Delay-tolerant networking (DTN) on uusi lähestymistapa tietokoneverkkoarkkitehtuuriin, joka käsittelee teknisiä ongelmia heterogeenisissä verkoissa, joissa ei ole kiinteää verkkoyhteyttä. Esimerkkejä tällaisista verkoista ovat mobiili- tai äärimmäisissä maanpäällisissä olosuhteissa toimivat verkot tai ulkoavaruuteen suunnitellut verkot. Viime aikoina DTN on yleisin Yhdysvalloissa Defence Advanced Research Projects Agencyn tuen ansiosta, joka rahoittaa monia DTN-projekteja. Verkkohäiriöt voivat johtua langattoman radion kantaman rajoituksista, mobiilisolmun harvaksesta, tehoresurssien puutteesta ja häiriöistä.
DTN:n viiveet eivät ymmärretä vain siirtosolmujen tai viestintäkanavan kaistanleveyden rajoitusten synnyttämiä viiveitä . Tällaisissa verkoissa signaalin siirrossa on ylimääräisiä viiveitä, jotka eivät riipu lähetetyn datan määrästä. Ne voivat riippua signaalin etenemisnopeudesta lähetysväliaineessa (esimerkiksi valon nopeudesta tyhjiössä ) ja sen kulkeman reitin pituudesta (riippuen lentoradasta ja etäisyydestä).
Lisäksi Store&Forward -palvelua käytettäessä on viiveitä lähetettyjen pakettien tallentamisessa (yhteyskatkon ajan). Tällaisia katkoksia (häiriöitä) voi esiintyä kaistanleveyden rajoitusten, tehonsyöttökapasiteetin, ilmamelun, liikkuvien solmujen harvan vuoksi. Tämä lähestymistapa mahdollistaa jollain tavalla MANET -verkkojen tarkastelun DTN:n erikoistapauksena.
1970-luvulla, kun tietokoneiden määrä väheni, tutkijat alkoivat kehittää tekniikkaa reitittämiseen kiinteiden tietokoneiden sijaintien välillä.
Näin DTN-protokollia käytettiin ensimmäisen kerran avaruudessa. Pakettien lähde on yksi International Disaster Monitoring System LEO - satelliiteista , joka ottaa kuvia maapallosta . Kuvien tulee tulla tiedonkeruupisteeseen. Mutta satelliitilla on katkonainen yhteys kolmen maa-aseman kanssa. Liikkuessaan kiertoradalla hän ottaa heihin yhteyttä vuorotellen. Näin ollen satelliitti, maa-asemat ja tiedonkeruupiste ovat DTN-solmuja. Jokaisen yhteydenoton yhteydessä paketti (tai paketin osa) välitetään maa-asemalle. Paketit toimitetaan sitten tiedonkeruupisteeseen maanpäällisen kauttakulkuverkon kautta. Tämä päättää siirron.
Langattoman reitityksen alue oli epäaktiivinen 1980-luvulla. Langattomien protokollien yleinen käyttö lisääntyi 1990-luvulla mobiilina ad hoc -verkkoina ( MANET ), ja kiinnostus tällaisen verkon päivittämistä kohtaan on ollut suuri. MANETin toiminnan rinnalla NASAa rahoitti Defence Advanced Research Projects Agency . MITER ja muut kehittäjät ovat ehdottaneet interplanetaarisen verkon (IPN) luomista.
Internetin pioneerit Vint Cerf ja muut kehittivät Interplanetary Internetin (IPN) alkuperäisen arkkitehtuurin, mikä johtui verkkotekniikoiden tarpeesta, jotka pystyisivät käsittelemään syvän avaruuden viestinnän merkittävää latenssia ja pakettien korruptiota. Vuonna 2002 Kevin Fall alkoi kehittää ideoita IPN -projektissa maanpäällisille verkkoille ja otti käyttöön termin "repeämistä kestävä verkko" ja lyhenteen DTN. SIGCOMM 2003 -konferenssissa julkaistu artikkeli antaa sysäyksen DTN:n kehitykselle.
2000-luvun puolivälissä kiinnostus tietoverkkoja kohtaan kasvoi, mukaan lukien kasvava määrä tieteellisiä konferensseja DTN:n kehittämisestä, sekä kasvava kiinnostus yhdistää anturiverkkojen ja MANETin työ DTN-työhön. Tällaisella verkkotunnuksella oli monia optimointeja klassisten verkkojen ja repeytymistä kestävän verkon yli. Verkkoalgoritmeja kehitettäessä alettiin pohtia sellaisia tekijöitä kuin turvallisuus, luotettavuus, ohjattavuus ja muut perinteisissä tietokoneverkoissa esiintyvät tutkimusalueet.
Viesti on viesti. Viestit tallennetaan DTN-solmuihin, kunnes haluttu kanava on aktivoitu; sitten paketit lähetetään. Kanavat toimivat ajoittain.
Yhteystiedot on aktiivinen kanava.
EID:tä ( End-point Identifier ) käytetään vastaanottajien tunnistamiseen . EID voi osoittaa joko yhteen tai ryhmään kohdeisäntiä. Isäntäryhmille voidaan käyttää Multicast / Anycast -lähetysmenetelmiä .
Sovellusten data, joka esitetään mielivaltaisen pituisten sanomien muodossa (ADU, eng. Application Data Unit ), muunnetaan erityisiksi paketeiksi (Bundle), jotka on suunniteltu lähetettäväksi heterogeenisissä verkoissa. Kimppu koostuu lohkoista (vähintään kaksi), joista kukin voi sisältää joko vain sovellustietoja tai vain toimitukseen tarvittavia palvelutietoja (esim. vastaanottajan EID). Lisäksi, jos perinteisissä arkkitehtuureissa palvelutiedot tallennetaan paketin otsikkoon tai hyötykuormaan, niin DTN:ssä ne voidaan tallentaa mielivaltaisiin lohkoihin. Paketit itsessään sallivat pirstoutumisen/sulautumisen, ja jokaista tuloksena olevaa fragmenttia pidetään erillisenä pakettina.
Kuten IP -verkoissa, käytetään Tallenna ja välitä -lähestymistapaa , joka sisältää pakettien tallentamisen, kun niitä ei ole mahdollista välittää eteenpäin. DTN:ssä säilytysaika on kuitenkin paljon pidempi, koska linkki ei ehkä ole käytettävissä lähetyshetkellä ja se on myös itsessään epäluotettava. Lisäksi DTN-verkoissa linkin tilan oikea-aikainen seuranta on vaikeampaa signaloinnin merkittävän viiveen vuoksi. Siksi on suositeltavaa käyttää pysyvää tallennustilaa (kuten levyjä , flash-muistia ) lähetystä odottaville paketeille.
Mahdollisuus siirtää tietoja lähteestä kohteeseen on perusperusta, joka kaikkien verkkojen tulee olla. Tiedonsiirron viiveille ja katkoksille on ominaista tiedonsiirron puute, joka johtuu välittömän yhteyden puuttumisesta. Tällaisissa olosuhteissa AODV- ja DSR -reititysprotokollia käytettäessä ei ole mahdollista muodostaa reittiä tiedonsiirtoon. Tämä johtuu siitä, että nämä protokollat yrittävät muodostaa täydellisen polun siirtoa varten ja sitten siirtää tiedot ennen kuin yhteys on muodostettu. Kuitenkin, kun yhteys on vaikea tai mahdoton muodostaa, reititysprotokollien on käytettävä "Verkkokytkintä", kun dataa siirretään ja tallennetaan peräkkäin kaikkialla verkossa siinä toivossa, että se lopulta lähetetään.
Yleinen tekniikka viestin onnistuneen lähettämisen todennäköisyyden lisäämiseksi on luoda viestistä useita kopioita, jotta ne saavuttavat vastaanottajan. Tämä on mahdollista vain verkoissa, joissa on paljon paikallista tallennustilaa ja suuri kaistanleveys suhteessa odotettavissa olevaan liikenteeseen. Hyvin usein tilaongelma ratkaistaan lyhentämällä toimitusaikoja maksimoimalla tiedonsiirron mahdollisuudet. Muissa maissa, joissa pääsy tallennustilaan ja solmujen väliseen kaistanleveyteen on rajoitettua, tarvitaan perusteellisempi algoritmi.
Ydin DTN-protokolla on Bundle-protokolla; se on kuvattu standardissa RFC 5050 . Se vastaanottaa viestejä sovelluksesta ja lähettää ne yhtenä tai useampana purskeena vastaanottavalle DTN-solmulle vastaanotto-siirto-lähetys-operaatioilla.
DTN-protokollapino| Sovellus | ||
|---|---|---|
| Bundle Protocol | ||
| Vuorovaikutustaso | …. | Vuorovaikutustaso |
| TCP/IP Internetissä | Muut intergridit | |
Voidaan nähdä, että työtä tapahtuu sekä TCP/IP -tason yläpuolella että muiden protokollien päällä.
Koska Bundle-protokolla on kiinteä, mutta sen tarkoitus on olla yhteensopiva erilaisten kuljetusten kanssa, protokollien laajuuden välillä tulisi olla pieni aukko. Tämä ajatus johti ylimääräisen vuorovaikutustason (konvergenssikerroksen) lisäämiseen. Itse asiassa tämä on vain linkityskerros, joka varmistaa, että protokollat toimivat yhdessä. Määritelmän mukaan jokaisella alemman tason siirrolla on oltava erillinen vuorovaikutuskerros. Yhteentoimivuuskerroksia, jotka mahdollistavat uusien ja olemassa olevien protokollien yhdistämisen, löytyy yleensä standardeista.
Jokainen viesti koostuu ensisijaisesta lohkosta, jota voidaan pitää otsikkona, hyötykuormalohkona (datalle) ja valinnaisista lohkoista (esimerkiksi suojausparametreille). Ensisijainen lohko alkaa Versio -kentällä , jota seuraa Liput -kenttä . Liput osoittavat muun muassa palveluluokan (jotta alkuperä voi merkitä paketin korkeaksi tai matalaksi) ja muut käsittelypyynnöt (esimerkiksi onko vastaanottajan vahvistettava toimitus).
Osoitteet seuraavat. Tunnisteiden Kohde- ja Lähde -kenttien lisäksi näemme tunnisteen Säilyttäjä . Säilyttäjä on se osapuoli, joka vastaa paketin toimituksesta.
Koska Bundle-protokolla toimii useiden erilaisten kuljetusten ja Internet-yhteyksien kanssa, se käyttää omia tunnisteitaan. Ne ovat enemmän kuin korkean tason nimiä, kuten verkkosivujen URL-osoitteita, kuin alemman tason ( IP ) osoitteita. Nämä tunnisteet antavat DTN:ille sovellustason reititysominaisuudet, kuten sähköpostin jakelun tai ohjelmistopäivitykset.
Diagnostiikkaviestien tunnisteet on koodattu, samoin kuin Ilmoitus -kentän tunnisteet. Kaikki nämä tunnisteet on koodattu viittauksilla Variable Length Dictionary -kenttään. Tämä sallii pakkauksen käytön, kun säilyttäjä tai diagnostiikkasolmu vastaa lähdettä tai kohdetta.
Tätä seuraa Luonti -kenttä , joka tallentaa paketin luomisajan sekä lähettäjän sarjanumeron; sen takana on Lifetime -kenttä , joka osoittaa ajan, jolloin pakettia ei enää tarvita.
Ensisijainen lohko päättyy Sanakirja - kenttään . Seuraavaksi tulee hyötykuormalohko. Se alkaa lyhyellä kentällä Tyyppi , joka osoittaa, että tämä on hyötykuorma, ja sen jälkeen Liput , jotka asettavat käsittelyparametrit. Seuraavaksi tulee Data - kenttä , jota edeltää Pituus - kenttä . Lopuksi niiden takana voi olla valinnaisia lohkoja - erityisesti suojaparametreja sisältävä lohko.
Vuonna 2008 NASA ilmoitti onnistuneesta DTN syväavaruuden viestintäprotokollan testauksesta. Tämän protokollan ominaisuuksien testaamiseksi luotiin kymmenen solmun verkko. Yksi niistä oli Epoxi- avaruusalus , joka tässä kokeessa jäljitteli Marsin välitysasemaa. Se tunnettiin aiemmin nimellä Deep Impact. Kun Tempel -komeetta pommitettiin onnistuneesti kuparisella 400 kilogramman aihiolla, mikä auttoi tutkijoita saamaan uutta tietoa komeetan aineesta, laite nimettiin uudelleen ja lähetettiin tapaamaan toista komeetta, Hartley 2 :ta .
Osana tätä työtä, jotta voidaan tarjota yleinen viitekehys algoritmille ja kehittää sovelluksia tietoverkossa, vuonna 2007 julkaistiin RFC 4838 ja RFC 5050 artikkeleita , joissa määriteltiin yleinen abstraktio verkon katkaisuohjelmistoissa. Tunnettu Bundle-protokolla on protokolla, joka kerää useita tietolohkoja paketin muodossa, jossa jokainen paketti sisältää tarpeeksi semanttista tietoa, jotta tiedonsiirto onnistuu, kun yksittäisten tietolohkojen siirto voidaan keskeyttää. Reititetyt paketit tallennetaan tietovarastoon ja solmujen välillä on mukana erilaisia siirtoteknologiaverkkoja (mukaan lukien IP ja ei-IP-liikenteen runkoverkko). Kuljetuskerroksessa paketit lähetetään paikallisten verkkojen kautta, joita kutsutaan konvergenssikerrokseksi. Pakettiarkkitehtuuri toimii siksi peittoverkkona, joka tarjoaa uuden nimitysjärjestelmän, joka perustuu päätepistemäärityksiin ( EID ) ja laajan kerroksen palveluluokkaan. Paketointia käyttävien protokollien on käytettävä sovelluskerrosta pakettien lähettämiseen verkon yli. Tietojen tallennuksen ansiosta DTN-protokollaa käyttävä siirto on nopeaa sovelluskerroksessa.
Verkon suunnitteluun voi vaikuttaa esimerkiksi se, että tiedot on vastaanotettava kokonaisuudessaan, nopeasti ja ilman muutoksia. Protokollat koottavat tiedot paketeiksi, jotka voidaan lähettää heterogeenisten verkkojen kautta ja joilla on korkea varmuus johdonmukaisesta toimituksesta. Takuut asetetaan tyypillisesti sovellustasolla, ja RFC 5050 -protokollaspesifikaatiossa käytetään tunnisteita "hidas", "normaali" ja "nopea".
Protokollan turvallisuuskysymyksiin kiinnitetään paljon huomiota. Repäisynkestävän verkon tietoturvaongelmat riippuvat ympäristöstä ja sovelluksesta, vaikka todennus ja yksityisyys ovat usein kriittisiä. Hyvän suojan luominen tällaiselle verkolle ei ole vaikeaa. Verkossa, jossa ei ole pysyvää yhteyttä, salausprotokollien luominen on vaikeaa, koska avainten vaihto hidastuu ja jokaisen laitteen on tunnistettava muut ajoittain näkyvien laitteiden avaimet. Päätökset ovat muuttuneet mobiilin vertaisverkon ja hajautetun tietoturvatutkimuksen, kuten hajautetun sertifioinnin ja PKI-järjestelmien käytön, myötä. Hyviä ratkaisuja repeytymätöntä verkkoa varten tiedeyhteisö viittaa: