張家鋼 王海松 胡洛林

摘? 要：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中地面通信指揮體系發(fā)揮了重要作用，通過學(xué)習(xí)分析其網(wǎng)系建設(shè)，一方面可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，另一方面可以分析其弱點(diǎn)和漏洞。該文首先指出戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)采用的典型路由協(xié)議的分類，分析了按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議在戰(zhàn)場(chǎng)上的適用性;其次描述了AODV路由協(xié)議執(zhí)行過程，指出該協(xié)議的特性及固有缺陷，為進(jìn)行針對(duì)性的攻擊研究提出方向;最后基于網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2對(duì)移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的AODV路由協(xié)議進(jìn)行了仿真，通過仿真實(shí)驗(yàn)得出AODV路由協(xié)議存在TCP擁塞問題。

關(guān)鍵詞：Ad Hoc;AODV;NS2;路由協(xié)議仿真

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）03-0052-03

Abstract：Ground communication command system plays an important role in modern war. By learning and analyzing its network construction，on the one hand，we can learn from each others strengths and make up for their weaknesses and loopholes. Firstly，this paper points out the classification of typical routing protocols used in tactical internet，analyzes the applicability of on-demand driven routing protocol in the battlefield;secondly，it describes the implementation process of AODV routing protocol，points out the characteristics and inherent defects of the protocol，and puts forward the direction for targeted attack research;finally，based on the network simulation software NS2，the AODV routing protocol of mobile Ad Hoc network is simulated. The simulation results show that there is TCP congestion in AODV routing protocol.

Keywords：Ad Hoc;AODV;NS2;routing protocol simulation

0? 引? 言

通過21世紀(jì)以來的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)可以看出，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)進(jìn)入到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。以美國(guó)為代表的戰(zhàn)爭(zhēng)一方不斷采用新的戰(zhàn)爭(zhēng)手段，為各國(guó)上演一場(chǎng)又一場(chǎng)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)示范課。任何時(shí)代，戰(zhàn)場(chǎng)上信息的重要性都不言而喻，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)更是如此。

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，即MANET，又稱移動(dòng)多跳網(wǎng)或移動(dòng)對(duì)等網(wǎng)，可不借助任何中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在有限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)終端的臨時(shí)互聯(lián)互通。MANET作為一種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，在戰(zhàn)場(chǎng)上作用巨大。作戰(zhàn)人員之間、裝備之間、人員與裝備之間需要在動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)下保持通聯(lián)，以保障指揮暢通，其中應(yīng)用最廣泛之一的就是戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)。

1? MANET中路由協(xié)議的使用

由于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中各任務(wù)分隊(duì)的移動(dòng)性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，因此需要針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境研究針對(duì)性解決方法。MANET涉及MAC層規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議、QoS要求、功率控制、通信安全等技術(shù)。路由協(xié)議作為其中一個(gè)重要方面，研究成果較多，提出了一系列路由協(xié)議如AODV、DSDV、WRP、DSR、TORA和ZRP等。

路由協(xié)議有多種分類方法，按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為扁平、分層和基于地理信息的路由協(xié)議。扁平路由協(xié)議根據(jù)設(shè)計(jì)原理進(jìn)一步分為先驗(yàn)式（表驅(qū)動(dòng)）路由協(xié)議和反應(yīng)式（按需分配）路由協(xié)議。先驗(yàn)式路由協(xié)議由于其先驗(yàn)性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須維護(hù)路由表，而通常網(wǎng)絡(luò)中只有少數(shù)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)著數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此浪費(fèi)了寶貴的無線帶寬資源。反應(yīng)式路由協(xié)議只在需要通信時(shí)才發(fā)送路由請(qǐng)求分組，只需參與轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)維護(hù)部分網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，減少了內(nèi)存的占用，節(jié)省了部分帶寬。但在啟動(dòng)尋找路由的過程中，需把路由發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求洪泛至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)分組的傳輸產(chǎn)生一定的延時(shí)，因而按需驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議不利于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

一個(gè)健壯的路由協(xié)議應(yīng)具備分散性、自組織、自修復(fù)等特點(diǎn)，并對(duì)無線頻譜帶寬限制有適應(yīng)性，能利用多跳屬性實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。在中等網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下，反應(yīng)式路由協(xié)議要比先驗(yàn)式路由協(xié)議在綜合性能上有較大優(yōu)勢(shì)，其中AODV協(xié)議性能相對(duì)較高，比較適合在惡劣或?yàn)?zāi)難條件下使用。

2? AODV路由協(xié)議

AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector，AODV）協(xié)議是一種扁平式、反應(yīng)式、距離矢量路由協(xié)議，只在需要傳遞信息時(shí)才發(fā)送路由請(qǐng)求，路由開銷小，適應(yīng)于快速變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.1? AODV協(xié)議機(jī)制

AODV路由協(xié)議工作過程包含路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。路由發(fā)現(xiàn)：當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要與某個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，先查詢路由表，若沒有所需路由，就廣播路由請(qǐng)求（RREQ）報(bào)文。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到該報(bào)文后，若它就是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，或存在到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由，且其中的RREQ ID大于RREQ報(bào)文中的RREQ ID號(hào)，就向源節(jié)點(diǎn)單播返回一個(gè)路由應(yīng)答（RREP）報(bào)文。若該節(jié)點(diǎn)沒有目標(biāo)路由，則洪泛該RREQ報(bào)文。路由維護(hù)包含三個(gè)方面的內(nèi)容：通過Hello消息維護(hù)鄰居關(guān)系;當(dāng)路由中斷時(shí)，嘗試本地修復(fù);若修復(fù)失敗則通過RERR報(bào)文通知其他節(jié)點(diǎn)某個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)不可達(dá)。

2.2? AODV協(xié)議的特征

AODV協(xié)議的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它采用了DSDV協(xié)議中使用的序列號(hào)機(jī)制。該機(jī)制解決了距離矢量路由協(xié)議中存在的路由環(huán)路問題，RREP報(bào)文中的跳步數(shù)則可以準(zhǔn)確地表示從原發(fā)方到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳步數(shù)。

AODV路由協(xié)議被設(shè)計(jì)用于擁有數(shù)十個(gè)到上百個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，可適應(yīng)低速、中等速度，以及相對(duì)高速的移動(dòng)速度的場(chǎng)景。當(dāng)由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)或斷開導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，該協(xié)議可以快速做出反應(yīng)，達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。通過仿真，AODV協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)較高的吞吐量、分組遞交率和信道帶寬。

2.3? AODV協(xié)議的固有缺陷

從AODV協(xié)議中三類報(bào)文的詳細(xì)規(guī)范看出，包括MANET中使用的其他協(xié)議，均是滿足于正常尋址、建立路由、進(jìn)行通信，安全方面的規(guī)范較少。這也正是該協(xié)議的脆弱性所在，即可以從各協(xié)議層面對(duì)其進(jìn)行攻擊，如篡改、冒充、偽造、黑洞、灰洞攻擊等。

3? 基于NS2的AODV協(xié)議仿真

3.1? NS2仿真軟件簡(jiǎn)介

Network Simulator version 2（NS2）是源代碼公開、免費(fèi)的權(quán)威網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仿真平臺(tái)。NS2由事件驅(qū)動(dòng)，支持4種調(diào)度器：鏈表、堆、時(shí)間隊(duì)列和實(shí)時(shí)。它可以仿真各種不同的IP網(wǎng)，目前可以仿真網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，如TCP和UDP;業(yè)務(wù)源流量產(chǎn)生器，如FTP、Telnet、Web CBR和VBR;路由協(xié)議，如AODV、DSDV、DSR等無線路由協(xié)議等。

3.2? 仿真設(shè)置及結(jié)果分析

編寫OTcl腳本，包含各類參數(shù)設(shè)置，如信道類型、無線傳播模型、MAC類型、接口隊(duì)列接收的最大包數(shù)量、節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、路由協(xié)議、場(chǎng)景尺寸、實(shí)例化Simulator對(duì)象、設(shè)置nam和trace文件、初始化場(chǎng)景尺寸、設(shè)定節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍、實(shí)例化信道、配置節(jié)點(diǎn)node-config文件、實(shí)例化節(jié)點(diǎn)并初始化節(jié)點(diǎn)位置。其中仿真數(shù)據(jù)流配置：采用兩條FTP/TCP流傳輸數(shù)據(jù)，源節(jié)點(diǎn)分別為8和4，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)分別為2和1，其中8→2的數(shù)據(jù)流從0.02 s開始，4→1的數(shù)據(jù)流從0.25 s開始，均在3.00 s重點(diǎn)仿真分析8→2的數(shù)據(jù)流過程。

仿真過程：仿真開始時(shí)（0 s），節(jié)點(diǎn)間未交換路由信息，尚未建立路由表。0.02 s時(shí)，開啟路由請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)8向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送RREQ，如圖1（c）和圖2所示，由于是第一次進(jìn)行路由請(qǐng)求，所有節(jié)點(diǎn)均沒有到達(dá)節(jié)點(diǎn)2的路由，所以在0.09 s左右節(jié)點(diǎn)8收到來自目標(biāo)節(jié)點(diǎn)2本身返回的RREQ。至此，路由建立，并開始發(fā)送數(shù)據(jù)。整個(gè)過程如圖1（a）-（e）所示。各節(jié)點(diǎn)在路由請(qǐng)求的正向和逆向過程中所獲取的各節(jié)點(diǎn)的路由均自行保存，直到有路由中斷通告。圖1（f）所示，在0.25 s，節(jié)點(diǎn)10阻塞，導(dǎo)致前后節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，也反映出需要解決實(shí)際傳輸中TCP的擁塞控制問題。

（a）發(fā)送RREQ

（b）泛洪RREQ

（c）返回RREP

（d）原路徑返回RREP

（e）發(fā)送FTP數(shù)據(jù)

（f）產(chǎn)生擁塞

4? 結(jié)? 論

本文重點(diǎn)對(duì)MANET中采用的AODV路由協(xié)議進(jìn)行了闡述，指出其特性及固有缺陷。同時(shí)對(duì)AODV協(xié)議進(jìn)行了軟件仿真，通過對(duì)仿真數(shù)據(jù)分析，反映出其在實(shí)際傳輸中TCP的擁塞控制問題。本文對(duì)通信場(chǎng)景進(jìn)行了理想化設(shè)定，而在實(shí)際環(huán)境中存在無線頻譜和信道容量有限使MANET帶寬資源緊張、介質(zhì)共享使網(wǎng)絡(luò)存在沖突和競(jìng)爭(zhēng)、路由協(xié)議如何保證傳輸有效性和安全性并降低路由信息代價(jià)等問題，這些問題還需進(jìn)一步研究。

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