protocolos de encaminhamento

Introdução.

Havendo ligação L2, é necessário criar uma rota L3 entre a origem e o destino. Define-se salto como um vizinho directo de um nó, do ponto de vista da camada de rede. Uma ligação é o canal que liga o nó a um vizinho directo, do ponto de vista da camada de dados. Neste contexto é o mesmo mas outros haverá em que isso não acontece: um vizinho para a camada de rede pode estar a muitas “ligações” de distância, bastando para tal que a camada de dados emule a ligação extremo-a-extremo.

Existem muitos protocolos de encaminhamento, alguns para cenários muito específicos (e.g., redes de sensores), outros usando técnicas emprestadas de outros domínios (e.g., localização por GPS), outros para redes muito grandes, outros para redes muito pequenas,

etc. Virtualmente há um protocolo de encaminhamento para cada caso. Uma lista encontra-se em [20]. Neste trabalho analisa-se brevemente os seguintes protocolos:

AODV, muito popular;
DSR, igualmente popular;

OLSR, como exemplo de um protocolo proactivo;

Propriedades de um protocolo de encaminhamento.

Um protocolo de encaminhamento tem de possuir à partida certos requisitos básicos [1]:
auto-iniciado ("self-starting"). O protocolo de encaminhamento tem de ser

autónomo e iniciar descobertas de rotas logo que for necessário.

capacidade de manutenção. Quando uma rota deixar de ser válida (uma ligação partida, p.ex.), a tabela de encaminhamento tem de ser actualizada num tempo adequado.

livre de ciclos. Tem de conseguir que as rotas não tenham ciclos ou, se tiverem, forma de minimizar as suas consequências (como o TTL).

esforço pedido à rede (“overhead”). O tráfego das operações de encaminhamento deve ser em quantidade desprezável quando comparado com o tráfego útil. Notar que o tráfego útil deve ser dimensionado no ponto da rede perto da capacidade máxima. Assim consegue-se um parâmetro que só depende da rede em si, e não da utilização que se der dela. Este é talvez um ponto onde alguns trabalhos falham ao quererem comparar esforços absolutos entre protocolos de encaminhamento, ponderando o peso do controlo em cada pacote (“overhead”) em função do tráfego na rede, esquecendo que esse peso é quase independente do tráfego na rede.

convergência rápida. Especialmente em redes muito dinâmicas, este parâmetro é fundamental e intervem directamente, p.ex., na taxa de perda de pacotes. Uma medida possível para este parâmetro liga-se ao tamanho das filas de cada nó (e ao tráfego gerado). Enquanto não há rota, as filas de saída dos nós com pacotes por enviar vão enchendo. Em termos globais, o número

médio de pacotes no sistema pode estar limitado pela velocidade de convergência do protocolo de encaminhamento.

No âmbito específico das redes ad hoc, um protocolo de encaminhamento tem, ou pode ter, requisitos extra:

simples (quando traduzido em "software" do nó: pequeno e rápido). Notar que, em redes com fios, os encaminhadores são tipicamente equipamentos dedicados e não de utilizador. Contudo, numa rede ad hoc, cada nó é também um encaminhador. Se se considerar que um nó pode ser um mero telemóvel, este requisito pode ser quase proibitivo.

escalável. Como indicado na secção "capacidade", uma rede ad hoc tem um limite intrínseco de funcionamento e a respectiva métrica pode ser o tamanho das rotas em saltos. Contudo, na faixa de operação esperada, o protocolo de encaminhamento deve ser tão eficiente para redes pequenas (e.g. 1 salto), como para redes grandes (e.g. 5 saltos). Para redes muito grandes (>10 saltos?), o protocolo de encaminhamento deve ser adequado a esse facto.

execução distribuída. Pela natureza distribuída das redes ad hoc, não pode haver nenhum nó com papel excessivamente centralizador.

Para além destes requisitos, são também de interesse os seguintes:

selecção da rota na origem. As redes ad hoc podem ter uma vantagem em relação às redes de tecnologia com fios que consiste em haver múltiplas rotas entre o mesmo par S-D (origem-destino). Por isso, para beneficiar directa e adaptativamente desta vantagem, a origem deve poder seleccionar o caminho de (no limite) cada pacote, sem envolver a rede demasiadamente. Esta técnica, encaminhamento-na-origem, é implementada facilmente se o protocolo de rede permitir a indicação dos saltos sucessivos. O IPv6, p.ex., permite-o de raiz mas, obviamente, não tem mecanismos de, por si, descobrir rotas.

suportar encaminhamento de QdS. Encaminhamento de QdS é escolher rotas, entre as várias possíveis, que consigam transportar um fluxo com determinados requisitos (largura-de-banda, atraso, etc.). Discutido adiante.
capacidade de multi-rota. No seguimento do raciocínio anterior, multi-rota

("multipath") é uma técnica que deve ser aproveitada quando se justificar. A técnica é discutida mais adiante.

suporte a difusão de grupo ("multicast"). O protocolo deve suportar ou permitir difusão de grupo. A difusão de grupo é, seguramente, uma área extremamente promissora quer em termos do que permite ao nível da actividade humana (conteúdos de grupo) quer ao nível técnico (eficiência na entrega de pacotes para muitos destinatários em simultâneo).

medição remota. O protocolo de encaminhamento deve permitir medição remota e/ou mecanismos de interrogação para as propriedades de determinada rota. Sondagem ("probing") é um exemplo. Contudo, não deve ser uma função do encaminhamento implementar estas técnicas – apenas permitir.

reagir a quebras de ligações de forma localizada [21]. Ou seja, deve ser possível apenas envolver os nós mais próximos para solucionar, do ponto de vista de encaminhamento, uma quebra de ligação e não envolver a rede toda ou toda a rota S-D. Este requisito pode conflituar claramente com o primeiro ao alterar uma rota sem informar a origem que pode pretender que o seu tráfego tenha uma rota precisa.

aceitar sugestões de rotas. Um protocolo deve poder aceitar rotas indicadas por terceiros. P.ex., um ISP pode indicar os saltos da rota a um certo nó e a rede respeitar esta decisão, contornando o algoritmo de encaminhamento.

Finalmente, como nota à parte, é de referir que o tráfego de controlo associado aos algoritmos de encaminhamento corre, tipicamente, sobre UDP pelo que a perda de pacotes sem qualquer notificação é uma realidade que se deve tomar em conta.