Weiterführende Themen und Ausblick

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1 Fakultät Informatik, Institut für Systemarchitektur, Professur Rechnernetze Rechnernetzpraxis Weiterführende Themen und Ausblick

2 Inhalte 1. Arbeitsgruppen der Internet Research Task Force 2. Information-Centric Networking 3. Delay-(/Disruption-)tolerant Networking 4. Ausgewählte Themen für das Selbststudium 2

3 Arbeitsgruppen der IRTF Internet Research Task Force ist neben der IETF die zweite Gruppe des Internet Architecture Boards Fokus der IRTF: Perspektivische Entwicklungen des Internets Aktuell sind neun Arbeitsgruppen aktiv: Crypto Forum Research Group (CFRG) Information- Centric Networking Research Group (ICNRG) Network Coding Research Group (NWCRG) Network Function Virtualization Research Group (NFVRG) Delay-tolerant Networking Research Group (DTNRG) Global Access to the Internet for All Research Group (GAIA) Internet Congestion Control Research Group (ICCRG) Network Management Research Group (NMRG) Software- Defined Networking Research Group (SDNRG) 3

4 Information-Centric Networking - Motivation Adressierung der Inhalte Aktuelle Situation und Inhalte selbst sind mit physischer Lokation explizit verbunden Content-Provider Infrastruktur ist agnostisch bzgl. Content-Consumer übertragener Inhalte; kein generelles Caching von Inhalten Ausgewählte Probleme: Inhalte sind durch Adressierung an physische Lokation gebunden Migration aufwendig Kein automatisches Caching in der Infrastruktur; keine automatische Lastverteilung auf Grundlage von zwischengespeicherten Inhalten Kein integriertes Tracking von Replikaten von Inhalten Inhalten von einem nicht vertrauenswürdigen System kann nicht getraut werden Situation wird durch Content-Distribution Networks (CDNs) und Ansätze der Anwendungsebene (z.b. Peer-to-Peer-Protokolle) verbessert, diese sind allerdings keine integralen Bestandteile des Internets und weisen vertikale oder horizontale Beschränkungen auf 4

5 Information-Centric Networking Weitere Bezeichnungen, z.b. Data-oriented Networking, Content-based Networking Internet Fokus auf: Knoten Evolution (alternativ: Clean Slate ) Web-Evolution CDNs Peer-to-Peer-Ansätze Information-Centric Network Abonnement von Inhalten Fokus auf: Informationsobjekte Zentrale Anforderungen: Zugriff auf benannte Informationsobjekte und nicht auf Knoten Skalierbare Inhaltsverteilung mittels Caching (reaktiv) Replikation (proaktiv) Verwendbar für alle Anwendungen und nicht nur für spezifische Anwendungen oder spezielle Inhalte Bereitstellung von Techniken für die Erreichung typischer Schutzziele Weitere Anforderungen: Funktionsfähig auch bei Unterbrechungen der Netzverbindung ( Disruption-tolerant Networking ) Mobilitäts- und Multihoming-Unterstützung 5

6 Information-Centric Networking - Forschung Migration des Internets Skalierbare Routingprotokolle Namensschemata Protokolldesign auf Anwendungsebene Ansätze zur Regulierung Forschungs- und Entwicklungsfragen Skalierbare Namensauflösung Datenschutzmechanismen Programmierschnittstellen Sicherheitsmechanismen Ausgewählte Forschungsprojekte 4WARD: NetInf: 6

7 Information-Centric Networking Ansätze basieren meist auf einem (oder auf einer Variation eines) Publish/Subscribe-Konzepts Operationen zum Beispiel: SUBSCRIBE/REGISTER/INTEREST/CONSUME Teilnehmende Knoten weisen einen universellen Cache für erhaltene Daten auf, so dass erhaltene Anfragen von Nachbarknoten ggf. lokal beantwortet werden können Beispiel: Beinhaltet Name oder Kategorie (z.b. /news/europe/germany) des gewünschten Inhalts und Inhaltsfilter ( sports ) Interest Consumer / Requester Publisher oder intermediäres System Daten Unabhängig vom Übertragungskanal verschlüsselt und signiert (PKI-Infrastruktur erforderlich) 7

8 Information-Centric Networking Beispiel NetInf Consumer Publisher Anwendung Anwendung Informationsobjekt Anfrage Antwort Veröffentliche Anfrage Antwort NetInf-Schicht NetInf-Schicht TCP-CL ETHER- CL CL TCP-CL ETHER- CL CL Konvergenzschicht Konvergenzschicht Beinhaltet Knoten zur Auflösung von Namen und beinhaltet Router mit Caching- Mechanismen Bildet Overlay- Network über andere Netze (insb. das Internet) 8

9 DTN: Ausgangspunkt Interplanetares Internet Herausforderungen 1. Lange und variable Übertragungsverzögerung (Delay) z.b. Round Trip Time (RTT) zwischen Erde <-> Mars beträgt zwischen 6 und 40 Minuten 2. Häufige und lange Verbindungsabbrüche Allerdings: Fast immer planbar 3. Hohe Fehlerrate bis zu 10^-3 4. Eingeschränkte energetische Versorgung 5. Asymmetrische Verbindungen bis zu 1000:1 Ground Network Proximity Network 9

10 DTN: Anwendungsfälle Durch Forschung am Interplanetaren Internet geschaffene Grundlagen werden heute im Bereich von Delay- and Disruption-tolerant Networks (DTNs) verwendet Zahlreiche Anwendungsfälle, u.a.: Katastrophenszenarien Militärische Operationen Unterwasserkommunikation Car-to-Car-Kommunikation Energie-effiziente Kommunikation Satellitenkommunikation Anwendungsfälle weisen hohe Heterogenität auf Setzen alle auf ein für DTN optimiertes Anwendungsprotokoll: Bundle Protocol Allerdings: Zahlreiche Unterschiede in Bezug auf Anforderungen an Routing-Protokoll, z.b.: Probabilistische Routingsprotokolle (z.b. Prophet) versus Deterministische Routingsprotokolle (z.b. Contact Graph Routing) 10

11 DTN Übersicht zum Bundle Protocol Intermediäre Agenten übernehmen Verantwortung für Übertragung ( Custody ) eines Bundles Anwendung (Kontrollzentrum) Bundle Storage Bundle Storage Anwendung (Marsrover) Bundle Protocol Convergence Layer Protocol TCP/IP Bundle Protocol Bundle Protocol Bundle Protocol Convergence Layer Protocol Data Link Layer Protocol Data Link Layer Protocol Für Details der Architektur siehe RFC

12 DTN-Protokollstack Direkter Convergence Layer Adapter TCP Adaptiertes Transmission TCP Control Protocol Bundle Protocol Direkt via UDP IP Internet Protocol Saratoga UDP User Datagram Protocol Licklider Transmission Protocol (LTP) CCSDS Protokolle für spezifische/ proprietäre Links Data Link Protocol CCSDS = Consultative Committee for Space Data Systems Spezifikation des Bundle Protocols: RFC 5050 Spezifikation des Licklider Transmission Protocol: RFC

13 Anwendungsfall für DTN: Ring-Road-Ansatz Kommunikation von beliebigen Orten der Erde soll auf kostengünstige Weise mittels LEO-Satelliten ermöglicht werden Kombination von günstigen LEO-Satelliten mit DTN-Protokollen Zwei Formen von Knoten: Cold Spots: Verfügen über keinen Internetzugriff (z.b. Knoten A in Abb. unten) Hot Spots: Verfügen über Internetzugriff 13

14 Anwendungsfall für DTN: Ring-Road-Ansatz Technologische Basis der Satelliten: Cube Sats Kostengünstige Miniatursatelliten (10x10x10 cm) Kosten gesamt: Ca Euro pro Stück inkl. Launch Überwiegend zu Lehrzwecken eingesetzt Photo von: Bjørn Pedersen, NTNU, Trondheim, Norway Z.B.: Gründe für Umsetzung: Ermöglicht kostengünstige weltweite Kommunikation Führt das Themenfeld DTN von der Forschung zurück in die praktische Anwendung Besondere Eignung aus Perspektive der Lehre 14

15 Themen für das Selbststudium Ausgewählte Themen/Technologien, die im Selbststudium für das Themenfeld Rechnernetzpraxis adressiert werden sollten: Differentiated Services Internet Group Management Protocol (IGMP) Queuing-Strategien Resource Reservation Protocol Optische Switches Mechanismen zur Bandbreiten-Kontrolle Configuration Management Mesh Networking Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE) Distance Vector Multicast Routing Protocol Energieeffizienz Arbeiten mit CLIs and do not forget to read the old papers, z.b.: The Design Philosophy of the DARPA Internet Protocols (David D. Clark, 1988) 15

16 Literatur / Links Website der IRTF: Wiki der ICNRG: Übersichtvortrag zu NetInf: TCENTRICNTWK/ORANGE_PELTIER_InformationCentricNetworkinginFI.pdf Delay-tolerant Networking Architecture Bundle-Protokollspezifikation: Spezifikation des Licklider Transmission Protocols: 16

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