Síť tolerantní vůči zpoždění (DTN) je nový přístup k architektuře počítačových sítí, který řeší technické problémy v heterogenních sítích, které nemají trvalé síťové připojení. Příklady takových sítí jsou sítě pracující v mobilních nebo extrémních pozemních podmínkách nebo plánované sítě ve vesmíru. V poslední době je DTN nejrozšířenější ve Spojených státech díky podpoře agentury Defence Advanced Research Projects Agency , která financuje mnoho projektů DTN. K narušení sítě může dojít kvůli limitům bezdrátového rádiového dosahu, řídkosti mobilních uzlů, nedostatku zdrojů energie a rušení.
Zpožděními v DTN se rozumí nejen zpoždění generovaná tranzitními uzly nebo omezení šířky pásma komunikačního kanálu. V takových sítích dochází k dalším zpožděním v přenosu signálu, která nezávisí na množství přenášených dat. Mohou záviset na rychlosti šíření signálu v přenosovém médiu (například na rychlosti světla ve vakuu ) a délce cesty, kterou urazí (v závislosti na dráze a vzdálenosti).
Při použití Store&Forward navíc dochází ke zpožděním v ukládání přenášených paketů (po dobu přerušení spojení). K takovým přerušením (porušením) může docházet v důsledku omezení šířky pásma, kapacity napájecího zdroje, vzdušného hluku, řídkosti mobilních uzlů. Tento přístup umožňuje určitým způsobem považovat sítě MANET za speciální případ DTN.
V 70. letech 20. století, kdy se počítače zmenšovaly, začali výzkumníci vyvíjet technologii pro směrování mezi nepevnými umístěními počítačů.
Takto byly protokoly DTN poprvé použity ve vesmíru. Zdrojem balíčků je jeden ze satelitů International Disaster Monitoring System LEO , který pořizuje snímky Země . Obrázky musí přijít na místo sběru dat. Ale satelit má přerušovanou komunikaci se třemi pozemními stanicemi. Pohybuje se po oběžné dráze a postupně je kontaktuje. Satelit, pozemní stanice a bod sběru dat jsou tedy uzly DTN. Pro každý kontakt je balíček (nebo část balíčku) přenesen na pozemní stanici. Balíčky jsou následně doručovány do sběrného místa dat prostřednictvím tranzitní pozemní sítě. Tím je přenos dokončen.
Oblast bezdrátového směrování byla v 80. letech neaktivní. Všudypřítomné používání bezdrátových protokolů zesílilo v 90. letech 20. století jako mobilní ad hoc sítě ( MANET ) a o modernizaci takové sítě byl velký zájem. Paralelně s aktivitami MANET byla NASA financována agenturou Defence Advanced Research Projects Agency . MITER a další vývojáři navrhli vytvoření meziplanetární sítě (IPN).
Internetoví průkopníci Vint Cerf a další vyvinuli počáteční architekturu pro meziplanetární internet (IPN), která byla řízena potřebou síťových technologií, které by dokázaly zvládnout značnou latenci a poškození paketů komunikace v hlubokém vesmíru. V roce 2002 začal Kevin Fall rozvíjet některé nápady v projektu IPN pro pozemní sítě a zavedl termín „síť odolná proti slzám“ a zkratku DTN. Článek publikovaný na konferenci SIGCOMM 2003 dává impuls rozvoji DTN.
V polovině roku 2000 vzrostl zájem o datové sítě, včetně rostoucího počtu vědeckých konferencí o rozvoji DTN a také rostoucího zájmu o spojení práce senzorových sítí a MANET s prací na DTN. Taková doména měla mnoho optimalizací oproti klasickým sítím a sítím odolným proti roztržení. Při vývoji síťových algoritmů začali brát v úvahu takové faktory, jako je bezpečnost, spolehlivost, ovladatelnost a další oblasti výzkumu, které existují v tradičních počítačových sítích.
Zpráva je zpráva. Zprávy jsou uloženy v uzlech DTN, dokud není aktivován požadovaný kanál; pak jsou balíčky odeslány. Kanály fungují přerušovaně.
Kontakt je aktivní kanál.
EID ( End-point Identifier ) se používá k identifikaci příjemců . EID může ukazovat na jednoho nebo na skupinu cílových hostitelů. Pro skupiny hostitelů lze použít metody vysílání Multicast / Anycast .
Data z aplikací, prezentovaná ve formě zpráv libovolné délky (ADU, angl. Application Data Unit ), jsou transformována do speciálních paketů (Bundle), určených k odesílání v heterogenních sítích. Balíček se skládá z bloků (nejméně dvou), z nichž každý může obsahovat buď pouze aplikační data, nebo pouze servisní data nezbytná pro doručení (např. EID příjemce). Navíc, pokud jsou v tradičních architekturách data služby uložena v hlavičce nebo užitečném zatížení paketu, pak v DTN mohou být uložena v libovolných blocích. Samotné pakety umožňují fragmentaci/slučování a každý výsledný fragment je považován za samostatný paket.
Stejně jako u IP sítí se používá přístup Store-and-forward , který zahrnuje ukládání paketů, když neexistuje způsob, jak je přeposlat. V DTN je však doba uchování mnohem delší kvůli tomu, že linka nemusí být v době přenosu dostupná a je také sama o sobě nespolehlivá. V sítích DTN je navíc obtížnější včasné sledování stavu spoje z důvodu značného zpoždění signalizace. Pro pakety čekající na odeslání se proto doporučuje používat trvalé úložiště (jako jsou disky , flash paměť ).
Schopnost přenášet data ze zdroje do cíle je základním základem, který by měly mít všechny sítě. Zpoždění a přerušení v přenosu dat se vyznačují nedostatkem komunikace kvůli chybějícímu okamžitému spojení. Za takových podmínek při použití směrovacích protokolů AODV a DSR není možné vytvořit cestu pro přenos dat. Důvodem je, že tyto protokoly se snaží vytvořit úplnou cestu pro přenos a poté přenést data před navázáním spojení. Pokud je však připojení obtížné nebo nemožné navázat, musí směrovací protokoly používat „Network Switch“, když se data postupně přesouvají a ukládají v síti v naději, že budou nakonec přenesena.
Běžnou technikou používanou ke zvýšení pravděpodobnosti úspěšného přenosu zprávy je vytvoření více kopií zprávy tak, aby se dostaly k adresátovi. To je možné pouze v sítích s velkým množstvím místního úložiště a velkou šířkou pásma vzhledem k očekávanému provozu. Velmi často se problém prostoru řeší zkrácením dodacích lhůt maximalizací potenciálu pro přenos dat. V jiných zemích, kde je přístup k úložišti a šířce pásma mezi uzly omezenější, je vyžadován důkladnější algoritmus.
Základním protokolem DTN je protokol Bundle; je popsán v RFC 5050 . Přijímá zprávy z aplikace a odesílá je jako jeden nebo více dávek pomocí operací příjem-přenos-odeslání do přijímacího uzlu DTN.
| aplikace | ||
|---|---|---|
| Bundle Protocol | ||
| Úroveň interakce | …. | Úroveň interakce |
| TCP/IP na internetu | Další mezisítě | |
Je vidět, že práce probíhá jak nad úrovní TCP/IP , tak nad ostatními protokoly.
Protože protokol Bundle je pevný, ale jeho účelem je být kompatibilní s různými přenosy, měla by existovat malá mezera mezi rozsahy protokolů. Tato myšlenka vedla k přidání další úrovně interakce (vrstva konvergence). Ve skutečnosti se jedná pouze o spojovací vrstvu, která zajišťuje spolupráci protokolů. Podle definice musí mít každý transport nižší úrovně samostatnou vrstvu interakce. Vrstvy interoperability, které umožňují propojení nových a stávajících protokolů, lze obvykle nalézt ve standardech.
Každá zpráva se skládá z primárního bloku, který lze považovat za hlavičku, bloku užitečného zatížení (pro data) a volitelných bloků (například pro parametry zabezpečení). Primární blok začíná polem Verze následovaným polem Příznaky . Příznaky mimo jiné označují třídu služby (takže původ může označit balík jako vysokou nebo nízkou prioritu) a další požadavky na zpracování (například zda má příjemce potvrdit doručení).
Následují adresy. Kromě polí identifikátorů Destination a Source vidíme identifikátor Custodian . Uschovatel je strana odpovědná za zajištění doručení balíku.
Protože protokol Bundle pracuje se širokou škálou přenosů a internetů, používá své vlastní identifikátory. Jsou spíše názvy na vysoké úrovni, jako jsou adresy URL webových stránek, než adresy nižší úrovně ( IP ) . Tyto identifikátory poskytují DTN možnosti směrování na úrovni aplikace, jako je doručování e-mailů nebo aktualizace softwaru.
Identifikátory jsou kódovány, stejně jako identifikátory v poli Oznámení pro diagnostické zprávy. Všechny tyto identifikátory jsou zakódovány s odkazy na pole Slovník proměnné délky . To umožňuje použití komprese, když správce nebo diagnostický uzel odpovídá zdroji nebo cíli.
Následuje pole Vytvoření , kde je uložen čas vytvoření zásilky a také sériové číslo odesílatele; za ním je pole Lifetime , které udává čas, kdy již balíček nebude potřeba.
Primární blok končí polem Slovník . Následuje blok užitečného zatížení. Začíná krátkým polem Type , které označuje, že se jedná o užitečnou zátěž, následuje Flags , které nastavuje parametry zpracování. Následuje pole Data , před kterým je pole Délka . Konečně za nimi mohou být volitelné bloky - zejména blok s bezpečnostními parametry.
V roce 2008 NASA oznámila úspěšné testování komunikačního protokolu hlubokého vesmíru DTN. Pro testování schopností tohoto protokolu byla vytvořena síť deseti uzlů. Jednou z nich byla kosmická loď Epoxi , která v tomto experimentu napodobovala marťanskou reléovou stanici. To bylo dříve známé jako Deep Impact. Po úspěšném bombardování komety Tempel měděným 400 kilogramovým polotovarem, které vědcům pomohlo získat nová data o kometární hmotě, byla aparatura přejmenována a odeslána na setkání s další kometou, Hartley 2 .
V rámci této práce byly v roce 2007 publikovány články v RFC 4838 a RFC 5050 s cílem poskytnout obecný rámec pro algoritmus a vyvíjet aplikace v datové síti, aby definovaly společnou abstrakci v softwaru pro prolomení sítě. Známý protokol Bundle je protokol, který shromažďuje více bloků dat ve formě paketu, kde každý paket obsahuje dostatek sémantických informací k úspěšnému dokončení přenosu dat, kdy může být přenos jednotlivých bloků dat přerušen. Směrované pakety jsou uloženy v datovém úložišti a mezi uzly jsou zapojeny různé sítě transportní technologie (včetně IP a non-IP transportní páteře). Na transportní vrstvě jsou pakety přenášeny přes místní sítě, nazývané konvergenční vrstva. Architektura balíčků proto funguje jako překryvná síť poskytující nové schéma pojmenování založené na definicích koncových bodů ( EID ) a třídě služeb široké vrstvy. Protokoly, které používají paketizaci, musí k odesílání paketů po síti používat aplikační vrstvu. Díky ukládání dat bude přenos pomocí protokolu DTN na aplikační vrstvě rychlý.
Například plánování sítě může být ovlivněno tím, že data musí být přijímána v plném rozsahu, rychle a bez jakýchkoliv změn. Protokoly sestavují data do paketů, které lze posílat napříč heterogenními sítěmi s vysokou zárukou konzistentního doručení. Záruky jsou obvykle nastaveny na úrovni aplikace a specifikace protokolu RFC 5050 používá označení „pomalý“, „normální“ a „rychlý“.
Velká pozornost je věnována otázkám zabezpečení protokolu. Problémy se zabezpečením sítě odolné proti roztržení závisí na prostředí a aplikaci, ačkoli autentizace a soukromí jsou často kritické. Vytvořit dobré zabezpečení pro takovou síť není těžké. V síti bez trvalého připojení je obtížné vytvořit kryptografické protokoly, protože výměna klíčů se zpomaluje a každé zařízení musí identifikovat další klíče pravidelně viditelných zařízení. Rozhodnutí se změnila s příchodem mobilních sítí peer-to-peer a distribuovaného výzkumu bezpečnosti, jako je použití distribuované certifikace a schémat PKI. Dobrá řešení pro síť odolnou proti roztržení, vědecká komunita odkazuje na: