Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet

Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 1 MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2 DANH MỤC HÌNH 4 LỜI MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 6 1.1 Giới thiệu về mạng Manet 6 1.2 Đặc điểm 7 1.2.1 Một mạng MANET bao gồm các hạ tầng di động 7 1.2.2 Thay đổi đồ hình mạng liên tục 7 1.2.3 Tính tự thiết lập 8 1.2.4 Môi trường mạng không dây 8 1.3 Phân loại 9 1.4 Các giao thức định tuyến 10 1.4.1 Khái niệm định tuyến 10 1.4.2 Một số yêu cầu định tuyến 10 1.4.3 Các giao thức định tuyến theo bảng 11 1.4.4 Các giao thức định tuyến theo yêu cầu 12 1.4.5 Giao thức định tuyến lai ghép 12 1.5 Ứng dụng mạng Manet 13 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC AODV 14 2.1 Khái quát 14  Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector): 14  Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery): 14  Cơ chế duy trì thông tin định tuyến: 17 2.2 Bảng định tuyến 17 2.2.1 Xây dựng bảng định tuyến 17 2.2.2 Quản lý bảng định tuyến 20 2.2.3 Bảo trì 22 2.2.4 Quản lý kết nối 23 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 2 2.3 Ví dụ 24 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC AODV TRONG MẠNG MANET 28 3.1 GIỚI THIỆU MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG NS 28 3.1.1 Tổng quan về NS2 28 3.1.2 Kiến trúc của NS2 29 3.2 MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY TRONG MÔI TRƯỜNG NS 31 Tạo MobileNode trong NS: 31 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AODV Ad-hoc on- demand distance vector routing Định tuyến cự ly véc tơ theo yêu cầu tùy biến MANET Mobile Adhoc Network Mạng di động tùy biến không dây DSR Dynamic Soure Ruoting Định tuyến nguồn động HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền dẫn siêu văn bản ICMP Internet Control Message Giao thức điều khiển truyền tin trên mạng MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 3 RREP Router Reply Hồi đáp truyền tin RREQ Router Request Yêu cầu truyền tin RM Router Maintenance Duy trì tuyến TC Topology Control Điều khiển cấu hình mạng WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây TORA Temporally Ordered Routing Algorithm Thuật toán thứ tự định tuyến tạm thời DSDV Destination-Sequenced Distance Vector routing Điểm đến sắp xếp trình tự Distance Vector tuyến NS Network Simulator Mạng Similator RRER Router Error Lỗi định tuyến Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 4 DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 6 Hình 1.1: Mạng Manet 9 Hình 1.2: Phân loại các giao thức định tuyến trong Manet. 11 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC AODV 14 Hình 2.1 Các trường trong gói tin RREQ 15 Hình 2.2: Các trường trong gói tin RREP 16 Hình 2.3: Ví dụ một cơ chế route discovery 25 Hình 2.5 : Tin nhắn RREP 27 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC AODV TRONG MẠNG MANET 28 Hình 3.1: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng 29 Hình 3.2: Ví dụ về giao thức AODV 45 Hình 3.3: Hoạt động của AODV 46 Hình 3.4: Kết quả mô phỏng Error! Bookmark not defined. Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 5 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với xu hướng phát triển chung mạng không dây đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống bởi lợi ích mà nó mang lại . Số lượng các thiết bị dùng cho mạng không dây sẽ sớm vượt qua số lượng các thiết bị dùng cho mạng có dây, điều này cũng đồng nghĩa với sự nghiên cứu, tìm hiểu về mạng không dây cũng tăng trưởng tương tự và sau đây thì em xin được trình bày về đề tài công nghệ mạng không dây Manet và tìm hiểu rõ hơn về một trong những giao thức định tuyến trên mạng này đó là giao thức AODV. Để hoàn thành bài khóa luận này em xinh chân thành cảm ơn thầy giáo Hoàng Thanh Hải, giảng viên khoa CNTT – Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Huế đã chỉ bảo tận tình và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm bài khóa luận. Trong quá trình làm khóa luận do điều kiện về thời gian và trình độ có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến, chỉ bảo của các thầy cô, các ý kiến đóng góp của bạn bè để em có thể kịp thời bổ sung, sữa chửa những thiếu sót của mình. Em xin chân thành cảm ơn. Huế, tháng 4/ 2013 Sinh viên Phan Cảnh Hợp Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 1.1 Giới thiệu về mạng Manet Ta cần hiểu Manet là từ viết tắt của cụm từ Mobile Adhoc Network ( mạng di động tùy biến không dây) Mobile: + Hình trạng mạng có thể thay đổi được + Các nút mạng có thể di chuyển linh động Adhoc: + Hình trạng mạng có thể được thiết lập tùy ý + Không hạ tầng mạng, không server, không Accesspoint Network: + Tất cả các nút mạng đều có chức năng và hoạt động như một router. Mạng di động không dây Adhoc ( Mobile Adhoc Network, viết tắt là Manet ) là một loại mạng không dây trong đó các nút mạng (node) có thể di chuyển tự do và không lệ thuộc vào bất kỳ nút mạng hay thiết bị mạng nào. Môi trường mạng này có thể thiết lập dễ dàng ở bất kỳ nơi nào và không tốn nhiều chi phí. Trong môi trường mạng không dây ad-hoc, hai nút mạng có thể liên lạc trực tiếp với nhau nếu như chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau (radio communication range). Ngược lại, nếu hai nút mạng xa nhau muốn trao đổi dữ liệu với nhau thì chúng cần sự hỗ trợ của các nút mạng lân cận để chuyển tiếp thông tin. Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 7 Hiện có rất nhiều ứng dụng được triển khai trong môi trường mạng ad-hoc như: ứng dụng trong mạng sensor (sensor network) - phân bố các sensor trên 1 cánh đồng, một thành phố,… để thu thập dữ liệu (nhiệt độ, thời tiết, độ ẩm, ) gởi về trung tâm, home network – người dùng có thể điều khiển các thiết bị trong nhà của mình khi đang di chuyển trên đường, … 1.2 Đặc điểm 1.2.1 Một mạng MANET bao gồm các hạ tầng di động Ví dụ một router với nhiều host và thiết bị truyền thông vô tuyến, ở đây được gọi là các nốt (node), đang di chuyển tự do. Các nốt có thể được đặt trên máy bay, tầu thủy, xe kéo, ô tô hoặc được mang theo người hay các thiết bị nhỏ, và có thể bao gồm nhiều host trên một router. Một mạng MANET là một hệ thống các nốt di động tự trị. Hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc có thể có cổng để giao tiếp với mạng cố định. Trong chế độ tiếp với mạng cố định, mạng MANET hoạt động như một mạng “đuôi” liên kết với một mạng internet cố định. Các mạng “đuôi” truyền lưu lượng xuất phát hoặc đến các nốt trong mạng, nhưng không cho phép truyền lưu lượng ngoài chuyển tiếp qua mạng. Các nốt mạng MANET bao gồm các bộ phát và bộ thu sử dụng ăng ten mọi hướng để phát quảng bá hoặc ăng ten định hướng để phát điểm-điểm, có thể điều chỉnh được, hoặc kết hợp các loại ăng ten này. Tại một thời điểm nào đó, tùy thuộc vào vị trí của các nốt và vùng phủ sóng bộ thu và bộ phát của chúng, mức công suất phát và mức nhiễu đồng kênh, một kết nối vô tuyến dưới dạng ngẫu nhiên, đồ thị nhiều chặng hay mạng ad hoc tồn tại giữa các nốt. Cấu hình adhoc này có thể thay đổi theo thời gian khi các nốt di chuyển hoặc điều chỉnh các thông số thu phát của chúng. 1.2.2 Thay đổi đồ hình mạng liên tục Một trong những đặc trưng quan trọng của môi trường mạng không dây di động ad-hoc là sự thay đổi trạng thái thường xuyên và nhanh chóng của các nút mạng cũng như các liên kết giữa các nút mạng. Một nút mạng có thể gia nhập hoặc tách khỏi mạng tại bất kỳ thời điểm nào. Các nút mạng có thể di chuyển tự do dẫn đến các liên kết giữa các nút mạng thay đổi liên tục. Vì vậy, đồ hình mạng (network topology) trong môi Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 8 trường mạng không dây di động ad-hoc thay đổi liên tục làm ảnh hưởng đến các hoạt động trao đổi thông tin giữa các nút mạng. Đây chính là một trong những thử thách chính khi xây dựng một giao thức định tuyến trong mạng không dây di động ad-hoc. Giao thức định tuyến phải có khả năng tương thích cao với đặc trưng này sao cho có khả năng tự thiết lập và tái thiết lập thông tin định tuyến một cách nhanh chóng và hiệu quả. 1.2.3 Tính tự thiết lập Mạng không dây di động ad-hoc không phụ thuộc vào bất kỳ một cấu trúc mạng nào sẵn có cũng như sự quản lý tập trung tại bất kỳ một nút mạng nào. Các nút mạng có vai trò ngang nhau và hoạt động độc lập nhau. Các nút mạng phải tự thiết lập các thông tin cần thiết cho chính mình (địa chỉ mạng, thông tin định tuyến, ) khi gia nhập vào mạng cũng như tự điều chỉnh thông tin khi mạng thay đổi. Do đó, giao thức định tuyến trong môi trường mạng này phải hỗ trợ cơ chế tự thiết lập, cập nhật và quản lý các thông tin cần thiết cho các nút mạng. 1.2.4 Môi trường mạng không dây Nhìn chung, các nút mạng trong môi trường mạng không dây sử dụng tần số radio hoặc hồng ngoại (infrared) để trao đổi dữ liệu với nhau. Các thiết bị không dây như thế có thể kể đến là: laptop, pocket PC, PDA, điện thoại di động, sensor, các thiết bị vệ tinh, … Mặc dù, các thiết bị khác nhau ở tầng vật lý nhưng khi cùng tham gia trong cùng một môi trường mạng không dây thì dùng chung một băng tần để trao đổi dữ liệu. Trong môi trường không dây này, các thiết bị đều chịu những hạn chế như: • Băng thông thấp • Môi trường tuyền thông có độ tin cậy thấp • Hạn chế về năng lượng, bộ nhớ, khả năng tính toán Điều đặc biệt là mỗi node trong mạng đóng vai trò như một Router-điều này đồng nghĩa với việc chia sẻ mạng ngang hàng của mỗi node và khả năng mở rộng phạm vi hoạt động của mạng. Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 9 1.3 Phân loại Do các đặc điểm của mạng MANET (di động, vô tuyến, không dự tính trước) nên việc xác định các thành phần của một mạng MANET là rất khó khăn, nếu không nói là không thể trong một số trường hợp nhất định. Thay đổi theo thời gian Hình 1.1: Mạng Manet Tại một thời điểm mạng MANET có thể bao gồm một số nốt nào đó, nhưng tại thời điểm sau đó mạng này có thể chia thành nhiều mạng MANET. Sau đó nó lại có thể nhập lại thành một nhóm mới các node và tạo thành mạng MANET lớn hơn. Các router nhất định trong một mạng MANET có thể kết nối với các vùng định tuyến khác nhau. Các router này được gọi là router biên BR (border router), và chúng thường chạy nhiều giao thức định tuyến. Các router biên có nhiệm vụ lựa chọn thông tin định tuyến để thông báo giữa các vùng định tuyến liên quan đến nhau. Router biên cũng cho thấy các router có thể tiếp cận được thông qua nó. Khi các thành viên trong mạng MANET thay đổi, thì kết nối của các router biên trong mạng MANET cũng thay đổi. Do vậy, rất khó để router biên có thể thể hiện tập hợp cố định các nốt tiếp cận được Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 10 (reachable node). Nó có thể lựa chọn không thông báo bất kì thông tin định tuyến nào về mạng MANET đó cho các vùng định tuyến khác. 1.4 Các giao thức định tuyến 1.4.1 Khái niệm định tuyến Định tuyến là cách thức mà Router (bộ định tuyến) hay PC (hoặc thiết bị mạng khác) sử dụng để truyền phát các gói tin tới địa chỉ đích trên mạng. Các giao thức định tuyến thông thường dựa trên các thuật toán vectơ khoảng cách (distance vector) hoặc thuật toán trạng thái liên kết (link state). 1.4.2 Một số yêu cầu định tuyến • Định tuyến theo kiểu phân bố • Tiết kiệm công suất • Định tuyến đa đường • Giảm vòng lặp • Bảo mật Vấn đề luôn được đặt ra đối với các mạng MANET chính là phương pháp gửi thông tin giữa các node không có liên kết trực tiếp, khi mà các node trong mạng di chuyển không theo các dự đoán và dẫn tới cấu hình mạng thường xuyên thay đổi. Vì vậy, cách tiếp cận định tuyến trong các mạng cố định truyền thống không thể áp dụng được đối với các mạng tùy biến di động không dây. Một phương pháp phổ biến để phân biệt các giao thức định tuyến trong mạng MANET dựa trên cách thức trao đổi thông tin định tuyến giữa các node theo phương pháp này, các giao thức định tuyến được chia thành: định tuyến theo bảng, định tuyến theo yêu cầu và định tuyến lai ghép. Sự khác biệt của các giao thức này xuất phát từ tính chuyên biệt đối với các khía cạnh định tuyến như phương pháp tìm đường ngắn nhất, thông tin tiêu đề định tuyến hay đặc tính cân bằng tải, v v. [...]...Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Các giao thức định tuyến trong Manet Theo yêu cầu AODV DSR Theo bảng TORA DSDV Lai ghép CLSR WPR ZPR ZHLS HARP Hình 1.2: Phân loại các giao thức định tuyến trong Manet 1.4.3 Các giao thức định tuyến theo bảng Trong phương pháp định tuyến theo bảng, các node trong mạng MANET liên tục đánh giá các tuyến tới các node... tiếp gói RREQ và tạo RREP Nhận xét : AODV thực hiện tốt hơn DSR trong những cấu hình mạng giao thông phức tạp và số lượng node lớn Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 27 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC AODV TRONG MẠNG MANET Để đánh giá hiệu suất hoạt động của các giao thức thông thường người ta có thể... ưu điểm của các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu Thông thường, các giao thức định tuyến lai ghép MANET được sử dụng trong kiến trúc phân cấp Các giao thức định tuyến theo bảng và theo yêu cầu được triển khai trong các cấp thích hợp Một số ví dụ về Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 12 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet giao thức định... Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet  Bước 2: Nếu trong bảng định tuyến của nó chứa đường đi đến đích, thì sẽ kiểm tra giá trị Destination sequence number trong entry chứa thông tin về đường đi với số Destination sequence number trong gói RREQ, nếu số Destination sequence number trong RREQ lớn hơn số Destination squence number trong entry thì nó sẽ không sử dụng thông tin trong entry... 2.1 Khái quát  Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector): Giao thức định tuyến AODV là một trong những giao thức định tuyến theo cơ chế phản ứng trong hệ thống mạng MANET Tương tự như giao thức DSR, AODV cũng phát gói tin broadcast để yêu cầu tìm đường khi có nhu cầu Tuy nhiên điểm khác biệt cơ bản đối với giao thức DSR là AODV sử dụng nhiều cơ chế khác để duy trì thông tin bảng định tuyến,... thức cực kỳ linh hoạt trong việc thiết lập truyền thông cho hoạt động cứu hỏa, cứu thương, khắc phục sự cố tai nạn hoặc các trường hợp cần triển khai mạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 13 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC AODV 2.1 Khái quát  Giao thức AODV (Ad hoc On Demand... thông tin trong bộ nhớ đệm để tránh sự xử lí hay chuyển tiếp lại gói RREQ mà nó nhận từ các node láng giềng Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 24 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet Hình 2.3: Ví dụ một cơ chế route discovery Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 25 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet. .. bất kể có lưu lượng hay không Vì vậy, tiêu đề thông tin để duy trì cấu hình mạng đối với các giao thức này thường là lớn Một số giao Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 11 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet thức định tuyến điển hình theo bảng trong MANET gồm: Giao thức định tuyến không dây WRP (Wireless Routing Protocol), định tuyến vector khoảng cách... mở có thể chạy được trên nền của Linux và Window NS thực thi các giao thức mạng như: Giao thức điều khiển truyền tải (TCP) và Giao thức gói người dùng (UDP); các dịch vụ nguồn lưu lượng như Giao thức truyền tập tin Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 28 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet (FTP), Telnet, Web, Tốc độ bit cố định (CBR) và Tốc độ bit... các thông tin cần thiết vào trong bảng định tuyến của nó và chuyển gói RREP đi Sinh viên: Phan Cảnh Hợp Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Thanh Hải 16 Đề tài Tìm hiểu về giao thức định tuyến AODV trong mạng Manet  Cơ chế duy trì thông tin định tuyến: Như đã nhận xét ở trên, cơ chế hoạt động của AODV là không cần phải biết thông tin về các nút láng giềng, chỉ cần dựa vào các entry trong bảng định tuyến Vì vậy,