Устойчивая к задержкам сеть
Сеть, устойчивая к задержкам ( DTN ) — это подход к архитектуре компьютерной сети , который направлен на решение технических проблем в гетерогенных сетях , которым может не хватать постоянного сетевого подключения. Примерами таких сетей являются сети, работающие в мобильных или экстремальных наземных средах, а также запланированные сети в космосе.
Недавно, [ когда? ] Термин «устойчивая к сбоям сеть» получил распространение в Соединенных Штатах благодаря поддержке со стороны DARPA , которое финансировало многие проекты DTN. Нарушения могут возникнуть из-за ограничений радиуса действия беспроводной радиосвязи, нехватки мобильных узлов, энергетических ресурсов, атак и шума.
История [ править ]
В 1970-х годах, подстегиваемые уменьшением размеров компьютеров , исследователи начали разрабатывать технологию маршрутизации между нефиксированными местоположениями компьютеров. В то время как область специальной маршрутизации была бездействующей на протяжении 1980-х годов, широкое использование беспроводных протоколов активизировало эту область в 1990-х годах, когда мобильные одноранговые сети (MANET) и автомобильные одноранговые сети стали областями растущего интереса.
Одновременно с деятельностью MANET (но отдельно от нее) DARPA финансировало НАСА, MITRE и другие организации для разработки предложения по Межпланетному Интернету (IPN). Пионер Интернета Винт Серф и другие разработали первоначальную архитектуру IPN, учитывая необходимость сетевых технологий, способных справиться со значительными задержками и искажениями пакетов при связи в дальнем космосе. В 2002 году Кевин Фолл начал адаптировать некоторые идеи конструкции IPN к наземным сетям и ввел термин «сеть, устойчивая к задержкам» и аббревиатуру DTN. Документ, опубликованный на конференции SIGCOMM 2003 года, дает мотивацию для DTN. [1] В середине 2000-х годов возрос интерес к DTN, включая рост числа научных конференций по сетям, устойчивым к задержкам и сбоям, а также растущий интерес к объединению работы сенсорных сетей и MANET с работой над DTN. В этой области было проведено множество оптимизаций классических специальных и толерантных к задержкам сетевых алгоритмов, а также началось изучение таких факторов, как безопасность, надежность, проверяемость и другие области исследований, которые хорошо известны в традиционных компьютерных сетях .
Маршрутизация [ править ]
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 специальной маршрутизации, такие как AODV, [2] и ДСР [3] не получается установить маршруты. Это связано с тем, 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 «хранения и пересылки», при котором данные постепенно перемещаются и сохраняются по 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 копировании множества копий сообщения в надежде, что одна из них сможет достичь места назначения. [7] Это возможно только в сетях с большими объемами локального хранилища и межузловой пропускной способностью относительно ожидаемого трафика. Во многих распространенных проблемных областях эта неэффективность перевешивается повышением эффективности и сокращением сроков доставки, которые стали возможными благодаря максимальному использованию имеющихся возможностей незапланированной пересылки. В других случаях, когда доступное хранилище и возможности межузловой пропускной способности более жестко ограничены, требуется более избирательный алгоритм.
Другие проблемы [ править ]
Пакетные протоколы [ править ]
Стремясь обеспечить общую основу для разработки алгоритмов и приложений в DTN, RFC 4838 и 5050 были опубликованы в 2007 году, чтобы определить общую абстракцию программного обеспечения, работающего в нарушенных сетях. Этот протокол, широко известный как протокол Bundle, определяет серию смежных блоков данных как пакет, где каждый пакет содержит достаточно семантической информации, позволяющей приложению работать там, где отдельный блок не может. Пакеты маршрутизируются методом накопления и пересылки между участвующими узлами с использованием различных технологий сетевого транспорта (включая IP , так и без него транспорт как на основе ). Транспортные уровни, передающие пакеты по локальным сетям, называются уровнями конвергенции пакетов. Таким образом, архитектура пакета работает как оверлейная сеть , предоставляя новую архитектуру именования, основанную на идентификаторах конечных точек (EID) и расширенных предложениях классов услуг .
Протоколы, использующие объединение, должны использовать настройки уровня приложения для отправки пакетов по сети. Благодаря принципу хранения и пересылки протоколов, устойчивых к задержкам, решения маршрутизации для сетей, устойчивых к задержкам, могут извлечь выгоду из доступа к информации прикладного уровня. Например, на планирование сети можно повлиять, если данные приложения должны быть получены полностью, быстро или без изменения задержки пакета. Пакетные протоколы собирают данные приложений в пакеты, которые можно отправлять по гетерогенным сетевым конфигурациям с гарантиями обслуживания высокого уровня. Гарантии обслуживания обычно устанавливаются на уровне приложения, а Спецификация пакетного протокола RFC 5050 включает маркировку «массовая», «нормальная» и «ускоренная».
В октябре 2014 года Инженерная группа Интернета (IETF) создала рабочую группу по сетям, устойчивым к задержкам, для рассмотрения и пересмотра протокола, указанного в РФК 5050 . Пакетный протокол для CCSDS [8] представляет собой профиль RFC 5050, специально посвященный использованию Bundle Protocol для передачи данных в космических миссиях.
По состоянию на январь 2022 года IETF опубликовал следующие RFC, относящиеся к BPv7: RFC 9171 , 9172 , 9173 , 9174 .
Проблемы безопасности [ править ]
Решение проблем безопасности было основным направлением протокола пакета. Возможные атаки принимают форму узлов, ведущих себя как «черная дыра» или «наводнение». [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 обеспечить 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 с помощью мобильных одноранговых сетей и исследований распределенной безопасности, таких как использование распределенных центров сертификации. [13] и PKI схемы . Оригинальные решения от исследовательского сообщества, терпимого к задержкам, включают: 1) использование шифрования на основе идентификации , которое позволяет узлам получатьинформация, зашифрованная их общедоступным идентификатором; [14] и 2) использование таблиц защиты от несанкционированного доступа с протоколом распространения информации ; [15]
Реализации [ править ]
Существует несколько реализаций Bundle Protocol:
BPv6 (RFC 5050, пакетный протокол для CCSDS ) [ править ]
Основная реализация BPv6 перечислена ниже. Существует ряд других реализаций.
- Высокоскоростной DTN на базе C++17; оптимизированная производительность DTN; работает непосредственно в Linux и Windows.
- Межпланетная оверлейная сеть НАСА (ION) — написано на C; предназначен для работы на самых разных платформах; соответствует ограничениям для программного обеспечения космических полетов (например, отсутствие динамического выделения памяти).
- IBR-DTN — на основе C++; работает на роутерах с OpenWRT; также содержит приложения JAVA (маршрутизатор и пользовательские приложения) для использования на Android.
- DTN2 — на основе C++; разработан как справочная/обучающая/обучающая реализация Bundle Protocol.
- DTN Marshal Enterprise (DTNME) — на основе C++; Корпоративное решение; разработан как оперативная реализация DTN. В настоящее время используется в работе МКС. DTNME — это единая реализация, поддерживающая как BPv6, так и BPv7.
BPv7 (Целевая группа интернет-исследований RFC) [ править ]
В проекте BPv7 перечислены шесть известных реализаций. [16]
- Высокоскоростной DTN на базе C++17; оптимизированная производительность DTN; работает непосредственно в Linux и Windows.
- мкПЦН -С; построен на основе POSIX API, а также FreeRTOS и предназначен для работы на недорогих микроспутниках.
- PyDTN — Python; разработан X-works и во время хакатона IETF 101.
- Терра — Ява; разработан в контексте наземной DTN.
- dtn7-go — Иди; реализация ориентирована на легкую расширяемость и подходит для исследований.
- dtn7-rs —Ржавчина; предназначен для сред с ограниченными ресурсами и требованиями к производительности.
- Межпланетная оверлейная сеть НАСА (ION) —C; предназначен для использования во встроенных средах, включая бортовые компьютеры космических кораблей.
- DTN Marshal Enterprise (DTNME) — на основе C++; Корпоративное решение; разработан как оперативная реализация DTN. В настоящее время используется в работе МКС. DTNME — это единая реализация, поддерживающая как BPv6, так и BPv7.
DTN НАСА с открытым исходным кодом для реализаций BPv7 Другие
- НАСА BPLib - C; Библиотека Bundle Protocol и связанные с ней приложения от Центра космических полетов Годдарда. Предназначен для общего использования, особенно в приложениях космических полетов, интеграции с cFS (базовой полетной системой) и других приложениях, где необходимы возможности хранения и пересылки. Впервые будет использован в миссии ПАСЕ [1]
усилия Исследовательские
В настоящее время различные исследовательские усилия изучают проблемы, связанные с DTN:
- Группа исследования сетей, устойчивых к задержкам .
- « Технологии и инфраструктура для развивающихся регионов» Проект Калифорнийского университета в Беркли.
- Исследовательский проект Bytewalla KTH в Королевском технологическом институте,
- в Исследовательский проект KioskNet Университете Ватерлоо .
- DieselNet . Архивировано 17 марта 2022 г. в исследовательском проекте Wayback Machine в Массачусетском университете в Амхерсте , Амхерст.
- в Исследовательская инициатива ResiliNets Университетах Канзаса и Университете Ланкастера .
- Исследовательский проект Haggle EU .
- Проект космического межсетевого центра EU/FP7 во Фракийском университете имени Демокрита .
- Исследовательский проект N4C EU /FP7.
- Проект WNaN DARPA.
- Проекты EMMA и OPTRACOM в Брауншвейгском техническом университете
- DTN Хельсинкском в технологическом университете .
- SARAH . Архивировано 25 декабря 2018 г. в проекте Wayback Machine , финансируемом Французским национальным исследовательским агентством ( ANR ).
- Разработка платформы DoDWAN в Université Bretagne Sud .
- ТОЛПА . Архивировано 21 июля 2011 г. в проекте Wayback Machine , финансируемом Французским национальным исследовательским агентством ( ANR ).
- Проект PodNet в KTH Stockholm и ETH Zurich.
Некоторые исследовательские усилия рассматривают DTN для межпланетного Интернета , изучая использование протокола Bundle в космосе:
- Проект Saratoga в Университете Суррея , который первым протестировал пакетный протокол в космосе на спутнике UK-DMC Disaster Monitoring Constellation в 2008 году. [17] [18] [19]
- Эксперимент NASA JPL Deep Impact Networking (DINET) на борту космического корабля Deep Impact / EPOXI . [20] [21]
- BioServe Space Technologies, один из первых разработчиков полезных нагрузок, принявших технологию DTN, использовала свои полезные нагрузки CGBA (Commercial Generic Bioprocessing Apparatus) на борту МКС , которые предоставляют вычислительные/коммуникационные платформы, для реализации протокола DTN. [22] [23] [24]
- НАСА и ЕКА используют экспериментальный межпланетный Интернет для тестирования робота с Международной космической станции [25]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Сетевая архитектура, устойчивая к задержкам, для проблемного Интернета , К. Фолл, SIGCOMM , август 2003 г.
- ^ Перкинс, К.; Ройер, Э. (1999), «Специальная векторная маршрутизация расстояния по требованию», Второй семинар IEEE по мобильным вычислительным системам и приложениям.
- ^ Джонсон, Д.; Мальц, Д. (1996), «Динамическая маршрутизация источника в одноранговых беспроводных сетях», Mobile Computing , Kluwer Academic, стр. 153–181.
- ^ Джон Берджесс, Брайан Галлахер, Дэвид Дженсен и Брайан Нил Левин. MaxProp: Маршрутизация для устойчивых к сбоям сетей на базе транспортных средств. В Proc. IEEE INFOCOM, апрель 2006 г.
- ^ Фило Хуанг; Хидекадзу Оки; Юн Ван; Маргарет Мартоноси; Ли Шиуань Пэ; Дэниел Рубинштейн (2002). «Энергоэффективные вычисления для отслеживания дикой природы: компромиссы при проектировании и первый опыт работы с ZebraNet». Материалы 10-й международной конференции по Архитектурной поддержке языков программирования и операционных систем . стр. 96–107. дои : 10.1145/605397.605408 . ISBN 978-1-58113-574-9 . S2CID 1078542 .
- ^ Шентро, Огюстен; Хуэй, Пан; Кроукрофт, Джон; Диот, Кристоф; Гасс, Ричард; Скотт, Джеймс (2007). «Влияние мобильности людей на оппортунистические алгоритмы пересылки». Транзакции IEEE на мобильных компьютерах . 6 (6): 606–620. дои : 10.1109/TMC.2007.1060 . S2CID 206745317 .
- ^ Вахдат, Амин; Беккер, Дэвид (2000), «Эпидемическая маршрутизация для частично связанных одноранговых сетей», Технический отчет CS-2000-06 , Университет Дьюка.
- ^ Спецификация пакетного протокола CCSDS (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: CCSDS. 2015.
- ^ Букур, Дойна; Якка, Джованни; Скиллеро, Джованни; Тонда, Альберто (2015). «Черные дыры и открытия: использование эволюционных алгоритмов для обнаружения уязвимостей в устойчивых к сбоям сетях». В Море, Антонио М.; Скиллеро, Джованни (ред.). Приложения эволюционных вычислений . Конспекты лекций по информатике. Том. 9028. Международное издательство Springer. стр. 29–41. дои : 10.1007/978-3-319-16549-3_3 . hdl : 11572/196441 . ISBN 978-3-319-16549-3 .
- ^ Букур, Дойна; Якка, Джованни (01 сентября 2017 г.). «Улучшенные методы поиска для оценки уязвимости сетей, устойчивых к задержкам, к сговору сильных гетерогенных атак» . Экспертные системы с приложениями . 80 : 311–322. дои : 10.1016/j.eswa.2017.03.035 . hdl : 11572/196740 . ISSN 0957-4174 . S2CID 37476103 .
- ^ 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 .
- ^ Фаррелл, С.; Кэхилл, В. (17 июля 2006 г.). «Вопросы безопасности в космических сетях и сетях, устойчивых к задержкам» . 2-я Международная конференция IEEE по проблемам космических миссий для информационных технологий (SMC-IT'06) . стр. 8 стр.–38. дои : 10.1109/SMC-IT.2006.66 . ISBN 0-7695-2644-6 . S2CID 2191529 .
- ^ DICTATE: распределённый центр сертификации с вероятностной свежестью для одноранговых сетей
- ^ «Практическая безопасность для отключенных узлов» Сет, А. Кешав, С. 1-й семинар IEEE ICNP по безопасным сетевым протоколам (NPSec), 2005.
- ^ MobiRate: заставить мобильных оценщиков придерживаться своего слова . АКМ Юбикомп 2008
- ^ Фолл, Кевин; Бирран, Эдвард; Берли, Скотт (28 октября 2020 г.). «Пакетный протокол версии 7» . Ietf Datatracker . Проверено 29 октября 2020 г.
- ^ Использование протокола сетевого пакета, устойчивого к задержкам, из космоса. Архивировано 13 мая 2008 г. в Wayback Machine , Л. Вуд и др. , Документ конференции IAC-08-B2.3.10, 59-й Международный астронавтический конгресс, Глазго, сентябрь 2008 г.
- ↑ Спутник UK-DMC первым передал данные датчиков из космоса с использованием «пакетного» протокола. Архивировано 26 апреля 2012 г. в Wayback Machine , пресс-релиз, Surrey Satellite Technology Ltd , 11 сентября 2008 г.
- ↑ CLEO Orbital Internet получает награду журнала Time. Архивировано 7 декабря 2008 г. в Wayback Machine , Робин Уолстенхолм, космический блог Surrey Satellite Technology Ltd , 14 ноября 2008 г.
- ^ Лучшая сеть для космического пространства. Архивировано 31 марта 2012 г. в Wayback Machine , Бриттани Саузер, MIT Technology Review, 27 октября 2008 г.
- ↑ НАСА успешно тестирует первый Интернет в глубоком космосе. Архивировано 24 ноября 2010 г. на Wayback Machine , пресс-релиз НАСА 08-298, 18 ноября 2008 г.
- ^ Дженкинс, Эндрю; Кузьминский, Себастьян; Гиффорд, Кевин К.; Холбрук, Марк; Николс, Кельвин; Питтс, Ли. (2010). «Сеть, устойчивая к задержкам и сбоям: результаты летных испытаний с Международной космической станции». Архивировано 2 сентября 2011 г. на аэрокосмической конференции Wayback Machine IEEE.
- ^ Гиффорд, Кевин К.; Дженкинс, Эндрю; Холбрук, Марк; Кузьминский, Себастьян; Николс, Кельвин; Питтс, Ли. (2010). «Варианты внедрения и использования DTN на Международной космической станции». Архивировано 2 сентября 2011 г. в Wayback Machine Американском институте аэронавтики и астронавтики . ]
- ^ Группа автоматизации в Университете космических технологий BioServe, Колорадо, Боулдер.
- ^ «НАСА и ЕКА используют экспериментальный межпланетный Интернет для испытания робота с Международной космической станции» . 7 апреля 2015 г.