capítulo 2: los protocolos de encaminamiento en redes manet

Capítulo 2: Los Protocolos de
Encaminamiento en Redes MANET
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CAPÍTULO 2: LOS PROTOCOLOS
DE
ENCAMINAMIENTO EN REDES
MANET
El encaminamiento es el mecanismo que usa los nodos de una red para reenviar los paquetes
desde el origen hasta su destino usando la ruta más eficiente. La eficiencia de la ruta se mide con
varias métricas, como el número de saltos, el tráfico, la seguridad, etc. En una red MANET cada
nodo actúa como un router especializado de sí mismo.
La clasificación de los protocolos de encaminamiento de las redes MANET se puede hacer
de muchas maneras, pero la mayoría de las veces se realiza en función de la estrategia de
encaminamiento y de la estructura de la red. Dentro de cada clasificación, hay otras clasificaciones
posibles que veremos a continuación.
2.1
ESTRATEGIA DE ENCAMINAMIENTO
2.1.1
ENCAMINAMIENTO EN ORIGEN VS ENCAMINAMIENTO SALTO A SALTO
Por un lado, en los protocolos de encaminamiento en origen la ruta completa es conocida
por el origen y se establece cuando se desea enviar un paquete. La información de encaminamiento
va incluida dentro de cada paquete de datos durante todo su recorrido hasta llegar al destino.
Por otro lado, en los protocolos de encaminamiento salto a salto no se conoce la ruta
completa en ningún momento, sino que cada router decide cuando recibe un paquete el siguiente
salto. En este caso, la información de encaminamiento no va incluida en los paquetes de datos, sino
que la almacenan los routers.
Implementación del Protocolo de Encaminamiento
AeroRP en el simulador de redes EXata
Francisco Cuesta Rodríguez
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2.1.2
ENCAMINAMIENTO PROACTIVO VS ENCAMINAMIENTO REACTIVO
2.1.2.1
PROTOCOLOS DE ENCAMINAMIENTO PROACTIVOS
Estos protocolos reciben el nombre de proactivos porque mantienen la información de
encaminamiento incluso antes de que se necesite. Todos y cada uno de los nodos en la red
mantienen información de encaminamiento hacia todos los demás nodos de la red. La información
de las rutas se mantiene generalmente en las tablas de encaminamiento y se actualiza
periódicamente a medida que cambia la topología de red.
Muchos de estos protocolos de encaminamiento provienen de los protocolos de
encaminamiento por estado del enlace. Existen algunas diferencias entre los protocolos que entran
en esta categoría en función de la información de encaminamiento que se actualiza en la tabla de
encaminamiento.
Estos protocolos de encaminamiento pueden mantener diferentes números de tablas y no son
adecuados para las redes muy grandes, ya que necesitan mantener las entradas en la tabla para todos
los nodos de la red. Además, estos protocolos generan una excesiva sobrecarga a la red debido a los
cambios frecuentes de las rutas y no son adecuados para una red de ancho de banda limitado.
Por ejemplo, dentro de esta categoría se pueden incluir los siguientes protocolos:
•
Optimized Link State Routing Protocol (OLSR).
•
Distance-Sequenced Distance-Vector (DSDV).
•
Aeronautical Routing Protocol (AeroRP).
2.1.2.2
PROTOCOLOS DE ENCAMINAMIENTO REACTIVOS
Estos protocolos reciben el nombre de protocolos reactivos, debido a que no mantienen la
información de encaminamiento o la actividad de encaminamiento en los nodos de la red si no hay
comunicación. Si un nodo desea enviar un paquete a otro nodo, entonces este protocolo busca la
ruta mediante demanda y establece la conexión con el fin de transmitir y recibir el paquete. El
descubrimiento de ruta por lo general se produce inundando toda la red con paquetes de petición de
ruta.
Francisco Cuesta Rodríguez
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Estos protocolos no son adecuados debido al retardo empleado en la búsqueda de las rutas y
porque estas rutas pueden no ser válidas durante el tiempo suficiente en una red altamente dinámica.
En cambio, tienen la ventaja de utilizar eficientemente el ancho de banda de la red, debido a que
busca las rutas sólo cuando son necesarias.
Por ejemplo, dentro de esta categoría se encuentran los siguientes protocolos:
•
Ad-hoc On-Demand Distance-Vector (AODV).
•
Dynamic Source Routing (DSR).
2.2
ESTRUCTURA DE LA RED
2.2.1
PROTOCOLOS DE ENCAMINAMIENTO BASADOS EN LA TOPOLOGÍA
Los protocolos de encaminamiento basados en la topología tienen la desventaja de tener una
sobrecarga alta debido a los mensajes de control entre los nodos. Estos protocolos se pueden
clasificar a su vez de la siguiente manera:
•
Arquitectura Plana vs Arquitectura Jerárquica.
•
Estado del Enlace vs Vector Distancia.
2.2.1.1
ARQUITECTURA PLANA VS ARQUITECTURA JERÁRQUICA
La topología de la arquitectura de red jerárquica se compone de varias capas donde las capas
superiores son vistas como maestros de los nodos de las capas inferiores. Los nodos se organizan en
grupos y en cada grupo existe un nodo de puerta de enlace que tiene la obligación de comunicarse
con el nodo de puerta de enlace de otro grupo distinto. En este esquema existe una clara distribución
de tareas. Por un lado, la carga de almacenamiento de la topología de red recae sobre los nodos de
puerta de enlace, y por otro lado, de la comunicación de los mensajes de control se encargan los
nodos dentro del grupo.
Sin embargo, la arquitectura jerárquica tiene un grave problema, y este es que la arquitectura
se rompe cuando un solo nodo falla (el nodo de puerta de enlace). Por lo que los nodos de puerta de
enlace llegan a ser muy críticos para el buen funcionamiento de la red.
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En cambio, en la arquitectura plana no hay capas de la responsabilidad. Por tanto, todos y
cada uno de los nodos sigue el mismo algoritmo de encaminamiento como cualquier otro nodo en la
red.
Por una parte, dentro de la arquitectura jerárquica se encuentran, por ejemplo, los protocolos
de encaminamiento HSR y LANMAR. Mientras que por otra parte, dentro de la arquitectura plana
se encuentran los protocolos de encaminamiento AODV y DSDV.
2.2.1.2
ESTADO DEL ENLACE VS VECTOR DE DISTANCIA
Una de las principales diferencias entre estos dos tipos de protocolos de encaminamiento es
que el encaminamiento basado en vector de distancia sólo se comunica con sus vecinos directos,
mientras que el encaminamiento basado en el estado del enlace informa del estado de un enlace a
todos los nodos de la red. Debido a esto, el encaminamiento basado en vector de distancia puede ser
más fácil de implementar y más eficiente. Sin embargo, puede tener problemas tales como bucles,
que el encaminamiento basado en el estado del enlace no sufre.
Mediante el uso de los protocolos de encaminamiento basados en vector de distancia, cada
router a través de la red envía a los routers vecinos, la información que él conoce sobre como llegar
al destino. Los routers envían dos piezas de información, en primer lugar, el router cuenta como de
lejos piensa que está el destino, y en segundo lugar, le dice qué dirección (vector) tiene que usar
para llegar al destino. Cuando un router recibe la información de otros routers, entonces este elabora
una tabla de direcciones de destinos, las distancias y los correspondientes routers vecinos, y de esta
tabla a continuación, seleccione la ruta más corta hacia el destino. Usando un protocolo de
encaminamiento basado en vector de distancia, el router simplemente reenvía el paquete a la
máquina vecina (o destino) con la ruta más corta disponible en la tabla de encaminamiento y se
supone que el router receptor sabrá cómo enviar el paquete más allá de ese punto.
En los protocolos de encaminamiento basados en el estado del enlace, un router no
proporciona información sobre el destino sino que proporciona información sobre la topología de la
red. Esta información consiste en los segmentos de la red y los enlaces fijados para ese router en
particular, junto con el estado del enlace, es decir, si el estado del enlace es activo o inactivo. Esta
información inunda toda la red y luego, con esta información, cada router de la red construye su
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propia visión del estado actual de todos los enlaces de la red.
Por una parte, un ejemplo de protocolo de encaminamiento basado en vector de distancia es
el protocolo AODV. Mientras que por otra parte, un ejemplo de protocolo basado en el estado del
enlace es el protocolo OLSR.
2.2.2
PROTOCOLOS DE ENCAMINAMIENTO BASADOS EN LA GEOGRAFÍA
En los protocolos de encaminamiento basados en la geografía todos los nodos conocen su
posición geográfica con ayuda de algún sistema de posicionamiento, como por ejemplo el Sistema
de Posicionamiento Global (GPS) por satélite, y utilizan estas coordenadas GPS para determinar el
siguiente salto. Estos protocolos tienen como ventaja que crean las decisiones de reenvío en función
de algunos algoritmo para mover el paquete lo más cercano del destino posible basándose en la
posición del destino y los nodos adyacentes. La desventaja es el costo adicional, la complejidad y la
energía usada para que los nodos estén siempre localizados.
Estos protocolos se descomponen en diferentes decisiones de reenvío geográficas:
•
MFR (most forward with radius r): es el más intuitivo y reenvía el paquete hacia el nodo
que hace que el avance hacia el destino sea mayor.
•
NFP (nearest with forward progress): reenvía el paquete al nodo que esta más cerca del
nodo actual y del destino. NFP tiene como objetivo reducir la colisión de paquetes,
haciendo saltos más cortos en las decisiones de encaminamiento.
•
Compass: elige el nodo que está más cerca de una línea imaginaria trazada entre él
mismo y el destino y por tanto considerando más la trayectoria de los nodos que
cualquier otro factor.
Entre todos los protocolos de encaminamiento pertenecientes a esta clasificación se pueden
encontrar los protocolos siguientes:
•
Distance Routing Effect Algorithm for Mobility (DREAM)
•
Location-Aided Routing (LAR)
•
Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR)
•
Simple Forwarding over Trajectory (SiFT)
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Además, dentro de esta clasificación se encuentra el protocolo de encaminamiento AeroRP,
el cual va a ser objetivo de estudio en las siguientes secciones de este proyecto.
En la Figura 1 se puede ver un resumen de la clasificación de los protocolos de
encaminamiento en las redes MANET y algunos ejemplos de los protocolos que pertenecen a cada
grupo.
Figura 1: Clasificación de los protocolos de encaminamiento en las redes MANET.
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