simulação de algoritmos de roteamento unicast utilizando o simulador ns-2

78 Pages·2009·1.77 MB·Portuguese

by  Samuel Alves Soares

FACULDADE FARIAS BRITO
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

SAMUEL ALVES SOARES

SIMULAÇÃO DE ALGORITMOS DE ROTEAMENTO
UNICAST UTILIZANDO O SIMULADOR NS-2

Fortaleza – 2009
1

SAMUEL ALVES SOARES

SIMULAÇÃO DE ALGORITMOS DE ROTEAMENTO
UNICAST UTILIZANDO O SIMULADOR NS-2

Monografia apresentada para obtenção dos
créditos da disciplina Trabalho de Conclusão do
Curso da Faculdade Farias Brito, como parte das
exigências para graduação no Curso de Ciência
da Computação.

Orientador: Prof. Maikol Magalhães Rodrigues,
M. Sc.

Fortaleza – 2009
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SIMULAÇÃO DE ALGORITMOS DE ROTEAMENTO
UNICAST UTILIZANDO O SIMULADOR NS-2

Samuel Alves Soares

NOTA: FINAL (0 – 10): _______

Data: ____/____/_________

BANCA EXAMINADORA:

___________________________________
Prof. Maikol Magalhães Rodrigues, M. Sc
(Orientador)

___________________________________
Prof. Roberto de Almeida Façanha, M. Sc
(Examinador)

__________________________________
Prof. Sérgio Araújo Yunes, M. Sc
(Examinador)
3

“Ó profundidade das riquezas,
tanto da sabedoria, como da ciência de Deus!
Quão insondáveis são os seus juízos,
e quão inescrutáveis, os seus caminhos!”
Romanos 11.33
4

DEDICATÓRIA

Aos meus pais e irmãos. Vocês são presentes de Deus para mim. Eu não teria
chegado até aqui sem o amor de vocês.

À minha esposa, Yally. Minha companheira de todos os momentos, você é o
motivo que me faz seguir em frente.
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RESUMO

Existem muitos algoritmos de roteamento utilizados em redes de computadores
com idéias e objetivos distintos, os quais procuram solucionar vários problemas no
roteamento de pacotes. Este trabalho apresenta vários algoritmos utilizados em redes de
computadores unicast e simulações dos algoritmos que são predominantes nesse tipo de rede.
As simulações são realizadas com o conceituado simulador ns-2 e apresenta particularidades
que acontecem na execução dos algoritmos e suas reações com a mudança no custo dos
enlaces. Essas simulações mostram a grande diferença de desempenho que existe entre
algoritmos estáticos e dinâmicos. Também é apresentado um algoritmo que estende a idéia do
algoritmo de Dijkstra e procura balancear a carga na rede em topologias que formam anéis.
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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO........................................................................................................................13
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..............................................................................................15
1.1 Roteamento em Redes de Computadores......................................................................15
1.1.1 Métricas utilizadas no roteamento.........................................................................16
1.1.2 Roteamento Unicast...............................................................................................16
1.2 Grafos.............................................................................................................................17
1.2.1 Cadeia e Caminho..................................................................................................18
1.2.2 Grafos ponderados.................................................................................................18
1.2.3 Grafos orientados e não orientados........................................................................19
1.2.4 Grafos conectados e não conectados......................................................................19
1.2.5 Matriz de Adjacências e Lista de Adjacências.......................................................19
1.3 Algoritmos de Roteamento............................................................................................20
1.3.1 Roteamento pelo caminho mais curto....................................................................21
1.3.2 Roteamento por Inundação....................................................................................21
1.3.3 Algoritmos de vetor de distância............................................................................22
1.3.4 Algoritmos de Estado de Enlace............................................................................22
1.3.5 Roteamento Ótimo.................................................................................................23
1.3.6 Algoritmos com Parâmetros de Qualidade de Serviço (QoS)................................24
1.3.7 Algoritmos para Redes Móveis Ad-hoc.................................................................24
1.4 Classificação dos algoritmos de roteamento..................................................................26
1.4.1 Estático ou Dinâmico.............................................................................................26
1.4.2 Global ou Descentralizado.....................................................................................27
1.4.3 Sensíveis à carga ou insensíveis à carga................................................................27
1.4.4 Caminhos mínimos e caminhos múltiplos.............................................................27
7

1.4.5 Planos ou hierárquicos...........................................................................................28
1.5 Propriedades dos Algoritmos de Roteamento................................................................28
2 ALGORITMOS DE ROTEAMENTO UNICAST.................................................................29
2.1 O Algoritmo de Dijkstra................................................................................................30
2.2 Algoritmo Estendido de Dijkstra...................................................................................33
2.3 Algoritmo de Floyd-Warshall........................................................................................36
2.4 Algoritmo de Roteamento por Vetor de Distância........................................................36
2.5 Algoritmo de Roteamento por Estado de Enlace...........................................................39
3 SIMULAÇÃO.......................................................................................................................42
3.1 O Simulador Network Simulator-2................................................................................42
3.2 Topologia e Ambiente de Simulação.............................................................................47
4 SIMULAÇÃO DOS ALGORITMOS DE ROTEAMENTO................................................50
4.1 Simulações e Resultados................................................................................................51
4.2 Análise dos Resultados Computacionais.......................................................................61
5 CONCLUSÃO.......................................................................................................................63
5.1 Contribuições e Trabalhos Futuros................................................................................64
APÊNDICE..............................................................................................................................65
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................74
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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Representação de uma rede através de grafo............................................................18
Figura 2: Grafo orientado.........................................................................................................19
Figura 3: Matriz de adjacências................................................................................................20
Figura 4: Lista de adjacências..................................................................................................20
Figura 5: Evolução do desenvolvimento dos algoritmos de roteamento..................................24
Figura 6: Alguns algoritmos MANETs....................................................................................26
Figura 7: Pseudocódigo do algoritmo de Dijkstra....................................................................31
Figura 8: Rede com seis roteadores modelada como um grafo. O nó a é a origem.................31
Figura 9: Execução do algoritmo de Dijkstra com origem no nó a.........................................33
Figura 10: Parte da Rede Óptica Européia. Várias sub-redes em anéis podem ser formadas
com esses nós. Fonte: GARCIA et. al., 2007...........................................................................34
Figura 11: Trecho incluído no algoritmo de Dijkstra para melhorar o balanceamento e
simetria no roteamento em topologias de rede em anel...........................................................35
Figura 12: Figuras (a) e (b) mostram as rotas na execução de duas implementações distintas
do algoritmo de Dijkstra. A figura (c) ilustra a execução do algoritmo Estendido de Dijkstra.
..................................................................................................................................................35
Figura 13: Pseudocódigo do algoritmo de Floyd-Warshall.....................................................36
Figura 14: Algoritmo de vetor de distância..............................................................................38
Figura 15: Alteração no custo do enlace (x, y) provocando problema de contagem ao infinito.
..................................................................................................................................................38
Figura 16: Oscilações que podem ocorrer com o roteamento por estado de enlace quando se
usam métricas baseada no congestionamento ou no atraso. Fonte: KUROSE e ROSS, 2006, p.
280............................................................................................................................................40
Figura 17: Exemplo de script de simulação.............................................................................44
9

Figura 18: Execução do cenário apresentado: três nós com um fluxo saindo do nó 0 ao nó 2.45
Figura 19: Algumas linhas do trace gerado pelo ns-2..............................................................46
Figura 20: Rede Abilene, parte do projeto da Internet 2...........................................................48
Figura 21: Primeira rede usada na simulação gerada pelo nam...............................................48
Figura 22: Segunda rede usada na simulação gerada com o nam............................................49
Figura 23: Informação de utilização de Vetor de Distância no roteamento de pacotes na
simulação da rede.....................................................................................................................50
Figura 24: Simulação com o algoritmo de Dijkstra com perda de três enlaces na rede de
topologia baseada na rede Abilene...........................................................................................53
Figura 25: Simulação do algoritmo de Estado de Enlace com perda de três enlaces na rede..55
Figura 26: Simulação com o algoritmo de Vetor de Distância com perda de três enlaces na
rede...........................................................................................................................................57