基于不同路由协议的MANET黑洞攻击研究

Harjeet考尔¹Manju Bala说²，瓦沙·萨尼^3.

印度贾朗达尔CTIEMT CSE系硕士生
HOD, CSE, CTIEMT, Jalandhar，印度
印度贾朗达尔CTIEMT CSE系助理教授

摘要

ad-hoc网络是由不同类型的移动节点组成的网络。MANET是移动的，所以他们利用无线连接连接网络。MANET可以低成本部署在各种应用中。在MANET中，推荐了不同类型的路由协议。这些协议可以分为三大类:响应式(按需)、主动式(表驱动)和混合路由协议，即AODV、OLSR和ZRP[1][2][3]。本研究工作首先集中在各种类型攻击下的路由协议的比较研究，然后创建场景并模拟和研究性能指标，即响应式、主动式和混合路由协议(如AODV和AODV与黑洞攻击)的包交付比、平均抖动、平均吞吐量和端到端延迟。在不同的条件下，对不同的场景进行了OLSR和OLSR合并黑洞攻击，ZRP和ZRP合并黑洞攻击。

关键字

MANET，路由协议AODV, OLSR, ZRP和黑洞攻击。

介绍

在当今快速发展的技术世界中，MANET可以将随时随地联网的梦想变成现实。顺便说一下，我们已经差不多有蓝牙功能的手机了，比如3G。MANET提供了许多特性，现在越来越多的企业了解使用计算机网络的优势。根据公司的规模和资源，它可能是一个只有几十台计算机的小局域网;然而，在大型企业中，网络可以发展为庞大而复杂的计算机和服务器的混合体。计算机网络是两个系统和计算机之间进行通信的系统。这些网络可能是固定的(永久的)或临时的。移动自组织网络(MANET)是一种由无线连接的移动设备组成的具有自配置基础设施的网络。

第二节介绍了路由协议AODV、OLSR和ZRP。第3节描述了单个和多个恶意节点的黑洞攻击，第4节描述了路由协议AODV、OLSR和ZRP使用不同的性能指标进行攻击和不攻击的仿真研究和结果，第5节描述了结束语。

2路由类型

在Ad-hoc网络中，需要多跳路由，所有节点都可能参与路由协议。路由是在网络中将信息从源移动到目的。在信息传递过程中，internet中至少会遇到一个中间节点。这个概念主要涉及两个活动:确定最优路由路径和通过互联网络传输数据包。包在网络中的传输被称为包交换，它很简单，路径确定可能非常复杂。路由主要分为静态路由和动态路由。静态路由是在路由器中手动或静态声明的路由策略。静态路由维护一个路由表，通常由网络管理员编写。动态路由是由内部或外部路由协议学习的路由策略。这种路由依赖于网络的状态，也就是说，路由表受到目的地的活跃度的影响。 Routing protocols are organized as:

Ã¯Â Â·反应路由协议(AODV)

Ã¯Â Â·主动路由协议(OLSR)

Ã¯Â Â·混合路由协议(ZRP)

b . OLSR:

作为一个主动协议，到网络中所有目的地的路由都是已知的，并在使用它之前进行维护。在标准路由表中有可用的路由对于一些系统和网络应用程序是有用的，因为没有与寻找新路由相关的路由发现延迟。路由运行成本的产生，尽管通常大于响应式协议，并且不会随着创建路由的数量而增加。作为一种链路状态协议，OLSR需要相当大的带宽和CPU能力来计算网络内的最优路径。OLSR是一种逐跳表驱动或主动路由协议。路由总是在需要的时候同时出现，这与它的主动性质[10]相适应。OLSR采用多点中继(MPR)。MPR负责拓扑信息的生成和转发。OLSR始终需要维护路由表。OLSR有三种类型的控制消息:Hello、TC (Topology control)和MID (Multiple Interface Declaration)[11]。

c . ZRP:

基于Zone的ZRP。为了降低主动路由协议的控制开销和被动路由协议的发现开销，并减少路由引起的延迟，设计了ZRP。ZRP具有自适应特性，它依赖于现有的网络结构。从名称上看，ZRP是基于区域的概念。每个节点的路由区域是不同的，距离最近的节点的路由区域会部分覆盖一个又一个[12]。ZRP可以看作是一种平面协议。区域路由协议由各种组件组成，它们共同提供ZRP的全部路由优势是每个组件都独立工作。ZRP的组成部分是IARP域内路由协议;IERP区域间路由协议和BRP边界转换解析协议。

三、黑洞攻击

黑洞攻击是一种DOS (denial of service)攻击，恶意节点发送虚假信息，声称自己有一条新的或最短的路径到达目的节点，导致源节点选择这条最短路径经过该恶意节点，导致数据误用或丢弃[8]。一旦建立了路由，此时就由节点决定是丢弃所有数据包，还是将其熟悉为无名地址。这个特殊的节点，它消失的数据包，被命名为恶意节点。黑洞攻击是主动的内部攻击。黑洞有两个主要特性。首先，节点在有到目的节点的合适路由时宣布自己，其次，节点消耗截获的数据包。

四、仿真与结果

我们在评估中使用了网络模拟器Qualnet5.1。在我们的场景中，我们模拟了50个节点，它在Qualnet5.1模拟器中使用CBR流量分布超过1500*1500的地形区域，并在MAC Layer 802.11中应用30秒的模拟持续时间。随机路点是一种基于随机的通信模型。设计了随机路径点模型来描述移动用户的移动模式，包括他们的位置、加速度和移动性随时间的变化。在黑洞攻击的不同性能参数，如包传递比、平均抖动、平均吞吐量和平均端到端时延下，本部分讨论了路由协议AODV与黑洞攻击、OLSR与黑洞攻击和ZRP与黑洞攻击的场景，并使用性能指标包传递比、平均抖动、平均吞吐量和端到端时延。表1

案例1 AODV与AODV与黑洞攻击性能的比较分析

A.1黑洞攻击时AODV与AODV的包分发比在AODV协议中，如果多个节点同时发送和接收数据流量，同时放置更多的恶意节点会导致严重的破坏，因为它增加了路由影响恶意节点的概率。如图1所示，当不存在恶意节点时，报文传递比越大，任何路由涉及恶意节点的概率就越小，报文传递比会随着场景中恶意节点的增加而降低。因此，无攻击的AODV比有黑洞攻击的AODV有更大的包传递比。

A.2黑洞攻击下AODV和AODV的平均抖动抖动是自组织网络中另一个重要的应用层参数，特别是在对服务质量有要求的情况下。图2研究AODV协议中黑洞攻击对抖动的影响可以看出，加入恶意节点后，抖动比没有恶意节点时增大。这是因为当没有恶意节点时，没有路由受到该恶意节点的影响，从而导致更少的延迟。从图2中还可以看出，在网络中没有恶意节点的情况下，抖动随着节点移动速度的增加而增加。当我们将恶意节点数量从3个增加到4个时，与没有恶意节点的AODV相比，抖动显著增加。因此，可以清楚地观察到，具有黑洞攻击的AODV比AODV有更大的抖动。

A.3 AODV和黑洞攻击下AODV的平均吞吐量图3显示，当我们比较吞吐量时，AODV优于黑洞攻击的AODV。对于带有黑洞攻击的AODV，当网络中没有恶意节点时，随着源节点数量的增加，平均吞吐量没有显著差异。当我们在网络中增加恶意节点的数量时，这些恶意节点的存在或攻击的吞吐量是突然下降的。从图3可以看出，AODV在黑洞攻击时比AODV有更高的吞吐量。

A.4 AODV和黑洞攻击AODV的端到端时延从图4可以看出，当恶意节点数量较小时，平均端到端延迟受攻击的影响不大，端到端延迟也有较小的变化。但当恶意节点数量较多时，平均端到端延迟显著增加，且端到端延迟与源节点数量呈负相关。所以当我们比较AODV和AODV与黑洞攻击的端到端延迟时黑洞攻击的AODV比AODV有更多的延迟。

B案例2 OLSR与OLSR与黑洞攻击性能的对比分析

B.1 OLSR与黑洞攻击时OLSR的出包比从图5可以看出，当不存在恶意节点时，报文传递比较大时，任何路由涉及恶意节点的概率都非常小，报文传递比随着恶意节点加入网络而减小。但一旦恶意节点数量增加到一定程度，并在网络中均匀分布，网络攻击效应就会变得严重。因此，无攻击的OLSR比有黑洞攻击的OLSR有更大的报文传递比，随着源节点数量的增加，OLSR减小，黑洞攻击的OLSR增大。

B.2黑洞攻击下OLSR和OLSR的平均抖动图6显示，黑洞攻击对OLSR协议中加入恶意节点后抖动影响的研究，与没有恶意节点的网络相比，抖动增加。这是因为当恶意节点的数量小于受恶意节点影响的路由数量时，这些恶意节点也较低，从而造成较小的延迟。从图6可以看出，在网络中存在恶意节点的情况下，抖动随着源节点数量的增加而增加。当恶意节点数量增加3或4时，与没有恶意节点的OLSR相比，抖动显著增加。因此，可以清楚地观察到，与OLSR相比，黑洞攻击的OLSR有更多的抖动。

B.3 OLSR和有黑洞攻击的OLSR的平均吞吐量从图7中可以看出，在比较吞吐量时，OLSR与黑洞攻击的OLSR性能更好。对于带有黑洞攻击的OLSR，当源节点数量增加时，当网络中没有恶意节点时，平均吞吐量与无恶意节点的OLSR相比没有显著差异，但随着恶意节点的加入，吞吐量逐渐降低。从图中可以看出，与黑洞攻击相比，OLSR具有更高的吞吐量。

B.4 OLSR端到端时延和黑洞攻击的OLSR时延从图8可以看出，当恶意节点数量较小时，平均端到端延迟受攻击的影响不大，端到端延迟变化较小。但当恶意节点数量较多时，平均端到端延迟显著增加，且端到端延迟与源节点数量呈负相关。所以当我们比较OLSR和黑洞攻击的OLSR端到端延迟时黑洞攻击的OLSR比OLSR有更大的延迟。

C案例3 ZRP与ZRP与黑洞攻击性能比较分析

C.1 ZRP与ZRP在黑洞攻击下的传包比从图9可以看出，当不存在恶意节点时，ZRP的包交付比较大，任何路由涉及恶意节点的概率都非常小，包交付比随着恶意节点加入网络而减小。但一旦恶意节点数量增加到一定程度，并在网络中均匀分布，网络攻击效应就会变得严重。无攻击的OLSR比有黑洞攻击的OLSR有更高的包交付比，随着源节点数量的增加OLSR有较小的变化而下降，但最终ZRP比有黑洞攻击的ZRP有更高的包交付比。

C.2 ZRP和ZRP在黑洞攻击下的平均抖动从图10可以看出，ZRP协议中加入恶意节点后，黑洞攻击对抖动的影响，与没有恶意节点的网络相比，抖动增加。这是因为当恶意节点的数量小于受恶意节点影响的路由数量时，这些恶意节点也较低，从而造成较小的延迟。当我们增加恶意节点数量增加3或4时，与没有恶意节点的ZRP相比，抖动显著增加。因此，可以清楚地观察到具有黑洞攻击的ZRP与ZRP相比具有更大的抖动。

C.3 ZRP与黑洞攻击ZRP的平均吞吐量从图11可以看出，在比较吞吐量时，ZRP的性能优于带黑洞攻击的ZRP。对于带有黑洞攻击的ZRP，当网络中没有恶意节点时，随着源节点数量的增加，吞吐量的差异很小。随着网络中恶意节点的增加，具有黑洞攻击的ZRP的吞吐量降低。从图中可以看出，ZRP比具有黑洞攻击的ZRP具有更高的吞吐量。

C.4 ZRP和ZRP黑洞攻击的端到端时延从图12可以看出，当恶意节点数量较小时，平均端到端延迟受攻击的影响不大，端到端延迟变化较小。然而，当恶意节点数量较高时，平均端到端延迟会显著增加。所以当我们比较ZRP和ZRP与黑洞攻击的端到端延迟时，ZRP与黑洞攻击的延迟比ZRP更大。

五、结论与未来范围

在包传递比、平均抖动、平均吞吐量和端到端时延等性能指标下，对AODV和含黑洞攻击的AODV、OLSR和含黑洞攻击的OLSR以及ZRP和含黑洞攻击的ZRP进行性能评估。结果表明，在存在恶意节点和不存在恶意节点的情况下，黑洞攻击的AODV对恶意节点数量的影响较小，具有较高的分组交付率和吞吐量，抖动和延迟较小。另一方面，与AODV相比，OLSR和ZRP对存在恶意节点的性能也有更大的影响。因此，在上述情况下，有恶意节点和无恶意节点的AODV的性能都更好。

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