Redes Avançadas

Redes Avançadas

Prof. Mateus Raeder

Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -

Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

TCP/IP

• Como vimos anteriormente, o protocolo de transporte confiável da Internet (TCP) é um protocolo robusto e confiável

• É utilizado por inúmeras aplicações

• Para ambientes de alto-desempenho, temos os chamados Protocolos de Alto Desempenho


Motivação

• Entretanto, esta robustez não é suficiente para determinados tipos de ambientes– comunicações sem fio– comunicações entre dispositivos móveis– comunicações entre dispositivos com restrições de

energia– comunicações rurais– comunicações em campo de batalha– comunicações submarinas– comunicações interplanetárias

• Dificuldade de manter uma comunicação fim-a-fim


Motivação

• Existência destes diferentes tipos de rede dificulta a interoperabilidade entre duas ou mais redes distintas

• Cada rede tem suas características e é projetada para um determinado ambiente

• A integração destes diferentes tipos de rede não é facilmente realizada– Necessidade de um intermediário para que seja possível

a desejada interoperabilidade


DTN

• Redes que consideram estes aspectos são chamadas DTNs (Delay/Disruption Tolerant Networks)

• Outras terminologias usadas:– redes com conectividade eventual– redes móveis parcialmente conectadas– redes desconectadas– redes com conectividade transiente– redes incomuns– redes extremas– redes com desafios


DTN

• Exemplo onde protocolos convencionais não funcionam– Redes móveis– Redes Interplanetárias– Redes Militares– Redes de Sensores

• Caminho entre origem e destino pode não estar acessível o tempo todo– Talvez nunca chegue a estar conectado


DTN

• Características encontradas em uma DTN– Atrasos longos e/ou variáveis

• Horas, até mesmo dias• Atraso fim-a-fim é determinado pela soma dos tempos de

atraso do caminho (processamento, fila, transmissão, propagação)

– Frequentes desconexões• Mobilidade• Economia de energia de dispositivos (dormem)• Negação de serviço (jimming)


DTN

• Características encontradas em uma DTN– Assimetria na taxa dos dados

• Muita discrepância nas larguras de banda no caminho

– Altas taxas de erro

– Necessidade de qualidade de serviço


DTN


DTN

• Voltamos aos problemas do protocolo TCP

Para o bom funcionamento do TCP, é necessário que

exista um caminho fim-a-fim entre a origem e o destino

durante toda a conexão


DTN

• Para contornar estes problemas, as DTNs utilizam– Comutação de mensagens (ao invés de pacotes)– Armazenamento persistente

• Comutação de mensagens– Nenhum circuito é criado entre a origem e o destino– Quando uma mensagem é enviada, ela é enviada e

armazenada nó a nó, desde a origem até o destino• DTNs são consideradas redes store-and-foward


DTN

• Comutação de mensagens– Primeiro o nó armazena toda a mensagem– Depois ele envia a mensagem para o próximo nó

– No que isto implica?


DTN

• Roteadores ou gateways necessitam de uma grande capacidade de armazenamento– Diferente do mecanismo da Internet

• Roteadores armazenam por pouco tempo em chips, até que ocorra o encaminhamento do pacote

• Por que armazenamento persistente?– Próximo nó pode ficar indisponível por uma quantidade de

tempo grande– Receptor pode pedir re-encaminhamento caso encontre algum

erro na mensagem

• Assim, não há a necessidade do próximo nó estar ativo, pois o nó armazena toda a mensagem


DTN

• Mas, em que camada colocar esta tecnologia?– Na camada de aplicação?

• Aplicações teriam que conhecer atrasos e desconexões, e levar em conta estes fatores na sua implementação

– Deve estar acima do protocolo TCP• Para obter interoperabilidade entre redes convencionais e

redes DTN• Protocolo TCP continua com seu papel de confiabilidade,

mas não a confiabilidade fim-a-fim

– Solução adotada: criar uma camada entre a camada de aplicação e a camada de transporte (overlay)

• Camada de agregação (bundle layer)


DTN

• A camada de agregação é executada em todos os nós da rede DTN (chamados nós DTN) da origem até o destino

• Para garantir a interoperabilidade entre qualquer tipo de rede, esta nova camada se situa acima da camada de transporte– Protocolos de transporte continuam fazendo seu papel

• As camadas inferiores dependem do ambiente e podem ser específicas de cada região


DTN

As mensagens (agregados) vão SEMPREaté a camada de agregação!!


DTN

• Em redes DTN os nós não são necessariamente alcançáveis a qualquer instante

• Surge a idéia de “contato”– Um contato é uma ocasião favorável para os nós

trocarem dados– São classificados em 5 tipos:

• Persistente• Sob demanda• Programado• Oportunista• Previsível


DTN

• Contatos persistentes– São os contatos que estão sempre disponíveis– Uma conexão DSL (Digital Subscriber Line) por exemplo

está sempre disponível, e é um exemplo


DTN

• Contatos Sob Demanda– São os contatos que requerem uma determinada ação

para que sejam “acordados”– Quando são acionados, funcionam como contatos

persistentes até que sejam encerrados– Uma conexão discada, por exemplo, pode ser vista

como um tipo deste contato– Outro exemplo são redes de sensores, que “acordam”

de acordo com o recebimento de alguma mensagem específica


DTN

• Contatos Programados– As entidades eu vão se comunicar sabem (de alguma

forma) quando o contato vai ocorrer (uma agenda é pré-estabelecida)

– Horário e duração são previamente estabelecidos– Necessita sincronismo de tempo entre os contatos– Por exemplo, comunicação espacial– Contatos terrestres, podemos pensar em vias de

sensores que “acordam” em determinadas horas e depois continuam “dormindo” para poupar energia


DTN

• Contatos Programados


DTN

• Contatos Previsíveis– Os nós podem fazer uma previsão de quando poderá

ocorrer a comunicação– Baseado em históricos de comunicações previamente

realizadas– Neste tipo de contato, não existe a certeza de que a

comunicação acontecerá (grau de incerteza)• Pode haver níveis de segurança

– Também baseado em históricos


DTN

• Contatos Previsíveis– Rede rural esparsa: oferecer acesso à Internet a

moradores de áreas remotas (não atendidas)– Ônibus públicos e motos utilizados como mensageiros

móveis– Armazenam, transportam e entregam dados

Dispositivos móveis (DM): equipados com um ponto de acessoe um dispositivo de armazenamento.

Região 2: também equipada com pontos de acesso.Downloads e uploads são realizados quando um DMentra na área de cobertura da região.


DTN

• Contatos Previsíveis– O atraso de comunicação nestes casos, é geralmente de

horas– Visitas são variáveis

• Fatores como falhas mecânicas, estradas interrompidas, congestionamentos, clima, etc., trazem imprecisão sobre a próxima troca de mensagens

– Baseados no histórico, podem ser previstas as próximas visitas e o tempo de duração delas


DTN

• Contatos Oportunistas– São contatos que acontecem sem terem sido

previamente combinados– Por exemplo:

• Uma pessoa A quer conversar com a outra B que não encontra-se presente no momento

• Se ocasionalmente A e B encontrarem-se na rua, como uma delas quer falar (no caso A), elas conversarão

• Totalmente oportunista, uma vez que não combinaram de se encontrar

– Utiliza as oportunidades de comunicação que aparecem para tentar comunicar com o destino fora do alcance


DTN

• Contatos Oportunistas– Totalmente oposto à Internet convencional

• Permite comunicação entre nós que não possuem em momento algum um caminho inteiramente conectado entre eles

– Os nós são autônomos, e não conhecem qualquer informação sobre localização e/ou padrão de mobilidade dos nós

– No exemplo das pessoas A e B, pode ocorrer de A encontrar o irmão de B (a pessoa C). A deixa o recado com C, que vai falar para B.

• A comunicação ocorre, mas A e B não se falaram diretamente


DTN

• Contatos Oportunistas– Um sujeito que programa seu PDA para baixar

determinado arquivo• O dispositivo não tem acesso à Internet neste momento• Quando o PDA tiver a oportunidade de conectar-se, este

realizará o download do arquivo


DTN

• Contatos Oportunistas


DTN

• Nós DTN– Host

• Envia ou recebe mensagens, mas não encaminha• Camada de agregação deve suportar armazenamento

persistente, para quando não for possível transmitir

– Roteador• Encaminha mensagens dentro de uma região DTN• Camada de agregação deve suportar armazenamento

persistente, para quando não for possível encaminhar

– Gateway• Encaminha mensagens entre diferentes regiões DTN• Devem suportar armazenamento persistente


DTN

• Funcionamento– A classe mais básica de transmissão é enviar a

mensagem para o próximo nó sem qualquer reconhecimento

– Outras classes de serviço• Transferência em custódia• Prioridade• Confirmação de recepção da mensagem• Notificação de aceitação de custódia • Notificação de encaminhamento


DTN

• Transferência em custódia– Suporte a retransmissão nó a nó– Passa a responsabilidade da entrega de uma mensagem

de um nó para o outro– A camada de agregação utiliza um temporizador e

retransmissões para implementar um mecanismo de reconhecimento custódia-a-custódia


DTN

• Transferência de custódia

- Fonte solicita transferência de custódia do agregado

- Se não receber o ACK no tempo, retransmite


DTN

• Transferência de custódia

- Nós não necessitam aceitar a custódia

- Por ex., um dispositivo com pouca bateria pode se recusar

- O sucesso da transmissão depende dos outros protocolos


DTN

• Transferência de custódia– Um dos recursos mais disputados nas redes DTN é o

armazenamento em cada nó– Em muitas redes os pacotes são descartados quando a

memória esgota– Nas redes DTN que a custódia foi aceita, isto não pode

acontecer– Um custódio só pode apagar um agregado em duas

situações:• Quando transferir o agregado para outro custódio• Se o tempo de vida do agregado chegar ao fim


DTN

• Classes de Prioridade– Prioridades para a entrega das mensagens– Diferenciam o tráfego pela urgência de cada mensagem– Três prioridades definidas:

• Baixa (bulk)– Só são entregues após as outras prioridades

• Normal (normal)– Têm prioridade sobre os bulks, mas não sobre os expedited

• Expressa (expedited)– Maior prioridade


DTN

• Opções de entrega e registros administrativos– Registros administrativos são utilizados para identificar

as entregas nas redes DTN– Similar ao ICMP, porém, podendo ser entregues aos nós

intermediários– Dois tipos de registros administrativos

• Sinalização de custódia• Relatórios sobre entrega do agregado

– São definidas pela aplicação, que pode solicitar qualquer combinação de opções de entrega quiser

• As informações sobre as opções são enviadas juntamente com o agregado


DTN

• Pedido de transferência de custódia– solicitação para que um agregado seja entregue

utilizando os procedimentos de transferência de custódia

• Pedido de aceitação de custódia pelo nó fonte– a aplicação requer que o nó DTN fonte suporte

transferência de custódia para os agregados que são enviados

• Se a transferência de custódia não estiver disponível na fonte quando esta opção é requisitada, o pedido de transferência entre a camada de aplicação e a camada de agregação falha


DTN

• Notificação de entrega do agregado– solicitação de um relatório do Estado da Entrega do

Agregado


DTN

• Notificação de reconhecimento positivo do agregado pela aplicação– Solicitação de um relatório do Estado do

Reconhecimento• Gerado pela camada de aplicação do destino (o Estado da

Entrega do Agregado é gerado pela camada de agregação do destino)

• Notificação de recepção de agregado– solicitação de um relatório do Estado da Recepção do

Agregado. Esse relatório é gerado sempre que um agregado é recebido por um nó DTN


DTN

• Notificação de aceitação da custódia– solicitação de um relatório do Estado da Aceitação da

Custódia quando o agregado é aceito utilizando a transferência de custódia


DTN

• Notificação de encaminhamento do agregado– solicitação de um relatório do Estado do

Encaminhamento do Agregado sempre que um agregado é encaminhado para outro nó DTN.


DTN

• Notificação de apagamento do agregado– solicitação de um relatório do Estado do Agregado

Apagado. Esse relatório é enviado quando um agregado é apagado do buffer de um nó DTN.

• O objetivo é informar o motivo pelo qual o descarte ocorreu.

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