Filtern
Dokumenttyp
- Diplomarbeit (4)
- Bachelorarbeit (3)
- Dissertation (1)
- Studienarbeit (1)
Schlagworte
- Routing (9) (entfernen)
Institut
Der an der Universität Koblenz-Landau entwickelte RIP-MTI-Algorithmus stellt eine Modifikation des Routingalgorithmus RIP dar, die es dem RIP-Algorithmus ermöglichen soll, die Häufigkeit des Auftretens des Counting-to-infinity-Problems (CTI) zu reduzieren. Um die Korrektheit und Zuverlässigkeit dieses Algorithmus nachweisen, aber auch Schwächen aufdecken zu können, bedarf es der Möglichkeit, das Verhalten des Algorithmus zu testen. Ziel der Arbeit ist die Nutzbarmachung der von unter VNUML laufenden RIP-Routern dezentral verwalteten Routing-Informationen, um die Entstehung von CTIs zentral protokollieren und analysieren zu können. Zu diesem Zweck wird eine Software entwickelt, die Informationen zur Netzkonfiguration, zu Erreichbarkeiten und Update-Aufkommen sammelt, verwaltet und analysiert. So können neben den bereits bekannten problematischen Netztopologien weitere für die einzelnen RIP-Ausprägungen problematische Topologien ermittelt werden.
RMTI (RIP with Metric based Topology Investigation) wurde in der AG Rechnernetze an der Universität Koblenz-Landau entwickelt. RMTI stellt eine Erweiterung zum RIP (Routing Information Protocol) dar, die das Konvergenzverhalten bei Netzwerkveränderungen, insb. bei Routingschleifen, verbessern soll. Dies geschieht durch Erkennen von Routingschleifen und Reduzieren des Count-to-infinity Problems. Um dieses gewünschte Verhalten nachweisen zu können, bedarf eine reichhaltige Evaluierung des RMTI- Algorithmus. Hierzu wurde in der gleichen Arbeitsgruppe die Client-/Server-Applikation XTPeer entwickelt. In Kombination mit anderen Software wie VNUML und Quagga Routing Suite lässt sich per XT-Peer der Algorithmus evaluieren. Die Applikation XTPeer generiert durch die Simulationen Daten. Diese können in Form von XML konforme SDF-Dateien exportiert werden. Diese können ohne weitere Auswertungen wieder in die XTPeer Applikation importiert werden. Die Evaluierung der Simulationen findet automatisiert nur an der aktuellen Simulation statt. Evaluierung über mehrere Simulationen muss der Benutzer manuell berechnen. Um diese Evaluierungsarbeiten für den Benutzer zu vereinfachen, verfolgt die vorliegende Diplomarbeit daher das Ziel, die XTPeer Applikation mit einem Auswertungsmodul zu erweitern. Die Auswertungen soll sich über alle gespeicherten Simulationsdaten und nicht wie bisher nur über die aktuell laufende Simulation erstrecken. Dies ermöglicht bessere statistisch verwertbare Aussagen. Zusätzlich können diese Auswertungsergebnisse grafisch unterstrichen werden.
Ein Netzwerk, wie beispielsweise das Internet, ist eine Menge von Netzen, die durch Router miteinander verbunden sind. Ein Router ist ein Computer, der mit mehreren Netzwerkschnittstellen ausgerüstet und an mehrere Netze angeschlossen ist, um zwischen diesen Pakete zu vermitteln. Man kann ein Netzwerk auch als Graph repräsentieren, wobei Router als Knoten und Netze als Kanten angesehen werden können. Diesen Graph nennt man die Topologie des Netzwerks. Soll ein Paket in ein anderes Netz als das eigene gesendet werden, so wird es normalerweise dem sogenannten Default-Router gesendet. Dieser besitzt (wie jeder Router) eine Tabelle (die sogenannte Forwardingtabelle), die alle Netze enthält. Zusätzlich ist in der Tabelle der jeweilige Router eingetragen, über den das Netz am besten erreicht werden kann. So wird das Paket von einem Router zum nächsten geleitet, bis es das Zielnetz erreicht. Dabei schlägt jeder Router in seiner Tabelle nach, welches der nächste Router auf dem günstigsten Weg zum Zielnetz ist. Ein Routingprotokoll kümmert sich um den automatischen Austausch von Informationen zwischen den Routern, um die Forwardingtabelle aufzubauen und auf dem aktuellen Stand zu halten. Sind die Tabellen aller Router auf dem aktuellen Stand, so befindet sich das Netzwerk in einem konvergenten Zustand. Die Zeit, die benötigt wird, um die Forwardingtabelle aufzubauen beziehungsweise sie nach einer Änderung der Topologie zu aktualisieren, wird Konvergenzzeit genannt. Das Routingprotokoll RIP ist ein bekanntes und gut erforschtes Distanzvektor-Protokoll. Jedoch gibt es bisher nur wenige Untersuchungen der Konvergenzeigenschaften (wie z.B. benötigte Zeit, um in einen konvergenten Zustand zu gelangen, oder das dabei erzeugte Trafficvolumen) dieses Protokolls. Ziel der Arbeit ist es einen Zusammenhang zwischen den Topologieeigenschaften eines Netzwerks und den Konvergenzeigenschaften bei Verwendung des RIP-Routingprotokills experimentell zu ermitteln. Hierfür wurden über 5000 Einzelmessungen mit verschiedenen Topologien durchgeführt und statistisch ausgewertet. Aus den Ergebnissen wurden Formeln abgeleitet, mit deren Hilfe sich für ein beliebiges Netzwerk die Konvergenzeigenschaften anhand seiner Topologieeigenschaften approximieren lassen.
Einer der Forschungsschwerpunkte der AG Rechnernetze ist das Routing Information Protocol. Eine eigene kompatible Erweiterung dieses Routingprotokolls ist der Routing Information Protocol with Metric-based Topology Investigation (RMTI [ehemals RIP-MTI]). Um dieses Protokoll testen und mit seinem Vorgänger vergleichen zu können, wird die Virtualisierungssoftware VNUML eingesetzt. In diesen virtualisierten Netzwerken werden Router, die das RMTI-Protokoll einsetzten, mittels der Zebra/Quagga Routing Software Suite beobachtet. Dabei wird das Verhalten des Protokolls in unterschiedlichsten Simulationssituationen analysiert und bewertet. Um solche Testabläufe zentral zu steuern und protokollieren zu können wurde die Anwendung RIP-XT (XTPeer) erstellt und in fortführenden Diplomarbeiten kontinuierlich erweitert. Sie ist Schnittstelle zu den Zebra/Quagga-Routern und kann diese steuern. Zusätzlich sammelt und analysiert sie die Routing-Informationen der Router.Über ein GUI kann ein Benutzer diese Abläufe steuern. Um einen visuellen Überblick über eine Netzwerktopologie zu erhalten, besitzt das GUI auch eine Topologie-Anzeige. Die Anzeige repräsentiert das Gesamte Netzwerk durch Symbole, über die auch Interaktionen mit der Simulation möglich sind. Ziel dieser Diplomarbeit war es, die bisherige Topologie-Anzeige zu überarbeiten, um sie für neue Anforderungen anzupassen. Des weiteren wurden funktionale Erweiterungen in das GUI des RIP-XTs eingebettet.
Durch das fehlerhafte Vergabemanagement und das ständige Wachstum an internetfähigen Geräten sind die IPv4-Adressen ausgeschöpft. Aus diesem Grund und den neuen Anforderungen, die an die Technik des Internets gestellt werden, ist das IPv6-Protokoll entwickelt worden. Dieses bietet einen vielfach größeren Adressraum und wird das IPv4-Protokoll nach und nach ersetzen. Jedoch müssen für das neue Internetprotokoll die Routing-Protokolle angepasst werden. In dieser Ausarbeitung wird das dynamische Routing-Protokoll RIPng aus der Familie der Inter-Gateway-Protokolle (IGP) analysiert. Mithilfe dieses Protokolls tauschen die Router innerhalb eines Netzwerkes untereinander Informationen über ihre Verbindungen aus. Des Weiteren werden die Grundlagen des IPv6-Protokolls, der verwendeten Protokoll-Algorithmen und des RIPv2-Protokolls erläutert. Im praktischen Teil der Ausarbeitung werden Eigenschaften von RIPng sowie das Counting-to-Infinity-Problem genauer betrachtet.
Das Erstellen virtueller Netzwerke hat den Vorteil, dass Routingalgorithmen oder auch verteilte Software sehr einfach, übersichtlich und kostengünstig getestet werden können. Zu den Routingalgorithmen gehört auch das Optimized Link State Routing und der Babel Algorithmus für mobile Ad-Hoc Netze. Die folgende Ausarbeitung beschäftigt sich mit den beiden Algorithmen im Zusammenhang mit fehlerbehafteten Verbindungen in solchen Netzwerken. Normalerweise sind die virtuellen Verbindungen, welche in einem virtuellen Netzwerk erstellt werden, nahe an den optimalen Bedingungen. Oftmals sollen die Routingalgorithmen aber nicht unter optimalen Bedingungen getestet werden, um ein möglichst realistisches Verhalten zu simulieren.
Aus diesem Grund sollen sie mithilfe des Netzwerktools Traffic Control unter nicht optimalen Bedingungen getestet werden. Traffic Control stellt einige Werkzeuge zur Verfügung, um Verbindungen hinsichtlich ihrer Verzögerung oder des Paketverlustes zu manipulieren. In dieser Arbeit werden einige Szenarien erstellt, in denen dies getestet wird. Zusätzlich zu den Routingalgorithmen werden noch Staukontrollverfahren, die dazu dienen Datenstau in Netzwerkverbindungen zu verhindern, auf ihre Arbeitsweise untersucht. Mit Traffic Control ist es auch möglich eine gestaute Verbindung zu simulieren.
In dieser Arbeit wird das in letzter Zeit zunehmend wichtiger werdende Thema der Routenaggregation und deren Auswirkung auf die Verhinderung von Routingschleifen behandelt. Als Basis für die Implementation und Evaluation dient das an der Universität Koblenz entwickelte RMTI-Protokoll, bei dem es sich um eine Weiterentwicklung des in RFC2453 spezifizierten Routing Information Protocol Version 2 handelt. Dieses Protokoll kommt, in dieser Arbeit, innerhalb der virtuellen Netzwerkumgebung Virtual Network User-Mode-Linux (VNUML) zum Einsatz. Mit VNUML ist es möglich konkrete Netzwerkszenarien virtuell zu betreiben und zu untersuchen. Der RMTI ist bereits in der Lage topologische Schleifen zu erkennen und dadurch das Entstehen von Routingschleifen nachweislich zu verhindern. Im Rahmen der Arbeit wird die Funktionsweise des RMTI beschrieben und anschließend darauf eingegangen, unter welchen Umständen eine Routenaggregation vorgenommen werden darf ohne das die Aggregation Routinganomalien nach sich zieht. Um diese Änderungen vornehmen zu können ist ein tieferes Verständnis der Struktur von Routingtabellen notwendig, daher wird deren Aufbau anhand von Beispielen erläutert. Im Anschluss wird beschrieben an welchen Stellen Änderungen am RMTI vorgenommen werden müssen um trotz Aggregation eine Verhinderung von Routingschleifen bewirken zu können. Am Ende der Arbeit findet abschließend eine Evaluation der Reorganisationsfähigkeit des virtuellen Netzes bei vorgenommener Routenaggregation statt.
In dieser Studienarbeit sollen verschiedene Routing-Lookup Algorithmen aufgelistet und verglichen werden, mit denen eine Routing-Tabelle erstellt und angepasst werden kann. Dazu werden hier nur dynamische Verfahren in Betracht gezogen. Allgemein wird die Funktionsweise einer Routing-Tabelle erklärt und drei Verfahren bzw. Algorithmen analysiert und bewertet. Die Algorithmen werden anhand von Beispielen erläutert und in einem abschließenden Kapitel gegenüber gestellt. Dabei werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren aufgelistet.
Reaktiv lokale Algorithmen sind verteilte Algorithmen, die den Anforderungen großer, batteriebetriebener, Drahtloser Ad Hoc und Sensornetzwerke im besonderen Maße gerecht werden. Durch Vermeidung überflüssiger Nachrichtenübertragungen sowie Verzicht auf proaktive Ermittlung von Nachbarschaftstabellen (d.h. beaconing) minimieren solche Algorithmen den Kommunikationsaufwand und skalieren gut bei wachsender Netzgröße. Auf diese Weise werden Ressourcen wie Bandbreite und Energie geschont, es kommt seltener zu Nachrichtenkollisionen und dadurch zu einer Erhöhung der Paketempfangsrate, sowie einer Reduktion der Latenzen.
Derzeit wird diese Algorithmenklasse hauptsächlich für Geografisches Routing, sowie zur Topologiekontrolle, insbesondere zur Ermittlung der Adjazenzliste eines Knotens in zusammenhängenden, kantenschnittfreien (planaren) Repräsentationen des Netzgraphen, eingesetzt. Ersteres ermöglicht drahtlose multi-hop Kommunikation auf Grundlage von geografischen Knotenpositionen ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Netzwerkinfrastruktur, wohingegen Letzteres eine hinreichende Grundlage für effiziente, lokale Lösungen einer Reihe algorithmischer Problemstellungen ist.
Die vorliegende Dissertation liefert neue Erkenntnisse zum Forschungsgebiet der reaktiven Algorithmen, zum Einen auf einer abstrakten Ebene und zum Anderen durch die Einführung neuer Algorithmen.
Erstens betrachtet diese Arbeit reaktive Algorithmen erstmalig im Ganzen und als eigenständiges Forschungsfeld. Es wird eine umfangreiche Literaturstudie zu dieser Thematik präsentiert, welche die aus der Literatur bekannten Algorithmen, Techniken und Anwendungsfelder systematisch auflistet, klassifiziert und einordnet. Weiterhin wird das mathematische Konzept der O- und Omega-reaktiv lokalen Topologiekontrolle eingeführt. Dieses Konzept ermöglicht erstmals die eindeutige Unterscheidung reaktiver von konventionellen, beacon-basierten, verteilten Topologiekontrollalgorithmen. Darüber hinaus dient es als Klassifikationsschema für existierende, sowie zukünftige Algorithmen dieser Art. Zu guter Letzt ermöglicht dieses Konzept grundlegende Aussagen über die Mächtigkeit des reaktiven Prinzips, welche über Entwurf und Analyse von Algorithmen hinaus reichen.
Zweitens werden in dieser Arbeit neue reaktiv lokale Algorithmen zur Topologiekontrolle und Geografischem Routing eingeführt, wobei drahtlose Netze durch Unit Disk bzw. Quasi Unit Disk Graphen modelliert werden. Diese Algorithmen berechnen für einen gegebenen Knoten die lokale Sicht auf zusammenhängende, planare, Euklidische bzw. Topologische Spanner mit konstanter Spannrate bzgl. des Netzgraphen und routen Nachrichten reaktiv entlang der Kanten dieser Spanner, wobei die Nachrichtenauslieferung garantiert wird. Alle bisher bekannten Verfahren sind entweder nicht reaktiv oder gewährleisten keine konstanten Euklidischen oder Topologischen Spannraten. Ein wesentliches Teilergebnis dieser Arbeit ist der Nachweis, dass die partielle Delaunay Triangulierung (PDT) ein Euklidischer Spanner mit konstanter Spannrate für Unit Disk Graphen ist.
Die in dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse bilden die Basis für grundlegende und strukturierte Forschung auf diesem Gebiet und zeigen, dass das reaktive Prinzip ein wichtiges Werkzeug des Algorithmenentwurfs für Drahtlose Ad Hoc und Sensornetzwerke ist.