Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   5 ,  Octo be r   2020 ,  pp.  4844 ~ 4852   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 5 . pp 4844 - 48 52           4844       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   The  r esistanc e of  r outing  p ro t ocols  a gainst  DDOS    a tt ac k in  MANE T       Maha A bdelh aq 1 , R aed Als aqour 2 , M ada  Alas k ar 3 ,  F ayz a  Alotaibi 4 , Raw an   Almu t laq 5 ,    Bushra  A l gha mdi 6 , Bay an   Alha m ma d 7 ,  Ma l ak   Seh aib an i 8 ,   Donia  Moyna 9   1 ,3,4,5,6,7,8, 9 Depa rt m ent   of  Inform a ti on  Te chno log y,   Col le ge   of   Com pute r  and   Infor m at ion  Sci ences,     Prince ss   Nourah   bint Abdulra hm an  Univer si t y ,   Saudi  Arab ia   2 Depa rtment of I nform at ion  T ec h nolog y ,   Co ll eg e of  Com puti ng  an d  Inform at ic s ,     Saudi  E le c tronic   Univer sit y ,   Sau di  Arabi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   18 , 201 9   Re vised  Ma r   2 2 ,   2020   Accepte d  Ma r   30 , 202 0       A  Mobil  Ad  ho c  Network  (MA NET)   is  a  wir eless   m ult i - hop  n et work  with   var ious  m obil e ,   self - orga n ized  and  wire le ss   inf rastr uct ur e  nod e s.   MA NET  cha ra cteri sti cs  such  as  op enne s s  restr icted   res ourc es  and   de c ent ra li z at ion   impact   node  ef fic i ency   and   m ade   th em  ea s y  to  be  aff ecte d   b y   v ari ous  sec urity   atta cks,   espe c ia l l y   Dist ribut ed   Denial  of  Service  (DD oS)  at t ac ks.   The   goal   of  thi s   rese arc h  is  to  i m ple m ent   a  simul at ion  m odel   c al l ed  DD oS   Atta ck  Sim ulati on  Model  (DD oSM )  in  Network  Sim ula tor  2(N S - 2)  and  to   exa m ine   the   eff ec t  of  DD oS  A tt a ck  on   var iou s  routi ng  protocol  t y p es  in  MA NET  namely :  Zone   Routi ng  Protocol   (Z RP ),   Ad  hoc  On - Dem and  Distanc e   Vec to r  (AO DV )  protoc ol  and  Lo cat ion - Aided  Rou t ing  (LAR)  protoc ol .   The   in troduc ed  m odel   uses  the   NS - 2  si m ula tor  to  apply  DD oS   on   the   thr ee  chose n  routi ng   pro tocols.  In  t erms   of  throughput   and   end - to - end   la t ency   under   t he  conse quen ces   of  the   at t ac k ,   the   per form an ce   of  three  routi ngs prot o co ls wa s a n aly z ed.   Ke yw or d s :   AOD V   DD oS   at ta ck   MANET   Rou ti ng    Si m ulati on  m od el   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f  Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ma ha Abdel ha q,     Dep a rtm ent o f Info rm at ion  Te chnolo gy ,   Coll ege  of  C om pu te r  an d  I nf or m at ion  Scien ces ,   Pr inces s No ur a h bint  Abd ulra hm an  Un i ver si ty , 8 44 28 Ri ya dh, S a udi A ra bi a   Em a il :  MSAb de lhaq @pn u. e du.sa , m aha.uk m @g m ail.co m       1.   INTROD U CTION     The  Mo bile  A d - hoc  Net work  (MA NET )  is  a  series  of  m ob il e  nodes  t hat  are  distri bu te d  via  wirele s s   m ul ti - hop  te ch no l og y   [1] .  Ea ch  node  ca n  ac t  as  a  r ou te r   on  it s  own   in  a n  in fr ast ru ct ure - f ree  way  t o  pro vid e   the  netw ork  f unct ion al it y  nec essary   [2,  3] .  The  MA NET  can  be  us e d  in   var io us   fiel ds,  inclu ding  m i li ta ry   app li cat io ns ,  s ens or   e nv i ron m ents,  resc ue  op e rati ons   [ 4] .   MANE T  ha s   sp eci al   featu r es  su c h  as  dy nam i c   topolo gy,  w hic h  i m plies  that  nodes  f re qu e nt ly   chan ge  m ob il it y,  wh ic h  c om pr om ise s  network   sec ur it y  [5] .    It  is,  therefo re   vu l ner a ble  to   var io us   at ta cks  su c h  as  fl oodi ng   at ta cks  that  deliberatel y  send   am ple  traff ic   pack et s  to  i nter rupt the  ef fici ency o f  t he netwo rk   [ 6, 7] .    Secu rin g  MA NET  is  a  c riti cal   researc h  iss ue;  it   is  vu l nerable  to  m any  t ypes  of  at ta cks   and  inter fer e s   with  netw ork  secur it y  char a ct erist ic s.  On e   of   the  th reate ning  at ta cks  MANET  is  th e  Distribu te d  Den ia l  of   Ser vice  ( DDo S)   at ta ck  [7 - 12] .  Th e  D D oS  at ta cker   has  hundre ds   or   t housa nds  of   use le ss  pac kets  f loodin g   the  victi m ' s  r eso ur ces  t o  m ake  the  netw ork  busy  or  out  of  ser vice.   T his  will   re du ce  t he  ca pa ci ty   of   the  netw ork  a nd   rende r  it   unable  to  pe rfo rm   it s  ro le .  It   thu s  beco m es  inc apa ble  of  pro vid in g  se rvi ces  to   the legit im a te  n odes .   We  de plo ye d  a  DD oS  net work   at ta ck  i n  the  NS - 2  si m ulator  in  this  stud y,  an d  it   is  cal le d     the  distrib uted   De nial  of  Ser vice  protoc ol  ( DDoSM ).   D D OS M  us es   the   NS - 2  tra ff ic   gen e rato r  t o  pro duce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e r esi sta nce  of r ou ti ng  protoco ls   ag ain st  DDO S att ack i n  MAN E T   ( Ma ha A bd el haq)   4845   a   strea m   of   Con sta nt  Bi t  Ra te  (CBR )  traff ic ,   a  featur e  that  do e s  no t  exist  in  act ual  netw orks  but  is  us ed  for   si m ulati on   pur po s es  of   te sti ng  the  m os t  sensiti ve  a nd   e ff ic ie nt  routin g  protoc ols  unde r  the   at ta ck  ef fect   without  af fecti ng   netw ork  pe rfor m ance.  Th e  DDoSM  m od el   will   be  inc orp or at ed  i nto   three  ty pes  of   routi ng   protoc ols:  Z one  Rou ti ng  Pro tocol  (ZRP)   [ 13 ]   wh ic h  is  a  hybri d  r ou ti ng  prot oc ol,  Ad - hoc  O n - D e m and  Dista nce  Vect or   ( A ODV)   [ 14]   wh ic h  is  a  r eact ive  routing  pr ot oc ol,  an d  Locati on - Aide d  Rou ti ng   ( LA R)   [15]   wh ic h  is  an  ai ded   r ou ti ng  protoc ol  to  geog raphic  posit io n.  The  D DoSM  m od el   per f or m s  flo od i ng   at ta cks  on  these  r ou ti ng  prot oco ls  a nd   t he n  analy zes  re sist ance  to  D D oS   at ta ck  by  each  of  these  routing   prot oco ls   an d  this can  b e  u se fu l  for  m ai ntain in g  a M A NE T.   The  rem ai nd er   of  the  arti cl e  is  struct ur e d  accor dingly .   We  pro vid e  a n  ov e r view  of  the  resear c h  backg rou nd   an d  w ork  relat ed  to  it   in  Sec ti on   2.   Sect io n  3  intr oduces   the  theor et ic a l  si m ulatio n  m od el ,   si m ulati on   envi ronm ent  and   perform ance  m et ric  fo r  the  DDoS  at ta ck .  Sect ion   4  ad dresses  the  res ults  an d  evaluati ons a nd  we  s umm ariz e   our  r esea rch  and     fu t ur e  w ork  in  Secti on  5.       2.   BACKG ROU ND AN D REL ATED W O RK   2.1.    Mobil e  ad - h oc  ne twor k  ( MANET )   MANET   is  a  t ype  of  wireles s  net work  that   does  not  ha ve   a  cent ral  ba s e  sta ti on   t o  s pread   no des.     As  sho wn   i n  F igure  1,   When   two  no des  ha ve  to  com m un ic at e  with  each  ot her ,  t hey  ha ve  to  be  withi n  each   oth e r' s  range  a nd  ha ve   to r el y  on o the r  node s  f or  com m un ic at ion .   MA NE T  is  easi ly   set  u p  in  l ocati ons   that do  no t em br ace t he  ex ist ence  of   wire d  net works for  a s hort ti m e sp an.   It m a y be h el pf ul in wa r or   natu ral  disaste r  sit uations .  Howev e r,   du e  to  t he  la ck  of  net works  an d  cabl es,  MAN ET  ha s  sever al   ad va nt ageous  be ne fits  su ch   as  low  budget   and   e ffor tl ess  op e rati on,  a nd  becau se  it   has   a  qu ic k  i m plem entat ion   with   set up   f or  the  sam e   pur po se . Beca us e  of it s ope n natu re,  a nd  no  central s up e r vision, MA NET   su f fer s  fro m  secur it y t hr e at s.           Figure  1.  Mo bile  a d - h oc  n et w ork       2.2.    Routin g i n MAN ET   Rou ti ng  is  w he n  each   no de  ha s  to  fin d  path s  to  tran sfe r  da ta   pack et s  between   c om pu ti ng   de vices  i n  the  netw ork.   Rou ti ng  in  M AN E T  is  a  m ajor  chall en ge   becau se  the  t opology  is  te m po rar y  and   dynam ic .     This secti on  re views  our stu dy  into  the  th ree  chose n  r outi ng  protoc ols.     2.2.1.    L ocation - aide d r ou ti ng   (LA R) p r otoc ol   LAR  is  on e  of   the  com m on   r outi ng   protoc ols  wh ic h  seeks   to  reduce  the  over he ad  co ntr ol   m essage  [ 15,  16 ] .  I n  order  to  ide ntify  a  po te ntial   ta rg et   node   locat io n,   LAR  util iz es  the  Global   P os i ti on in g  Syst e m   (G PS ).  LAR  determ ines  a  portion  of  the  net wor k  w hich  is   ex per ie ncin g  li m i te d  f loodin g  on  the  basis   of   that  knowle dg e .  S o,   the  a m ou nt  of   c on t r ol  m essages  passing   t hroug h  the  net work   dec li nes  durin g  th e  rout e   disco ver y proc ess.  LAR  ass um es  that  the  network  n odes know  their o w n  locat ion   a nd   th e  la st  kn own  l oc at ion   of   the  de sti nati on   node.   On   th is  basis,  LAR  li nk s  the  sea rch  area  of   the  r oute   to  the  reg i on  in  w hich  the  route  to the dest inati on no de  is l oca te d.   LAR  ad justs  th e  m echan ism   of   pat h  disc ov e r y  so   that  only   the  no des  that  a re  pa rt  of  the  s earch  a rea   will   retran sm it  route  re quest   pack et s .  Wh e n  the  r ou te   requ est   pack et   reac hes  the  i nterm ediat e  node ,  th e  node   first  dete rm ine s  w hether   t he  r equ e st  pac ket  f or   t he  inc om in g  r oute   fall s  in to  the  sea rch   z on e  sp eci fie d.   If   not ,   the  r ou te   data  pack a ge  s houl d  be  tra ns m it t ed,   un le ss  it   is   par t  of   t he  s earc h  a rea.  If   no t,  t he  pac ke t  will   be disca r ded.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r   2020   :    48 44   -   48 52   4846   As  the  Fig ur e  2  s hows,   i f  no des  I   an d  K   r ec ei ve  a  r oute   re qu e st  for  destinat ion  no de  D   from   no de  S ,  the  r ou te   re que st  is  sent  beca us e  bot h  I   a nd   K   are  within  re ct angular  re qu est   range.  T he  path  request  w il l  be  sent.  By   com par iso n,   if  t he  r ou te   request  is   receive d  by  t he  no de  N ,  th e  request  is  ig nore d  beca us e   N   is   ou tsi de  the  r ect angular  rou te   r equ e st zo ne.           Figure  2.  LAR   routin g protoc ol  [ 15]       2.2.2.    Ad - ho c   on - dem and d istan ce  v ec t or  (AOD V)  p r otoco l   This  w ork  a dopts  the  A O DV   routin g  prot oco l  [ 17,  18] .  A ODV  is   a  powerf ul,  sel f - sta rtin g,    la rg e - scal e  r outi ng  prot oco l.   Ov e r  m any  ye ars  it   has  be en  e xtensive ly   stud ie d  an d  de velo ped,  th ere   by   confirm ing   it s  rob us tnes s  an d  a dv a ntage s.  As  s how n  in   Figure  3( a ),   A ODV' s  route  di scov e ry  pro ce ss  was   accom pan ie d  by   the  source  node  t ran sm it s  a  route  re quest   (RREQ )  pac ke t  to  al l  MAN ET  node s.T he  RR EQ  pack et   co ntain s  inform at ion   on   r outi ng,  inc lud in g  the  IP   address  of  the   or iginat or,  ID  of   transm issi on   an d  seq uen ce   num ber  of  t he  recipient.   Eve ry  in te rm ediat e  no de   receive s  the   RR EQ  pack et   and  reta in s  the   re vers e   path  t ow a rds  t he  s ource  node .  The   interm ediat e  node  ver ifi es  that  an   RR EQ  pack et   with  the  sam e  IP   ad dr es s   and   tra ns m it ted   I D  has  al rea dy  been   pro vid ed ,  an d  the n  decides  wh et he r  an  RR EQ  pa cket  is  to  be  refuse d   or adm it te d.   This  ver i ficat ion   process  hel ps   preve nt  at ta cks  from   floo ds.  The  inter m ediat e  no de  will   validat e     the  destinat i on  se qu e nce  num ber   co ntained  i n  it s  r outi ng  li st  after  pr ocessin g  the  RR EQ  pack et .     The  i nterm ediat e  node   uni - c ast s  the  R ou te   Re sponse   (R REP)  pac ket  to  the   s ource  node  i f  the   se qu e nc e   nu m ber   is  gr e at er  than   or  e qual   to  the   one   fou nd  in  the   RR EQ  pac ket.   If   t her e  is  no   fr es h - sty le d  r ou te   t o    the  destinat io n  no de,   the  RR EQ  pac ket   m us t  retai n  it s  Nav igati on   un ti l  the  ta r get  node  is  r eached ,     wh ic h  act ually   un i - cast s the   RR EP p ac ket t o t he  s ource  node  as s how n  in   Figure  3(b ).         (a)     (b)     Figure  3. A ODV  r outi ng  protoco l.  S: s ource  nod e , D: de sti nation n ode,  N 1  to  N5 i nterm ediat e node s ,     (a)  RR E Q pac ket pr op a gatio n,   ( b)   Path  of t he  RR EP  p ac ke t  [19]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e r esi sta nce  of r ou ti ng  protoco ls   ag ain st  DDO S att ack i n  MAN E T   ( Ma ha A bd el haq)   4847   2.2.3.  Z on e   ro ut ing  pr otoc ol  (Z RP)   ZRP  is  a  hybr i d  r ou ti ng  pr otoc ol.  The  m ai n  idea  of   this  hybr i d  proto col  is  to  us e  both  t he  proacti ve   and   reacti ve  protoc ol  r ou ti ng  m echan ism s   [20] .  ZRP  is  bas ed  on  the  z one  con ce pt.  A  zo ne ' s  no des  a re  bro ke n  dow n  int o  out er  no des  a nd  inn e r  nodes .  O uter  nodes  a re   co nn ect e d   nodes  directl y,  a nd  the  in ne r  node s  are   connecte d n od es ind ire ct ly . Th e r outi ng  z on e is represe nted  in  hops   with  a rad i us  ρ.  If  ρ =1  im plies, the sour ce   on ly   go e s to  it s d irect  li nk  node s.  I f  ρ= 2  the  s ource c ould  go  fur the r.   Since  m os t  com m un ic at ion   ta kes  place  in  ZRP  betwee n  the  nodes  ne ar   to  each  oth e r ,  ZRP  us es  proacti ve  prot oco ls  t o  disco ver   t he  r outi ng  in form at ion   within  t he  z on e .  T his  is  known  as  the   IA RP     (Intra - Zo ne  R outi ng   Protoc ol) .  The  reacti ve  protoc ols  are  use d  to  disco ver  the  routes  be tween  z o nes.   T his  is   nam ed  IERP  (Interz on e  Ro uting Pr ot oco l)   [ 21] .   Con si der   t he  netw ork  fou nd  in  Fig ure  4(a ).   T he  S   no de   has  a  pac ket   that  m us t  be  sent  to  X.    The  scal e  of  t he  zo ne   is   =   2  ra diu s .  T he   node  us es  I A RP' s  ro utin g  t able  to  che ck  if  the  destin at ion   li es  within its zo ne . A   route re que st i s g ive n  us i ng I ER P b eca use  it  is n ot ide ntifie d.  T he  m essage is tra ns m i tted  to   the  outwar d  nodes  (th e  fig ur e  sh ows  a  gr ay   c olor).   Eac h  c he ck - i n  their  r outi ng   ta ble  f or   t he   destinat ion.   Node   I   ca nnot  fi nd  the  destinat io n  in  it s  r ou ti ng  t able.  It,  the refor e ,  broad ca sts  the  m essage  to  it s  outw ar d  node s ,     as  show n  in  Figure  4(b)   i n  gr ay   color.  T he  request  is  not  passe d  bac k  t o  the  node s  D ,  F   an d  S   beca use   of   qu e ry c on tr ol  m echan ism s.   Last ly ,  node  T   receives  a  r equ e st  to  loca te   the  destinat ion   in  it s  r ou t ing   z on e ,  as  il lustrate d  in     Figure  4( c ).   N od e  T   a dd s  t he   path  from   node  X  it sel f  t o  the  r oute   re qu e st.  A  r oute   re pl y  with  the  re ve rsed  direct io n  is  ge ner at e d  an d  returne d  to  t he   source  node .  If  there   we r e  m any  route s  to  the  destinat ion,     sever al   re plies  would be  pr ov i ded to t he  s our ce.             (a)     (b)     (c)       Figure  4 .  ZRP  routin g protoc ol ,   (a)   r ou ti ng  zon e  of  node  S , (b) r outi ng zone  of no de  I ,    (c)   r ou ti ng z on e of  node  T   [ 13]       2.3.    Rela ted w ork    To  our  best  knowle dge,   no   on e   ha s  c ondu ct ed  a  c om par at ive  stu dy  of  the  th ree  routing  pr oto c ols   chosen  up  to  now:  AOD V,   Z RP,  an d  L AR  unde r  the  DDo S  at ta ck   [ 10 ] .   In  [22] ,  the  a ut hors  ha ve  e xa m ined   the  perform a nce  analy sis  of   fou r  A ODV  r ou ti ng   pr ot oco ls ,  dynam ic   so urce  ro utin g  ( DS R) ,     destinat io n - se quence d  dista nc e - vect or   r outi ng   ( DSDV ),  and   the  opti m iz ed  li nk   sta te   ro utin g  pr oto c ol  (O L SR).  T he n  they   con cl ud ed  the  i m plem entat ion   of   these  protoc ol s  under   gr ey hole   at ta cks  [23]   and   black ho le   at ta cks  [24, 2 5]   w ould  suffe r  a n  e f fici ency de gra dation com pared to  no rm al  si tuati on s .   In  [ 26] ,  the  author  presente d  a  per f or m ance  evaluati o n  sur vey  for  the  rou ti ng   protoc ols  AOD V  and  tem po rar y   ord ered  r ou ti ng  a lgorit hm   (TOR A)   f or   va rio us   perf or m anc e  pa ram et ers  unde r  DDoS  at ta ck.   The  sim ulati on   had   only   bee n  i m ple m ented  f or   11  no des.   T he  res ults  of  th is  exp e rim ent  sh owe d  that  A ODV   perform s b et te r  than  T ORA.   In  [2] ,  the  a uthors  i ns pecte d  the  num ber   of  m al ic iou s  node s  increases  wi th  var i ous  reac ti ve  routin g  protoc ols  duri ng  the  flo od   at ta ck;  the  ov e ral l  network   pe rfor m ance  decr e a ses.  D ur in g  th ei r  work,  the  auth ors   discusse d  m any  per f or m ance  m et rics  su ch  as  the  rati o  of   pack et   tra nsm issi on ,  j it te r,   an d  thr oughput .     The res ult was  that A ODV pe rfor m s b est   under flo od att ac k.   In  [ 27] ,  the  auth or s  e valuat ed  the  perf orm ance  of   A O DV   a nd   sec ure  ad - hoc   on - dem and   vecto r   routin g  ( SAO DV)  unde r  bla ckhole,  grey ho le ,  sel fish  a nd  flo od i ng   r ou ti ng  protoc ols  [ 28,  29] .  Th ey   pe rceive   that  the  SAO DV,  w hich  is  an  A O DV   e xtension  de sig ne d  to  ac hieve  t he  secu rity   featur es  in  t he  r ou ti ng   m essages,  it   has  bette r  pe rfor m ance  under   blac khole,   gr ey hole   an d  sel fish  at ta cks.   I n  com par iso n,     unde r  the  flo odin g  at ta ck,   th e  AODV   ha s  su pe rio r   eff ic ie ncy.  The  aut hor  al so   fou nd   th at   the  netwo r k' s  eff ect   of f lo odin g  a nd  black ho le   at ta cks  is  great er  than  t hat of  othe r  at ta cks.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r   2020   :    48 44   -   48 52   4848   In  [30] ,  the  a uth or  in vestigat e d  the  ef fect  of  the  Re source  Con s um ption   Atta ck  (RCA )  on   M ANET  perform ance,  par ti cula rly   the  AOD V  prot oc ol.  T his  co nc entrated  on  ho w  the  nu m ber   of   at ta cke rs  a nd  their   locat ion   would  influ e nce  the  pack et   deliver y   rati o  and   j it te r  delay .  T he  r esults  of   t he  stud y  m ay   help  othe r   researc hers  pro po s e s olu ti ons  that co uld   re duce the im pact of RC A.       3.   DDOS  ATTA CK SIM UL A TION  MO DE L (DDO SM)   Figure  5  dem on st rates  the  arch it ect ure  of   DDoSM ,  the   la yout  is  ext end e d  t o  the  t hr ee  r ou ti ng   protoc ols  of  c hoic e,  nam el y  Z RP,  A ODV,   a nd   LAR.  Whe n  a  re gula r  li nk  be gins  us i ng  CB R  traff ic ,  i t  sends   ou t  a  stream   of   flo odin g  pac kets  to  overl oa d  the  de sti nation.   The  st ud y  si m ulati on s  we re  co ns tr ucted  us in g  NS - 2  to  e valua te   the  eff ect ive ness  of  the  D DoS  at ta ck,   an d  the  sim ulatio n  fin dings  we r e  colle ct ed  fro m   two  exp e rim ental   s cenari os .  The   f irst  scena rio  a s   show n  i n  F i gure  6   was   ap pl ie d  by  var yi ng  one  fact or  w hi ch  is  the  num ber   of  at ta cker s  (3,  6  and  9),   al l  at ta cker s   ha ve   a  ra dio   ra ng e   of  250  m .  and  the  at ta cker s  wer e   placed   near   t he  destin at ion   wh e re  th ey   cou l d  ex ha ust   their  li m it ed  receive d  wind ow   w hich  i n  th e  w or st  case  le ads  to   resou rce c on s um pt ion   wh ic h helps   to clari fy the e ff ect   of f l ooding at ta c k.             Figure  5. D D oSM   s yst em   a rc hitec ture           Figure  6. Net w ork  t opology f or scena rio  I   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e r esi sta nce  of r ou ti ng  protoco ls   ag ain st  DDO S att ack i n  MAN E T   ( Ma ha A bd el haq)   4849   The  sec ond  sc enar i o  as  s ho wn  in  F ig ur e  7   ca rr ie s  out  the  r esults  by  va ryi ng  the  rad i o  ra nge  (30 0,   350  a nd  400  m ),   wh erea s  t he  nu m ber   of  at ta cker s  is   3.   Us in g  a   tra ff ic   loa d  of  2  pac kets /s,  the   CB R  connecti on star ts fr om  2  s  un til the si m ula ti on  ends.  The  at ta cker s tar get the CBR  co nn ect ion  in  bo th cas es b y   us in g  a   flood  rate  equ al   to  50  pac kets /s  and   the  siz e  of   the  pac kets  is  1000  byte s  an d  the  at ta cker   beg i ns  si m ulati on  unti l t he  en d  at  30 s.   T he param eter s  of the sim ulati on  used  in  a ll  scenar io s are  shown i n  Ta bl e 1 .           Figure  7. Net w ork  t opology f or scena rio  II       Table  1 . Si m ul at ion   par am et e rs   Para m eter   Valu e   Netwo rk ar ea   1 0 0 0 m  x 1 0 0 0 m   No .  o f  no d es   50   No d e sp eed   0  –   7   m /s   Ban d wid th   1 1   m b p s   Tr af f ic Packet size   5 1 2  bytes   Pack et r at e   2  pack ets p er  seco n d   Tr af f ic ty p e   CBR   Flo o d   in terval   0 .02  s   Flo o d  r ate   5 0  pack ets p er  sec o n d   Mob ility  m o d el   Ran d o m  w ay p o in t   An ten n a  m o d el   O m n id irection al   Prop ag atio n   m o d el   Two - ra y  gro u n d   Period  of  e m u l atio n   1 0 0  s       The  resea rc h  f ocused  on   eac h  r ou ti ng  prot oco l;   unde r  th e  DDoS   at ta ck ,  two  pe rfo rm ance  m et rics   wer e  calc ulate d.   a.   Thro ughput   Thro ughput  is  the  num ber   of  bits  per  unit   of  tim e  at   the  de sti nation.   I n  ea ch  ex pe rim ent al   ou tc om e,   this re pr ese nts  the s um  o f  the  destinat io ns  t hroug hput  values .   b.   En d - to - e nd d el ay   It  is  the  tim e  between   th e  firs t  bit  of   a  packe t  being   sent  by  the  source   an d  the  e nd  bit  of  the  pack e t   bein g  se nt  by the  destinat io n si de.   In each  e xp e rim ent, the a ver a ge  ti m e is  r ec orded f or the  destinat io n       4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION S   4.1.    E xp eri m ent al results  for  th e  sce na ri o  I   Floodin g  CB R   traf fic  af fects  MANET ,  wh e r e  over w helm e d  tra ff ic   is  sent   to  the   de sti nation,  create s   congesti on  in   the  us ual  route  resu lt in g  in  the  data  pa cket  fall ing   as  a  resu lt ,  aff ect in g  the  ne twork   perform ance  m et rics.  T he  e xperim ental   resu lt s   in  Fi gure  8  dem on strat e  th at   the  netw ork  thr oughput  dec li nes   wh e n  t her e   is  a n  inc rease d  nu m ber   of  at ta ck ers.  I f   put near  the  de sti nation,   D DoSM wil l  create   this dif f eren ce  unde r  3,  6,   a nd  9  at ta cker s .  ZRP  decr ea s es  netw ork   th rou ghput  by  a rou nd   42. 1  pe rcen t  c om par ed  t o    the  norm al  situ at ion   (z er o  at ta cker s )  wh e n  3  at ta cker s  are   add e d.   I n  the   case  of   LAR,   it  red uce s  network  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r   2020   :    48 44   -   48 52   4850   thr oughput  by  51.5   pe rcen t.   AOD V' s  eff ic ie ncy  is  po or e r  than  oth e r  protoco ls  beca us e  it   el i m inate s  networ k  com m un ic at ion   by  57. 4%.  Z RP  r e du ce s  network  th rou ghput  by  a r ound  49. 1  per ce nt  c om par ed  to  t he  norm a l   scenari o  (ze r o  at ta cker s)  i n  th e  case  of  6  at ta cker s   ap plied.  In   t he  case  of  LAR,  it   re duce s  netw ork  t hro ughput   by  56. 3  per ce nt .  AOD V' s  perform ance  is  lower   t han  ot her  protoc ols  bec aus e  it   re du c es   netw ork  t hroughp ut   by  61. 7%.  I n  the  w orst  case   of  this  e xp e r i m ent,  as  i m ple m ented  by  9  at ta cker s,   ZR P  re du ce s  network  thr oughput  by   about  57.1   pe rcen t  com par e d  to  the  norm al   (zero   at ta ck ers)   sit uatio n.   In   the  case  of   LAR,     it   red uces  net work   t hro ughp ut  by  62. 8  perce nt.  A O DV ' s  eff ic ie ncy  is  poorer  t han   othe r  prot oco ls  be cause  it   el i m inate s  network   c omm un ic at ion   by  67. 3%.   As  note d  in  Fig ur e  8,   the  i m pact  of   the  at ta ck  is  di rectl y  pro portion al   to   the  nu m ber   of  at ta cker s,  as  a  resu lt ,  it   is  ass um ed   that  if  the  nu m ber   of   at ta cker s  re aches  m or e  than  10,  the  ne twork  c ould  crash   beca us e  of   th e  num ber   of   at ta cke rs  i s  3,   the  pe rform ance  in  LA R  and  AOD V  dro ppe d  to  half  the  norm al   scenario  for  each  proto col  an d  the  pe rfo rm ance  of   9  at ta cker s  co nt inu es   to  de c rease.   Fi gure  9  s hows   the  ef fects  of  the  at ta ck  on  t he  e nd - to - en d  delay   com par e d  to   the  num ber   of   at ta cker s,  AODV   has  the  la rg est   ef fect  com par ed  to  ot her   protoc ols  wh e re,  in  the  case  of   9  at ta ckers ,     the  delay   incre ases  by  arou nd  98 . 71%  an d  in  the  case  o f  LAR  an d  ZRP ,  the  delay   increases  by  97. 1%   and  96% r e sp ect ive ly , r esulti ng i n ZR P outpe rfo r m ing  o t her p rot oco ls i n  te rm s o f  end - to - e nd  delay .           Figure  8. Th r ough pu t  vs n umber  of att acke r s       Figure  9. Dela y vs n um ber   of  att ackers       4.2.    E xp eri m ent al results  for sce na ri o  II     The  sim ulati on   res ults  of  sc enar i o  I I  de m on st rate  the  e f fect  of  va ryi ng  the  at ta cke r' s  rad i o  ra nge  unde r  the  pe rfor m ance  m et ri cs  (thro ughput   and   e nd - to - en d  delay ),   t he  r adio  ra nge  sp e ci fies  the  m ax i m u m   distance  a  node   can  se nd   it s  data.  I nc reasin g  the  rad i o  ra nge  le ads  t o  de c reasin g  the  net work  thr ough put  an d  increasin g  the   en d - to - e nd  de la y.  In  sce na rio  II,  the   nu m ber   of  at ta cker s   i s  3  a nd  the  flo od i ng  rate  is     50   pac kets/s.  The  fo c us   wa s  on  var yi ng  t he  ra dio  ra ng e  an d  ob se r vin g  it s  i m pact  on  the  t hr ee  r ou ti ng   protoc ols,  it   ca n  be   seen   f ro m   the  F ig ure  10,   ZRP  sho ws  a  sli gh t  dec rease   in  net wor k  th r oughput  w hile  LAR  sh ows  a n  ave r age  dro ppin g  in  thr ough pu t,  howe ver,  A O DV   s hows  the   worst  perform ance  unde r  al l  ranges.   Figure  11  dep i ct s  the  ef fect  of  dif fer e nt  ra dio   ra ng e   on  t he  e nd - to - en d  delay ,  A O DV  has  t he  highes t  delay  c om p a r e d   t o   o t h e r   t w o   p r o t o c o l s   i n   a l l   r a n g e s ,   i n   c o n t r a s t ,   Z R P   h a s   t h e   m i ni m um   d e l a y   a nd   b e t t e r   p e r f o r m a n c e .           Figure  10. T hr oughput  vs   r ad io r a nge       Figure  11. Del ay  v s  r adi o ran ge     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e r esi sta nce  of r ou ti ng  protoco ls   ag ain st  DDO S att ack i n  MAN E T   ( Ma ha A bd el haq)   4851   5.   CONCL US I O N   AND  F UT U RE W ORK   This  re searc h  analy zed  th ree   ty pes  of  r outi ng   prot oco ls  i n  MA NET  a nd  im ple m ented  a  D DoSM  us in g  CB R  traff ic   flo od i ng.   DD oS   has  be en  de plo ye d  us in g  the  NS2   e m ulator  in  t he  routin g  pro tocols   AOD V,   ZRP   and  LAR .  A ddit ion al ly ,  the  eff ic ie ncy  of   r ou ti ng  protoc ol s  was  a naly zed  us in g  perfor m ance  par am et ers  of   the  th r oughput  an d  e nd - to - en d  delay .  F inall y,  the  as sessm ent  and  analy sis  e f fe ct s  of    the  proto cols  wer e  pr ese nte d.   I n  bo t h  sce nar i os ,  ZRP  w orke d  best  in  t erm s  of   thr oughput  an d  en d - to - e nd  delay   and   e xhibit ed  the  m os t  resist ance  beh a vior  relat ive  to   the  protoc ols  AOD V  an d  L AR.  F or   fu t ur e   work,   we' ll   evaluate  the  perform ance  of  th ese   protoco ls   on  oth e r  perform ance  m et rics,  incl ud i ng  j it te r  an d  ove rh ea d  routin g.   We a r e now l ooki ng  to do  a  r eal ist ic  d e plo ym ent.       ACKN OWLE DGE MENTS     This  re searc h  was  fun ded  by  the  Dea ns hi p  of   Scie ntific   Re searc h  at   P rincess   N ourah  bi nt   Abd ulra hm an   Un i ver sit y t hro ugh  t he  Fa st - tr ack Resea rch F unding  Pro gr a m .       REFERE NCE S     [1]   R.   Raj u  L.   and  C.   R.   K.  Redd y ,   “ Node  ac ti vity   base d  trust  and  rep utation  esti m a ti on  appr oa ch  for  s ec ure   and  QoS  routi ng  in  MA NET, ”   In te rnati onal  Journal  of   El ectric al  &   Computer  Enginee ring   ( IJE CE ) ,   vol.   9,   no.   6,     pp.   5340 - 5350 ,   2019.   [2]   P.  Kakka r  and  K.  Saluj a ,   “ Perform anc e  inve st iga ti ons  of  r ea c ti ve  rout ing  pro toc ols  under   f lo oding  at t ac k  in   MA NET, ”   in  20 16  3rd  Inte rnati onal  Confe ren ce  on  Computing  f or  Sustainabl e  Global  Dev e lop me nt  ( INDIACom) ,  pp.   623 - 627 ,  20 16.   [3]   S.  G.  Dat e y   an d  T.  Ans ari ,   “ Mobile   Ad - hoc   net works   it s  ad vant ag es  and  ch al l enge s, ”   Int ernati onal  Journal  of  El e ct rica l  and   E le c tronic s R ese a rch ,   vol .   3 ,   no .   2 ,   pp .   491 - 496 ,   2 015.   [4]   M.  Yada v  and  N.  Uparosi y a,  “ Survey   on  M AN ET :  Routi ng   protoc ols,   adv ant ag es,   probl e m s  and  sec urity , ”   Inte rnational   Jo urnal  of  Inno vat i ve   Comput er  Sc i enc e   &   Engi nee ring ,   vo l. 1,  no.   2,   pp.   12 - 17,   2014 .   [5]   P.  Na y ak  and  B .   Vatha sava i,   “ Im pac t  of  ran dom   m obil ity   m od el s  for  rea ctiv e  routi ng  protoc ol s  o ver   MANET , ”   Inte rnational   Jo urnal  of  S imulat i on -- Syste ms ,   S cienc e   &   Technol ogy ,   vo l. 17, pp.  13. 1 - 13.   9 ,   2016 .   [6]   S.  Gurung  and  S.  Chauha n,   “ A  d y namic  thr esh old  base d  al gor i thm  for  improvi ng  sec urity   and   per form anc e  of  AO DV   un der   bl ac k - hol e at t ac k   i n  MA NET, ”   Wir el ess Networ ks ,   vol.   25 ,   pp .   1685 - 1695,   2019 .   [7]   S.  Sarika,  e t  a l. ,  “ Secur ity   issues  in  m obil e  ad  h oc  net works , ”   P roce dia  Comput er  Scienc e ,   vo l.   92,   pp.   329 - 335 ,   2016.   [8]   O.  H.  Younis,  e t  al. ,  “ A  Surve y   on  Secur i t y   Att ac ks/Defe nses  i n  Mobile   Ad - ho c  Networks, ”   C omm un ic ati on  o n   Appl ied   E lectron ics ,   vo l. 6,  no.   1 0,   pp .   1 - 9 ,   2017 .   [9]   L.   Sergi i,   e t  a l. ,  “ Dete ct ion  of th e  botne ts’  low - r a te   DD oS a tt a cks  base d  on  self - si m il ari t y , ”   Int ernati onal  Journal of  El e ct rica l  &   Co mputer  Engi n ee r ing ,   vo l. 10, pp.  3651 - 3658,   202 0.   [10]   A.  Sara vana n ,   e t  al . ,  “ A  new  fr amework  to  al l evi a te   DD oS  vu ln era b il i ti es  in  cl oud  computin g, ”   Inte rnat iona l  Journal  of   Elec t rical   &   Compute r E ngineering ,   v ol.   9 ,   no .   5 ,   pp .   4 163 - 4175,   2019 .   [11]   M.  Nare nder   an d  B.   N.  Yuvara ju,   “ Pree m pti ve  m odel li ng  towar ds  cl assif y ing  vu lne rab il i t y   of  D DoS   at ta ck  in  SD N   envi ronm ent , ”   I nte rnational   Jou rnal  of El e ct ri ca l  &   Co mputer  E ngine ering ,   vol .   10,   no .   2 ,   pp .   15 99 - 1611,   2020 .   [12]   A.   D.  Bashee r ,   e t  al. ,  “ SIEM - base d  detec t ion  and   m it iga t ion   of  Io T - b otnet  DD oS  at t ac ks, ”   Inte rna ti onal  Journal   of   El e ct rica l  &   Co mputer  Engi n ee r ing ,   vo l. 10, pp.  2182 - 2191,   202 0.   [13]   N.  Bei j ar,   “ Zon e  routi n g  pro tocol  (ZRP), ”   Ne t working  La bora tor y ,   Helsink i  Univer sit y   of  Te c hnolog y ,   Finl an d ,    pp.   1 - 12 ,   2002 .   [14]   C. Perkins , E .  Be lding - Roye r , and S.  Das, " Ad hoc  on - de m and   distance  vecto r  ( A ODV )  r outi ng,"  2 070 - 1721, 2 003.   [15]   Y.  B.   Ko  and  N.  H.  Vaid y a ,   “ Loc a ti on ‐ Aid ed  Routi ng  (LAR)  in  m obil e  ad  hoc  net works , ”   Wi rele ss   net works ,    vol.   6 ,   pp .   307 - 3 21,   2000 .   [16]   M.  F.  Khan   and   I.   Das,   “ An  I nve stiga ti on   on  Exis ti ng  Protocol s   i n  MA NET, ”   in  I nnovat ions  in  C omputer  Scienc e  and  Engi n ee ring ,   pp .   215 - 224 ,  2 019 .   [17]   C.  E.  Per kin s ,  E.  Be ldin g - Ro ye r,   a nd  S.  Da s,  "A d  hoc  On - Dem and   Dista nce  Vecto r  ( A ODV)  Ro utin g,"  IETF  MANET   In te r net Draft ,  2003.   [18]   C.   E .   Perk ins  an d  E.   M.   Ro y er ,   “ Ad - hoc  on - demand  dista n ce   v ector  routi ng , ”   in  Proce ed ings  of  t he  Sec ond   IEEE   Workshop on  M obil e   Computer  Syste ms   and  App li cations  ( WMCSA'99 ) ,   New Orl ea ns, LA,   pp.   90 - 100 ,  1999 .   [19]   M.  Abdelha q ,   e t   al . ,  “ Secur ing   m obil e  ad  ho c  n et works   using  d ange r  th eor y - bas ed  artifi ci a l  im m une  al gorit hm , ”   PLoS  ONE ,   vo l.  10 ,   no .   5 ,   p .   e01 20715 ,   2015 .    [20]   S.  R.   Ma lwe,  et  al . ,  “ Locat ion   an d  select iv e - bord erc ast   base d  enh anc ement   of  zon e  routi ng   proto c ol, ”   in  2016   3rd   Inte rnational   Co nfe renc e  on   Rec ent   Adv anc es  in   Information  Tec hnology   ( RA IT) ,   pp.   83 - 88 ,  2016 .   [21]   A.  Kum ar,   et   al . ,  “ Loc a ti on - bas ed  routi ng  proto col s  for  wire le ss   sensor   net works :  A  surve y , ”   Wirel ess  Sensor  Net work ,   vol .   9 ,   no.   1 ,   pp .   25 - 72 ,   2017.   [22]   M.  S.  Khan ,   e t  al . ,  “ A  compara ti ve  p erf orm ance  an aly sis  of  M AN ET   routi ng   pr otoc ols  und er  sec urity   attac ks , ”     in  Mobi le   and   W irel ess Tec hno lo gy ,   pp .   137 - 145 ,  2015 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r   2020   :    48 44   -   48 52   4852   [23]   S.  Gurung  and  S.  Chauha n ,   “ A  novel   appr oa ch   for  m it ig a ti ng  gra y   hol e  a tt a ck   in  MA NET, ”   Wirel ess  Net wor ks ,    vol.   24 ,   pp .   565 - 579,   2018 .   [24]   S.  Praka sh  and  A.  Sw aro op,   “ A   brie f  surve y   of  b la ckho le   detec t i on  and  avoi da nc e  for  ZRP  protoc ol  in  MA NETs, ”   in  2016  In te rnati onal  Conf ere nce on  Computing ,   Comm unic ati on  and  Aut omat ion ( ICCCA ) ,   pp.   65 1 - 654 ,  2016 .   [25]   L.   A.  K.  Al  Dula imi ,   et   a l.,   “ Bla c k  hole   at ta ck  b e havi ora l  anal y s is  gene ra l  net work   sca la bi li t y , ”   Ind onesian  Journal   of  E le c tric al   En gine ering   and  C omputer  Scienc e ,   vol .   13 ,   no .   2 ,   p p.   677 - 682 ,   201 9.   [26]   S.  Garg,   “ Perfor m anc e  an aly sis of  AO DV   and  TO RA  under   DDoS  at tack  in  MA NETs, ”   I JSR   Int ernati onal   J o urnal  of  Sc i ence  and   R es earc h ,   vol. 3,  no.   10 ,   pp .   297 - 304,   2014 .   [27]   M.  A.  Abdelsh af y   and  P.   J.  B.   King,   “ AO DV   and  SA O DV   under   at t a ck:   Perform ance  compari son, ”   in   Inte rnational   Co nfe renc e  on   Ad - Hoc  Net works a nd  Wireless ,   pp.   318 - 331 ,  2014 .   [28]   M.  M.  Ghonge,   et  a l. ,  “ Selfi sh  a t ta ck  d etec t ion  in   m obil e  Ad  hoc  net works , ”   in  20 17  Inte rnationa l   Confe renc e  on   Innov ati ons  in  I nformation,   Embe dded  and   Com municat ion   System s ( ICIIE CS ) ,   pp.   1 - 4 ,  2017 .   [29]   K.  A.  P.   Yam ini ,   et   al. ,  “ Handli ng  Selfi shn ess  over   Coll abor a tive  Mec h an ism   i n  a  Mobi le   Ad  hoc  Network , ”   Journal  of   Cyb e r Se curity  and   M obil ity ,   vol .   7 ,   n o.   1&2 ,   pp .   39 - 5 2,   2018 .   [30]   M.   Abdelha q ,   e t  al. ,  “ The  Im pac t  of  R esourc e   Consum pti on  Atta ck  on   Mob il e  Ad - hoc  Ne t work  Routi ng, ”   I nte rnational   J o urnal   of  N et wor k  Se curit y ,   vo l. 1 6,   pp .   no .   4 ,   pp .   3 99 - 404 ,   2014 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.