26.3. Протоколы маршрутизации

Настоящий раздел посвящен изложению общих положений по алгоритмам маршрутизации в самоорганизующихся сетях. Отдельное внимание этому мы уделяем здесь в связи с высокой их чувствительностью к атакам DoS.

Для сетей Ad Hoc не подходит использовать протоколы маршрутизации сетевого уровня в TCP/IP сетях, хотя в них и предусмотрена адаптивность к изменениям топологии сети. Однако в сетях Ad Hoc изменения могут происходить очень часто, что может привести к частой передаче информации об изменении топологии. С ростом сети это приводит к большому расходу частотных, вычислительных и энергетических ресурсов [106]. Протокол маршрутизации в сети Ad Hoc должен быть легко адаптирован к изменениям сетевой топологии при перемещении мобильных устройств (роутеров, терминалов), оптимальным с точки зрения использования сетевых ресурсов, масштабируемым. Исходя из этого, в Ad Hoc требования к протоколам маршрутизации ужесточаются. Разработано более 30-ти протоколов маршрутизации Ad Hoc.

6. 26.3.1. Протоколы маршрутизации сети manet

В соответствии со стратегией роутеров протоколы маршрутизации могут быть разделены на протоколы управляемые таблицами (table-driven) и протоколы маршрутизации по требованию (on-demand). Протоколы, управляемые таблицами, называются также проактивными, так как они собирают информацию о топологии сети до того, как передача будет инициализирована. Каждый узел в сети содержит таблицу маршрутизации, которая, в свою очередь, содержит всю необходимую информацию о пути до любого другого узла в сети. Эта информация содержится в специальных таблицах, которые периодически обновляются по мере того, как топология сети меняется или с определенным интервалом времени. Многие протоколы из этой категории были созданы на основе классических протоколов маршрутизации сетей TCP/IP. Существуют небольшие различия между протоколами в этой категории, в зависимости от того, какая информация содержится в таблицах маршрутизации. Более того, различные протоколы хранят и обновляют разное количество таблиц. Проактивные протоколы не подходят для больших сетей, так как они требуют наличия информации о каждом узле в сети. Протоколы маршрутизации по требованию называются также реактивными, поскольку они не обладают информацией о возможных путях до инициализации соединения. Таблицы маршрутизации не поддерживаются, обновления их не требуется. Если один узел желает послать пакет другому узлу, протокол маршрутизации реактивный будет искать возможный путь по требованию и установит соединение после того, как найдет получателя. Важной задачей реактивного протокола является поддержание установленного маршрута, поскольку велика вероятность разрыва соединения. По сравнению с проактивными протоколами реактивные обладают меньшей избыточностью и большей масштабируемостью. Однако при использовании реактивных протоколов возможны значительные задержки в передаче данных, поскольку перед самой передачей данных происходит поиск нужного маршрута. К данной категории относится протокол AODV.

1. 26.3.1.1. Требования к протоколам маршрутизации в manet

Поскольку в самоорганизующейся сети отсутствует фиксированная инфраструктура, узлы сети являются одновременно и мобильными терминалами и маршрутизаторами. Маршрутизация в самоорганизующихся пакетных радиосетях является сложной задачей. Она существенно отличается от традиционной маршрутизации в проводных сетях. Связь между узлами по радиоканалу часто является прерывистой, эпизодической и не может быть гарантирована. Из-за подвижности узлов и самопроизвольной организации соединений топология сети претерпевает частые, непредсказуемые и значительные изменения. Дальность радиосвязи в сети ограничена, непосредственная связь между многими парами узлов невозможна. В связи с этим необходимо использование маршрутизации с множественными переходами, скачками. При такой маршрутизации пакет передается от одного узла другому, пока не достигнет получателя. Протоколы маршрутизации самоорганизующихся пакетных радиосетей должны обладать следующими свойствами.

Распределенность. Протокол маршрутизации не должен зависеть от некоторого центрального узла, поскольку узлы могут достаточно часто покидать сеть и присоединяться к ней. Из-за подвижности узлов сеть может оказаться разделенной.

Отсутствие петель. Отсутствие в маршруте петел позволяет избежать избыточной загрузки канала, перегрузки процессоров узлов, уменьшить время доставки, уменьшить энергопотребление мобильного устройства.

Операции по запросу. Реактивные протоколы маршрутизации, устанавливающие маршрут по запросу, позволяют уменьшить объем передаваемой служебной информации и, соответственно, более эффективно используют ресурсы сети.

Поддержка однонаправленных каналов. Как правило, протоколы маршрутизации рассчитаны на работу с двунаправленными соединениями. Однако в самоорганизующихся сетях весьма часто могут устанавливаться однонаправленные соединения по следующим причинам:

• различие характеристик оборудования соседних узлов, таких как мощность передатчика и чувствительность приемника;

• интерференция - помехи рядом с узлом А могут позволять ему принимать пакеты от узла В, в то время как узел В может находиться в зоне действия более сильных помех;

• условия чрезвычайных ситуаций, когда узел работает только на прием.

Использование однонаправленных соединений способствует увеличению общей производительности системы.

Энергосбережение. Поскольку емкость батареи мобильных узлов ограничена, необходимо рационально ее использовать. Для экономии заряда батареи узлы должны находиться максимальное время в спящем режиме. Протокол маршрутизации должен обеспечивать эффективность при минимальном задействовании узлов.

Организация нескольких маршрутов. Для предотвращения потери пакетов из-за разрыва соединений и перегрузки канала можно использовать запасные маршруты. При выходе из строя одного маршрута другой остается доступным, и нет необходимости заново проводить поиск и организацию маршрута.

Обеспечение QoS. QoS должно обеспечиваться на всех уровнях стека протоколов сети. Для многих протоколов маршрутизации существуют свои расширения, обеспечивающие QoS. Например, у протокола AODV это расширение называется QoS-AODV.