Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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DTN Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

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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

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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

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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

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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

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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

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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 SEMPRE até a camada de agregação!!
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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

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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

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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

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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

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DTN Contatos Programados Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

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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

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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 acesso e um dispositivo de armazenamento. Região 2: também equipada com pontos de acesso. Downloads e uploads são realizados quando um DM entra na área de cobertura da região. Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

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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

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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

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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

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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

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DTN Contatos Oportunistas Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder

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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

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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

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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

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

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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

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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

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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

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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 Redes Avançadas – Prof. Mateus Raeder
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

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

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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

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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

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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

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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