延迟/中断容忍网络的相关介绍

到目前为止，我们接触到的网络（无论是有线网络还是无线网络）都基于以下假设：在通信持续的时间里数据源和目的之间存在端到端路径；节点之间的最大往返时间不会太长，丢包率较小。然而，实际中还存在一类不满足以上假设的网络，如深空网络（延迟很长）、卫星网络（周期性连接）、稀疏移动自组网（经常中断）等，已有的网络架构及协议均不适用于这类网络。这一类网络称为挑战性网络（challenged networks）。 延迟/中断容忍网络（Delay/Tolerance Networking，DTN）是一种专为应对极端网络环境而设计的通信架构，它主要应用于那些传统TCP/IP网络假设不适用的场景，如深空网络、卫星网络和稀疏移动自组网。这些网络的特点包括极高的延迟、有限的资源、间歇性连接、不对称的数据速率以及高误码率。 1. 极长延迟：在DTN网络中，数据传输可能需要几分钟甚至更长时间，这远远超出了常规网络的毫秒级延迟。例如，地球与火星之间的通信可能需要4分钟至20分钟的光程时间。这种延迟使得依赖实时反馈的应用难以实现，因此需要重新设计网络协议以适应这种延迟。 2. 节点资源有限：DTN网络的节点通常处于资源受限的环境中，如深空探测器或移动传感器，它们的电源、存储和计算能力有限。因此，网络协议需要高效且节省资源。 3. 间歇性连接：节点间的通信可能因各种原因（如地理位置变化、能源管理、通信范围限制等）而间歇性中断，这要求网络协议具备存储和转发的能力，能够在连接恢复后继续数据传输。 4. 不对称数据速率：在DTN网络中，上传和下载速率可能显著不同，特别是在空间通信中，下行数据量可能远大于上行数据，这要求网络协议能灵活处理速率差异。 5. 低信噪比和高误码率：恶劣的环境条件，如深空通信中的大气干扰，会导致信道中的误码率显著升高，需要特殊的纠错编码和重传策略。 传统的TCP/IP协议并不适合DTN网络，因为TCP假设的是连续、低延迟的端到端连接，而DTN网络的性质与此截然不同。为了解决这些问题，IETF成立了DTNRG（Disruption-Tolerant Networking Research Group）来研究适应这些挑战的新架构和协议。DTN的核心思想是取消对端到端连接的即时需求，采用“存储-转发”策略，允许数据包在网络中缓存直到找到下一个可达的转发节点。 DTN的体系结构不再依赖于传统的TCP/IP模型，而是设计了一种基于分组存储和转发的机制，允许节点在连接可用时才发送数据，并且能够处理长时间的网络中断。此外，DTN协议栈包括了新的路由协议（如 Bundle Protocol）、拥塞控制机制和适应高误码环境的错误检测与纠正策略。 延迟/中断容忍网络是一个重要的研究领域，旨在为那些传统网络技术无法有效服务的极端环境提供可靠的通信解决方案。随着技术的发展，DTN的研究成果可能会被应用到更多领域，如军事通信、灾难救援以及物联网等。