Protokolle und Routing

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1 16. Oktober 2015

2 1 Motivation 2 Architekturen und Modelle Erinnerung: OSI-Schichtenmodell Begriffsklärung IEEE Anwendungsbereich ZigBee 3 Routing MANET Bewertungskriterien AODV Routing Routenfindung OLS Routing Datensätze Nachrichtentypen Routenfindung 4 Ausblick Bewertungsansätze

3 Türschilder Situation:

4 Türschilder Situation: Jemand löst ein Ereignis an einem unserer Türschilder aus

5 Türschilder Situation: Jemand löst ein Ereignis an einem unserer Türschilder aus Wohin soll die Nachricht über das Ereignis gesendet werden?

6 Türschilder Situation: Jemand löst ein Ereignis an einem unserer Türschilder aus Wohin soll die Nachricht über das Ereignis gesendet werden? Wie soll diese Nachricht vom Türschild zum Ziel kommen?

7 Türschilder Situation: Jemand löst ein Ereignis an einem unserer Türschilder aus Wohin soll die Nachricht über das Ereignis gesendet werden? Wie soll diese Nachricht vom Türschild zum Ziel kommen? Ist das Ziel überhaupt erreichbar?

8 Türschilder Situation: Jemand löst ein Ereignis an einem unserer Türschilder aus Wohin soll die Nachricht über das Ereignis gesendet werden? Wie soll diese Nachricht vom Türschild zum Ziel kommen? Ist das Ziel überhaupt erreichbar? Wie viel Energie verbraucht der Versand der Nachricht?

9 Türschilder Situation: Jemand löst ein Ereignis an einem unserer Türschilder aus Wohin soll die Nachricht über das Ereignis gesendet werden? Wie soll diese Nachricht vom Türschild zum Ziel kommen? Ist das Ziel überhaupt erreichbar? Wie viel Energie verbraucht der Versand der Nachricht? Kann die Nachricht auch warten?

10 Erinnerung: OSI-Schichtenmodell OSI-Schichtenmodell

11 Begriffsklärung Netzwerkgrößen

12 Begriffsklärung Begriffe: Geräte

13 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät

14 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät Endgerät: Sender, Empfänger

15 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät Endgerät: Sender, Empfänger Router: Sender, Empfänger, Zwischenstation

16 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät Endgerät: Sender, Empfänger Router: Sender, Empfänger, Zwischenstation Koordinator: Identifiziert und verwaltet Netzwerke

17 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät Endgerät: Sender, Empfänger Router: Sender, Empfänger, Zwischenstation Koordinator: Identifiziert und verwaltet Netzwerke RFD: Reduced Function Device

18 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät Endgerät: Sender, Empfänger Router: Sender, Empfänger, Zwischenstation Koordinator: Identifiziert und verwaltet Netzwerke RFD: Reduced Function Device FFD: Full Function Device

19 Begriffsklärung Begriffe: Geräte Knoten ˆ= Gerät Endgerät: Sender, Empfänger Router: Sender, Empfänger, Zwischenstation Koordinator: Identifiziert und verwaltet Netzwerke RFD: Reduced Function Device FFD: Full Function Device Gateway: Verbindungsknoten zwischen mehreren Netzwerken

20 IEEE IEEE Übertragungsprotokoll für WPANs ( 10m bis 30m)

21 IEEE IEEE Übertragungsprotokoll für WPANs ( 10m bis 30m) Ziele: Energiesparend

22 IEEE IEEE Übertragungsprotokoll für WPANs ( 10m bis 30m) Ziele: Energiesparend kostengünstige Entwicklung

23 IEEE IEEE Übertragungsprotokoll für WPANs ( 10m bis 30m) Ziele: Energiesparend kostengünstige Entwicklung Nutzung von lizenzfreien ISM-Frequenzbändern

24 IEEE Topologien E : Endgeräte sind meist RFDs R C : FFDs können als Router verwendet werden und dürfen ein PAN koordinieren

25 IEEE Topologien: Stern E E E C R E LAN

26 IEEE Topologien: Peer to Peer E E E C R E LAN

27 IEEE Technische Daten Frequenzband Bandbreite Datenrate ,6 MHz 300 khz 20kBit/s MHz 600 khz 40kBit/s ,5 MHz 2 MHz 250kBit/s

28 IEEE Technische Daten Frequenzband Bandbreite Datenrate ,6 MHz 300 khz 20kBit/s MHz 600 khz 40kBit/s ,5 MHz 2 MHz 250kBit/s Anmerkung: WLAN Bluetooth MHz MHz

29 ZigBee ZigBee Erweitert IEEE

30 ZigBee ZigBee Erweitert IEEE um Protokolle in Netzwerk- und Verschlüsselungsschicht

31 ZigBee ZigBee Erweitert IEEE um Protokolle in Netzwerk- und Verschlüsselungsschicht um ein Framework zur Anwendungsentwicklung

32 ZigBee ZigBee Erweitert IEEE um Protokolle in Netzwerk- und Verschlüsselungsschicht um ein Framework zur Anwendungsentwicklung um ein Adressierungsverfahren über PAN-IDs

33 ZigBee ZigBee Erweitert IEEE um Protokolle in Netzwerk- und Verschlüsselungsschicht um ein Framework zur Anwendungsentwicklung um ein Adressierungsverfahren über PAN-IDs Wird hauptsächlich für den Gebrauch in intelligenten Wohnungen und Häusern vermarktet.

34 ZigBee ZigBee Erweitert IEEE um Protokolle in Netzwerk- und Verschlüsselungsschicht um ein Framework zur Anwendungsentwicklung um ein Adressierungsverfahren über PAN-IDs Wird hauptsächlich für den Gebrauch in intelligenten Wohnungen und Häusern vermarktet.

35 Routing Wir gehen davon aus:

36 Routing Wir gehen davon aus: Das Gerät ist einem Netzwerk beigetreten.

37 Routing Wir gehen davon aus: Das Gerät ist einem Netzwerk beigetreten. Das Gerät hat eine Adresse erhalten.

38 Routing Wir gehen davon aus: Das Gerät ist einem Netzwerk beigetreten. Das Gerät hat eine Adresse erhalten. Das Gerät kennt die Adresse, an die es eine Nachricht schicken will.

39 Routing Wir gehen davon aus: Das Gerät ist einem Netzwerk beigetreten. Das Gerät hat eine Adresse erhalten. Das Gerät kennt die Adresse, an die es eine Nachricht schicken will. Wie kommt die Nachricht am Ziel an?

40 Weitere Begriffe

41 Weitere Begriffe Ad-Hoc Netzwerk: Spontanes Netzwerk ohne zentrale Verwaltung

42 Weitere Begriffe Ad-Hoc Netzwerk: Spontanes Netzwerk ohne zentrale Verwaltung Link-State Routing: Jeder Knoten speichert seine Sicht auf das Netzwerk lokal

43 Weitere Begriffe Ad-Hoc Netzwerk: Spontanes Netzwerk ohne zentrale Verwaltung Link-State Routing: Jeder Knoten speichert seine Sicht auf das Netzwerk lokal On-Demand Routing: Jeder Knoten ermittelt spontan eine Route zum Ziel

44 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor:

45 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Verteilte Verwaltung

46 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Verteilte Verwaltung Kreise in der Topologie

47 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Verteilte Verwaltung Kreise in der Topologie Ressourcenverbrauch beim Routing

48 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Verteilte Verwaltung Kreise in der Topologie Ressourcenverbrauch beim Routing Angriffsspielraum durch (blindes) Vertrauen

49 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Verteilte Verwaltung Kreise in der Topologie Ressourcenverbrauch beim Routing Angriffsspielraum durch (blindes) Vertrauen Ruhezeiten stromsparender Geräte

50 MANET Bewertungskriterien Worauf gilt es zu achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Verteilte Verwaltung Kreise in der Topologie Ressourcenverbrauch beim Routing Angriffsspielraum durch (blindes) Vertrauen Ruhezeiten stromsparender Geräte Unidirektionale Verbindungen

51 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor:

52 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Sender Empfänger Durchsatz

53 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Sender Empfänger Durchsatz Verzögerung der Kommunikation

54 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Sender Empfänger Durchsatz Verzögerung der Kommunikation Frequenz falscher Paketreihenfolge

55 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Sender Empfänger Durchsatz Verzögerung der Kommunikation Frequenz falscher Paketreihenfolge Effizienz:

56 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Sender Empfänger Durchsatz Verzögerung der Kommunikation Frequenz falscher Paketreihenfolge Effizienz: Größe der insgesamt übertragenen Daten

57 MANET Bewertungskriterien Wonach sollte man ein Protokoll bewerten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Sender Empfänger Durchsatz Verzögerung der Kommunikation Frequenz falscher Paketreihenfolge Effizienz: Größe der insgesamt übertragenen Daten Größe der übertragenen Metadaten

58 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor:

59 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße

60 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten

61 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten Frequenz von Änderungen

62 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten Frequenz von Änderungen Bandbreite

63 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten Frequenz von Änderungen Bandbreite Anzahl unidirektionaler Verbindungen

64 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten Frequenz von Änderungen Bandbreite Anzahl unidirektionaler Verbindungen Bildung von Mustern

65 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten Frequenz von Änderungen Bandbreite Anzahl unidirektionaler Verbindungen Bildung von Mustern Anfälligkeit zu Ausfällen

66 MANET Bewertungskriterien Worauf sollte man bei der Bewertung achten? RFC 2501 schlägt dazu folgendes vor: Netzwerkgröße Grad der Netzwerkknoten Frequenz von Änderungen Bandbreite Anzahl unidirektionaler Verbindungen Bildung von Mustern Anfälligkeit zu Ausfällen Anzahl energiesparender Knoten

67 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561]

68 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke

69 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Benutzt 3(4) Nachrichtentypen zur Verwaltung

70 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Benutzt 3(4) Nachrichtentypen zur Verwaltung Route Request (RREQ)

71 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Benutzt 3(4) Nachrichtentypen zur Verwaltung Route Request (RREQ) Route Reply (RREP) + Route Reply ACK (RREP-ACK)

72 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Benutzt 3(4) Nachrichtentypen zur Verwaltung Route Request (RREQ) Route Reply (RREP) + Route Reply ACK (RREP-ACK) Route Error (RERR)

73 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Benutzt 3(4) Nachrichtentypen zur Verwaltung Route Request (RREQ) Route Reply (RREP) + Route Reply ACK (RREP-ACK) Route Error (RERR) Vermerkt mögliche Route in Tabelle

74 AODV Routing Ad-Hoc On Demand Vector Routing [RFC 3561] Ein Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Benutzt 3(4) Nachrichtentypen zur Verwaltung Route Request (RREQ) Route Reply (RREP) + Route Reply ACK (RREP-ACK) Route Error (RERR) Vermerkt mögliche Route in Tabelle Aktualisiert diese nur bei Bedarf (On-Demand)

75 AODV Routing RREQ R 2 R 3 R 7 S R 1 R 5 R 6 E R 4 R 8 R 9

76 AODV Routing RREQ RREQ 3 R 2 R 3 R 7 RREQ 1 RREQ 2 S R 1 RREQ 4 RREQ 5 RREQ 4 R 5 R 6 RREQ 6 E RREQ 2 RREQ 3 RREQ 5 RREQ 7 R 4 RREQ 6 R 8 R 9

77 AODV Routing RREP R 2 R 3 R 7 RREP 6 S R 1 RREP 6 RREP 6 RREP 6 RREP 6 R 5 R 6 RREP 6 E R 4 R 8 R 9

78 AODV Routing RERR R 2 R 3 R 7 S R 1 R 5 R 6 E R 4 R 8 R 9

79 AODV Routing RERR RERR S R 1 RERR R 2 R 3 RERR RERR R 5 R 6 R 7 E R 4 R 8 R 9

80 OLS Routing Optimized Link-State Routing

81 OLS Routing Optimized Link-State Routing Ein weiteres Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke

82 OLS Routing Optimized Link-State Routing Ein weiteres Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Verwaltet nur eine lokale (2-Hops weite) Sicht auf das Netzwerk

83 OLS Routing Optimized Link-State Routing Ein weiteres Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Verwaltet nur eine lokale (2-Hops weite) Sicht auf das Netzwerk Versucht Nachrichtenoverhead zu reduzieren durch Auswahl dedizierter Kommunikationsknoten

84 OLS Routing Optimized Link-State Routing Ein weiteres Routingprotokoll für Ad-Hoc Netzwerke Verwaltet nur eine lokale (2-Hops weite) Sicht auf das Netzwerk Versucht Nachrichtenoverhead zu reduzieren durch Auswahl dedizierter Kommunikationsknoten Generiert Anhand der Informationen über diese Wahl anderer Knoten eine lokale Routingtabelle

85 OLS Routing Was wird gespeichert?

86 OLS Routing Was wird gespeichert? Vermerke Tabelle über alle bekannten 2-Hop Verbindungen

87 OLS Routing Was wird gespeichert? Vermerke Tabelle über alle bekannten 2-Hop Verbindungen Berechne ein möglichst minimales DominatingSet auf diesen Knoten

88 OLS Routing Was wird gespeichert? Vermerke Tabelle über alle bekannten 2-Hop Verbindungen Berechne ein möglichst minimales DominatingSet auf diesen Knoten Diese Knoten heißen Multipoint-Relay.

89 OLS Routing Was wird gespeichert? Vermerke Tabelle über alle bekannten 2-Hop Verbindungen Berechne ein möglichst minimales DominatingSet auf diesen Knoten Diese Knoten heißen Multipoint-Relay. Verwende zum broadcasten von Routinganfragen nur die Multipoint-Relays.

90 OLS Routing HELLO - Nachrichten R R R R S R R R

91 OLS Routing HELLO - Nachrichten R R HELLO R R S R R R

92 OLS Routing HELLO - Nachrichten R R R R S R R R

93 OLS Routing HELLO - Nachrichten R R HELLO R HELLO R S R R R

94 OLS Routing HELLO - Nachrichten R R R R S R R R

95 OLS Routing HELLO - Nachrichten R R R R S R R R

96 OLS Routing HELLO - Nachrichten MR R R R S MR R R

97 OLS Routing Topology Control (TC) - Nachrichten

98 OLS Routing Topology Control (TC) - Nachrichten Informationen über eigene lokale Topologie

99 OLS Routing Topology Control (TC) - Nachrichten Informationen über eigene lokale Topologie Werden nur über Multipoint Relays weiter verteilt

100 OLS Routing Topology Control (TC) - Nachrichten Informationen über eigene lokale Topologie Werden nur über Multipoint Relays weiter verteilt Helfen andere Knoten ein Bild vom gesamten Netzwerk aufzubauen

101 OLS Routing Topology Control (TC) - Nachrichten Informationen über eigene lokale Topologie Werden nur über Multipoint Relays weiter verteilt Helfen andere Knoten ein Bild vom gesamten Netzwerk aufzubauen Routenfindung über paarweise verbundene Pfade in eigener Liste

102 Bewertungsansätze Einschätzungen

103 Bewertungsansätze Einschätzungen OLSR beansprucht als proaktives Protokoll die Bandbreite der Geräte

104 Bewertungsansätze Einschätzungen OLSR beansprucht als proaktives Protokoll die Bandbreite der Geräte Die Topologie unseres SolarDoorplate Netzwerkes wird sich jedoch selten ändern

105 Bewertungsansätze Einschätzungen OLSR beansprucht als proaktives Protokoll die Bandbreite der Geräte Die Topologie unseres SolarDoorplate Netzwerkes wird sich jedoch selten ändern AODVR wird einmal aktive Verbindungen vermutlich beibehalten können und müssen

106 Bewertungsansätze Einschätzungen OLSR beansprucht als proaktives Protokoll die Bandbreite der Geräte Die Topologie unseres SolarDoorplate Netzwerkes wird sich jedoch selten ändern AODVR wird einmal aktive Verbindungen vermutlich beibehalten können und müssen Routenanfragen werden seltener ausgeführt

107 Bewertungsansätze Einschätzungen OLSR beansprucht als proaktives Protokoll die Bandbreite der Geräte Die Topologie unseres SolarDoorplate Netzwerkes wird sich jedoch selten ändern AODVR wird einmal aktive Verbindungen vermutlich beibehalten können und müssen Routenanfragen werden seltener ausgeführt Verwendung von dedizierten Verteilerstationen könnte einen hybriden ermöglichen

108 Bewertungsansätze Einschätzungen OLSR beansprucht als proaktives Protokoll die Bandbreite der Geräte Die Topologie unseres SolarDoorplate Netzwerkes wird sich jedoch selten ändern AODVR wird einmal aktive Verbindungen vermutlich beibehalten können und müssen Routenanfragen werden seltener ausgeführt Verwendung von dedizierten Verteilerstationen könnte einen hybriden ermöglichen Genaue Implementierung ist schließlich gänzlich uns überlassen

109 Bewertungsansätze Noch fragen...? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

110 Bewertungsansätze Referenzen Bild Bild Modell3.PNG IEEE: FC3561: FC2501: OLSR: dholmer/ /papers/olsr.pdf

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