延遲中斷容忍網(wǎng)絡(luò)

延遲中斷容忍網(wǎng)絡(luò)第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.DTN網(wǎng)絡(luò)概述基于TCP/IP協(xié)議的因特網(wǎng)服務(wù)模型基于以下假設(shè)：在通信持續(xù)的時間里，數(shù)據(jù)源和目的之間存在端到端路徑任何一對節(jié)點之間的最大往返時間不會太長丟包率較小實際中存在一類不滿足以上假設(shè)的網(wǎng)絡(luò)，稱為有缺陷的網(wǎng)絡(luò)（challengednetworks），比如：陸地移動網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)發(fā)生分割采用非尋常媒體的網(wǎng)絡(luò)：延遲可能很長軍用自組織網(wǎng)絡(luò)：經(jīng)常中斷傳感器網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點資源受限，通信需要按計劃調(diào)度已有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議均不適合這類網(wǎng)絡(luò)。第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月DTN網(wǎng)絡(luò)的提出1998年，NASA開始深空網(wǎng)絡(luò)（也稱星際網(wǎng)絡(luò)，interplanetaryInternet，IPN）的研究，該組人員后來發(fā)展成為Internet的IPNSIG工作組。一部分人開始研究如何將IPN的概念運用到陸地應(yīng)用中，尋找更通用的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)。IETF為此成立新的工作組，稱為DTNRG。2004年初，DARPA提出中斷容忍網(wǎng)絡(luò)（disruption-tolerantnetworking），也簡稱為DTN，可以看作同一概念下的另一種敘述。第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月DTN網(wǎng)絡(luò)的特點DTN不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點如下：長延時節(jié)點資源有限間歇性連接不對稱數(shù)據(jù)速率低信噪比（高誤碼率）第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響DTN體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素（1）路徑和鏈路特性高延遲、低速率、非對稱鏈路：基于反饋機制的可靠通信模式不適用。斷連：端到端之間斷開連接比存在連接更常見。長排隊延遲：斷連造成長排隊延遲，消息可能需要在路由器中保存很長時間，對路由器的存儲壓力很大。第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響DTN體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素（續(xù)）（2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互操作性：尚未考慮互操作性，網(wǎng)絡(luò)一般相當(dāng)簡單，范圍上局限于本地，甚至可能無法提供支持分層協(xié)議棧的最基本抽象。這些系統(tǒng)常常不能實現(xiàn)可靠性、擁塞控制和安全性。安全：鏈路容量是寶貴的資源，使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)應(yīng)當(dāng)受到認(rèn)證和訪問控制機制的保護，只包括端節(jié)點的安全方法不太有吸引力。第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響DTN體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素（續(xù)）（3）端系統(tǒng)特性有限的壽命：一個特定消息的往返時間甚至單程時間完全有可能超過發(fā)送節(jié)點的壽命。常規(guī)的端到端確認(rèn)方案沒有用，應(yīng)當(dāng)將可靠投遞的責(zé)任委托給其它實體。低占空比操作：給傳輸調(diào)度和路由提出特殊問題。有限的資源：節(jié)點存儲容量有限，而數(shù)據(jù)在節(jié)點要存儲較長時間，如何設(shè)計有效的存儲管理。第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月因特網(wǎng)服務(wù)模型回顧因特網(wǎng)是由眾多物理網(wǎng)絡(luò)通過TCP/IP協(xié)議形成的邏輯網(wǎng)絡(luò)：TCP/IP協(xié)議運行在物理網(wǎng)絡(luò)上，提供給用戶統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的表示形式。不同物理網(wǎng)絡(luò)的互操作通過IP協(xié)議實現(xiàn)：IP協(xié)議提供統(tǒng)一的編址形式、數(shù)據(jù)包格式和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法IP包在每個節(jié)點上被映射到一個物理層幀中，依靠底層物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)较乱粋€節(jié)點。端到端可靠性由端系統(tǒng)承擔(dān)：連接的所有狀態(tài)僅保存在端系統(tǒng)上，由端系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)可靠傳輸。因此，因特網(wǎng)實際上就是一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)：它運行在已有物理網(wǎng)絡(luò)之上，提供包括路由、擁塞控制、可靠性、安全性、互操作性等在內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)增強功能。第8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月在DTN環(huán)境下審視因特網(wǎng)模型缺陷網(wǎng)絡(luò)是一種新的物理網(wǎng)絡(luò)，可以效仿因特網(wǎng)設(shè)計一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)，在覆蓋網(wǎng)絡(luò)上提供路由、可靠性、安全性、互操作性等各種所需的網(wǎng)絡(luò)增強功能。交互式消息傳輸不適合缺陷網(wǎng)絡(luò)，電子郵件的異步消息投遞機制接近解決缺陷網(wǎng)絡(luò)中的許多問題，因此DTN可基于非交互式消息傳輸。由端系統(tǒng)保證可靠性不適合缺陷網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)允許委托給其它節(jié)點。應(yīng)用層代理可以方便地實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的名字映射和協(xié)議轉(zhuǎn)換，應(yīng)用層上實現(xiàn)的DTN可以提供網(wǎng)關(guān)功能。第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2.DTN架構(gòu)設(shè)計[1][1]提出一個支持缺陷網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)（缺陷網(wǎng)絡(luò)，常規(guī)網(wǎng)絡(luò)）互操作的DTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：DTN作為一個覆蓋網(wǎng)運行在已有網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧上，采用非交互式消息傳輸機制；DTN在應(yīng)用層上以代理的形式實現(xiàn)；不同網(wǎng)絡(luò)之間的互操作通過網(wǎng)絡(luò)邊界上的DTN網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)。第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）區(qū)域和DTN網(wǎng)關(guān)DTN架構(gòu)包括區(qū)域和DTN網(wǎng)關(guān)的概念，不同的區(qū)域通過DTN網(wǎng)關(guān)互聯(lián)。兩個節(jié)點被認(rèn)為在同一個區(qū)域中，如果它們不使用DTN網(wǎng)關(guān)（使用區(qū)域中已有協(xié)議）就能通信。連接兩個區(qū)域的DTN網(wǎng)關(guān)邏輯上由兩個部分組成，每一部分位于各自區(qū)域的傳輸層協(xié)議之上。與因特網(wǎng)路由器不同，DTN網(wǎng)關(guān)：關(guān)注可靠消息路由而不是盡力而為的分組交換；當(dāng)要求可靠投遞時，負(fù)責(zé)將消息保存在非易失存儲器中；負(fù)責(zé)名字解析；負(fù)責(zé)對到來的流量執(zhí)行認(rèn)證和訪問控制檢查。第11頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月區(qū)域和DTN網(wǎng)關(guān)示例第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）名字元組（nametuples）為路由DTN消息，使用名字元組來標(biāo)識對象或?qū)ο蠼M。名字元組由可變長度的兩部分組成，形為{區(qū)域名字，實體名字}：區(qū)域名字：層次結(jié)構(gòu)的全局惟一名字，由DTN路由器解釋，用于在DTN轉(zhuǎn)發(fā)表中尋找到指定區(qū)域邊界上的一個或多個DTN網(wǎng)關(guān)的路徑。實體名字：標(biāo)識指定區(qū)域內(nèi)一個可解析名字，不要求全局唯一，可以是任何特定結(jié)構(gòu)和命名方案。因特網(wǎng)中的名字元組舉例：{,“/oview.html”}。第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月名字元組的遲綁定（latebinding）當(dāng)DTN消息穿過一連串的區(qū)域時，只有區(qū)域名字用來路由；當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)區(qū)域邊緣時，實體名字被解釋和轉(zhuǎn)換成本區(qū)域內(nèi)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)名字。（名字元組的遲綁定）DTN的名字元組綁定與DNS域名解析的不同：DNS域名解析：在啟動一個端到端會話前就要完成名字到地址的轉(zhuǎn)換。名字元組綁定：DTN網(wǎng)關(guān)僅在需要用到名字元組中的某個部分信息時才進行綁定。第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）郵政服務(wù)類型[1]從美國郵政提供的服務(wù)獲得啟發(fā)，選擇了以下幾個粒度較粗且直觀易懂的核心郵政服務(wù)作為缺陷網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)類型：低/中/高優(yōu)先級投遞投遞通知（notificationofmailing）投遞送達(dá)：返回收條投遞記錄：投遞使用的路由可以使用可靠投遞選項來擴展服務(wù)類型。第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）路徑選擇和消息調(diào)度在DTN中，路由是由一連串時間獨立的接觸（contact，通信機會）組成，這些接觸將消息從生成節(jié)點傳向目的地。一個接觸用相對于源節(jié)點的開始時間和結(jié)束時間、容量、延遲、端點和方向描述。評估一個接觸的可預(yù)測性對于選擇下一跳節(jié)點和下一個要發(fā)送的消息非常重要。接觸的可預(yù)測性可以在完全可預(yù)測到完全不可預(yù)測的連續(xù)范圍內(nèi)變化。挑戰(zhàn)性問題：如何確定接觸的存在和可預(yù)測性如何將消息高效地分配給接觸及確定消息的傳輸順序

第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）保管傳輸和可靠性DTN架構(gòu)包括兩類不同的消息路由節(jié)點永久節(jié)點：擁有大容量的永久消息存儲器；非永久節(jié)點：可能沒有大容量的永久消息存儲器。保管傳輸：從一個DTN節(jié)點到下一跳DTN節(jié)點的有確認(rèn)的消息投遞，以及相應(yīng)的可靠投遞責(zé)任的傳遞。永久節(jié)點一般都要參與保管傳輸防止數(shù)據(jù)的高丟失率，解除資源受限的端節(jié)點維護端到端連接狀態(tài)的責(zé)任。第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）會聚層和重傳不同區(qū)域的傳輸層協(xié)議提供的功能可能有很大差異：可靠投遞連接（具有連接失敗指示）流量控制擁塞控制保持消息邊界當(dāng)執(zhí)行保管傳輸時，底層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有保持消息邊界的可靠投遞能力，不具有這些能力的傳輸層協(xié)議需要增強。會聚層用于在要求增強的傳輸層上增加可靠性、消息邊界和其它特性。第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月DTN網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（7）時間同步 DTN架構(gòu)要求較低標(biāo)準(zhǔn)的時間同步，以便確定哪些消息超過了它們的壽命。在大多數(shù)情況下，精確的時間同步會給DTN帶來更多的好處，幫助DTN進行有效的消息調(diào)度和路徑選擇，以及預(yù)測擁塞的發(fā)生或緩解。目前已有比較好的時間同步解決方案，并已成為許多網(wǎng)絡(luò)的缺省要求。第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（8）安全DTN架構(gòu)的安全主體除通信端點外還包括DTN網(wǎng)關(guān)，特別需要對消息是否允許使用某種服務(wù)類型進行驗證。每個消息包括一個“郵戳”，其中包含：一個可驗證的發(fā)送者（或角色）標(biāo)識對該消息所請求的服務(wù)類型的許可（及批準(zhǔn)機構(gòu)）用于驗證消息內(nèi)容正確性的其它常規(guī)加密信息。在DTN的每一跳，路由器檢查消息攜帶的證書（郵戳），并盡早丟棄未通過認(rèn)證的消息。該方法避免鏈路資源的浪費，并使得拒絕服務(wù)攻擊難以實施。第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月DTN安全框架想要發(fā)送消息的主體事先生成自己的公鑰/私鑰對，并從DTN網(wǎng)關(guān)所知道的某個認(rèn)證中心獲得自己的簽名公鑰，所有DTN網(wǎng)關(guān)事先配置一個或多個認(rèn)證中心的公鑰。主體用自己的私鑰對發(fā)送的消息簽名，將消息、消息簽名及自己的簽名公鑰一起發(fā)送。在第一個DTN路由器上，簽名的公鑰被用來驗證發(fā)送者及所請求的服務(wù)類型（網(wǎng)關(guān)中存放了訪問控制列表），驗證通過的消息用網(wǎng)關(guān)的私鑰簽名后發(fā)送。不在網(wǎng)絡(luò)邊緣的“核心”網(wǎng)關(guān)依賴上游網(wǎng)關(guān)的認(rèn)證來查證消息的真實性。第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（9）擁塞控制和流量控制流量控制：限制向下一跳DTN節(jié)點的發(fā)送速度。擁塞控制：在DTN網(wǎng)關(guān)上處理對永久存儲器的競爭。在DTN中控制擁塞的困難：在未來一段時間里可能不會有接觸到來已接收的保管傳輸消息不能丟棄可能的擁塞控制措施：為不同的服務(wù)類型預(yù)留緩存空間當(dāng)存儲空間滿時拒絕新的連接將保管傳輸轉(zhuǎn)移到其它可能的保管節(jié)點為滿足保管傳輸而丟棄非保管傳輸?shù)南O端情況下，刪除保管消息（應(yīng)盡量避免）第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月目前的解決方案擁塞控制：使用一個共享優(yōu)先級隊列來分配保管存儲清除所有過期消息，并拒絕太長的消息使用保管傳輸消息按照優(yōu)先級和壽命（由發(fā)送者指定，攜帶在消息中）排隊。問題：優(yōu)先級倒置：較早到達(dá)的低優(yōu)先級消息被保管接收，后來的高優(yōu)先級消息可能沒有保管空間隊頭阻塞：流量控制：通常利用區(qū)域內(nèi)部傳輸層協(xié)議的流量控制功能第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（10）總結(jié)DTN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其目標(biāo)是為性能差異極大的各類網(wǎng)絡(luò)提供互操作通信。DTN提供的功能類似于因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層：都是為運行于不同環(huán)境的底層協(xié)議棧提供互操作都提供存儲轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。DTN與因特網(wǎng)的不同：DTN使用永久存儲器實現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)因特網(wǎng)使用內(nèi)存實現(xiàn)分組交換DTN的設(shè)計特色主要包括以下三個方面：能夠在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存儲和重傳的消息交換名字遲綁定容忍網(wǎng)絡(luò)分割的路由第25頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3.DTN架構(gòu)規(guī)范[2]DTN架構(gòu)已經(jīng)以RFC文檔的形式發(fā)布。RFC4838在傳輸層之上、應(yīng)用層之下定義了一個端到端的、面向消息的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，稱為包裹層“bundlelayer”實現(xiàn)包裹層功能的設(shè)備稱為DTN節(jié)點。第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）使用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)操作的虛擬消息交換應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU（ApplicationDataUnit）：DTN應(yīng)用發(fā)送的消息稱為ADU，長度與實現(xiàn)有關(guān)。ADU典型地以一個個完整的單元傳輸，不維護相對順序。包裹（bundle）：包裹層將ADU劃分成一個或多個稱為bundle的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。每個bundle包含一個或多個塊（blodk），每個塊可能包含應(yīng)用數(shù)據(jù)或用于傳輸bundle的其它信息。在傳輸過程中，一個bundle可以被分裂成多個bundle（也稱分片）；分片本身也是bundle，可以進一步分片；多個分片可以在網(wǎng)絡(luò)的任何地方重組，構(gòu)成一個新的bundle。

bundle的源和目的用EID進行標(biāo)識，bundle還包含一個report-toEID，用于將診斷輸出到指定的任何實體。第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月永久存儲大多數(shù)DTN節(jié)點使用某種形式的永久存儲設(shè)備（磁盤、閃存等）保存bundle；系統(tǒng)重啟之后未發(fā)送的bundle依然保存在系統(tǒng)中。bundle包含生成時間戳、有用壽命指示器、服務(wù)類型指示器和長度，這些信息為捆綁層路由提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L度及性能要求。節(jié)點存儲代表了一種必須管理和保護的新資源，DTN領(lǐng)域的許多研究工作都是圍繞這些問題展開。第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）節(jié)點和端點DTN節(jié)點:收發(fā)bundle的引擎，實現(xiàn)了bundel層的功能；應(yīng)用使用DTN節(jié)點發(fā)送和接收ADU（攜帶在bundle中）當(dāng)作為report-to目的地時，也使用DTN節(jié)點接收攜帶在bundle中的診斷信息。DTN端點（DTNendpoints）：一組DTN節(jié)點，一個bundel被認(rèn)為成功投遞到了一個DTN端點，如果該DTN端點的某個最小子集正確接收了該bundel。最小接收組MRG：DTN端點的最小子集，可以指一個節(jié)點（單播）、一組節(jié)點中的一個（任播）、組中所有節(jié)點（多播和廣播）。第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）端點標(biāo)識符和注冊端點標(biāo)識符EID：標(biāo)識一個DTN端點的URI；URI以一個方法名開始，后跟一串字符（稱方法特定部分，SSP）；URI方法的設(shè)計者必須定義如何解釋EID的SSP。注冊：應(yīng)用希望接收去往某個特定EID的ADU，這種意圖稱為一個注冊。注冊一般永久保存在DTN節(jié)點中，以使應(yīng)用和操作系統(tǒng)重啟后這些注冊信息依然存在。綁定：為轉(zhuǎn)發(fā)消息而解釋EID中的SSP，不一定發(fā)生在源節(jié)點。第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）任播和多播一個EID標(biāo)識的端點可能包含了多個DTN節(jié)點，這時投遞語義可能是任播或多播：任播：一個bundle被投遞給一組節(jié)點中的一個；多播投遞，bundle要被投遞到組中的所有節(jié)點。多播投遞在組成員方面產(chǎn)生的問題：在低延遲網(wǎng)絡(luò)中，如果節(jié)點“最近”表達(dá)了對加入一個組的興趣，該節(jié)點被認(rèn)為是該組成員。在一個DTN網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用可能希望在時刻t收到發(fā)給EIDe的數(shù)據(jù)，但在這之前的某個時段內(nèi)發(fā)往組e的數(shù)據(jù)已經(jīng)生成了。數(shù)據(jù)必須在發(fā)送者停止發(fā)送之后的很長時間依然可用，因此數(shù)據(jù)必須存儲在網(wǎng)絡(luò)中以支持這種組語義。第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）優(yōu)先等級DTN架構(gòu)對所投遞的ADU提供相對優(yōu)先級度量，表示應(yīng)用希望ADU投遞的緊急程度；優(yōu)先級攜帶在bundle塊中。DTN定義了三種優(yōu)先級，用于調(diào)度發(fā)送隊列中的bundle：大宗（bulk）：按最小努力發(fā)送，僅當(dāng)由相同源節(jié)點產(chǎn)生、去往相同目的地的所有其它優(yōu)先級的bundle都已傳輸，才傳輸這一類bundle。普通（normal）：優(yōu)先于大宗bundle傳輸。加急（expedited）：優(yōu)先于其它類型的bundle傳輸。一個bundle的優(yōu)先級只與從相同源節(jié)點發(fā)出的bundle有關(guān)；但取決于特定DTN節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)/調(diào)度策略，優(yōu)先級也可能在不同源節(jié)點之間實施。第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）bundle的結(jié)構(gòu)每個bundle包含：一個主塊（必需）：包含bundle的相關(guān)信息一個載荷塊（可選）：包含所攜帶載荷的信息（如長度）及載荷本身。一組擴展塊（可選）：攜帶其它域塊可以像IPv6中的擴展頭那樣級聯(lián)在一起。第33頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月主要的bundle域以下域均包含在主塊中，從而出現(xiàn)在每個bundle中：CreationTimestamp：由bundle的創(chuàng)建時間和一個單調(diào)增長的序列號級聯(lián)而成，保證由同一個源產(chǎn)生的每個ADU都有唯一的創(chuàng)建時間戳Lifespan：消息失效的時間（距其創(chuàng)建時間的偏移量）。ClassofServiceFlags：指示bundle使用的投遞選項和優(yōu)先級種類。SourceEID和DestinationEID：源和目的的EID。Report-ToEID：指示返回收條、路由跟蹤等報告應(yīng)當(dāng)發(fā)送給誰，這個EID可能和SourceEID不同。CustodianEID：bundle的當(dāng)前保管員（如果有的話）第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（7）路由和轉(zhuǎn)發(fā)DTN架構(gòu)提供了在bundle層上路由和轉(zhuǎn)發(fā)消息的框架。一個DTN網(wǎng)絡(luò)可以用一個多圖（multigraph）來抽象地描述：一對頂點之間可以有幾條邊連接；一般來說，邊在延遲、容量和方向性（可能存在單向連接）方面是時變的；邊的容量C和延遲D表示為數(shù)據(jù)注入到該邊時刻t的函數(shù)，即C(t)和D(t)。當(dāng)一條邊具有零容量時，這條邊被認(rèn)為斷連。第35頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月接觸（contact）和路由接觸：一個容量嚴(yán)格為正的時間段，在這個時間段內(nèi)延遲和容量認(rèn)為不變，這個時間段稱為“一次接觸”。容量和時間段長度的乘積稱為一次接觸的量（volume）。如果各個接觸及它們的量可以預(yù)先知道，就可以智能地進行路由和轉(zhuǎn)發(fā)決策。當(dāng)通過DTN圖的投遞路徑可能丟包或接觸的時間段和容量無法預(yù)先精確得到時，路由計算非常困難。路由是DTN的一個研究熱點。第36頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月接觸的類型根據(jù)接觸是否可預(yù)測以及接觸的成立是否要求某些措施，將接觸定義為以下幾類：PersistentContacts：接觸總是可用的，即不需要有初始化連接的措施。On-DemandContacts：需要某些措施來啟動接觸，但啟動之后就和永久接觸一樣。Intermittent-ScheduledContacts：預(yù)先確定好在特定時刻建立一個特定時長的接觸。Intermittent-OpportunisticContacts：接觸不是預(yù)定的，而是意想不到地出現(xiàn)。Intermittent-PredictedContacts：根據(jù)之前觀察到的接觸歷史或其它信息預(yù)測出的接觸時刻和接觸時間長度。第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（8）分片和重組設(shè)計DTN的分片/重組功能是為了充分利用接觸的量和避免重傳已轉(zhuǎn)發(fā)的bundle，提高bundle傳輸?shù)男省Ｓ袃煞N形式的DTN分片/重組：ProactiveFragmentation：DTN節(jié)點將一個ADU劃分成多個較小的塊，每個塊作為一個獨立的bundle傳輸，目的節(jié)點負(fù)責(zé)重組。ReactiveFragmentation：當(dāng)接觸終止時一個bundle只有部分被傳輸，正確接收的部分作為一個bundle片段繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，剩余內(nèi)容在下一次接觸時作為另一個bundle片段發(fā)送。第38頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（9）可靠性和保管傳輸bundle層提供的最基本服務(wù)是無確認(rèn)、有優(yōu)先級（但不保證）的單播消息投遞。提供兩個增強投遞可靠性的選項：端到端確認(rèn)：應(yīng)用可以使用這個選項實現(xiàn)自己的端到端可靠機制。保管傳輸：一種粗粒度的重傳機制，在傳輸bundle的過程中，可靠投遞bundle的責(zé)任也在節(jié)點間傳遞。一個bundle及其投遞責(zé)任從一個節(jié)點移動到另一個節(jié)點稱為一次保管傳輸。沿途接收到這些bundle并同意承擔(dān)可靠投遞責(zé)任的節(jié)點稱為保管員，保管員在必要時負(fù)責(zé)重傳bundle。第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月保管傳輸（custodytransfer）DTN中的保管傳輸提供了一種較弱的消息投遞可靠性增強機制：一般來說，保管傳輸主要依靠下層網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸協(xié)議將一個bundle從一個節(jié)點可靠傳遞到下一個（組）節(jié)點。當(dāng)要求保管傳輸選項時，bundle層提供額外的粗粒度超時和重傳機制，以及一個相伴的保管員-保管員確認(rèn)信令機制。當(dāng)一個節(jié)點同意保管一個bundle時：向bundle主塊中的CustodianEID發(fā)送保管傳輸接受信號；在轉(zhuǎn)發(fā)bundle前，將CustodianEID更新為自己的某個EID。實現(xiàn)保管傳輸?shù)碾y點：節(jié)點是否同意保管傳輸?shù)牟呗援?dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞（內(nèi)存不夠）時，如何處理已經(jīng)接收保管的信息及新收到的保管信息。第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（10）總結(jié)DTN是對Internet體系的一個根本改變，而不僅僅是修補。它采用了一系列不同于Internet的設(shè)計：消息代替分組逐跳安全可靠傳輸代替端到端安全可靠傳輸基于名稱的路由代替基于地址的路由部分連通網(wǎng)絡(luò)圖代替全連通網(wǎng)絡(luò)圖DTN可以很容易地架構(gòu)在基于TCP/IP的因特網(wǎng)上，并保持兼容。設(shè)計有效的DTN協(xié)議的主要挑戰(zhàn)是：非常長的延遲（有時長達(dá)幾天）頻繁的中斷隨機或可預(yù)測的通信機會第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4.DTN路由技術(shù)DTN路由問題區(qū)別于常規(guī)路由問題的兩個主要方面：常規(guī)路由問題假設(shè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟阎?，而DTN網(wǎng)絡(luò)是時斷時續(xù)的，不存在連通的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；常?guī)路由一般是選擇最短（最少跳數(shù)）路徑，而DTN路由是要最大化消息傳輸?shù)目赡苄?。DTN路由是在DTN層上執(zhí)行的選路策略，并不涉及到下層網(wǎng)絡(luò)。由于DTN網(wǎng)絡(luò)本身的特性，理論上傳統(tǒng)的路由方法不能直接應(yīng)用到DTN中。第42頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月DTN路由需要考慮的問題網(wǎng)絡(luò)的連接特性：持續(xù)連接、周期性連接、隨機連接連接的容量：連接容量大小關(guān)系到兩個節(jié)點之間可以交換的數(shù)據(jù)量多少；連接容量依賴于連接技術(shù)和連接的持續(xù)時間。節(jié)點緩存及管理節(jié)點處理能力能量第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月單播路由策略的分類目前的路由策略根據(jù)復(fù)制和知識兩個屬性分為兩類：洪泛：依靠報文復(fù)制的傳輸，高可靠、高代價。轉(zhuǎn)發(fā)：依靠網(wǎng)絡(luò)信息（知識）的傳輸，路由效率高、需要額外開銷、有時不可行。按照連接的確定性分為：確定性連接：可事先確定傳輸時間以達(dá)到最好的傳輸效果。隨機性連接：通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)，每次都將報文向著目的方向傳輸一跳。根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的了解程度，可以分為路由擴散和概率轉(zhuǎn)發(fā)。第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1洪泛洪泛策略把報文的多個拷貝傳送到一些節(jié)點（中繼點），中繼點存儲報文直到可以和目的通信。直接傳輸:僅當(dāng)源節(jié)點和目的節(jié)點之間存在直接接觸時，才在鏈路上傳輸數(shù)據(jù)。不需要任何網(wǎng)絡(luò)信息，傳輸開銷最??；但傳輸可能性也最小，傳輸延遲很大。多拷貝傳輸：試圖權(quán)衡資源消耗和傳輸可能性/傳輸延遲。第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）傳染路由（EpidemicRouting）[3]假設(shè)：發(fā)送節(jié)點不知道接收節(jié)點的當(dāng)前位置，也不知道到接收節(jié)點的最佳路徑；由于移動，節(jié)點與節(jié)點會周期性地隨機相遇。基本思想：將消息分發(fā)給同一個連通子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點（稱為帶菌者carrier）；通過帶菌者與其它連通子網(wǎng)中節(jié)點的接觸，將消息傳播到其它連通子網(wǎng)，最終到達(dá)接收節(jié)點。第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月傳染路由示例源節(jié)點S將消息傳遞給它的兩個直接鄰居C1和C2；C2與C3相遇，將消息傳遞給C3；C3與目的節(jié)點D接觸，將消息發(fā)送給D。第47頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月傳染路由的算法過程算法過程：每個節(jié)點在緩沖區(qū)中存放自己產(chǎn)生的消息及為其它節(jié)點緩存的消息。使用一個哈希表為這些消息做索引，以全局唯一的32位消息ID（源節(jié)點ID|源節(jié)點生成的消息ID）作為鍵值。每個節(jié)點保存一個比特矢量（稱匯總矢量），指示本地哈希表中哪些入口已被設(shè)置（即哪些消息已存放在內(nèi)存中）。當(dāng)兩個節(jié)點相遇時，ID較小的節(jié)點啟動一個會話。會話期間，兩個節(jié)點交換各自的匯總矢量，并向?qū)Ψ秸埱竽切┍镜剡€沒有的消息。接收節(jié)點可以自主決定是否接收一個消息。第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月消息交換過程示例第49頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月算法優(yōu)化算法的總體目標(biāo)：最大化消息投遞率，最小化消息投遞延遲和資源消耗。性能調(diào)節(jié)參數(shù)：消息傳遞的最大跳數(shù)：跳數(shù)為1的消息只能被投遞給最終目的地，本地緩存不夠時容易被丟棄；較大的跳數(shù)有助于較快地分發(fā)消息，減小平均投遞延遲，但會增大總的資源消耗。節(jié)點緩存空間：用于交換消息，當(dāng)緩存滿時丟棄較老的消息。較大的緩存空間有助于提高消息投遞率，但消耗較多的資源。第50頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月參數(shù)設(shè)置消息的跳數(shù)：高優(yōu)先級的消息可以設(shè)置較大的跳數(shù)域；大多數(shù)消息的跳數(shù)域設(shè)置成與所在網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)期望值相接近的數(shù)值即可。節(jié)點緩存空間：為保證所有消息最終投遞到接收節(jié)點，（至少部分）節(jié)點的緩存空間必須大致等于任意時刻正在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)南?shù)量的期望值。第51頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）SprayandWait[4]傳染路由的缺點是消耗資源較多，網(wǎng)絡(luò)中消息的拷貝數(shù)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模成正比。SprayandWait解除了消息的拷貝數(shù)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的耦合，可獲得比其它洪泛策略好得多的性能。SprayandWait由兩個階段組成：Spray階段：對于源節(jié)點產(chǎn)生的每一個消息，將L個消息拷貝傳播給L個不同的中繼點；Wait階段：如果在Spray階段沒有發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點，攜帶消息拷貝的這L個節(jié)點執(zhí)行直接傳輸（僅當(dāng)遇見目的節(jié)點時才傳輸消息拷貝）。第52頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月如何傳播L個消息拷貝？SourceSprayandWait：源節(jié)點將L個消息拷貝全部發(fā)送給它最先遇到的L個不同節(jié)點。BinarySprayandWait：源節(jié)點起始時擁有一個消息的L個拷貝；任何一個擁有n>1個消息拷貝的節(jié)點A（源節(jié)點或中繼點），遇到另一個節(jié)點B、且B沒有該消息的拷貝時，將n/2個消息移交給B，自己保留n/2個消息；當(dāng)只剩下一個拷貝時轉(zhuǎn)換到直接傳輸。第53頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月SprayandWait方案的延遲比較第54頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2隨機性連接隨機性連接指的是預(yù)先不知道網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種情況是最常見的。目前已有的路由算法可以劃分為三類：基于傳染路由的方法基于一跳信息的路由基于端到端信