شبیه سازی هدایت بسته ها در شبکه NDN با نرم افزار NS3 به همراه گزارش کار

شبیه سازی هدایت بسته ها در شبکه NDN

در این بخش پروژه شبیه سازی هدایت بسته ها در شبکه NDN با نرم افزار NS3 را همراه با گزارش کار و فیلم نحوه اجرا آماده کردیم که بر اساس مقاله A case for stateful forwarding plane انجام شده است که این مقاله در مجله Computer Communications چاپ شده و یک مقاله معتبر و ISI می باشد. در ادامه به توضیحاتی از این پروژه و معرفی شبکه های NDN پرداخته و فیلم و تصاویری از خروجی پروژه قرار داده شده که مقاله مرجع نیز به صورت رایگان قابل دانلود می باشد.

معرفی پروژه

در این مقاله یک استراتژی هدایت بسته مبتنی بر NACK ، جدول FIT و PIT در شبکه NDN مورد شبیه سازی و ارزیابی قرار گرفته است. به منظور بررسی شبیه سازی راهکار پیشنهادی ارائه شده در مقاله، با پارامترهای مختلفی از جمله میزان دسترسی پذیری، بهروه روی لینک و احتمال خرابی لینک با شبکه NDN مقایسه شده است. شبیه سازی با نرم افزار شبکه NS3 و تحت سیستم عامل لینوکس انجام شده که در آن برای اجرای شبکه NDN از توسعه NDNSIM که بر روی NS3 نصب می شود، استفاده شده است. جهت بررسی خروجی های شبیه سازی و انجام راهکار پیشنهادی مقاله از سه نوع سناریو استفاده کردیم که شامل تحت ازداحام، تحت خرابی لینک و تحت گره مهاجم می باشند. در ادامه به توضیح مختصر هر کدام از این سناریو ها می پردازیم.

سناریو های طراحی شده

1. سناریو تحت ازداحام: در این سناریو شبکه ای با تعدادی گره که در بعضی از لینک های شبکه ازدحام ایجاد خواهد شد و تعدادی بسته یا دراپ وارد صف خواهند شد.
2. سناریو تحت خرابی لینک: در این سناریو بعد از اجرای شبیه سازی و پس از مدتی، لینک های شبکه خراب و ارسال بسته موقتا قطع خواهد شد و پس از مدتی دوباره ارسال از سر گرفته می شود.
3. سنارو تحت گره مهاجم: در این سناریو وظیفه گره مهاجم حدف پیشوند نام بسته ها می باشد. با انجام این حمله بسته همانند حمله سیاه چاله (Black hole) حذف خواهد شد.

معرفی شبکه های NDN

شبکه های مبتنی بر داده های نامگذاری شده (Named Data Networking – NDN) یکی از معماری های پیشنهادی شبکه های مبتنی بر اطلاعات (Information Centric Networking) برای نسل آینده شبکه اینترنت امروزی ارائه شده است. هدف اصلی طراحی این شبکه ها افزایش کارایی، مقیاس پذیری و امنیت در مقایسه با اینترنت امروزی می باشد. اجزای اصلی طراحی این شبکه NDN شامل اشیاء داده نامگذاری شده (Named Data Object)، کَش، نامگذاری یکتا و تکرار داده ها هستند.

محتوای دریافتی در شبکه NDN

در شبکه NDN برخلاف شبکه امروزی به جای محل قرار گیری داده ها، تمرکز بر روی محتوای دریافتی است. در واقع در این شبکه ها تمرکز بر تمایلات دریافت کننده می باشد نه فرستنده. بسته های داده در این شبکه دو نوع می باشد که شامل بسته درخواست و بسته داده هستند. هر بسته درخواست شامل یک نام داده و انتخابگرهایی برای ویژگی داده دریافتی است. به منظور دریافت داده ابتدا مشتری نام بسته درخواستی خود را تعیین می کند و سپس آن را در قالب بسته درخواست از شبکه تقاضا می کند. در این شبکه ها هر داده یا محتوایی نامی منحصر بفردی دارد که به وسیله آن نام می توان آن را درخواست و دریافت نمود.

داده های نامگذاری شده در شبکه NDN

این شبکه ها به عنوان یک نمونه ارتباطی جدید و محبوب هستند که جهت دریافت و توزیع داده ها از داده های نامگذاری شده بجای ارتباطات انتها به انتها و مبتنی بر میزبان بهره می برند. این کار به جای لایه IP ، با استاندارد IEEE 802.11p صورت می گیرد که مخصوص فناوری های بین خودرویی (شبکه های VANET) می باشد. شبکه های NDN مدل ارتباطی ساده و کارا را بر اساس نام های محتوی به جای آدرس های IP ارائه می کنند. گره ها جهت دریافت محتوا های امن و نامگذاری شده، بسته های درخواست را به صورت همه پخشی ارسال می کنند. هر نود احراز هویت شده در شبکه می تواند محتوا ها را دریافت نموده و به داده درخواست شده پاسخ دهد.

هر نود در شبکه های مبتنی بر داده های نامگذاری شده عمل کَش کردن را به صورت شفاف انجام می دهد که این مکانیزم در ارتباطات ناپیوسته جادها (در شبکه های بین خودرویی) بسیار مفید خواهد بود و در گره های مختلف شبکه این تکرارِ کپی های داده ها موجب افزایش سرعت در بدست آوردن داده ها می شود.

تصاویری از خروجی شبیه سازی هدایت بسته ها در شبکه NDN

شکل 2: دستورات برای اجرای شبیه سازی

شکل 3

در شکل فوق میزان نیاز به ارسال مجدد در دو حالت راهکار پیشنهادی و شبکه NDN معمولی را مشاهده می کنید. در زمانی که شبکه توسط مهاجم Hijacker مورد حمله قرار گیرد و بسته از بین برود نیاز به ارسال مجدد آن بسته می باشد.

شکل 4

شکل فوق قابل دسترس بودن شبکه در حالت های مختلف را نشان می دهد. همانطور که در شکل مشخص می باشد با افزایش احتمال خرابی لینک شبکه مبتنی بر IP نسبت به راهکار پیشنهادی ضعیف تر عمل می کند و احتمال از بین رفتن اتصال بین گره ها افزایش می یابد.

شکل 5

شکل فوق بهره وری کانال را پس از ازدحام نشان می دهد. در این شکل TCP و NDN مورد مقایسه قرار گرفته اند. با توجه به مقادیر بدست آمده میزان بهره وری لینک پس از ازدحام در NDN بیش از TCP می باشد.

شکل 6

شکل فوق میزان بازیابی داده را با احتمال خرابی 10 درصد لینک نشان می دهد. شبکه NDN و PathSplicing مورد مقایسه قرار گرفته اند. نتایج حاصل، نشان از بهبود راهکار پیشنهادی مقاله نسبت شبکه NDN معمولی می باشد.

شکل 7

شکل فوق میزان بازیابی داده را با احتمال خرابی 1 درصد لینک نشان می دهد. در این نمودار شبکه NDN و PathSplicing مقایسه شده اند که نتایج حاصله نشان از بهبود روش پیشنهادی در مقایسه با شبکه NDN معمولی می باشد.

شکل 8

شکل فوق بسط و کشش مسیر را با 10 درصد احتمال خرابی لینک نشان می دهد که در آن شبکه NDN و وPathSplicing مقایسه شدند. همانطور که مشخص می باشد راهکار پیشنهادی کشش مسیر کمتری دارد.

شکل 9

شکل فوق بسط و کشش مسیر را با 1 درصد احتمال خرابی لینک نشان می دهد که شبکه NDN و PathSplicing در آن مورد مقایسه قرار گرفته شده اند. همانطور مشاهده می شود روش ارائه شده دارای کشش مسیر کمتری می باشد.