LUNAR Lightweight Underlay Network Ad-Hoc Routing Resumo

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1 LUNAR Lightweight Underlay Network Ad-Hoc Routing Resumo André Sion Fernandes Muniz Corrêa 1 1 Grupo de Teleinformática e Automação (GTA) Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) Caixa Postal Rio de Janeiro RJ Brazil sion@gta.ufrj.br Resumo. O Lightweight Underlay Network Ad-hoc Routing (LUNAR) foi planejado para uso por nós móveis em pequenas redes sem fio. Não possui a característica de reparo, manutenção e cache de rotas. Ele emula uma subrede IP de único salto com primitivas de comunicação unicast tanto quanto broadcast. Mensagens DHCP e ARP são interceptadas, servindo para autoconfiguração de endereços IP, assim como um mapeamento de endereços IP de outros saltos e roteamento para um default gateway. 1. Introdução As redes Ad-Hoc mostraram um grande potencial por funcionarem sem nenhuma infraestrutura e por serem implementadas de maneira instantânea. Estas redes se auto organizam, se auto-configuram além de mudar de topologia constantemente devido a mobilidade. Neste tipo de rede os nós também são roteadores. Todos os nós também compartilham o mesmo canal de comunicação. Os protocolos de roteamento projetados para rede Ad-Hoc devem se adaptar a estas mudanças freqüentes e imprevisíveis na topologia da rede utilizando os recursos de forma eficiente. Os protocolos de roteamento geralmente são baseados em uma rede flat sem nenhum nível de hierarquia. A medida que o tamanho de uma rede aumenta é de se esperar que a sobrecarga causada por estes protocolos aumente também. De uma forma geral, os protocolos de roteamento para redes móveis ad-hoc devem lidar com limitações típicas como consumo de energia, banda passante limitada e altas taxas de erro. Não existe consenso sobre o tipo de protocolo de roteamento ad-hoc adequado a todos os cenários. Cada protocolo possui vantagens e desvantagens de acordo com situações específicas. No que diz respeito às necessidades dos protocolos de roteamento Ad-Hoc ainda estão longe de terminar. É importante citar que ainda falta uma certa facilidade com a instalação e configuração dos mesmos, bem como outros requisitos que ainda não foram considerados. Associado a este fato, algumas implementações de protocolos de roteamento foram deixadas completamente de lado, enquanto outras apenas foram revisadas, mas ainda assim não disponibilizaram nenhuma licença de código aberto, o que implica em deixar novas pesquisas ainda mais difíceis de prosseguir.

2 2. LUNAR LUNAR é um protocolo de roteamento ad-hoc que combina um estilo Reativo e Pró-ativo. Reativo, no qual um nó cria a rota somente quando requisitado; Pró-ativo, no qual um nó atualiza ou reconstrói o caminho de forma periódica em intervalos fixos. Essas características em conjunto removeram a necessidade adicional de manutenção do caminho e ações de reparo nos links. Pela sua posição abaixo do nível IP, drasticamente reduz a quantidade de interações, adicionando auto-configuração ao endereço IP e um modo mais fácil à obtenção de um endereço de gateway. Este protocolo de roteamento, é formado por quatro blocos (figura 1) : IP Adaptation and Steering Layer (ASL) : responsável por traduzir eventos da camada IP para ações específicas do protocolo LUNAR. Mensagens do protocolo ARP e DHCP são também interceptadas e mapeadas com as primitivas do protocolo de roteamento LUNAR. Nesta camada acontece a redescoberta de rotas em intervalos de três segundos. LUNAR Protocol Engine : responsável por implementar o algoritmo de roteamento. Gerando mensagens de Request e Reply. extensible Resolution Protocol : protocolo de request/reply e responsável pelo formato dos dados de mensagens no qual o LUNAR Protocol Engine interage com outros tipos de protocolos. Selector Network (SelNet) : camada responsável pela criação de rotas de dados não confiáveis controlada por ponteiros [NETPTR]. Trabalha independentemente do endereçamento IP e da camada de roteamento IP tradicional. L7 IP apps IP apps L3-6 IP stack IP stack --- IP subnet emulation --- adapt+steer adapt+steer L2.5 LUNAR XRP LUNAR XRP LUNAR XRP SelNet SelNet SelNet L1-2 e.g. WiFi... e.g. WiFi... e.g. WiFi source intermediate destination Figura 1. Pilha de Protocolos Ainda que os protocolos de roteamento sejam difíceis de configurar e contém muitos parametros para ajustar, o protocolo de roteamento LUNAR foi especificado para atender grupos menores que 10 nós [3].

3 2.1 Ad-Hoc Horizon O protocolo LUNAR atende também uma principal motivação observada [4] em modestos protocolos de roteamento (AODV e OLSR) com TCP sobre redes IEEE onde limitam a comunicação em dois ou três saltos, visando não diminuir a performance e aumento na degradação de mensagens, como observado na figura 2. Figura 2.Tráfego TCP, comparando AODV(esquerda) e OLSR(direita) 3. Funcionamento Um nó origem, na qual deseja enviar um pacote IP para o destino na mesma rede, emite internamente uma requisição ARP, então, interceptada esta mensagem de requisição e chegando no nível do protocolo de roteamento LUNAR, existe um mapeamento numa mensagem Route Request (RREQ) no qual é encaminhada para rede. Apenas o nó destino recebe esta mensagem Route Request (RREQ), e devolve um Route Reply (RREP) construindo duas rotas unicast independentes (uma para cada direção) entre os nós origem e destino. Quando o nó origem recebe a mensagem Route Reply (RREP), ele mapeia devolta por uma mensagem de reposta ARP, permitindo ao nó de endereço IP origem enviar datagramas IP para o nó destino. Observado na figura 3. Figura 3. LUNAR colocado abaixo da camada IP

4 As rotas possuem um tempo de vida limitado e necessidade de restabelecimento em intervalos regulares. O intervalo correspondente foi definido em três segundos, substituindo por uma nova rota ao final deste período. Desta forma, remove a necessidade de procedimentos de manutenção de rotas, ações de reparo nos links e reduz a complexidade do protocolo. O caminho é mantido da seguinte forma: 1. Depois de três segundos, o cache ARP espira e a camada IP faz novamente a requisição; 2. No protocolo SelNet intercepta esta requisição da camada superior e estabelece um segundo caminho ( o primeiro caminho antigo ainda persite, mas a camada IP não usará mais pois esta pendente uma requisição ARP); 3. O segundo caminho é estabelecido e datagramas IP s começam à trafegar; 4. Os primeiros caminhos não mais utilizados se desfazem silenciosamente pelo SelNet. A camada SelNet possui a funcionalidade de capturar os dados IP e tráfego de controle, em uma representação intermediária de roteamento de dados. Com isso, todo tráfego ARP é capturado e convertido no protocolo XRP (extensible Resolution Protocol), este último com capacidade de manipulação de mensagens bastante superior ao protocolo ARP. Nas redes tradicionais Ethernet, quando a pilha IP lança mensagens ARP request, o XRP encaminha por meio de broadcast para todos os nós na rede. O protocolo XRP é similar ao protocolo ARP, e ainda introduz a possibilidade de comunicação com outros tipos de protocolos de resolução de endereços. Uma outra grande vantagem apresentada pela camada SelNet seria criar redes virtuais, em nível de sub-rede, na qual poderemos ter espaços de endereçamentos de sub-redes em topologias de redes ad-hoc LUNAR independentes de sub-redes IP. Essa funcionalidade veio surgir na forma bastante similar às trocas de rótulos (labels) das redes MPLS [RFC3031]. 4. Conclusão O protocolo de roteamento ad-hoc LUNAR foi desenvolvido para atender casos comuns de redes abaixo de 10 nós e com um diametro entre dois ou três saltos. LUNAR é um protocolo de rede localizado entre a camada IP e enlace (802.11a/b/g, Ethernet,...). Possui o propósito de capturar request do protocolo ARP e traduzir para uma representação intermediária conhecida como XRP (extensible Resolution Protocol). Estas mensagens do protocolo XRP são encaminhadas na forma de broadcast para nós de transito que estão fora da rede do nó origem, resultando assim numa comunicação de múltiplos saltos. Permite um comportamento de auto-configuração de endereço IP e endereçamento default-gateway, sem necessidade de um servidor central. A estratégia de roteamento e encaminhamento do LUNAR entre os nós é mais simples que outros protocolos de roteamento MANET.

5 Referências [1] C. Tschudin and R. Gold, "LUNAR: Lightweight Underlay Network Ad-Hoc Routing," tech. rep., University of Basel, Switzerland, January [2] C. Tschuding, R. Gold, O. Rensfelt, and O. Wibling, "LUNAR: a Lightweight Underlay Network Ad-hoc Routing Protocol and Implementation, " in Proc. of NEW2AN'04, St. Petersburg, Russia, February, [3] LUNAR home pages: [4] Evgeny Osipov and Christian Tschudin: "Evaluating the Effect of Ad Hoc Routing on TCP Performance in IEEE Based MANETs" Proc. 6th International Conference on Next Generation Teletraffic and Wired/Wireless Advanced Networking (NEW2AN), St. Petersburg, Russia, Mar Best paper award! [5] RFC Multiprotocol Label Switching Architecture