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1 UFRJ - UNIVERSIDADE FEDERAL DE RIO DE JANEIRO COPPE - COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA EM ENGENHARIA PEE - PROGRAMA DE ENGENHARIA ELÉTRICA GTA - GRUPO DE TELE-INFORMATICA E AUTOMAÇÃO CPE ROTEAMENTO EM REDES DE COMPUTADORES RESUMO: MANET EXTENSION OF OSPF USING CDS FLOODING Trabalho realizado em cumprimento a exigência da avaliação á disciplina CPE 825, matéria de Mestrado pelo: PEE / COPPE - UFRJ. Realizado por: Aluno: Eloy Tavares. Apresentado ao: Prof. Luis Henrique Costa. Rio de Janeiro

2 INTRODUÇÃO. O protocolo de roteamento e para roteamento OSPF MANET respectivamente, em estudo, simplesmente chamado de OSPFv3-MANET, segundo o grupo de trabalho e pesquisa -SRI Internacional e, Boeing, este protocolo é a terceira versão do OSPF voltado especificamente as aplicações IPv6, em virtude disse se faz necessário o estudo e implementação do mesmo aplicado a MANET, uma vez que apesar da existência de tipo de interface para roteamento usando protocolo OSPF (Open Shortest Path First), este não executa adequadamente em certos ambientes, devido a problemas como: - Escalabilidade da rede relativo à operação de protocolo de inundação que faça com que o host destino receba a comunicação em algum momento até mais de uma vez; - Excessivos loops de roteamento devido uma baixa convergência das adjacências, quando a topologia da rede muda muito rapidamente, devido a esses loops, pacotes podem ficar circulando indefinidamente na rede.como solução a este problema pode ser usado a atribuição de um tempo de vida (TTL) ao pacote, que por outro lado resulta em um outro clássico problema - Qual o tempo ideal para o pacote chegar ao destino, sem desperdício os recursos da rede; - Inabilidade do protocolo de eleição de Roteador Designado (DR) em convergir em todos os cenários; - Números grandes de adjacências quando se usa um tipo de interface Ponto-a- Multipoint. Desta natureza o OSPFv3 traz a extensão MANET (Mobile Ad hoc NetWorks), um novo e robusto protocolo capaz de lidar mais eficientemente com esses problemas. Alem disso, o protocolo em questão, foi projectado para lidar e dar suporte a um novo tipo de interface para mobilidade em redes ad hoc nas operações de broadcast, multisaltos e redes sem fio em que rotas e centrais, mudam e movam constantemente e a freqüência alta. Neste resumo, são descritas algumas características particulares deste protocolo, como abaixo segue, as extensões MDR e BMDR, CDS flooding, o protocolo hello, adjacências, aceitação de vizinhos, bem como o algoritmo MDRs e suas fases. Segue, portanto abaixo a especificação do OSPF MANET (B) MDR e a formação de CDs FLOODING. OSPF MANET: MDR / BMDR - CDS FLOODING Para generalizar o conceito de um OSPF - Router Designated (DR) e Backup Router Designated para multisaltos em redes sem fios, usa-se terminologias análogas para o OSPF-MANET, donde resulta a extensão MDR e BMDR (BackUp Manet Designated Router). O MDRs tem como objectivo fornecer um conjunto mínimo de retransmissão para inundação em LSAs (Link State Acknowledgments), enquanto que o BMDRs fornece por sua vez um conjunto mínimo de revezamentos de BackUp para inundar LSAs e quando este for inundando por MDRs não tem sucesso. As rotas traçadas MDRs, por onde passam os pacotes Hellos, formam um CDs (Conjunto Dominante Conectado), já a junção de MDRs e BMDRs operando de forma simultânea, formas um CDs Biconectado.

3 Cada MDRs, ira tornar se adjacente com cada vizinho dependente dele mesmo, formando assim, uma rede do tipo Backbone devidamente conectada. Após formando um CDs, cria-se literalmente um roteamento multicast, ou seja, num primeiro estagio, o algoritmo de eleição MDR, envia troca informação de reconhecimento com todos os seus vizinho situados a dois pulos dele em broadcast, formando então o CDs, este por sua vez, precisa reconhecer todos os seus vizinhos dependentes, criando uma classe MDRs Pai dentro do CDs, e os respectivos vizinhos declarados. Em cada CDs, ocorre a inundação propriamente dita e não em todos a topologia da rede. A inundação ocorre enviando MDR e BMDR (substituto) simultaneamente tornando a conexão mais robusta, pois o BMDR, tem por finalidade neste caso assegurar que a conexão realmente ocorra em caso de falha num MDR, sendo assim, tem-se por vantagem redução de overhead pela redução do números de roteamento pelas rotas que devem inundar periodicamente um novo LSAs, reduzindo portanto, sobretudo o numero de adjacências. A seleção de MDRs pode ocorrer pela designação de alcance de um vizinho de maior valor de Nível de MDR. O nível normalmente considerada é de 2 para MDR e, para um BMDR é 1 e, 0 para um outro MDR. Então um roteamento propriamente selecionado seria MDR a menos que cada vizinho possa ser alcançado de Rmax em no máximo k pulos por vizinhos e que isso tenha um valor maior de Nível de MDR que o de roteamento propriamente, onde k é o parâmetro MDRConstraint, cujo valor default é tomado pelo inteiro três (3). Semelhantemente, um roteador que não seja propriamente selecionado como sendo um MDR, selecionará então um BMDR a menos que cada vizinho possa ser alcançado de Rmax por dois caminhos de nós-disjuntos, usando como pulos intermediários apenas vizinhos e que esses tenham um valor maior de Nível de MDR que o roteamento propriamente. Entretanto, para que isso ocorra, é necessário a intervenção do protocolo Hello, conforme especificado a seguir protocolo hello e o seu respectivo pacote hello. PROTOCOLO / PACOTE HELLO O (Sub) Protocolo Hello, como é bem conhecido, a sua funcionalidade, independente de ser em OSPF-MANET, tem como uma das finalidades verificar o sincronismo entre as redes, ou seja, se os enlaces estão operacionalmente vivos, a fim de que as operações se fluem com normalidade, e fazer também com que seja feita a eleição do roteador designado e os de backup em redes quer broadcast, multicast, etc. Na interface de MANET, o protocolo Hellos defere pela sua capacidade em fazer descoberta de vizinho e habilitando vizinhos para aprender informações de vizinho situados a distancia de dois (2) pulos, fugindo todavia um pouco da tradicional regra de que o vizinho seria aquele que se localize a um pulo de um nó qualquer, sendo assim, percebe que o OSPF-MANET, introduz um novo conceito de vizinhança para nós MANET. O OSPF-MANET possui os chamados protocolos Hello diferenciados que são usados, para assegurar freqüentemente que todos os vizinhos têm actualização

4 de informações de vizinho a dois pulos. Alem de mais, são pacotes Hellos cujas características são dotadas de comportamentos distintos dos protocolos Hellos convencionais, atendendo assim algumas características de forma rígida tais como: - São projectados para fornecer aos vizinhos, informações de vizinho de dois pulos, pois isto, é exigido pelo algoritmo de seleção de MDR; - Envio de mais de um pacote Hello sucessivamente, na ordem de dois a três, contribuindo para a redução de overhead; - Permita que os pacotes Hellos sejam enviados mais freqüentemente, evitando que a conexão da rede fique obsoleta em curtos instantes de tempo e ou que um determinado nó perca a sincronização, devido as reações de mudanças topológicas absolutamente rápidas no tempo; Pacotes Hello, são modificados, usando LLS TLVs, pelo propósito seguinte: - Permitir o envio de Hellos diferenciados e, que estes sejam mudados apenas em vizinhos declarados que esteja a dois pulos. Apesar de que o protocolo Hello, faz reconhecer os vizinhos dos respectivos nós, há uma preocupação em estabelecer condições rígidas em termos de aceitação de vizinhos envolvendo operações do protocolo hello, pois, em redes sem fio, um único Hello, pode ser recebido de um vizinho cuja conexão não seja fisicamente de confiança, ou seja uma conexão fraca, como exemplo, um vizinho situada quase fora do alcance, este vizinho deve evitar-se a aceitação de vizinhos dessas qualidades pobres, por isso num roteamento OSPF-MANET, o roteador exige que condição mais rígida seja satisfeita antes de mudar o estado de enlace de vizinho de MANET, condições tais como: - A condição de aceitação de vizinho pode exigir que dois Hellos sucessivos sejam recebidos de um vizinho antes de mudar o estado do vizinho. - Outra condição possível inclui a recepção de três Hellos sucessivos, ou a recepção de dois dos últimos três Hellos. - Para aceitação de vizinho, uma outra condição seria, impor também limites em outras medidas como força recepção. A transição de estado de vizinho ocorre com o evento HelloReceived, e deste modo modificação depende das condições de aceitação do vizinho. A aceitação de vizinhos, torna a ser uma característica propicia para que ocorra a formação de adjacência entre MDR e seus vizinhos declarados, portanto, segue em baixo algumas condições para que ocorra adjacência. ADJACÊNCIAS Em um OSPF-MANET, as adjacências são estabelecidas apenas entre (BackUp) MDRs e um subconjunto de seus vizinhos, ou seja, existe uma redução acintosa do número de adjacências em redes densas, uma vez que estas não ocorrem-se em toda topologia. Assim, sendo, cada roteador MANET, anuncia um subconjunto de seus vizinhos de MANET dos quais existe um vinculo síncrono em seu Router LSAs ponto-a-ponto. Na formação de adjacência, existe também uma certa flexibilidade na escolha dos vizinhos para anunciar, permitindo da mesma forma reduzir overhead e anunciando menos informações topológicas, o que faz com que o roteador não fique o tempo todo roteando pacotes e congestionando a rede, pois, de contrario

5 como em alguns protocolos comuns, contribuiria para formação de loops, uma vez que a rede sofre com problemas de escalabilidade. A flexibilidade de escolha de vizinhos para anunciar, são opções especificadas para origem de Router-LSAs que fornece total ou parcial informações topológicas. Na formação de adjacências, o protocolo prioriza rotas MDR e BMDR, de acordo com a especificação do algoritmo de seleção de MDR (o próximo item a ser abordado), o que traz como benefícios não só o aumento da vida de MDRs e,também aumenta a vida das adjacências, tornando o sistema em parte mais estável. (B)MDR tornam adjacentes com cada dos seus respectivos Vizinhos Dependentes (B)MDR, formando uma coluna de rede arvore vertical conectada. ALGORITMO DE SELEÇÃO DE MDR FINALIDADES AS SUA FASES O algoritmo de seleção MDR tem como finalidades básicas num protocolo OSPF- MANET, as seguintes características: - Determinar a rota (B)MDR, ou outro MDR em uma dada interface MANET; - Este deve também selecionar os Vizinhos Dependentes e o (Backup) MRD Pai, usados para decidir que vizinhos devem tornar-se adjacente; - Calcular a distancia das rotas dos vizinhos MDR e BMDR e os seus respectivos vizinhos dependentes. O algoritmo de seleção de MDR é invocado pelo evento de interface MDRNeighborChange, depois de disparado este evento para o algoritmo de seleção MDR, o evento AdjOK pode ser invocado todos vizinhos dependentes ou alguns destes. O algoritmo de seleção de MDR é de tipo essencialmente algoritmo de CDs distribuídos que usa informações de vizinho de dois pulos obtidas de Hellos. Com relação às fases do algoritmo de seleção MDR, ele é composto de quatro fases distintas conforme discriminada a seguir: - A fase 1: Fase em que se cria o vizinho connectivity matrix (NCM) que determina que pares de vizinhos são vizinhos de um ao outro. O NCM atribui um valor de 0 ou 1 para cada par de (bidirecional) vizinhos, dependendo do relatório da lista de vizinho (RNL) e o valor de Report2Hop para cada vizinho, o valor 1 atribuído para um determinado par de vizinho indica que os vizinhos são assumidos para que sejam vizinhos de um ao outro no algoritmo de seleção de MDR. NCM é uma matriz de tipo simétrica que define uma topologia gráfica para o conjunto de vizinhos. - Na fase 2, decide se quer calcular a rota em MDR, e que vizinhos deste são Dependentes. O conjunto de Vizinhos Dependentes inicialmente é vazio. Se pelo calculo de roteamento a rota tiver um valor maior de Nível de MDR, que todos os seus vizinhos, a rota seleciona um MDR, e seleciona todos os vizinhos de MDR como Vizinhos Dependentes, e se AdjConnectivity = 2, seleciona também todos os seus vizinhos de BMDR como Vizinhos dependentes - A fase 3, decide que quer calcular a rota em BMDR e se o parâmetro AdjConnectivity = 2, então se calcula quais vizinhos adicionais de MDR/BMDR e seus respectivos Dependentes. Baseado nas informações de NCM é usado os nós intermediários que são vizinhos com maior valor de nível de MRD e

6 que não sejam nós disjuntos até um outro vizinho de Rmax deles mesmos caso disjunto não serão selecionados nem também algum Vizinho Dependente adicional. - Finalmente a fase 4, será feita a seleção de quem será o (B)MDR pai que costuma ser o MDR cujo valor de nível é maior. A segunda fase depende do parâmetro - MDRConstraint, que afecta o número de MDRs selecionado, tendo o parâmetro como valor default dos resultados normalmente, 3 para número mínimo de MDRs, enquanto o valor 2 resulta em um número maior de MDRs. CONSIDERAÇÕES FINAIS O protocolo OSPF-MANET demonstrou-se capacidade em se comunicar directamente com um vizinho situado a dois pulos, o que significa um progresso em termos de roteamento, por outro lado, percebe-se que existe uma estratégia de inundação, pois a inundação ocorre apenas em CDs, que são formados a partir de MDRs, o que poderia ser considerada uma operação de inundação diferenciada por multicast Com relação ao problema de uma baixa convergência quando a topologia muda muito, e tendência a criar loops, principalmente em condições não estáveis, alteração constante de topologia, como é o caso em redes ad-hoc, este protocolo, tende a superar isso devida ao alongamento da vida de MDRs, e Adjacências, uma vez que o algoritmo de seleção (B)MDR prioriza o roteamento para rotas MDR e BMDR e fazendo com que Adjacências, acorram apenas em (B)MDR e seus subconjuntos, reduzindo consideravelmente os Overhead. Este protocolo, é dotado de uma boa estratégia de envio e recepção de protocolo - Hello, que são operados de forma múltiplos e Diferenciados, e não permitindo que estes sejam direccionados aos simplesmente vizinhos mal sincronizados; Numa topologia MANET, os BMDR, são mapeados em números menores que MDR, pois, os BMDR, costumam ser os nós intermediários a conectar aos MDR, que são usados em caso de falhas dos MDR. Em suma, este protocolo não resolve completamente os problemas de existentes em mobilidade em redes sem fio, mas ele lida eficientemente com maioria dos problemas encontrados no roteamento em ambientes moveis, se levarmos em considerações características como: Inexistência de uma entidade central; Possibilidade de rápidas mudanças topológicas e, Todas as comunicações ocorrem através de ondas de rádio. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: OSPF/MANET Working Groups apresentada em IETF. R. Ogier - SRI International e, P. Spagnolo Boeing, Março 2006,disponivel em: <http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ogier-manet-ospf-extension- 07.txt.>Acessada em Julho, 2006

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