Redes Tolerantes

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Redes Tolerantes à Desconexões e Atrasos

• Um trabalho de
• Gabriel Ribeiro
• Estêvão Carvalho
• Mateus Espanha
• Prof. Otto Duarte

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Introdução

• A internet é uma rede que executa com sucesso à
  conexão entre vários dispositivos em volta do
  globo. Isto têm sido feito com um grupo
  homogêneos de protocolos, chamados TCP/IP. Todos
  os dispositivos em redes e sub-redes utilizam
  este grupo de protocolos para roteamento e
  garantir a integridade da mensagem. Entretanto,
  em ambientes complexos, a transferência de dados
  contínua e de qualidade se torna um desafio, seja
  pelas grandes distâncias e intermitencia nas
  conexões.

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O surgimento e a Proposta das Redes DTN

• A proposta de utilizar redes DTN
  surgiu do interesse de fazer de forma eficiente
  transferência de dados em ambientes de difícil
  conexão ou de atrasos muito longos por exemplo
  Comunicação com satélites, Comunicação com
  sensores, etc.
• As redes DTN se baseiam em comutação
  de mensagens, onde a ligação passa por vários nós
  que armazenam constantemente as mensagens e às
  repassam para outros nós (ligação salto-a-salto),
  até que chegue ao destinatário. Outro detalhe
  positivo se deve ao fato de não existir um
  caminho fixo em uma ligação, uma vez que a
  transferência de dados entre nós se baseia na
  técnica store-n-forward, que consiste em
  armazenagem da informação pelo nó e reenvio ao nó
  seguinte, caso o nó seguinte venha a estar
  desligado da rede, o nó que possui a custódia da
  mensagem, procurará por outro, garantindo a
  entrega da mensagem. O store-n-forward garante
  também que o destinatário receba a mensagem
  independente de estar ligado à rede ou não, uma
  vez que um nó pode armazenar a mensagem até que o
  destino esteja on novamente.

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Arquitetura de redes DTN.

• A arquitetura DTN consiste na comutação de
  mensagens e constante armazenamento de dados
  pelos nós e envio ao próximo nó
  (store-n-forward). Apesar de já ter sido
  mencionado anteriormente, será abordado mais
  formalmente a definição de nó, e depois o
  conceito (store-n-forward.

Esta camada de agregação se deve ao
store-n-forward, que é responsável pelo
armazenamento persistente. Essencialmente, o
store-n-forward é outro protocolo a ser
seguido, o qual o modelo OSI não prevê.
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Trocas de mensagens usando a operação
store-n-forward

• A transferência de dados ocorre por mensagens,
  que são compostos por dois blocos de tamanho
  arbitrário. Os blocos contém o conteúdo da
  mensagem ou informações sobre o endereço e dados
  de protocolos sobre a integridade da mensagem e
  sua transferência segura. As mensagens são
  passadas adiante para outro nó e este têm como
  objetivo passar a mensagem e sua custódia
  adiante. As mensagens, após a saírem da camada de
  aplicação, passam pelas outras camadas, onde são
  verificados é endereçado, verificado os erros,
  etc. Gerando um incremento nos headers, como
  sugere a imagem a seguir.

As mensagens podem ser quebradas em pacotes
menores que também são consideradas mensagens,
e estas mensagens não precisam chegar em ordem
ao destino (este deve ser Capaz de interpretar a
mensagem independente da ordem). Diferente de
redes IP onde a operação store-n-foward,
espera-se que o store dure apenas um breve
período, em redes DTN o nó é capaz de armazenar
(disk, memória flash, etc.) por tempo
determinado (tempo não depende do nó, mas sim do
header) o dado, permitindo a integridade da
mensagem mesmo que o sistema caia ou reinicie.
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Disponibilidade de Nós

• O grande diferencial das redes DTN a
  independência da disponibilidade do nó, uma vez
  que o store-n-forward conserva a mensagem
  independente da situação da rede no momento.
  Nesta parte será abordado os tipos que contatos
  que existem nas redes DTN, e é de sumária
  importância, pois com isto podem ser elaborados
  critérios para transferência de mensagens,
  evitando os nós de disponibilidade menos
  frequente, que eventualmente, irão implicar em
  maior atraso.
• A disponibilidade de redes segue às
  seguintes avaliações 1) Contatos
  Persistentes 2) Contatos Sob Demanda
• 3) Contatos Programados
• 4) Contatos Previsíveis
• 5) Contatos Oportunistas

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O que é um nó DTN ?

• O Endpoint é/são o(s) nó(s) destinatário(s), uma
  mensagem só pode ser considerara
• entregue com sucesso, caso esta tenha sido
  entregue à um número mínimo de Endpoints
• destinatários chamados de minimum reception group
  (MRG). Os Endpoints são identificados
• por um Endpoint Identifier (EID) que está
  inserido no header.

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Transferência de Custódia

• As redes DTN se baseiam em transferências de
  mensagens nó-a-nó O nó que não for um endpoint
  deverá passar a mensagem adiante, essa obrigação
  se deve à transferência de custódia do nó
  anterior, em outras palavras, o nó anterior passa
  a mensagem e a obrigação da entrega ao endpoint
  ao nó seguinte. O processo ocorre até que o
  endpoint receba a mensagem.
• A transferência de custódia é um processo que
  exige acknowledgment, portanto o nó destinatário
  terá a opção de aceitar ou não a custódia, uma
  vez aceita, o nó terá de manter a corrente. O
  pedido pelo acknowledgment, possui tempo de
  validade, se este tempo expirar, o nó que possui
  a mensagem procurará outro nó para receber a
  custódia.

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Opções de Entrega

• Em uma rede DTN, após a transferência de um
  pacote, o nó remetente envia um sinal de pedido
  de custódia, que pode ser deferido ou não. Ao nó
  destinatário compete enviar relatórios sobre o
  estado do pacote e da entrega, de modo a garantir
  o sucesso na transferência de dados nó-a-nó.
  Estas opções de entrega se dividem em dois grupos
  de registro administrativo, o primeiro é
  denominado relatório de sinalização de custódia,
  que é a resposta à requisição da transferência de
  custódia do nó remetente, e o segundo grupo é um
  conjunto de relatórios que informam o estado dos
  pacotes e de sua transferência. Estes relatórios
  são estado da entrega do agregado, estado do
  reconhecimento, estado da recepção do agregado,
  estado da aceitação da custódia, estado do
  encaminhamento do agregado e estado do agregado
  apagado.

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Pedido de transferência de custódia

• É o pedido feito pelo nó remetente e é respondido
  com um flag de sinalização de aceitação ou
  rejeição

Notificação de entrega de pacotes
A Notificação da entrega do pacote é feita apenas
quando o pacote atinge o conjunto MRG. Assim que
recebido o pacote, os nós enviam aos nós
anteriores um notificação sobre o sucesso da
transferência.
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Notificação de reconhecimento do agregado pela
aplicação

• Exige um relatório de aceitação do
  pacote. A diferença entre a notificação do
• agregado pela aplicação e a notificação de
  aceitação do pacote descrita acima, se deve ao
  fato que na anterior, o relatório é emitido pela
  camada agregação
• (bundle layer ), e no segundo o relatório é
  emitido pela camada de aplicação

Notificação de recebimento do pacote
Esta notificação é emitida sempre quando
um pacote é recebido em uma rede DTN. Diferente
da notificação de entrega de pacote descrita
acima, esta ocorre a cada salto da transferência
nó-a-nó.
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Notificação de Aceitação de Custódia
Notificação de apagamento do pacote
O objetivo desta notificação é informar
quando um pacote é apagado da memória de um nó
DTN.

• Esta notificação é emitida sempre que um
  nó aceita receber um pacote, desta forma, garante
  a transferência ao nó seguinte mantendo a
  corrente.

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Notificação de recebimento de pacote

• Esta notificação é sempre recebida por um
  nó N-1 e gerada por um nó N quando um pacote é
  enviado ao nó N1. O nó N-1, por sua vez, manda
  esta notificação ao nó N-2. Desta forma o
  primeiro nó estará sempre informado do estado de
  sua mensagem, sabendo se está está sendo
  encaminhada ou não.

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Notificação de recebimento de pacote (continuação)

• O grande número de notificações geradas
  em uma rede DTN pode ser muito grande caso o
  número de transferências seja elevado, implicando
  em sobrecarga da rede, tornando-a lenta e
  congestionada. Com intuito de melhorar a
  eficiência da rede, muitos destes relatórios são
  suprimidos e apenas um é obrigatório quando um
  pacote aceito por um nó é apagado. Desta forma o
  nó original só saberá que sua mensagem não
  chegou, quando estourar a validade do pacote.

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Estratégias de roteamento

• Em redes onde os nós se movem, implicando
  conexões intermitentes, é necessário uma
  abordagem mais complexa sobre a rede, permitindo
  a eficiência da rede. Neste sentido, foi
  desenvolvido vários tipos de roteamento, dentre
  eles, serão abordados o Roteamento Epidêmico,
  Roteamento Probabilístico e Roteamento de Repasse
  Controlado.

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Roteamento Epidêmico

• Os pacotes se espalham pelos nós da rede
  ficando armazenados e sendo trocados quando
  entram em contato com outros nós aleatoriamente.
  Os nós requisitam cópias de mensagens que ainda
  não tem. Esse protocolo alastra a mensagem já que
  quanto mais cópias da mensagem forem enviadas
  maior chance de entrega e menor o atraso porem as
  mensagens ocupam muito espaço nos buffers e por
  isso quando se tem muitas mensagens fica inviável.

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Roteamento Probabilístico

• Os nós utilizam probabilidade de entrega
  para decidir quando e pra quais nós repassar a
  mensagem. Com isso os nós acabam conhecendo os
  outros nós da rede e utilizam o histórico de
  encontros para decidir as entregas. A
  previsibilidade aumenta quando dois nós se
  encontram e diminui se eles deixam de se
  encontrar.

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Roteamento com Repasse Controlado
Gera poucas cópias e faz transmissões
pequenas e controladas. Consiste em duas fases, a
spray nos quais as mensagens são repassadas pra
outros nós e na fase wait cada nó com a mensagem
faz uma transmissão para o destino caso este
ainda não tenha recebido uma copia da mensagem.

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Segurança
A segurança de redes em geral, é feita por trocas
em pares de informação e até validação de uma
terceira entidade reconhecidamente confiável para
que seja estabelecido o contato entre as partes.
Entretanto em redes DTN, o excesso dessas trocas
não é favorável devido à escassez dos recursos
empregados, sendo de vital importância a
aplicação de outras técnicas para que não ocorram
ataques. Um dos ataques mais simples que são
realizados em redes dtn é fazer com que um dos
nós descarte todos os pacotes que receber. Em
protocolos de repasse, como não existem cópias
das mensagens em cada nó, um pacote descartado se
torna simplesmente perdido, fazendo com que a
mensagem nunca chegue. A defesa para este tipo de
ataque é simplesmente usar caminhos múltiplos
para o envio da mensagem tornando mais difícil a
sua total anulação e aumento da garantia de que a
mesma chegará.
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Segurança (continuação)
No que tange a detecção de intrusos, existem duas
técnicas mais comuns a centralizada e a
descentralizada. Na centralizada, o centro de
controle utiliza da sua grande disponibilidade de
informações para a detecção do intruso. Na
descentralizada, alguns ou todos os nós realizam
procedimentos simples de detecção de intrusos. A
grande vantagem da descentralizada é a
disponibilidade instantânea de informação,
permitindo detectar o ataque no momento exato em
que ocorrer. Geralmente, quando um intruso é
detectado na rede, ocorre a revogação do nó
invadido e a exclusão do mesmo da rede, o que
torna impossível a sua comunicação com seus
vizinhos. Entretanto, o método mais comum para a
segurança em DTN's é a autenticação e verificação
dos seus usuários, do conteúdo das mensagens e
gateways para que não ocorra o tráfego de
informações indesejáveis e não autorizadas. No
entanto, não ocorre a verificação dos roteadores
que encaminham as mensagens.
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Segurança (continuação)
Essa validação se dá da seguinte forma o usuário
que deseja mandar a mensagem a envia juntamente
com a sua assinatura, que será avaliada pelo nó
adjacente. O nó, dispondo do certificado do
usuário (obtido através do próprio ou de uma
autoridade autenticadora), avalia a mensagem. Em
caso de falha ou ataque, a mensagem é retida e
descartada, caso ocorra a validação a mensagem é
assinada pelo nó ( com a assinatura do próprio
nó) e envia ao próximo que repete o processo,
sempre verificando e validando a assinatura do nó
anterior e assinando até o destinatário da
mensagem.
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Mobilidade em redes DTN
Nas redes com mobilidade, faz-se importante o
estudo do movimento dos nós que podem
ocasionalmente causar um atraso ou até mesmo a
interrupção da rede. O estudo da movimentação
desses nós geralmente é feito através de modelos
matemáticos como o random walk, que acabam por
sintetizar o processo. Essa síntese gera alguns
problemas de representação e faz com que os
mesmos sejam falhos em vários momentos na
representação de redes móveis. Dessa maneira, é
de vital importância a análise das redes dtn em
um cenário mais realístico onde exista a
movimentação de pessoas para que possamos avaliar
funcionamento, influência do movimento e
comportamento dos protocolos durante a
movimentação.
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Mobilidade em redes DTN (continuação)
Os dados para o estudo da rede devem coletados
com o auxílio de algum aparelho, por exemplo um
gps, para que o movimento das pessoas em um
determinado tempo dentro da área que deseja-se
estudar seja mapeado. Com tais dados, alguns
estudos muito importantes podem ser realizados
como o consumo de energia que reflete diretamente
nos roteadores e na taxa de entrega dos pacotes.
Outro estudo seria a quantidade de mensagens em
buffer em cada nó, que poderia ocasionar a perda
de mensagens fazendo com que a taca de entrega de
mensagens caia. Todos esses dados são mapeados e
mostrados em um gráfico de tempo de contato em
que podemos avaliar se a rede foi efetiva ou não
durante a coleta.
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Mobilidade em redes DTN (continuação)
O gráfico mostra o tempo em que cada nó ficou em
contato com outros, possibilitando assim a troca
de pacotes.
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Perguntas
1) Qual é a diferença entre nó DTN e um nó de
rede comum? Porque essa diferença é
fundamental? 2) De que maneira se dá a forma
mais comum de segurança em redes DTN? 3) Qual é
a vantagem do roteamento em redes DTN em relação
às redes dedicadas? 4) O que faz a rede DTN ser
flexivél em relação a transferência de dados? 5)
Qual é a principal desvantagem de um modelo
matemático para mobilidade?
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Bibliografia
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Bibliografia (continuação)
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mac499-09/monografias/adriano-caio/monografia.pdf