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DTN架构
延迟容忍络架构
摘要
本文档介绍了延迟容忍和破坏容错网络的体系结构,是最初设计用于星际互联网架构的一种演进,通信系统设想提供跨星际距离互联网般的服务,支持深空探测。
本文档阐述了一种框架体系,改框架体系能解决各种问题,具有操作和性能特点,在传统的网络(互联网等)的中不能操作或者不能运行的问题。
我们定义了一个面向消息的叠加在的传输层(或其它层)互连的层上。
该文件提出了一个动机架构,架构概览,需要检讨其运作状态管理,以及应用程序设计问题的讨论。
该文件表示IRTFDTN研究小组的共识,并通过该集团得到了广泛的审查。
目录
1引言...............................................3.....
2,为什么一个架构容许延迟网络?
..............4
3DTN体系结构说明...................................5
3.1。
切换虚拟邮件使用存储转发操作.................................................0.5
3.2。
节点和端点........................................7
3.3。
端点标识符(新发传染病),并注册..............8
3.4。
任播和多播.....................................10
3.5。
优先级..........................................10
3.6。
邮政方式传输选项和行政记录..11
3.7。
主捆绑场.....................................15
3.8。
路由与转发....................................16
3.9。
分片和重组..............................18
3.10。
可靠性和贸易交接.........................19
3.11。
DTN支持代理服务器和应用层网关...21
3.12。
时间戳和时间同步......................22
3.13。
拥塞和流量控制在包层..........22
3.14。
安全.................................................23
4,国家管理的思考................................25
4.1。
申请注册国家............................25
4.2。
贸易交接状态....................................26
4.3。
包路由与转发国家.......................26
4.4。
与安全相关的国家....................................27
4.5。
策略与配置状况............................27
5,应用结构化问题.................................28
6,汇聚层的注意事项使用底层协议......................................................28
7摘要........................................................29
8,安全注意事项........................................29
9IANA事项............................................30
10,规范性引用文件..........................................30
11,资料性文献........................................30
12致谢...............................................3
引言
本文档介绍了架构的延迟和中断容错网络的互操作(DTN)。
该架构包含了偶尔连接网络,可能遭受频繁的分区,并且可以包括多于一个的不同组协议或协议的家庭的概念。
其基础架构,在于该行星际互联网,这主要集中在高延迟的环境深空通信的问题。
我们期望在这里描述的各种操作环境中,包括那些受到干扰和断开以及那些具有高延迟要利用的DTN体系结构;深空的情况是其中之一专门的例子,并正在实行的这种结构的一个特例(参见[IPN01]和[SB03]有详细介绍)。
其他网络,这是我们相信该架构适用于包括使用预定的间歇性连接的传感器为基础的网络,地面无线网络,通常无法保持端至端连接,卫星网络,有中度的延迟和定期连接,并具有中等的延迟和水声网络频繁的中断,由于环境因素。
DTN教程【FW03】,旨在介绍DTN和网络,它被设计的类型,可以引进新读者的基本概念和动机。
更多的技术说明可在[KF03]中找到,[JFP04],[JDPF05]和[WJMF05]。
我们定义的端至端的面向消息的覆盖被称为“束层”,其位在于网络传输层上(或其它),应用层之下。
设备运行包层被称为DTN节点。
束层构成,它采用持久存储,以协助打击网络中断的叠加。
它包括可靠的交付责任和可选的终端到终端的确认的逐跳传输。
它也包括一些诊断和管理功能。
对于互操作性,它采用了灵活的命名方案(基于统一资源标识符[RFC3986])能够封装不同的命名,并在相同的总命名语法解决方案。
它也有一个基本的安全模式,可选择启用,旨在保护基础设施免受XX的使用。
束层提供类似于原来的阿帕网/互联网设计[CK74]中描述网关的网络层的功能。
它不同于阿帕网关,但是,因为它是层无关的并聚焦在虚拟消息转发,而不是分组交换。
然而,无论是通常提供特定于一个环境和特定另一那些协议底层协议之间的互操作性,以及两者提供一个存储和转发的转发服务(与采用永久存储其存储和转发功能束层)。
从某种意义上说,在DTN体系结构提供了用于连接异构网关或采用存储-转发消息路由,克服通讯中断代理的常用方法。
它提供了类似的电子邮件服务,但是具有增强的命名,路由和安全功能。
节点无法支持这种架构所需的全部功能,可以充当DTN应用的应用层代理服务器的支持。
。
2,为什么要一个容许延迟网络架构?
我们的动机是追求的容迟网络的体系结构由以下诸多因素。
这些因素总结如下;在他们的理由更多的细节可以在[SB03]进行探索,[KF03]和[DFS02]。
现有的互联网协议不适用于某些环境中很好地工作,因为内置的Internet体系结构的一些基本假设:
-已存在的通信会话的持续时间源和目的地之间的端至端的路径
-(对可靠的通信),基于及时,稳定的反馈从数据接收器的重传是用于修复错误的有效段
-该端至端的损耗是比较小的
-所有路由器和终端站支持TCP/IP协议
-应用程序不必担心通信性能
-该端点为基础的安全机制已经足够满足大部分的安全问题
-即分组交换是互操作性和性能最适当的抽象
-该选择发送方和接收方之间的单一路径是足以实现可接受的通信性能
DTN架构设想为放松大多数这些假设的基础上,许多被总结如下(并进一步在[KF03]所讨论的)的设计原则:
使用可变长度(可能较长)消息(未流或有限大小的数据包),作为通信抽象化,以帮助提高网络时能够使良好的调度/路径选择决策的能力。
-使用支持范围广泛的命名和寻址约定,以提高互操作性的命名语法。
-在网络中使用的存储支持存储和转发操作的多条路径,并在潜在的长的时间尺度(即,支持的环境中操作,其中许多和/或没有端至端的路径可能永远存在);不要求端至端的可靠性。
-提供了防止XX的使用基础设施,尽快丢弃交通的安全机制。
-提供粗粒度的服务类别,传输选项,来表达数据的使用寿命,让网络更好地服务于应用的需求提供数据的方式。
利用该包层的被引导不仅通过其自身的设计原则,也可由几个应用程序设计原则:
-应用程序应尽量减少往返交换的次数。
-应用程序应处理失败后重新启动,而网络交易仍悬而未决。
-应用程序应该通知交付使用寿命和数据的相对重要性的网络。
这些问题中进一步详细第五节讨论。
3DTN体系结构描述
在上一节概括的设计原则的指导DTN体系结构的定义。
本节介绍了由上述设计原则的指导下体系结构主要功能的描述
3.1。
使用存储转发操作发送虚拟信息
一个有DTN功能应用程序发送的信息长度,称为应用数据单元,或ADU的[CT90]的消息,这是不受任何限制的实施。
ADU的相对顺序可能不会被保留。
ADU通常是通过发送和传递到整个单元的应用,虽然系统界面,具有不同的行为不排除。
ADU被束层转化成所谓的“束”的一个或多个协议数据单元,其通过DTN节点转发。
束具有含两个或多个“块”或数据定义的格式。
每个块可以包含任一应用程序的数据或用于输送含束到其目的地(次)的其他信息。
块服务的保持信息中常见的协议数据单元中的其它协议体系结构的首部或有效负载部分的目的。
术语“块”被用来代替“报头”,因为块可能不是在捆的开始由于特殊的处理要求(如数字签名)出现。
在传输过程中束可以被分离(“分散”)划分成多个组成部分束(也称为“片段”或“束片段”)。
片段本身束,并可能进一步分散。
两个或两个以上片段可以在任何地方重新组合的网络中,形成一个新的包。
束源和目的地被确定了(可变长度)端点标识符(新发传染病,在下面描述),其识别包的原始发送者和最终目的地(次),分别。
包还包含一个“报告对”EID使用时请特别行动,以直接诊断输出到任意实体(例如,比源等)。
一个EID可以指一个或一个以上的DTN节点(即,用于多播的目的地或“报告到”目的地)。
而IP网络是基于“存储和转发”的操作,还有一个假设,即“存储”不会持续超过的时间适度量,排队和传输延迟的订单上。
与此相反,DTN体系结构不期望的网络链路是始终可用的或可靠的,而是期望的节点可以选择商店束一段时间。
我们预计,大多数的DTN节点将使用某种形式的持久存储这个-磁盘,闪存等-而储存束将生存系统重新启动。
束包含一个起始时间戳,使用寿命指标,一类服务标志,以及一个长度。
此信息提供束层路由与所请求的数据传输的大小和性能要求的先验知识。
当存在通过知道这个信息提供了可能发生在网络中(如在DTN版本的存储和转发的情况下)一个显著量排队,该优点可以是用于使调度和路径选择判定显著[JFP04。
另一种抽象(基于数据包流为基础的传送,即,)会做出这样的调度困难得多。
虽然包提供了一些相同的好处包,更大的聚集提供了一种用于在网络应用的调度和缓存的管理数据的单位是更有用的应用程序
基于束类型的转发的一个基本要素是,束要有一个排队等候的地方,直到通信的机会(“接触”)是可用的地方。
这突出了以下假设:
1,该存储是可与均匀分布在整个网络中,
2储存足够持久和强大的存储包转发,直到可以发生,
3(隐式),这种“存储-转发”模式是不是试图影响持续连接或其它替代品是更好的选择。
支离破碎。
两个或两个以上片段可以在任何地方被重新组装
对于网络,以有效地支持DTN体系结构,这些假设必须考虑和必须找到持有。
即便如此,列入长期存放的DTN体系结构的一个重要方面提出了新的问题,特别是在拥塞管理和拒绝服务的缓解。
节点存储在本质上代表了必须管理和保护的新的资源。
许多研究DTN的围绕着探讨这些问题。
拥挤在第3.13节所讨论的,和安全机制,包括DTN节点,以保护自己免受XX的处理流量来自其他节点的方法,在[DTNSEC]进行了讨论和[DTNSOV]。
一个DTN节点(或本文中简称为“节点”)是一个在束缚层发送和接收束包的引擎。
应用程序利用DTN节点发送或接收ADU(应用程序也使用DTN节点在束缚层报告到目的点进诊断信息)。
节点也可以是称为“DTN端点”群的成员。
因此,一个DTN端点是一组DTN节点。
一束被认为已成功交付给DTN端点时,节点的端点一些最小子集收到了包,没有错误。
该子集被称为端点的“最小接收组”(MRG)。
MRG端点可以指一个节点(单播),一组节点(选播)之一或全部节点组(多播和广播)的。
单个节点可以是多个端点的MRG。
3.3。
端点标识符(EIDs)和注册
一个端点标识符(EID)是一个名字,使用URI(同见下文)的一般语法,来定义DTN端点。
使用一个端点标示符,一个节点能够确定该节点的DTN端点的最小接收组。
每个节点还需要具有至少一个端点标示符唯一标识它。
应用程序发送由EID决定的ADU,并要为一个特定EID传送ADU做准备。
根据所用EID(见下文)的结构,将会有一些对EID通配符的限定,这常常是对于诊断和路由源是非常有用的。
应用程序请求接收由特定EID发送的ADU的(过程)称为“注册”,一般是由DTN节点持续进行。
这使得应用程序的注册信息中已经运行的应用程序和操作系统重新启动。
一个应用程序试图建立一个登记是不能保证成功。
例如,一个应用程序可以要求将本身注册通过特定端点的ID来接收的ADU,但这对DTN节点是不可解释的或不可用的提供服务的请求。
这样的请求很可能会失败。
3.3.1URI方案
每个端点的ID在语法上表示为一个统一资源标识符(URI)[RFC3986]。
这种URI语法已成为表述名称或地址范围的一种广泛使用方式,这也对DTN端点的命名非常有用。
URI中的术语,每一个URI以方案名称为开始。
该方案名称是其IANA[ISCHEMES]制定的全球管理的方案名称的一个组成部分。
下列词汇中的URI方案名称是一系列由该计划所定义的语法约束的字符。
URI中的这个部分被称为特定于方案的部分(SSP),并可以相当普遍。
(见,作为一个例子,对SNMP[RFC4088]的URI方案)。
请注意,计划的具体语法和语义可能限制比RFC3986第RFC39863.1提供了指导方案名称的语法的基本规则制约多。
URI方案是在DTN体系结构的一个关键概念,并从早期的概念叫地区,这是更紧密地联系在一起的网络拓扑结构的假设演变。
使用URI,显著灵活性得到端点标示符的结构。
他们也可像,例如,可以基于DNS名称构成,或类似数据库的查询形式“意向书”作为定向扩散路由网络[IGE00]或故意命名[WSBL99]。
作为名称,不要求端点标示符是与路由或拓扑组织相关。
这样的关系也是不禁止的,然而,在某些环境中使用端点标示符的这种方式可能更有优势。
一个简单EID可以指包含多于一个DTN节点的端点,正如上文所述。
它是方案设计者的责任来定义如何解释EID的SSP,以便确定它是否是指一种单播,多播或任播组节点。
见3.4节的更多细节。
URI是基于在RFC3986中指定的规则构成,使用US-ASCII字符集。
但是,请注意此摘录自RFC3986,第1.2.1节,在处理不能由US-ASCII表示的字符:
“百分比编码的八位字节(2.1)可以是一个URI中用来表示该范围以外的字符如果这表示允许由该计划或由其中的URI引用的协议元素US-ASCII编码字符集,这样的定义,应指定用于那些字符,以八比特组映射之前,作为字符编码百分比编码的URI“
3.3.2。
后期绑定
绑定就是对携带相关信息的有目的地的EID的SSP部分进行全市。
例如,绑定可能需要一个EID去吓一跳EID或传输的低以层地址。
“后期绑定”是指一个绑定束的目的地是一组特定的目标标识符或地址并不在束源。
因为目的EID在每一跳中都可能重新解读,而绑定可能会出现在源(点),可能在运输过程中,也可能在目的点。
这与互联网通信中名称到地址的绑定过程,即一个DNS在发送之前就会在原点对目的点iP进行查找修正,相反。
这样的情况下会被认为是“早期绑定”因为名称到地址的转换是发生在数据发送网络中传输之前。
在频繁断开连接的网络,后期绑定可能是有利的,因为一个消息的传输时间可能超过一个绑定的有效时间,使得在源头无法绑定或无效。
此外,使用基于名称的路由在后期绑定可以减少穿过网络的管理(映射)的信息,并且还可能会限制映射同步要求的范围,而该范围内有变化的本地拓扑。
3.4。
任意播和多播
如上面提到的,一个EID可以含有一个或多个DTN节点的端点。
当它一组的大小超过1时,则传播在理论上可以是任意播或多播(广播被认为是多播)。
对于任意播组传播,一个束被传递到多个节点中的一个节点,而多播组传播,就是传递多个节点中的所有节点,而这些节点必须遵照正常的DTN流的服务和最大的使用寿命。
多播组在一个DTN网络中传播可能会出现对组成员不熟悉的问题。
在相对低延迟网络,如因特网,节点可以被认为是在基团的一部分,如果它们已经表示就近加入的兴趣。
然而在DTN网络中,,节点可能希望比它们能接受到传送给群组信息时间早一个时间间隔去接受信息。
更确切点,一个应用程序想要请求在时间t的接受来自端点EIDe的数据,而在此之前,在区间[T0,T1],T>t1时,发送到e的数据就已经产生了。
对于应用程序接收此类数据,数据必须在发送者已经停止发送后在很长一段时间仍可接收的。
因此,数据要能在网络内存储以支持上述情况。
如何设计和实施这将是一个和可靠多播一样难题
3.5。
优先级
在DTN体系结构中提供了传播ADU的优先级(低,中,高)。
这些优先级划分是根据应用程序对ADU传输的紧迫性,并与应用程序存在束层中的束块一起(运行)。
(美国或同等国家)的邮政服务局对DTN体系结构的优先级提供了一个有力的比喻。
流量一般是不会的互动,通常是单向的。
一般不能提供实时传输的保障在,只能提供一些安全性和可靠性的服务。
我们已经定义了三个相对优先级类,而这些优先级通常只能适用于在束中发送队列中的一些与调度优先级有关上
-慵散–慵散束是以“最小努力”的基础。
这种没有束的包会与同源中去往统一目的地的其他包将一起发送出去
-普通-普通级束在任何慵散级束之前发送出去或者与慵散级束一起发送
-快速-快速束,在一般情况下,比其他的优先发送,也可以一起发送。
应用程序指定它们发送的ADU所需的优先级和生命周期(见下文),这些信息,加上在DTN节点上如何将邮件转发以及使用何种路由算法的规则,共同影响整体可能性和ADU传输的实时性。
束的优先级只跟和它同源的其他有关。
这意味着同源的高优先级的包可能无法传递更快(或只能携带一些更高级别的服务)相较于不同源的一个中等优先级包。
它意味着在同源的情况下将会从高优先级到低优先级发送包(束)
根据一个特定的DTN节点的转发/调度法则,优先级在不同源中执行不同。
也就是说,在一些DTN节点,加急包总是相较于其他慵散包优先传输。
变化总是无所不有的。
3.6。
邮政方式传输选项和行政记录
与邮政类似,在DTN体系结构中,一个应用程序在传输一个ADU时可以选着多种的方式。
此外,该体系结构定义了两种类型的行政记录:
“状态报告“和”信号“,这些记录是与其他包的传送信息,在传输选项中一起联合使用。
3.6.1。
传输选项
我们已经确定了8个传输选项。
应用程序发送一个ADU(“主ADU”)可能使用下列选项的任意组合,这些选项实在处于绑束层的应用程序请求发送ADU时束中的“发送包”。
-托管传输请求-发送包通过加强了可靠性的托管传输通道来传输。
发送包将通过使用束层的可靠发送传输协议(如果有的话)传输,束层的可靠性是靠网络中的目的地中一个或更多的“托官员”转移(来实现的)。
此功能更详细的3.10节中描述。
-源节点保管接收请求-需要源DTN节点需要提供发送包的托管发送(请求)。
如果在源节点的保托管传输请求不可用时,请求就会失效。
这也使应用程序在源节点必要有提供了一个强制托管的方式(地方)(例如,通过将它们长久久性存储)。
-包传输报告-当主ADU传送给它的目的受方时要产生一个(简单)包传输状态报告,这个请求我们可以成为”回执”。
-应用程序确认报告–在受方应用程序接收主ADU时产生一个确认状态的报告。
这个只有在应用程序节后才发生,并且这和包发送状态报告是不同的。
它适用于应用程序作为应用层的网关,并能表示一个外部DTN到请求源运行状态。
参见第11节的更多细节
-包接收报告–当每个要发送的包到达一个DTN节点时生成一个包接收状态报告。
这主要是为了检测(诊断)设置。
-包托管接收报告-当使用托管传输的包被接收时产生一个托管接受状态报告。
这主要是设计用于诊断目的。
-包转发报告–当转发后DTN节点中的包离开时产生的一个包转发状态报告。
这主要是用来诊断的。
-包删除报告–在一个DTN节点要发送的包被删除时要产生一个包删除状态报告,这主要是为了诊断的目的而设计的。
前四个传送选项是专为普通应用程序(设计的)。
最后四个主要用于诊断用途,它们的使用可能会受到限制或限定在环境受堵塞或攻击(时候)。
当[DTNSEC]中定义的安全程序可用时,会增加三个额外的传输选项:
-保密性要求–这要求来自其他各方的主ADU要比源和目的EID的进行的秘密。
-认证请求-要求在所有非可变域所发送的包块(即,当包转发之后不会改变)作出核实(即,保密性强度)。
这可以保护多个领域,其中包括源和目的地EID和包的数据。
见第3.7及了解更多详情[BSPEC]。
-错误检测请求-要求每个非可变领域中的发送包在每个目的地中进行高频率的检测。
3.6.2。
管理记录:
包状态报告和托管信号
管理记录被用来报告有关该包层的状态信息或错误条件。
有两种类型的管理记录:
绑定状态报告(BSR中)和托管的信号。
管理记录对应(大体上)iP【RFC792]】中ICMP协议中的信息。
在ICMP中,信息是返回给源点的。
在DTN,他们改变了,不在传给BSP中的EID和当前托管信号的托管EID(与源EID不同)。
管理记录将与EID组的源EID的管理记录一起发送出去。
在某些情况下,单一的包或包片段的携带可能有发多个管理记录(如,在包多播的情况下转发)。
下面的BSR当前定义(参见[BSPEC]有详细介绍):
-包接收-当一个包到达一个DTN节点发送()。
此消息的生成可以通过本地法则来限定。
-托管同意-当一个节点接收了一个包的托管传输请求选项群的托管请求时(产生)。
此信息可以由本地规则来限定。
-包转发-当包产生了在DTN节点已经转发的包转发选项群的报告时(产生)。
报表时捆绑在被捆绑后转发选项出发从DTN节点转发。
此消息的产生受本地规则限制。
。
-包删除–由一个DTN节点在一个包的删除选项被丢弃产生报告后生成。
这发生可能由于多种原因,如到期。
这一代消息可以由本地规则来限制,但是也需要在包当前托管执行删除操作。
-包传送-从最终接收(目的地)节点(产生)当一个完整的ADU在束发包提供的选项被应用程序使用生成报告。
。
-应用程序接收-从最终接收(目的地)节点(产生)当一个完整的ADU发送包被应用程序的执行了应用程序确认(接收)选项。
这通常涉及到接收应用程序的特定操作。
除了状态报告,托管信号目前的定义是指示图案管传输的状态。
它们与即将到达包一起被送到以托管EID:
-托管信号–(该信号)表示(当前)托管已成功传输。
这个信号作为一个布尔值指标出现的,可以因此表示一个托管实验室成功还是失败
管理记录必须指向一个接收包。
这要基于一个统一标示的包的传输时间戳和序列号(3.12节)讨论的方法完成。
3.7。
主捆绑场(主包域)
包必须遵循DTN节点之间的标准的[BSPEC]制定的包协议。
在这里,我们提供了大部分包的领域的概
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