فرض اینترنت این است که در تمام طول مدت یک اتصال، همیشه یک مسیر انتها-به-انتها بین مبدأ و مقصد وجود دارد. (DTN میکوشد تا از این فرض رها شویم!)

وقتی چنین اتصالی مهیا نباشد، پروتکل های سنتی اینترنت دیگر قادر به ادامه کار نیستند.

معماری شبکه تاخیر پذیر

 

در مطلب گذشته توضیحاتی در مورد شبکه های تاخیر پذیر (DTN) ارائه دادیم.

مدل DTN با معماری مبتنی بر سوئیچینگ پیام، بر نقصی که در بالا اشاره شد فائق آمده است.

این مدل همچنین برای لینک هایی با قابلیت اطمینان پایین و تأخیرهای طولانی در نظر گرفته شده است.

معماری DTN در RFC 4838 توصیف شده و میتوانید ساختار کلی این معماری را در شکل زیر ببینید.

معماری شبکه های تاخیر پذیر

 

در واژه شناسی DTN، به جای پیام از اصطلاح خوشه (Bundle) استفاده میشود.

گره های DTN به تجهیزات ذخیره سازی، مانند دیسک یا حافظه نیمه رسانا (موسوم به حافظه فلَش)، مجهز هستند. آنها خوشه ها را ذخیره میکنند تا یک لینک برای ارسال پیدا شود.

لینک ها دائمی نیستند، بلکه خصلتی ناپایدار (قطع و وصل شونده) دارند.

از هفت لینکی که در شکل بالا میبینید، 5 لینک در وضعیت غیر کاری (قطع) و دو لینک در وضعیت کاری (وصل) هستند. به لینک های کاری، تماس (Contact) گفته میشود.

همچنین خوشه هایی را میبینید که در دو گره ذخیره شده اند و منتظر هستند تا یک تماس پیدا شود و گره بتواند آنها را به گره بعدی بفرستد.

با این روش، خوشه ها (روی تماس ها) دست به دست میشوند تا به مقصد برسند.

 

ذخیره و هدایت خوشه ها در گره های DTN شباهت زیادی به فرآیند ذخیره – هدایت در مسیریاب دارد، اما آنها از نظر کیفی تفاوت هایی نیز دارند.

در مسیریاب های اینترنت، بسته ها به طور معمول بیش از چند میلی ثانیه (و حداکثر تا چند ثانیه) در صف نمی مانند؛ اما در گره های DTN ممکن است این انتظار، ساعت ها به طور بینجامد.

این اطلاعات در انتظار برقراری یک اتصال می مانند، برای مثال، تا زمانی که یک اتوبوس وارد پایانه شود، هواپیمایی در فرودگاه به زمین بنشیند، یک گره ماهواره ای به قدر کافی انرژی برای مخابره پیام کسب کند و یا یک کامپیوتر خاموش و خارج از شبکه، روشن و وارد شبکه شود.

نمونه هایی که از آنها نام برده شد، به تفاوت دوم گره های DTN با مسیریاب ها اشاره میکنند: گره های DTN میتوانند همراه با داده ای که در خود ذخیره کرده اند، جابجا شوند؛ این جابجایی احتمالاً نقشی کلیدی در تحویل داده از مبدأ به مقصد را بازی میکند.

از سوی دیگر، مسیریاب های اینترنت مجاز به جابجایی نیستند؛ بنابراین، بهتر است فرآیند جابجایی خوشه ها در یک شبکه DTN را “ذخیره – جابجایی – هدایت” بنامیم.

 

به عنوان نمونه، شبکه زیر، که اولین کاربرد پروتکل های DTN در فضا بود، را در نظر بگیرید.

در این شبکه، مبدأ خوشه ها یک ماهواره LEO است که تصاویری از سطح زمین تهیه میکند.

این تصاویر باید به یک مرکز نگهداری اطلاعات (یا به اصطلاح نقطه تجمع) ارسال شوند. با این حال، ماهواره فقط در برخی از زمان ها به نوبت با سه ایستگاه زمینی در تماس است.

این ماهواره، ایستگاه های زمینی و نقطه تجمع هر کدام به عنوان یک گره DTN عمل میکنند.

در هر تماس، یک خوشه (یا بخشی از آن) به یک ایستگاه زمینی ارسال میشود. سپس خوشه ها از طریق یک شبکه زمینی به مقصد نهایی (یا همان نقطه تجمع) ارسال میشوند.

استفاده DTN در فضا

 

در مثال فوق، مزیت اصلی معماری DTN این است که با وضعیت طبیعی ماهواره منطبق می باشد، چون امکان ارسال تصویر از ماهواره به ایستگاه زمینی در تمام زمان ها وجود ندارد.

البته این مدل دو مزیت دیگر نیز دارد:

اول آنکه ممکن است زمان تماس با هر ایستگاه زمینی برای ارسال تمام اطلاعات کافی نباشد ولی ماهواره میتواند اطلاعات را روی سه ایستگاه پخش کند.

دوم، لینک بین ماهواره و ایستگاه های زمینی، کاملاً از لینک زمینی بین آنها مجزا است؛ به عبارت دیگر، سرعت دانلود اطلاعات از ماهواره به ایستگاه زمینی هیچ ارتباطی با سرعت انتقال روی لینک های زمینی بین آنها ندارد و توسط آن محدود نمیشود.

بارگیری از ماهواره به ایستکاه زمینی میتواند با حداکثر سرعت ممکن انجام شود و پس از ذخیره شدن خوشه در ایستگاه زمینی، به نقطه تجمع فرستاده شود.

 

یکی از موضوعات مهمی که در معماری DTN به آن اشاره نمیشود، چگونگی یافتن مسیرهای خوب بین گره های DTN است.

مسیرهای خوب به خصلت معماری شبکه بستگی دارند و مشخص میکنند که بهترین زمان ارسال داده چه زمانی است و از طریق کدام تماس بایستی فرستاده شود.

برخی از این تماس ها از قبل شناخته شده هستند. به عنوان مثال، حرکت اجسام در فضا از قواعد فیزیکی پیروی میکند و پیش بینی آن چندان دشوار نیست.

به همین دلیل دانستن اینکه تماس بعدی ماهواره با کدام ایستگاه زمینی است، امری کاملاً ممکن خواهد بود.

همچنین میدانیم که ماهواره در هر بار گذر از بالای ایستگاه زمینی، چقدر زمان دارد و با چه سرعتی میتوانند اطلاعات را ارسال کند؛ بنابراین، میتوان برای دریافت اطلاعات، از قبل برنامه ریزی کرد.

 

در موارد دیگر نیز میتوان تماس ها را پیش بینی کرد ولی قطعیت آنها کمتر است.

برای مثال، زمان تماس اتوبوس های بین شهری که بر اساس یک جدول زمان بندی حرکت میکنند، قابل پیش بینی است ولی ممکن است نوساناتی نیز داشته باشد.

همچنین میتوان زمان ها و مقدار پهنای باند خارج از ساعت اوج مصرف یک شبکه ISP را بر اساس داده های قبلی پیش بینی کرد.

 

از طرفی دیگر، تماس هایی هستند که به صورت تصادفی و کاملاً غیر قابل پیش بینی اتفاق می افتند.

تماس بین تلفن های همراه از این نوع است، چون هیچ وقت نمیتوان پیش بینی کرد که چه زمانی بین دو تلفن همراه یک تماس صورت میگیرد.

در این قبیل موارد، بهترین راهبرد مسیریابی این است که گره DTN یک کپی از خوشه را در مسیرهای مختلف بفرستد، به امید اینکه یکی از آنها (قبل از اتمام عمرش) بتواند خود را به مقصد نهایی برساند.