지연 방지 네트워킹

Delay-tolerant networking

지연 방지 네트워킹(DTN)은 지속적인 네트워크 연결이 부족할 수 있는 이기종 네트워크의 기술적 문제를 해결하고자 하는 컴퓨터 네트워크 아키텍처에 대한 접근방식이다. 그러한 네트워크의 예는 모바일 또는 극한 지상 환경 또는 우주에서 계획된 네트워크에서 작동하는 네트워크들이다.

최근 미국에서는 많은 DTN 프로젝트에 자금을 지원한 DARPA의 지원으로 인해 중단 방지 네트워킹이라는 용어가 유행하고 있다. 무선 무선 범위, 모바일 노드의 첨병성, 에너지 자원, 공격 및 노이즈의 한계로 인해 중단이 발생할 수 있다.

역사

추가 정보: 지연 방지 네트워킹의 역사

1970년대에 컴퓨터의 크기가 줄면서, 연구원들은 컴퓨터의 고정되지 않은 위치들 사이의 라우팅 기술을 개발하기 시작했다. 특별 라우팅 분야는 1980년대에 걸쳐 비활성화된 반면, 무선 프로토콜의 광범위한 사용은 1990년대에 모바일 특별 네트워킹(MANET)과 차량 특별 네트워킹이 관심의 대상이 되면서 이 분야에 활력을 불어넣었다.

MANET 활동과 동시에(그러나 별도) DARPA는 NASA, MITRE 및 기타 국가 간 인터넷(IPN)을 위한 제안서를 개발하기 위해 자금을 지원했다. 인터넷의 선구자 빈트 서프 등은 심우주 통신의 현저한 지연과 패킷 손상에 대처할 수 있는 네트워킹 기술의 필요성과 관련하여 초기 IPN 아키텍처를 개발했다. 2002년, 케빈 폴은 IPN 설계의 일부 아이디어들을 지상 네트워크에 적응시키기 시작했고 지연-강관 네트워킹과 DTN 약어라는 용어를 만들었다. 2003년 SIGCOMM 회의에서 발표된 논문은 DTN에 대한 동기를 부여한다.[1] 2000년대 중반에는 지연과 방해 네트워킹에 관한 학술회의가 늘어나고, 센서 네트워크와 마넷의 작업을 DTN에 관한 작업에 대한 관심이 증가하는 등 DTN에 대한 관심이 높아졌다. 이 분야는 고전적인 임시 및 지연 방지 네트워킹 알고리즘에 대한 많은 최적화를 보았고 보안, 신뢰성, 검증 가능성 및 전통적인 컴퓨터 네트워킹에서 잘 이해되는 기타 연구 영역과 같은 요소들을 검토하기 시작했다.

라우팅

추가 정보: 지연 방지 네트워킹의 라우팅

데이터를 소스에서 목적지로 전송하거나 라우팅하는 능력은 모든 통신 네트워크가 갖춰야 하는 기본적인 능력이다. 지연 및 중단 방지 네트워크(DTN)는 연결성이 떨어져 즉각적인 종단 간 경로 부족이 발생하는 것이 특징이다. 이러한 도전적인 환경에서는 AODV와[2] DSR과[3] 같은 인기 있는 임시 라우팅 프로토콜이 경로를 설정하지 못한다. 이는 이들 프로토콜이 먼저 완전한 경로를 설정한 후, 경로를 설정한 후, 실제 데이터를 전달하려고 하기 때문이다. 그러나 즉각적인 엔드투엔드 경로를 설정하기가 어렵거나 불가능할 때, 라우팅 프로토콜은 결국 목적지에 도달할 것이라는 희망으로 네트워크 전체에 데이터가 점진적으로 이동되고 저장되는 "저장소 및 전진" 접근방식으로 가져가야 한다.[4][5][6] 메시지가 성공적으로 전송될 확률을 극대화하기 위해 사용되는 일반적인 기술은 목적지에 도달하는 데 성공하기를 바라는 마음에서 메시지의 많은 사본을 복제하는 것이다.[7] 이는 예상 트래픽에 비례하여 대량의 로컬 스토리지와 내부 대역폭을 가진 네트워크에서만 실현 가능하다. 많은 공통적인 문제 공간에서 이러한 비효율성은 가용한 예정되지 않은 출고 기회를 최대한 활용함으로써 가능해진 효율성 증가와 배송 시간 단축으로 인해 더 크게 작용한다. 이용 가능한 스토리지와 내부 처리량 기회가 더 엄격히 제한되는 다른 곳에서는 좀 더 차별적인 알고리즘이 필요하다.

기타 우려 사항

번들 프로토콜

DTN에서 알고리즘과 애플리케이션 개발을 위한 공유 프레임워크를 제공하기 위한 노력의 일환으로, 2007년에 RFC 4838과 RFC 5050을 발행하여, 네트워크 중단에서 실행되는 소프트웨어에 대한 공통 추상화를 정의하였다. 일반적으로 번들 프로토콜로 알려진 이 프로토콜은 일련의 연속적인 데이터 블록을 번들로 정의한다. 여기서 각 번들은 개별 블록이 진행하지 못할 경우 응용 프로그램이 진행할 수 있을 만큼 충분한 의미 정보를 포함하고 있다. 번들은 다양한 네트워크 전송 기술(IP 기반 전송과 비 IP 기반 전송 모두 포함)을 통해 참여 노드들 사이에 저장되고 전달 방식으로 라우팅된다. 로컬 네트워크를 통해 번들을 운반하는 전송 계층을 번들 융합 계층이라고 한다. 따라서 번들 아키텍처는 오버레이 네트워크로 작동하며, EID(Endpoint Identifier)와 거친 등급의 서비스 오퍼링에 기반한 새로운 명명 아키텍처를 제공한다.

번들을 사용하는 프로토콜은 네트워크를 통해 번들을 전송하기 위한 애플리케이션 수준 선호도를 활용해야 한다. 지연 방지 프로토콜의 저장 및 전달 특성 때문에, 지연 방지 네트워크를 위한 라우팅 솔루션은 애플리케이션 계층 정보에 노출되어 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 네트워크 스케줄링은 애플리케이션 데이터가 패킷 지연의 변동 없이 전체, 신속하게 수신되어야 하는 경우에 영향을 받을 수 있다. 번들 프로토콜은 애플리케이션 데이터를 높은 수준의 서비스 보증을 통해 이기종 네트워크 구성을 통해 전송할 수 있는 번들로 수집한다. 서비스 보증은 일반적으로 애플리케이션 레벨에 의해 설정되며, RFC 5050 번들 프로토콜 사양에는 "bulk", "normal" 및 "expeded" 표시가 포함된다.

2014년 10월 IETF(Internet Engineering Task Force)는 RFC5050에 명시된 프로토콜을 검토하고 개정하기 위해 Delay Attendant Networking 실무그룹을 인스턴스화했다.[8] CCSDS용[9] 번들 프로토콜은 RFC5050의 프로파일로서 우주 임무에서 데이터 통신을 위한 번들 프로토콜의 효용성을 구체적으로 다루고 있다.

보안 문제

보안 문제 해결은 번들 프로토콜의 주요 초점이었다. 가능한 공격은 "블랙홀" 또는 "플루더"로 작동하는 노드의 형태를 취한다.[10][11]

지연 방지 네트워크에 대한 보안 우려는 인증과 개인 정보 보호가 중요한 경우가 많지만 환경 및 애플리케이션에 따라 다르다. 이러한 보안 보증은 네트워크가 복잡한 암호 프로토콜을 방해하고, 키 교환을 방해하며, 각 기기가 간헐적으로 보이는 다른 기기를 식별해야 하기 때문에 지속적인 연결이 없으면 네트워크에서 확립하기 어렵다.[12][13] 솔루션은 일반적으로 모바일 애드혹 네트워크와 분산된 보안 연구(예: 분산된 인증 기관[14] 및 PKI 체계 사용)에서 수정되었다. 지연-강요성 연구 커뮤니티의 원래 해결책으로는 1) 노드가 공용 식별자로 암호화된 정보를 수신할 수 있는 ID 기반 암호화의 사용,[15] 2) 가십 프로토콜과 함께 변조-이벤트 표의 사용 등이 있다.[16]

구현

번들 프로토콜에는 다음과 같은 여러 가지 구현이 있다.

BPv6(RFC5050, CCSDS용 번들 프로토콜)

BPv6의 주요 구현은 다음과 같다. 많은 다른 구현들이 존재한다.

  • NASA 행성간 오버레이 네트워크 (ION) -- C로 작성됨; 다양한 플랫폼에서 실행되도록 설계됨; 우주 비행 소프트웨어에 대한 제한사항(예: 동적 메모리 할당 없음)을 준수한다.
  • IBR-DTN -- C++ 기반; OpenWRT가 있는 라우터에서 실행되며, Android에서 사용하기 위한 JAVA 애플리케이션(라우터 및 사용자 앱)도 포함되어 있다.
  • DTN2 - C++ 기반, 번들 프로토콜의 참조/학습/교육 구현을 위해 설계됨.

BPv7(인터넷 연구 태스크포스 RFC)

BPv7 초안에는 6개의 알려진 구현이 열거되어 있다.[17]

  • µPCN - C; FreeRTOS뿐만 아니라 POSIX API를 기반으로 구축되었으며 저비용 마이크로 위성에서 실행되도록 설계되었다.
  • PyDTN -- Python; X-works에 의해 그리고 IETF 101 해커톤 동안 개발되었다.
  • Terra - Java; 지상 DTN의 맥락에서 개발되었다.
  • dtn7-go -- Go; 쉬운 확장성에 초점을 맞추고 연구에 적합한 구현.
  • dtn7-rs - 리소스 및 성능 요구사항이 제한된 환경을 위한 녹.
  • NASA 행성간 오버레이 네트워크 (ION) - C; 우주선 비행 컴퓨터를 포함한 내장 환경에서 사용할 수 있도록 설계되었다.

연구 노력

다양한 연구 노력이 현재 DTN과 관련된 문제들을 조사하고 있다.

일부 연구 활동은 우주에서 번들 프로토콜의 사용을 검토함으로써 행성간 인터넷의 DTN을 검토한다.

  • 2008년 영국-DMC 재난 모니터링 Constellation 위성을 통해 우주에서 번들 프로토콜을 최초로 시험한 서리대학교 사라토가 프로젝트.[18][19][20]
  • NASA JPL의 Deep Impact Networking (DINET) 실험은 Deep Impact/EPoXI 우주선에 탑승했다.[21][22]
  • DTN 기술을 채택한 최초의 페이로드 개발자 중 하나인 바이오서브 스페이스 테크놀로지스는 자사의 CGBA(Commercial Generic Bioprocessing Instruments)[23][24][25] 페이로드들을 ISS에 탑재한 컴퓨터/커뮤니케이션 플랫폼을 탑재해 DTN 프로토콜을 구현했다.
  • NASA, ESA, 국제우주정거장에서 로봇을 시험하기 위해 실험용 행성간 인터넷을 사용한다.

참고 항목

참조

  1. ^ 2003년 8월, K. Fall, SIGCOMM, 2003년 8월 장애인을 위한 지연-강관 네트워크 아키텍처.
  2. ^ Perkins, C.; Royer, E. (1999), "Ad hoc on-demand distance vector routing", The Second IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications
  3. ^ Johnson, D.; Maltz, D. (1996), "Dynamic source routing in ad hoc wireless networks", Mobile Computing, Kluwer Academic, pp. 153–181
  4. ^ 존 버지스, 브라이언 갤러거, 데이비드 젠슨, 브라이언 닐 레빈. MaxProp: 차량 기반 중단 방지 네트워크 라우팅. Proc. IEEE INFOCOM, 2006년 4월.
  5. ^ Philo Juang, Hidekazu Oki, Yong Wang, Margaret Martonosi, Li Shiuan Peh, and Daniel Rubenstein (2002). Energy-efficient computing for wildlife tracking: design tradeoffs and early experiences with zebranet. SIGOPS Oper. Syst. Rev. 36. pp. 96–107. doi:10.1145/605397.605408. ISBN 978-1581135749.CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  6. ^ Augustin Chaintreau, Pan Hui, Jon Crowcroft, Christophe Diot, Richard Gass, and James Scott (2007). "Impact of human mobility on opportunistic forwarding algorithms". IEEE Transactions on Mobile Computing. 6 (6): 606–620. doi:10.1109/TMC.2007.1060.CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  7. ^ Vahdat, Amin; Becker, David (2000), "Epidemic routing for partially connected ad hoc networks", Technical Report CS-2000-06, Duke University
  8. ^ "RFC 5050 - Bundle Protocol Specification". datatracker.ietf.org. Retrieved 2019-09-09.
  9. ^ CCSDS Bundle Protocol Specification (PDF). Washington, D.C.: CCSDS. 2015.
  10. ^ Bucur, Doina; Iacca, Giovanni; Squillero, Giovanni; Tonda, Alberto (2015). Mora, Antonio M.; Squillero, Giovanni (eds.). "Black Holes and Revelations: Using Evolutionary Algorithms to Uncover Vulnerabilities in Disruption-Tolerant Networks". Applications of Evolutionary Computation. Lecture Notes in Computer Science. Springer International Publishing. 9028: 29–41. doi:10.1007/978-3-319-16549-3_3. hdl:11572/196441. ISBN 9783319165493.
  11. ^ Bucur, Doina; Iacca, Giovanni (2017-09-01). "Improved search methods for assessing Delay-Tolerant Networks vulnerability to colluding strong heterogeneous attacks". Expert Systems with Applications. 80: 311–322. doi:10.1016/j.eswa.2017.03.035. hdl:11572/196740. ISSN 0957-4174.
  12. ^ "지연 방지 네트워크의 익명성과 보안" A. Kate, G. Zaberucha, U. Hengartner. 제3차 국제 통신망 보안 및 프라이버시 컨퍼런스(SecureComm 2007)
  13. ^ "공간 및 지연 방지 네트워크의 보안 고려 사항" S. Farrell 및 V. 케힐 제2회 IEEE 국제 정보기술 우주선교 과제 회의의 진행과정
  14. ^ 지시: 확률과 함께 DIstrribed CerTification Authority애드혹 네트워크용 Tic Freshness
  15. ^ "연결되지 않은 노드에 대한 실질적인 보안" Seth, A. Keshav, S. 1차 보안 네트워크 프로토콜(NPSec) IEEE ICNP 워크샵 2005.
  16. ^ 모비레이트: 모바일 래터들이 약속을 지키도록 만드는 것. ACM Ubicomp 2008
  17. ^ Fall, Kevin; Birrane, Edward; Burleigh, Scott. "Bundle Protocol Version 7". tools.ietf.org. Retrieved 2020-10-29.
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  19. ^ 영국-DMC 위성은 우선 웨이백 머신에서 '번들' 프로토콜 아카이빙 2012-04-26을 사용하여 우주에서 센서 데이터를 전송한다. 보도 자료, Surrey Satellite Technology Ltd. 2008년 9월 11일.
  20. ^ CLIO Orbital Internet은 2008년 11월 14일, Surrey Satellite Technology Ltd 우주 블로그의 웨이백 머신에서 2008-12-07년 아카이브된 타임 매거진 상을 수상한다.
  21. ^ A Better Network for Outer Space, Britany Sauser, MIT Technology Review, 2008년 10월 27일.
  22. ^ NASA, 첫 번째 심우주 인터넷 시험 성공, NASA 보도자료 08-298, 2008년 11월 18일.
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  24. ^ 지포드, 케빈 K; 젠킨스, 앤드류; 홀브룩, 마크; 쿠즈민스키, 세바스찬; 니콜스, 켈빈; 피츠, 리. (2010) "국제우주정거장에 대한 DTN 구현 및 활용 옵션" 2011-09-02년 웨이백머신 미국항공우주연구소에 보관됨.]
  25. ^ 콜로라도 주 콜로라도 바이오서브 우주 기술 대학의 자동화 그룹.
  26. ^ [1]