Studien zum Aufbau eines Dual-WAN Internet Access Routers
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- Project Idea Name: Studien zum Aufbau eines Dual-WAN Internet Access Routers
- Date: 1/17/2022 9:19:26 PM
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Project Idea Description
Ausgangslage und Problemstellung:
Der Nationalrat hat eine Motion für schnelleres Internet in der Schweiz angenommen. Auch ländliche Gebiete sollen von einer Geschwindigkeit von mindestens 80 Megabit pro Sekunde profitieren. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit und Bandbreite von fixed-line Technologien auf dem Land wird der Internetzugang zunehmend über Satelliten-Technologien abgedeckt. Satelliten bieten hohe Download-Raten mit 20, 50 oder 100 Mbit/s an, haben aber den Nachteil einer hohen Latenz wegen der Distanz zwischen Nutzerempfangsgerät und Satellitenbodenstationen. Fixed-line Technologien hingehen bieten in ländlichen Gebieten wegen des großflächigen Ausbaus oft eine geringe Downloadgeschwindigkeit aber eine kurze Latenz. Aus Nutzersicht wäre daher eine Übertragung der Daten von interaktiven Anwendungen über fixed-line Technologien und eine Datenübertragung bei großen Download-Mengen über Satellit wünschenswert. Aus Forschungssicht bedeutet dies eine differenzierte Übertragung über eine der beiden Technologien je nach Endbenutzeranwendung - eine Berücksichtigung der Quality of Experience (QoE) bei der Wahl der Übertragungstechnologie.
Was sinnvoll erscheint wirft einige wichtige Forschungsfragen in Richtung der Implementierung auf:
a) Wie kann die bestimmt werden, welche Anwendung der Nutzer gerade nutzt?
b) Wie kann die Übertragung in Verbindungen auf die Technologien verteilt werden? Multipath-Lösungen?
c) Welche Komponenten sind für solch einen Dual-WAN Internet Access im Providernetzwerk nötig?
Ziel der Arbeit und erwartete Resultate:
Ziel der Bachelorarbeit ist der Aufbau und die Strukturierung eines virtuellen Testbeds, die Installation von mindestens einer Multipath-Lösung im Testbed und Auswertungen. Das Testbed sollte automatisiert werden und modular aufgebaut sein. Ziel ist es ein einfaches Dual-WAN-Szenario zu erstellen mit Client, Server, Dual-WAN-Router, zwei Links zum Server mit emulierten Netzwerkbedingungen. Im Anschluss an den Aufbau des Testbeds soll verifiziert werden, dass alle Funktionalitäten gegeben sind. Dazu wird Verkehr über beide Links unter verschiedenen Linkeinstellungen versendet und das Ergebnis überprüft. Im Anschluss soll mindestens eine Multipfad-Lösung installiert und auf dem Testbed getestet werden.
Für die Bachelorarbeit sehen umfangreiche Anleitungen und Tools zur Verfügung.
Minimalziele
1. Erstellung eines virtuellen Testbed (Terraform-Testbed mit Virtualbox)
o Vorarbeit: Testbed-Struktur zeichnen, Netzwerke definieren
o Schritt 1: VMs miteinander verbinden: https://youtu.be/59RhHsvNK44
o Schritt 2: Automatisieren -> https://www.terraform.io/downloads
https://registry.terraform.io/providers/terra-farm/virtualbox/latest/docs/resources/vm
https://registry.terraform.io/providers/terra-farm/virtualbox/latest/docs
o Aufbau der Testbed-Struktur mit zwei Links zwischen zwei Routern (=Linux-PCs), einem Client-PC zur Verkehrserzeugung und einem Server mit Inhalten
o Hinzufügen von zwei Netzwerkemulatoren auf Basis von Linux Network Emulator & Traffic Control
2. Verifikation des Testbeds
o Pings zwischen Client und Server über Link1 und Link2 bei verschiedenen Netzwerk-Einstellungen (manuelles Setzen der Default-Route)
o Datendownload via iPerf zwischen Client und Server über Link1 und Link2 bei verschiedenen Netzwerkeinstellungen
3. Multipfad-Untersuchung
o Installation einer Multipfad-Lösung wie beispielsweise Multipath-QUIC; Beispiel: a) Installation von QUIC (Google-Version); b) Testen der QUIC-Multipath-Implementierungen von Quentin De Coninck (https://multipath-quic.org)
o Downloads via QUIC durchführen und Ergebnis auswerten.
o Auswertung der Ergebnisse und Vergleiche der Lösungen
Weitere Ziele (optional)
o Literaturstudie zu den Themen „Multipath“ und „Dual-WAN-Zugang“: Bericht oder Zusammenfassung der Literatur von verwandten Arbeiten
o Implementierung weiterer Multipfad-Lösungen im Testbed: Beispielsweise Vergleich MPQUIC mit MPTCP
o Test weiterer Anwendungen im Testbed mit den vorhandenen Multipfad-Lösungen
o Zusammenstellung von Empfehlungen und Erkenntnissen für zukünftige Studien
o Vergleich des Testbeds mit einem Mininet-Testbed -> Paper MPQUIC 2017 [1]
o Erstellung eines Verkehrsgenerator-Skripts/-programms für die automatisierte Generierung von Anwendungsverkehr
o Produktsuche zum Thema Dual-WAN-Internetzugang
o Quality of Experience-Betrachtungen
Gewünschte Methoden, Vorgehen:
Das Testbed soll mit gängigen Tools aus dem Bereich Virtualisierung und Automatisierung aufgebaut werden. Weiter soll das Testbed bewertet und evaluiert werden. Für die Multipath-Lösung sollen vorhandene Protokolle oder Ansätze genutzt werden und im Testbed testet und bewertet werden. Eine Literaturstudie ist notwendig.
Kreativität, Varianten, Innovation:
Es sind einzig die oben beschriebenen Rahmenbedingungen im Bereich "Minimalziele" vorgeben. Die genauen Methoden und Umsetzungsansätze, um das Ziel zu erreichen, sind offen und sollen als Teil der Arbeit erarbeitet werden. Weiter werden unter dem Punkt "Weitere Ziele (optional)" zusätzliche, optionale Aufgaben vorgeschlagen.
Sonstige Bemerkungen:
Diese Bachelorarbeit setzt Minimalziele, die zum Bestehen der Bachelorarbeit nötig sind. Alle weiteren Ziele sind optionale Ziele, die nach Absprache mit dem Betreuer selbstständig gewählt, bearbeitet werden können und in die Gesamtarbeit mit einfliessen.
Ziel der BAA sind Studien zum Aufbau eines Dual-WAN-Internet Access-Routers.