСлед.Шагов

7 4 3

Dest Next Hops7 4 3

Поддержание маршрута в AODVl Изменения маршрута могут быть обнаружены по…

n отказу периодических приветственных сообщений HELLOn отказу или признаку разъединения на канальном уровнеn отказу в передаче пакетов к следующему пункту

(обнаруживается путем прослушивания повторной передачи, в случае если это не конечный пункт назначения)

l Предыдущий (ближе к источнику) узел, обнаружив отказ, посылает сообщения об ошибке маршрута RERR(route error) с новым порядковым номером пункта назначения и с бесконечным (недостижимым) числом шагов

l Источник (или другой узел пути) может изменить путь, послав RREQ пакет

Пример AODV (8)

l Будем считать, что узел 7 переместился и связь 6-7 разорвалась

l Узел 6 создает RERR, указывая разорванный путьl RERR передается обратно к узлу 1

14

3 5

2

6

7

7

Сравнение OLSR и AODVOLSR AODV

Оба протокола имеют особые характеристики, которые делают один из протоколов более подходящим чем другой, в зависимости от установочных параметров

l проактивный протокол реактивный протокол

l хранит новейшие данные о всей сети l хранит данные только про активные пути, за счет чего меньше обработка служебной информации

l время нахождения нового пути меньше, так как необходимо только просмотреть маршрутную таблицу, которая постоянно обновляется

l время нахождения нового пути больше, так как информация имеется только об активных маршрутах

l более эффективен для сетей с меньшей мобильностью

l более эффективен для сетей с высокой мобильностью

Иерархические алгоритмы (1)l Масштабируемость – протоколы MANET часто плохо работают в больших сетей (особенно в неплотных)n Глобальная топология основана на связности каждого мобильного узла

l Для обеспечения масштабируемости могут использоваться группирование узлов (кластеры)n Кластеры формируются (конечно, динамически) для обеспечения иерархии

n Глобальная маршрутизация осуществляется для кластеровn Локальная маршрутизация осуществляется к узлам внутри кластера

n Для расширения иерархии кластеры могут собираться в супер кластеры (супергруппы) – кластеры кластеров

n Принципы схожи с IP-подсетями

Иерархические алгоритмы (2)

l Специальный узел, называемый глава кластера (cluster-head), назначается для каждого кластераn Способен маршрутизировать данные в или от других кластеров

n Может быть специальный узел или узел назначаемый при помощи алгоритма кластеризации

l Алгоритмыn Кластеризации – формирование кластеровn Определение главы кластера– может быть частью алгоритма кластеризации

n Маршрутизация – некоторые алгоритмы маршрутизации все еще нужны○ Применяется на каждом уровне иерархии

Иерархические алгоритмы. Пример

Кластер 1

Кластер 3

Кластер 2

Заключениеl Уровень 3 маршрутизации необходим для расширения беспроводных мобильных сетей за пределы локальных сетей из непосредственно связанных между собой узлов

l Мобильные ad hoc сети используют многошаговую маршрутизацию для осуществления соединений в сети с динамической топологией

l Трудно хорошо осуществить маршрутизацию MANET – из-за существующих проблем беспроводности и мобильности

l Предложено несколько активных и реактивных протоколов маршрутизации MANET

l MANET все еще не сильно используются и еще относительно неразвиты