Framework de rede tolerante a falhas

Abstract

Uma Fault Tolerant Network é uma estrutura de Redes que tem como objetivo garantir a comunicação entre Nodos de uma Rede mesmo que esta seja propícia à perda de Datagramas e à consequente perda de Informação. Estas perdas podem acontecer por vários motivos, mas este projeto tem como alvo analisar três casos, o da mobilidade de Nodos na Rede, o da conexão intermitente e o da conexão esporádica. Todos estes ambientes onde se pretende assegurar a troca de Informação entre Nodos apresentam uma característica em comum, um possível volume elevado de perda de Datagramas a qualquer instante que limita a quantidade de Dados que podem ser trocados bem como a Qualidade de Serviço destas mesmas trocas de Dados. Esta é a principal característica que se pretende atenuar com o desenvolvimento deste Projeto, porém existem outras relacionadas como a interrupção prolongada de uma Transmissão e a sua retoma que também foram analisadas. Como todos os ambientes referidos anteriormente apresentam adversidades semelhantes ou que podem ser tratadas como tal, optou-se pelo desenvolvimento de um Protocolo de Transferência de Dados adaptado a tais adversidades. Este encontra-se entre a Camada de Transporte e a Camada de Aplicações da Network Stack e pode ser utilizado como base para o Desenvolvimento de Arquiteturas que possibilitem a Troca organizada de Informação entre Nodos. Neste Projeto foi Desenhado e Implementado um Protocolo de Transferência de Dados que possibilita a troca de informação nos ambientes anteriormente referidos, apresentando resiliência a Drops de Datagramas, grandes Delays na transmissão destes e movimentações de Nodos na Rede. Para além deste Protocolo, foi Desenhada uma simples Arquitetura de Redes baseada em Redes Ad Hoc onde cada Nodo tem uma visualização da Rede centralizada nele próprio e os restantes Nodos visíveis encontram-se organizados em Níveis de Vizinhança consoante a sua distância ao Nodo central. Foi tamb´em definido o objetivo de desenho de uma Arquitetura de Redes baseada em Redes DTN, que fortemente influenciou o Protocolo de Transferência de dados devido às suas grandes exigências. Por fim foram realizados testes em determinados cenários reais pertinentes ao Protótipo Implementado de forma a provar que os objetivos delineados inicialmente foram atingidos.

A Fault Tolerant Network is a Network structure that aims to guarantee Node communication in certain Network environments that are prone to Datagram Drops and consequent loss of Information. These Drops can be present due to a multitude of reasons but this Project aims to analyze three specific cases where these can occur, Node Mobility, Intermittent Network Connection and Sporadic Network Connection. All these cases present the same challenge to Node Communication, there’s a possibility of a high volume of Datagram Drops that can happen unexpectedly, limits the amount of Data that can be exchanged between Nodes and lowers the Quality of Service of said exchanges. The main objective of this Project is to address these limitations that are innate in these specific cases as well as other topics that are derivative of said limitations such as extensive interruptions in Data Transfers and subsequent resume of these. Since all the cases described previously present the same challenges, or they can be treated like they are similar, it was decided to develop a Data Transfer Protocol fitted for these limitations. This Protocol is between the Transport and Application Layers of the Network Stack and it’s purpose is to improve Data Transfer and Reception between Nodes. In this Project, a Data Transfer Protocol was designed and implemented that enables Data transmission between Nodes in the cases previously referred, showing resilience against Datagram Drops, Transmission Delays and Node Mobility. In addition to this Protocol, a simple Ad Hoc Network Architecture was designed using said Protocol where each Node has a view of the Network centralized onto itself and the Neighboring Nodes organized in Neighbor Levels depending on their distance to the central Node. The objective of designing a simple version of a DTN was also established bringing new challenges that strongly influenced the design of the Data Transfer Protocol due to its strict requirements. Lastly, some tests were performed in real world scenarios in such ways that all the features designed and developed in this Project could be shown to be working properly and that all objectives delined were met.