Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

В основе мобильной маршрутизации в сети Интернет и сетях сотовой связи лежит следующая идея: мобильный хост должен сообщать о том, где он находится, хосту, имеющему домашнее местоположение. Этот хост, выполняющий операции от имени мобильного хоста, называется внутренним агентом( home agent). Как только он узнает текущее местоположение мобильного хоста, он может перенаправлять пакеты, которые должны быть ему доставлены.

Рисунок 5.17 наглядно демонстрирует работу мобильной маршрутизации. Отправитель из северо-западного города Сиэтла хочет отправить пакет хосту, который обычно находится по другую сторону США, в Нью-Йорке. Нас интересует ситуация, при которой мобильный хост располагается не дома. Временно он находится в Сан-Диего. Для работы в сети мобильный хост в Сан-Диего должен получить локальный сетевой адрес. Это обычная процедура; о том, как она работает для сети Интернет, мы поговорим позже. Такой локальный адрес называется адресом для передачи( care of address). Как только мобильный хост узнает этот адрес, он может сообщить внутреннему агенту свое местонахождение. Для этого он отправляет внутреннему агенту регистрационное сообщение (этап 1), содержащее адрес для передачи. На рис. 5.17 это сообщение выделено пунктирной линией, чтобы показать, что оно является управляющим, а не информационным.

Далее отправитель посылает пакет с данными на мобильный хост с помощью постоянного адреса (этап 2). Сеть передает этот пакет на домашнее местоположение хоста, так как именно ему принадлежит этот домашний адрес. В Нью-Йорке внутренний агент перехватывает этот пакет, поскольку мобильный хост находится далеко от дома. Затем он формирует пакет с новым заголовком ( инкапсулирует— encapsulates, или, как иногда говорят, «заворачивает» — wraps) и отправляет все это на адрес для передачи (этап 3). Такой прием называется туннелированием( tunneling). Поскольку он имеет важное значение в работе сети Интернет, далее мы поговорим о нем более подробно.

Когда этот пакет прибывает на адрес для передачи, мобильный хост разворачивает пакет и считывает данные, полученные от отправителя. Далее мобильный хост напрямую посылает отправителю ответный пакет (этап 4). Весь этот путь называется треугольной маршрутизацией( triangle routing); он может быть непрямым, если удаленное местоположение расположено на большом расстоянии от домашнего местоположения. На этапе 4 отправитель может узнать текущий адрес для передачи. Последующие пакеты могут направляться напрямую на мобильный хост, передаваясь по туннелю на адрес для передачи (этап 5), полностью минуя домашний адрес мобильного пользователя. Если соединение будет прервано из-за перемещения мобильного устройства, для связи с ним всегда можно использовать домашний адрес.

Рис. 5.17. Маршрутизация пакетов мобильным хостам

Мы не уделили внимания еще одному важному аспекту: безопасности. Как правило, когда хост или маршрутизатор получает сообщение вида «Начиная с этого момента, пожалуйста, пересылайте мне всю почту, адресуемую Стефани», у него могут возникнуть вопросы — например, с кем он разговаривал, соглашаться или нет на данное предложение. Поэтому, для того чтобы достоверность сообщений можно было проверить с помощью криптографических протоколов (о которых мы поговорим в главе 8), в сообщения добавляется информация о безопасности.

Существует много различных схем мобильной маршрутизации. Алгоритм, представленный выше, основан на мобильности IPv6 — той форме мобильности, которая используется в сети Интернет (Джонсон и др., 2004), а также в IP-сетях сотовой связи, таких как UMTS. Для простоты в нашем примере отправитель рассматривался как стационарный узел, однако алгоритм позволяет обоим узлам быть мобильными хостами. Или же хост может быть частью мобильной сети, например сети в самолете. Такое расширение базовой схемы не требует дополнительных действий со стороны хостов (Devarapalli и др., 2005).

В некоторых схемах используется внешний (то есть удаленный) агент — это то же самое, что и внутренний агент, только с внешним расположением; аналогом внешнего агента в сетях сотовой связи является VLR (Visitor Location Register, гостевой регистр местоположения). Однако в большинстве более новых схем внешний агент не требуется; мобильные хосты сами являются своими внешними агентами. В любом случае, знание временного местоположения мобильного хоста ограничивается небольшим числом хостов (например, мобильное устройство, внутренний агент и отправители), поэтому маршрутизаторам крупной сети не придется повторно вычислять маршруты.

Более подробную информацию о мобильной маршрутизации можно найти в работах Perkins (1998, 2002) и Snoeren и Balakrishnan (2000).

5.2.11. Маршрутизация в произвольных сетях

Итак, мы рассмотрели, как производится маршрутизация в случаях, когда станции мобильны, а маршрутизаторы стационарны. Еще более занимательная ситуация возникает тогда, когда мобильны сами маршрутизаторы. Это может понадобиться, например, аварийным службам на месте землетрясения, военной технике на поле боя, морскому флоту, находящемуся в море, или группе людей с портативными компьютерами при отсутствии сети 802.11.

Во всех подобных случаях каждый узел использует беспроводное соединение и выступает одновременно в качестве маршрутизатора и хоста. Сети, состоящие из узлов, волею судеб оказавшихся недалеко друг от друга, называются произвольными сетями ( ad hoc networks) или мобильными произвольными сетями( MANET— Mobile Ad hoc NETworks). Давайте их вкратце рассмотрим. Более подробную информацию можно найти в книге (Perkins, 2001).

Основное отличие произвольных сетей от обычных проводных сетей состоит в том, что топология неожиданно исключается из рассмотрения. Узлы могут легко появляться в системе и так же легко из нее исчезать, появляясь в каком-то другом месте. В обычных сетях путь от маршрутизатора к какому-либо адресату продолжает оставаться реализуемым до тех пор, пока не произойдет какой-нибудь сбой (что, как мы надеемся, случается редко). В произвольных сетях топология постоянно меняется, а с ней меняется и предпочтительность (и даже реализуемость) путей. Причем это происходит спонтанно, безо всяких предупреждений. Надо ли говорить о том, что в таких условиях маршрутизация будет более трудной задачей, чем в стационарных сетях.

Известно множество алгоритмов выбора маршрута для произвольных сетей. Однако поскольку по сравнению с мобильными сетями произвольные сети пока не так широко используются на практике, не ясно, какие из этих протоколов наиболее удобны. Для примера рассмотрим один из наиболее популярных — алгоритм AODV( Ad hoc On-demand Distance Vector— маршрутизация по требованию в произвольных сетях на основе вектора расстояний). Об этом можно прочитать у (Perkins и Royer, 1999). AODV является родственником метода векторов расстояний, адаптированным для работы в мобильной среде, где узлы обычно имеют ограниченную пропускную способность и время работы от автономных элементов питания. Давайте посмотрим, как этот алгоритм вычисляет маршруты и следит за их изменением.