بروتوكول AODV في شبكات الحاسوب

يُعد متجه المسافات حسب الطلب “AODV” بأنّه بروتوكول توجيه مصمم للشبكات المخصصة اللاسلكية والمتنقلة، حيث يحدد هذا البروتوكول المسارات إلى الوجهات عند الطلب ويدعم كلاً من توجيه الإرسال الأحادي والبث المتعدد، وتم تطوير بروتوكول “AODV” بالاشتراك مع مركز أبحاث نوكيا وجامعة كاليفورنيا وسانتا باربرا وجامعة سينسيناتي في عام 1991م.

ما هو بروتوكول AODV

بروتوكول متجه المسافة حسب الطلب “AODV”: هو بروتوكول توجيه خالٍ من الحلقات للشبكات المخصصة، كما تم تصميمه بحيث يبدأ ذاتياً في بيئة العقد المتنقلة ويتحمل مجموعة متنوعة من سلوكيات الشبكة، مثل تنقل العقدة وفشل الارتباط وفقدان الحزم.

في كل عقدة تحتفظ “AODV” بجدول التوجيه، كما يحتوي إدخال جدول التوجيه لوجهة على ثلاثة حقول أساسية وهي عقدة قفزة تالية ورقم تسلسل وعدد قفزات، كما يتم إرسال جميع الحزم الموجهة إلى الوجهة إلى عقدة القفزة التالية، حيث يعمل الرقم التسلسلي كشكل من أشكال ختم الوقت وهو مقياس لحداثة المسار ويمثل عدد القفزات المسافة الحالية إلى عقدة الوجهة.

• “AODV” هي اختصار لـ “Ad-hoc-on-Demand-Distance-Vector-Routing-Protocol”.

أساسيات بروتوكول AODV

في “AODV” تكتشف العقد المسارات في دورات الطلب والاستجابة، كما تطلب العقدة مساراً إلى وجهة عن طريق بث رسالة “RREQ” لجميع جيرانها، وعندما تتلقى العقدة رسالة “RREQ” ولكن ليس لديها مسار إلى الوجهة المطلوبة فإنّها بدورها تبث رسالة “RREQ”، وكما أنّه يتذكر مساراً عكسياً إلى العقدة الطالبة والذي يمكن استخدامه لإعادة توجيه الردود اللاحقة إلى “RREQ”.

تتكرر هذه العملية حتى يصل “RREQ” إلى عقدة لها مسار صالح إلى الوجهة، وهذه العقدة التي يمكن أن تكون الوجهة نفسها تستجيب برسالة “RREP”، ويُعد “RREP” هذا أحادي الإرسال على طول المسارات العكسية للعقد الوسيطة حتى تصل إلى عقدة الطلب الأصلية، وبالتالي في نهاية دورة الطلب والاستجابة هذه ويتم إنشاء مسار ثنائي الاتجاه بين العقدة الطالبة والوجهة.

وعندما تفقد العقدة الاتصال بالقفزة التالية فإنّ العقدة تبطل مسارها عن طريق إرسال “RERR” إلى جميع العقد التي من المحتمل أن تتلقى “RREP” الخاص بها، كما ينشئ بروتوكول “AODV” المسارات بين العقد فقط إذا طلبت ذلك العقد المصدر، لذلك تعتبر “AODV” خوارزمية عند الطلب ولا تنشئ أي حركة مرور إضافية للاتصال عبر الروابط.

يتم الحفاظ على المسارات طالما كانت مطلوبة من قبل المصادر، كما أنّها تشكل الأشجار لربط أعضاء مجموعة الإرسال المتعدد، حيث يستخدم “AODV” أرقام التسلسل لضمان حداثة المسار وإنّها ذاتية التشغيل وخالية من الحلقات إلى جانب التوسع في العديد من العقد المحمولة.

في “AODV” تظل الشبكات صامتة حتى يتم إنشاء الاتصالات، كما تبث عقد الشبكة التي تحتاج إلى اتصالات طلباً للاتصال، كما تقوم عقد “AODV” المتبقية بإعادة توجيه الرسالة وتسجيل العقدة التي طلبت الاتصال وبالتالي يقومون بإنشاء سلسلة من المسارات المؤقتة للعودة إلى العقدة الطالبة.

العقدة التي تتلقى مثل هذه الرسائل وتحمل مساراً إلى العقدة المرغوبة ترسل رسالة إلى الوراء من خلال المسارات المؤقتة إلى العقدة الطالبة، كما تستخدم العقدة التي بدأت الطلب المسار الذي يحتوي على أقل عدد من القفزات عبر العقد الأخرى، ويتم إعادة استخدام الإدخالات التي لم يتم استخدامها في جداول التوجيه بعد مرور بعض الوقت.

وفي حالة فشل الارتباط يتم تمرير خطأ التوجيه مرة أخرى إلى عقدة الإرسال وتتكرر العملية، والشبكة المخصصة هي المشاركة التعاونية لمجموعة من العقد المتنقلة، ودون التدخل المطلوب من أي نقطة وصول مركزية أو بنية تحتية قائمة، وتم تقديم توجيه متجه المسافات حسب الطلب “AODV” وهي خوارزمية جديدة لتشغيل مثل هذه الشبكات المخصصة.

يعمل كل مضيف متنقل كجهاز توجيه متخصص ويتم الحصول على المسارات حسب الحاجة أي عند الطلب مع اعتماد ضئيل أو معدوم على الإعلانات الدورية، كما تُعد خوارزمية التوجيه الجديدة الخاصة بنا مناسبة تماماً لشبكة بدء ذاتية ديناميكية، كما هو مطلوب من قبل المستخدمين الذين يرغبون في استخدام شبكات مخصصة.

يوفر “AODV” مسارات خالية من الحلقات حتى أثناء إصلاح الروابط المعطلة، ونظراً لأنّ البروتوكول لا يتطلب إعلانات توجيه دورية عالمية، فإنّ الطلب على النطاق الترددي الإجمالي المتاح لعقد الهاتف المحمول أقل بكثير ممّا هو عليه في تلك البروتوكولات التي تتطلب مثل هذه الإعلانات، ومع ذلك لا يزال بالإمكان الحفاظ على معظم مزايا آليات توجيه متجه المسافات الأساسية.

• “RREP” هي اختصار لـ “Read, Repeat, Remotely Executable Program”.

مبدأ عمل بروتوكول AODV

في شبكات “Ad Hoc” نظراً لأنّ العقد تتعرض للخارج فإنّ بعض المشكلات على سبيل المثال العقد تالفة واستنفاد البطاريات تواجهها، وفي الوقت نفسه نظراً لخصائص الشبكة مثل العيوب المتأصلة في القناة اللاسلكية نفسها والتغيرات الديناميكية في الهيكل، وعدم وجود مركز تحكم مركزي لحماية معلومات العقدة، لذلك يجب حل مشكلات أمان التوجيه لشبكات “Ad Hoc” المتنقلة بشكل عاجل.

وفي الوقت الحاضر كان هناك العديد من أساليب الهجوم وخطط الدفاع للتعامل مع مشاكل نقاط ضعف البروتوكول وأمن التوجيه للشبكات المخصصة، وفي الشبكة قد تتعرض العقدة كفرد لهجمات ضارة ولا تقتصر نقاط الهجوم على طبقة بروتوكول معينة، ويمكن أن تلحق الضرر ببعض طبقات البروتوكول في نفس الوقت، ومن منظور آلية الهجوم يمكن تقسيم الهجمات عموماً إلى فئتين وهي تلف آلية التوجيه واستهلاك موارد التوجيه.

من منظور أساليب الهجوم يمكن تصنيف الهجمات إلى أربع فئات وهي اعتراض وعبث وانقطاع وتزوير، كما يعتمد بروتوكول “AODV” على الحد الأدنى لمسار التأخير كمعايير اختيار المسار، وبغض النظر عن حجم عقد مسار التحميل فإنّ التوجيه لديه مجموعة كبيرة من العمى في متطلبات الوقت الحقيقي في نقل الشبكة أعلى من كمية المعلومات الكبيرة وشغل المسار لفترة أطول.

وغالباً ما تكون مشكلة عقدة عالقة، ممّا يؤدي إلى بعض الازدحام والتأخير في عقدة التوجيه أو حتى فقدان البيانات وسلسلة من المشاكل، وكما أنّ التأخير الزمني القائم على الويب في بروتوكول توجيه “AODV” يستند إلى إضافة خوارزمية اختيار عشوائية، وحركة المرور وفقاً لمبادئ “ADM” المخصصة لمسارات مختلفة وبالتالي تقليل ازدحام الشبكة وتقليل زمن انتقال الشبكة وتحسين شبكة “QOS” .

في العديد من خوارزميات التوجيه عند الطلب التقليدية في الشبكات اللاسلكية المخصصة يتم استخدام آلية تدفق بسيطة لبث حزم طلب التوجيه “RREQ”، وعندما تكون هناك حاجة لإنشاء مسار من عقدة مصدر إلى عقدة وجهة، كما قد يؤدي بث “RREQ” إلى تنازع كبير في القناة وتصادم حزم كبير وبالتالي تأخير كبير في إنشاء المسارات خاصة مع الشبكات عالية الكثافة.

و”AODV” هو واحد من أكثر بروتوكولات التوجيه التفاعلي فاعلية في “MANETs” التي تستخدم آلية إغراق بسيطة لبث “RREQ”، كما أنّها تستخدم في شبكات الاستشعار اللاسلكية “WSN” وفي شبكات المركبات المخصصة “VANET”، كما تم إصدار بروتوكول توجيه “AODV” معدلاً جديداً وهو “EGBB-AODV” حيث تستخدم آلية “RREQ” بثاً قائماً على الشبكة “EGBB” ممّا يقلل بشكل كبير من عدد إعادة بث حزم “RREQ” وبالتالي يحسن أداء بروتوكول التوجيه.

تم تطوير نموذج محاكاة يعتمد على محاكي “NS2” لقياس أداء “EGBB-AODV” ومقارنة النتائج مع “AODV” الأصلي وخوارزمية محسّنة قائمة على العداد “PCB-AODV”، وتجارب المحاكاة التي يتفوق فيها “EGBB-AODV” على “AODV” و”PCB-AODV” من حيث التأخير من طرف إلى طرف، ونسبة التسليم واستهلاك الطاقة في ظل حمل حركة مرور مختلف وظروف كثافة الشبكة.

• “ADM” هي اختصار لـ “Application-data-management”.

• “QOS” هي اختصار لـ “Quality-of-Service”.

• “WSN” هي اختصار لـ “Wireless-sensor-networks”.

• “MANET” هي اختصار لـ “mobile-ad-hoc-network”.