Redes Avançadas

1. Redes Avançadas Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -

2. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

3. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

4. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

5. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

6. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

7. 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) Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

8. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

9. DTN Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

10. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

11. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

12. DTN • Comutação de mensagens • Primeiro o nó armazena toda a mensagem • Depois ele envia a mensagem para o próximo nó • No que isto implica? Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

13. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

14. 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) Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

15. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

16. DTN As mensagens (agregados) vão SEMPREaté a camada de agregação!! Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

17. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

18. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

19. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

20. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

21. DTN • Contatos Programados Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

22. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

23. 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. Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

24. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

25. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

26. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

27. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

28. DTN • Contatos Oportunistas Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

29. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

30. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

31. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

32. DTN • Transferência de custódia • Fonte solicita transferência de custódia do agregado • Se não receber o ACK no tempo, retransmite Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

33. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

34. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

35. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

36. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

37. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

38. DTN • Notificação de entrega do agregado • solicitação de um relatório do Estado da Entrega do Agregado Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

39. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

40. 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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

41. 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. Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

42. 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. Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder