Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement OLSR-NG Optimized Link State Routing Next Generation

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1 Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement OLSR-NG Optimized Link State Routing Next Generation Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 1

2 Inhalt der Präsentation 1 Anwendungsgebiete von OLSR Standard und Mesh-Netze Freifunk, FunkFeuer 2 Proaktives Link State Routing im Überblick 3 Der Weg zu OLSR-NG - Optimierungen an OLSR OLSR: MultiPointRelays (MPRs) OLSR-NG: FishEye-Algorithmus OLSR: Routing-Schleifen OLSR: Dijkstra Shortest Path Algorithm OLSR-NG: Estimated Transmission Count (ETX) OLSR-NG: Abschaltung der Link Hysterese OLSR-NG: Skalierungfähigkeit gegenüber olsr.org 4 Quellenverzeichnis Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 2

3 Anwendungsgebiete von OLSR Drahtloses, mobiles, Mesh-Netz in dem jeder Node als Router für jeden anderen fungiert hauptsächlich WLAN aber nicht darauf begrenzt Militär, Katastrophen, Versorgung mit Internet wo kein Breitband möglich mobile Ad-Hoc Netze (MANETs) überall da, wo keine Infrastruktur (Access Points, Telefonmasten, Antennen usw.) aufgebaut werden kann Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 3

4 Standard und Mesh-Netze WLAN-Standard unterstützt Meshing nicht von Haus aus: Abbildung: Infrastruktur Modus Kommunikation erfolgt über zentralisierten Access Point (mit halber Geschwindigkeit!) Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 4

5 Standard und Mesh-Netze WLAN-Standard unterstützt Meshing nicht von Haus aus: Abbildung: Ad-Hoc Modus Mehrpunktverbindungen im Standard nicht vorgesehen Datenverkehr wird nur an Geräte in eigener Funkreichweite weitergeleitet Routingprotokolle nötig um Mehrpunktverbindungen zu ermöglichen Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 5

6 Standard und Mesh-Netze WLAN-Standard unterstützt Meshing nicht von Haus aus: Node B Node A Abbildung: Node A kann mit Node B sprechen Node B Node A Node C Abbildung: Node A kann nicht mit Node C sprechen Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 6

7 Freifunk, FunkFeuer größte Netze, in denen OLSR-NG eingesetzt wird: Freifunk Berlin Nodes Freifunk Leipzig Nodes FunkFeuer Wien Nodes Athen Wireless Metropolitan Network Nodes (Mischung aus BGP und OLSR-NG) Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 7

8 Proaktives Link State Routing im Überblick Erkennung von Nachbarnodes über HELLO-Nachrichten bei Topologieänderung Broadcast von TC-Nachrichten auf Basis der empfangenen TC-Nachrichten wird Gesamttopologie auf jedem Router erzeugt Errechnung der Routing-Tabelle durch Dijkstra-Algorithmus Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 8

9 OLSR: MultiPointRelays (MPRs) Abbildung: LSR Flooding Abbildung: OLSR Flooding mit MPRs (schwarz) Optimierungsidee in RFC3626: Bandbreite sparen indem Topologieinformation (Broadcasts!) nur an ausgewählte Nachbarnodes versendet werden Problem: WiFi-Links nicht stabil, bedeutet: MPRs reduzieren Netzsstabilität und Redundanz Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 9

10 OLSR-NG: FishEye-Algorithmus Vorgehen Topologienachrichten mit kleiner TTL häufiger versenden als solche mit hoher TTL Resultat weiter entfernte Nodes haben weniger aktuelles Bild des Gesamtnetzes, in Praxis aber ausreichend genau Reduktion des Protokolloverheads auf 1/3 gegenüber MPR-Flooding Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 10

11 OLSR: Routing-Schleifen Durch Wireless-Technologie können Links sehr schnell nicht mehr verfügbar sein: Bester Pfad zu E: D, E C D Bester Pfad zu E: B, E (Topologieänderung noch nicht angekommen) Bester Pfad zu E: B, C, D, E A B E Bester Pfad zu E: C, D, E (Direktlink zu E nicht mehr verfügbar) Abbildung: übliche OLSR Routing-Schleife Node A versucht Datenpakete an E zu senden während Übertragung fällt direkter Link B-E aus B sendet deshalb Pakete an C, da B Route C,D,E berechnet hat Topologie unvollständig aktualisiert - D sieht direkte Route B,E D sendet Pakete zurück an B -> Routing-Loop Lösung: Topologieänderungen redundant und oft (öfter als HELLO-Nachrichten) senden um Topologieänderungen schnell zu propagieren Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 11

12 OLSR: Dijkstra Shortest Path Algorithm Routen nach RFC3626 Dijkstra Algorithmus um den kürzesten Pfad zu berechnen Problem: minimiert Hopcount bedeuted für WiFi-Links also: große Entfernungen -> wenig Geschwindigkeit, hoher Packetloss Alternative: Paketverlust minimieren 100% 90% 85% Node D Node A Node B 60% Node C Abbildung: SPF vs. Minimized Packetloss Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 12

13 OLSR-NG: Estimated Transmission Count (ETX) Paketverlust: 30% - LQ: 70% A Paketverlust: 10% - LQ: 90% B Abbildung: Berechnung des ETX anhand eines Beispiellinks ETX-Berechung aus Paketverlust der letzten HELLO-Nachrichten zweier Nodes Link Qualities: LQ 1 = 90% und LQ 2 = 70% ETX für Link A-B: 1 LQ 1 LQ 2 = = 1.59 geht als Faktor in Berechnung der Routing-Tabelle ein Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 13

14 OLSR-NG: Abschaltung der Link Hysterese Idee nur solche Links nutzen, die über einen gewissen Zeitraum stabil verfügbar waren ETX kann dies besser lösen wenn es einen einzigen Link mit ETX 70 gibt, wollen wir diesen nutzen - auch wenn er schlecht ist mit Hysterese Verbindung unmöglich, da Link zu instabil (darum hoher ETX) Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 14

15 OLSR-NG: Skalierungfähigkeit gegenüber olsr.org Referenzimplementierung unbrauchbar ab 300 Nodes auf üblicher Hardware (200MHz MIPS CPU mit 16MB RAM) Implementierung des Dijkstra-Algoritmus mit binärem Heap statt Array Laufzeitkomplexität von O( E log( V )) statt O( V 2 ) zur Routenberechnung Verwendung effizienter Datenstrukturen... sowie unzählige weitere Codebereinigungen Senkung der CPU-Zeit um Faktor 50 Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 15

16 Fragen? Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. Link zu diesem Dokument jkohlsdo/nsm/olsr-ng.pdf Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 16

17 Quellenverzeichnis CLAUSEN, T. ; JACQUET, P.: Optimized Link State Routing Protocol (OLSR). RFC 3626 (Experimentell). Version: Oktober 2003 ELEKTRA, T.: Optimized Link State Routing and beyond. Version: Dezember 2005 KOHLSDORF, J.: Hochgeschwindigkeitsnetze - OLSR Protocol. Juli 2008 KAPLAN, A. ; ROGGE, H.: olsr.org // FunkFeuer // Freifunk - OLSRv2. Presentation at OLSR Interop 08, Ottawa, CA. Oberseminar Netzwerk & Systemmanagement - OLSR-NG 17