stringtranslate.com

Сеть, устойчивая к задержкам

Сети, устойчивые к задержкам ( DTN ) — это подход к архитектуре компьютерных сетей , который стремится решать технические проблемы в гетерогенных сетях , в которых может отсутствовать непрерывное сетевое соединение. Примерами таких сетей являются сети, работающие в мобильных или экстремальных наземных средах, или планируемые сети в космосе.

Недавно [ когда? ] термин «сетевое взаимодействие, устойчивое к сбоям» получил распространение в США благодаря поддержке DARPA , которая финансировала множество проектов DTN. Сбои могут возникнуть из-за ограничений диапазона беспроводной радиосвязи, разбросанности мобильных узлов, энергетических ресурсов, атак и шума.

История

В 1970-х годах, подстегиваемые уменьшением размеров компьютеров , исследователи начали разрабатывать технологию маршрутизации между нефиксированными местоположениями компьютеров. В то время как область маршрутизации ad hoc была неактивна в течение 1980-х годов, широкое использование беспроводных протоколов оживило эту область в 1990-х годах, поскольку мобильные ad hoc сети (MANET) и транспортные ad hoc сети стали областями растущего интереса.

Параллельно с деятельностью MANET (но отдельно от нее) DARPA финансировало NASA, MITRE и других для разработки предложения по Межпланетному Интернету (IPN). Пионер Интернета Винт Серф и другие разработали первоначальную архитектуру IPN, связанную с необходимостью сетевых технологий, которые могут справиться со значительными задержками и повреждением пакетов при коммуникациях в дальнем космосе. В 2002 году Кевин Фолл начал адаптировать некоторые идеи в дизайне IPN к наземным сетям и ввел термин « сеть, устойчивая к задержкам» и аббревиатуру DTN. В статье, опубликованной на конференции SIGCOMM в 2003 году, дается мотивация для DTN. [1] Середина 2000-х годов вызвала повышенный интерес к DTN, включая растущее число академических конференций по сетям, устойчивым к задержкам и сбоям, и растущий интерес к объединению работы сенсорных сетей и MANET с работой по DTN. В этой области было проведено множество оптимизаций классических алгоритмов ad hoc и устойчивых к задержкам сетей, а также началось изучение таких факторов, как безопасность, надежность, проверяемость и других областей исследований, которые хорошо изучены в традиционных компьютерных сетях .

Маршрутизация

Способность транспортировать или маршрутизировать данные от источника к месту назначения является фундаментальной способностью, которой должны обладать все сети связи. Сети, устойчивые к задержкам и сбоям (DTN), характеризуются отсутствием связности, что приводит к отсутствию мгновенных сквозных путей. В этих сложных условиях популярные протоколы маршрутизации ad hoc, такие как AODV [2] и DSR [3], не могут устанавливать маршруты. Это происходит из-за того, что эти протоколы пытаются сначала установить полный маршрут, а затем, после того как маршрут установлен, пересылать фактические данные. Однако, когда мгновенные сквозные пути установить сложно или невозможно, протоколы маршрутизации должны использовать подход «хранить и пересылать», при котором данные постепенно перемещаются и сохраняются по всей сети в надежде, что они в конечном итоге достигнут места назначения. [4] [5] [6] Распространенный метод, используемый для максимизации вероятности успешной передачи сообщения, заключается в репликации множества копий сообщения в надежде, что одна из них успешно достигнет места назначения. [7] Это осуществимо только в сетях с большими объемами локального хранилища и пропускной способностью между узлами относительно ожидаемого трафика. Во многих распространенных проблемных областях эта неэффективность перевешивается повышенной эффективностью и сокращенными сроками доставки, которые стали возможными благодаря максимальному использованию доступных возможностей незапланированной пересылки. В других, где доступные возможности хранилища и пропускной способности между узлами более жестко ограничены, требуется более дискриминационный алгоритм.

Другие опасения

Пакет протоколов

В попытках предоставить общую структуру для разработки алгоритмов и приложений в DTN в 2007 году были опубликованы RFC  4838 и 5050, чтобы определить общую абстракцию для программного обеспечения, работающего в нарушенных сетях. Этот протокол, обычно известный как Bundle Protocol, определяет ряд смежных блоков данных как bundle, где каждый bundle содержит достаточно семантической информации, чтобы позволить приложению продвигаться, в то время как отдельный блок не может. Bundles маршрутизируются способом хранения и пересылки между участвующими узлами по различным технологиям сетевого транспорта (включая как IP , так и не- IP транспорты). Транспортные уровни, переносящие bundles через свои локальные сети, называются уровнями конвергенции bundle. Таким образом, архитектура bundle работает как наложенная сеть , предоставляя новую архитектуру именования на основе идентификаторов конечных точек (EID) и предложений грубозернистого класса обслуживания .

Протоколы, использующие пакетирование, должны использовать предпочтения уровня приложения для отправки пакетов по сети. Из-за природы сохранения и пересылки протоколов, устойчивых к задержкам, решения маршрутизации для сетей, устойчивых к задержкам, могут выиграть от воздействия информации уровня приложения. Например, на планирование сети можно повлиять, если данные приложения должны быть получены полностью, быстро или без изменений в задержке пакета. Протоколы пакетов собирают данные приложения в пакеты, которые могут быть отправлены через гетерогенные конфигурации сети с гарантиями обслуживания высокого уровня. Гарантии обслуживания обычно устанавливаются на уровне приложения, а спецификация протокола пакета RFC  5050 включает маркировку «bulk», «normal» и «expedited».

В октябре 2014 года Группа инженеров Интернета (IETF) создала рабочую группу по сетям, устойчивым к задержкам, для рассмотрения и пересмотра протокола, указанного в RFC  5050. Bundle Protocol для CCSDS [8] — это профиль RFC 5050, специально посвященный полезности Bundle Protocol для передачи данных в космических миссиях.

По состоянию на январь 2022 года IETF опубликовала следующие RFC, относящиеся к BPv7: RFC  9171, 9172, 9173, 9174.

Проблемы безопасности

Решение проблем безопасности было основным направлением протокола bundle. Возможные атаки принимают форму узлов, ведущих себя как «черная дыра» или «затопитель». [9] [10]

Проблемы безопасности для сетей, устойчивых к задержкам, различаются в зависимости от среды и приложения, хотя аутентификация и конфиденциальность часто имеют решающее значение. Эти гарантии безопасности трудно установить в сети без непрерывных двунаправленных сквозных путей между устройствами, поскольку сеть препятствует сложным криптографическим протоколам, затрудняет обмен ключами, и каждое устройство должно идентифицировать другие периодически видимые устройства. [11] [12] Решения, как правило, были изменены из мобильных ad hoc сетей и распределенных исследований безопасности, таких как использование распределенных центров сертификации [13] и схем PKI . Оригинальные решения от исследовательского сообщества, устойчивых к задержкам, включают: 1) использование шифрования на основе идентификации , которое позволяет узлам получать информацию, зашифрованную с помощью их открытого идентификатора; [14] и 2) использование таблиц с защитой от несанкционированного доступа с протоколом сплетен ; [15]

Реализации

Существует ряд реализаций протокола Bundle:

BPv6 (RFC 5050, пакетный протокол дляCCSDS)

Ниже перечислены основные реализации BPv6. Существует ряд других реализаций.

BPv7 (Запрос на комментарии Целевой группы по исследованиям Интернета)

В проекте BPv7 перечислены шесть известных реализаций. [16]

Другие реализации NASA DTN с открытым исходным кодом для BPv7

Научно-исследовательские работы

В настоящее время ведутся различные исследования, направленные на изучение проблем, связанных с DTN:

Некоторые исследовательские работы рассматривают DTN для межпланетного Интернета , изучая использование Bundle Protocol в космосе:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Архитектура сети, устойчивой к задержкам, для проблемных Интернетов, К. Фолл, SIGCOMM , август 2003 г.
  2. ^ Перкинс, К.; Ройер, Э. (1999), «Специальная маршрутизация по расстоянию и вектору», Второй семинар IEEE по мобильным вычислительным системам и приложениям
  3. ^ Джонсон, Д.; Мальц, Д. (1996), «Динамическая маршрутизация источника в беспроводных сетях ad hoc», Mobile Computing , Kluwer Academic, стр. 153–181
  4. ^ Джон Берджесс, Брайан Галлахер, Дэвид Дженсен и Брайан Нил Левин. MaxProp: Маршрутизация для транспортных сетей, устойчивых к сбоям. В Proc. IEEE INFOCOM, апрель 2006 г.
  5. ^ Фило Джуанг; Хидеказу Оки; Йонг Ван; Маргарет Мартоноси; Ли Шиуан Пе; Дэниел Рубенштейн (2002). «Энергоэффективные вычисления для отслеживания дикой природы: компромиссы проектирования и ранний опыт с ZebraNet». Труды 10-й международной конференции по архитектурной поддержке языков программирования и операционных систем . стр. 96–107. doi :10.1145/605397.605408. ISBN 978-1-58113-574-9. S2CID  1078542.
  6. ^ Chaintreau, Augustin; Hui, Pan; Crowcroft, Jon; Diot, Christophe; Gass, Richard; Scott, James (2007). «Влияние человеческой мобильности на оппортунистические алгоритмы пересылки». IEEE Transactions on Mobile Computing . 6 (6): 606–620. doi :10.1109/TMC.2007.1060. S2CID  206745317.
  7. ^ Вахдат, Амин; Беккер, Дэвид (2000), «Эпидемическая маршрутизация для частично связанных сетей ad hoc», Технический отчет CS-2000-06 , Университет Дьюка
  8. ^ Спецификация протокола пакета CCSDS (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: CCSDS. 2015.
  9. ^ Букур, Дойна; Иакка, Джованни; Сквиллеро, Джованни; Тонда, Альберто (2015). «Черные дыры и откровения: использование эволюционных алгоритмов для раскрытия уязвимостей в сетях, устойчивых к сбоям». В Мора, Антонио М.; Сквиллеро, Джованни (ред.). Приложения эволюционных вычислений . Конспект лекций по информатике. Том 9028. Springer International Publishing. стр. 29–41. doi : 10.1007/978-3-319-16549-3_3. hdl : 11572/196441 . ISBN 978-3-319-16549-3.
  10. ^ Букур, Дойна; Якка, Джованни (01.09.2017). «Улучшенные методы поиска для оценки уязвимости сетей, устойчивых к задержкам, к сговору сильных гетерогенных атак». Экспертные системы с приложениями . 80 : 311–322. doi : 10.1016/j.eswa.2017.03.035. hdl : 11572/196740 . ISSN  0957-4174. S2CID  37476103.
  11. ^ Кейт, Аникет; Заверуча, Грег; Хенгартнер, Урс (2007). «Анонимность и безопасность в сетях, устойчивых к задержкам». 3-я международная конференция по безопасности и конфиденциальности в сетях связи (SecureComm 2007) . CiteSeerX 10.1.1.71.8314 . 
  12. ^ Фаррелл, С.; Кэхилл, В. (2006-07-17). «Соображения безопасности в космических и устойчивых к задержкам сетях». 2-я Международная конференция IEEE по проблемам космических миссий для информационных технологий (SMC-IT'06) . стр. 8 стр.–38. doi :10.1109/SMC-IT.2006.66. ISBN 0-7695-2644-6. S2CID  2191529.
  13. ^ DICTATE: Распределенный центр сертификации с вероятностной свежестью для сетей Ad Hoc
  14. ^ «Практическая безопасность для отключенных узлов» Сет, А. Кешав, С. 1-й семинар IEEE ICNP по защищенным сетевым протоколам (NPSec), 2005.
  15. ^ MobiRate: Заставить мобильных оценщиков держать свое слово. ACM Ubicomp 2008
  16. ^ Fall, Kevin; Birrane, Edward; Burleigh, Scott (28 октября 2020 г.). «Bundle Protocol Version 7». Ietf Datatracker . Получено 29 октября 2020 г.
  17. ^ Использование протокола сетевого пакета, устойчивого к задержкам, из космоса. Архивировано 13 мая 2008 г. на Wayback Machine , Л. Вуд и др. , Доклад конференции IAC-08-B2.3.10, 59-й Международный астронавтический конгресс, Глазго, сентябрь 2008 г.
  18. ^ Спутник UK-DMC первым передал данные датчиков из космоса с использованием протокола «bundle». Архивировано 26 апреля 2012 г. в Wayback Machine , пресс-релиз, Surrey Satellite Technology Ltd , 11 сентября 2008 г.
  19. ^ Орбитальный Интернет CLEO получает награду журнала Time. Архивировано 07.12.2008 в Wayback Machine , Робин Уолстенхолм, космический блог Surrey Satellite Technology Ltd , 14 ноября 2008 г.
  20. ^ Лучшая сеть для внешнего пространства. Архивировано 31 марта 2012 г. на Wayback Machine , Бриттани Саузер, MIT Technology Review, 27 октября 2008 г.
  21. ↑ NASA успешно тестирует первый дальний космический Интернет. Архивировано 24 ноября 2010 г. на Wayback Machine , пресс-релиз NASA 08-298, 18 ноября 2008 г.
  22. ^ Дженкинс, Эндрю; Кузминский, Себастьян; Гиффорд, Кевин К.; Холбрук, Марк; Николс, Кельвин; Питтс, Ли. (2010). «Сеть, устойчивая к задержкам/сбоям: результаты летных испытаний с Международной космической станции». Архивировано 2 сентября 2011 г. на аэрокосмической конференции IEEE Wayback Machine .
  23. ^ Гиффорд, Кевин К.; Дженкинс, Эндрю; Холбрук, Марк; Кузминский, Себастьян; Николс, Кельвин; Питтс, Ли. (2010). «Варианты внедрения и использования DTN на Международной космической станции». Архивировано 2011-09-02 в Wayback Machine Американского института аэронавтики и астронавтики. ]
  24. ^ Группа автоматизации в Университете космических технологий BioServe в Колорадо, Боулдер.
  25. ^ "NASA, ESA используют экспериментальный межпланетный Интернет для тестирования робота с Международной космической станции". 7 апреля 2015 г.