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Das Schweizer Fernmeldegesetz verlangt seit dem 01.01.2020 eine Internet-Grundversorgung von mindestens 10 Mbit/s. Ab dem 01.01.2024 erhöht sich diese auf 80 Mbit/s. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit und Bandbreite von fixed-line-Technologien auf dem Land wird der Internetzugang zunehmend über weitere Technologien wie Satelliten-Verbindungen abgedeckt. In diesem Fall ergibt sich ein Dual-WAN-Szenario. Ziel dieser Bachelorarbeit ist die detaillierte Untersuchung von Multipfad-Protokollen. Aufgabenstellung Bachelorarbeit Lennard Ruess BeschreibungAusgangslage und ProblemstellungDas Schweizer Fernmeldegesetz verlangt seit dem 01.01.2020 eine flächendeckende Internet-Grundversorgung von mindestens 10 Mbit/s. Ab dem 01.01.2024 erhöht sich diese sogar auf 80 Mbit/s. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit und Bandbreite von fixed-line-Technologien auf dem Land wird der Internetzugang an abgelegenen Orten zunehmend über weitere Technologien wie Satelliten-Verbindungen abgedeckt. Weiter werden vermehrt an Internet-Anschlüssen, um die Ausfallsicherheit oder die Verbindungsqualität zu erhöhen, zusätzliche Verbindungstechnologien eingesetzt. In beiden Fällen ergibt sich ein Dual-WAN-Szenario, das Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist.Ziel der Arbeit und erwartete Resultate, Gewünschte Methoden, VorgehenIn einer vorangegangenen Bachelorarbeit wurde ein Testbed erstellt, die grundsätzliche Machbarkeit dargelegt und erste Leistungstests durchgeführt. Ziel dieser Bachelorarbeit ist die detaillierte Untersuchung von Multipfad-Protokollen. Zunächst sollte ein grundlegendes Verständnis von TCP und QUIC aufgebaut werden. Dazu soll das Verhalten von TCP und QUIC ohne Multipath im vorhandenen Testbed mit dedizierten Einzelmessungen untersucht und gemessen werden. Insbesondere die Themen Empfangs- und Sendefenster (receive / send window), Flusskontrolle, Verbindungsaufbau und Übertragungsverhalten sollten betrachtet werden. Der Student sollte sich zunächst mit den Grundlagen von TCP vertraut machen, sein Verhalten studieren und dann ähnliche Eigenschaften bei QUIC identifizieren. Der Verbindungsaufbau sollte insbesondere bei QUIC gemessen werden, da hier zusätzliche Protokollfeatures wie Stream Multiplexing ausgehandelt werden. QUIC schreibt außerdem vor, dass die gesendeten Daten mit TLS 1.3 verschlüsselt werden. Dies sollte auch Gegenstand von Messungen sein. Für ausgewählte Webseiten soll untersucht werden, wie sich die beiden Protokolle auf die Zeiten zur Darstellung der Webseiten auswirken. Im weiteren Verlauf der Bachelorarbeit sollen MPQUIC-Messungen durchgeführt werden. Hier sollen Erkenntnisse aus dem ersten Teil im Mehrwegebetrieb (multipath) überprüft und eventuelle Änderungen beschrieben und erläutert werden. Anschließend soll MPQUIC für den Einsatz bei Fixnet/GEO-Satellite-Dual-WAN-Lösungen untersucht werden mit unterschiedlichen Latenzen von 20ms und 600ms und getestet werden. Als Grundlage dient die vorangegangene Bachelorarbeit mit den bereits vorhandenen Ergebnissen. Darauf aufbauend soll dann zusätzlich das Protokoll MPTCP gemessen und untersucht werden. In früheren Messungen wurde herausgefunden, dass MPTCP Probleme bei Links mit sehr unterschiedlichen Pfad-Latenzen hat. Abschließend sollen im Testnetz von cnlab Messungen in der Praxis durchgeführt werden. Die Messungen in der realen Umgebung sollen die wichtigsten gemessenen Erkenntnisse im virtuellen Testbed bestätigen oder widerlegen. Für die Bachelorarbeit sehen umfangreiche Anleitungen und Tools zur Verfügung. Grundlage ist die angestrebte Kooperation mit der Firma cnlab (https://www.cnlab.ch). Peter Heinzmann und Eric Franke stehen beratend zur Verfügung. Darüber hinaus ermöglicht die Firma cnlab praktische Messungen in ihrem Testnetz zur Leistungsmessung und Protokolltests. Hinweise 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. Minimalziele 1. TCP-Messung: Grundlagen. Grundlegende Untersuchungen: Flusssteuerung, initiales Verhalten (Startverhalten).2. QUIC-Messung: Grundlegende Untersuchungen, Einfluss von Latenz auf Window-Size, Slowstart-Algorithmen, mit HTTP und HTTPs3. MPQUIC-Messungen: Grundlegende Untersuchungen, Start-Verhalten untersuchen4. MPQUIC-Messungen bei unterschiedlichen Latenzen auf beiden Pfaden, Multipfad-Downloads5. MPTCP-Vergleich mit MPQUIC, insbesondere bei unterschiedlichen Latenzen auf beiden Pfaden6. Real-Life-Messung -> Praxis Weitere Ziele (optional) (Kreativität, Varianten, Innovation) o Literaturstudie zu den Themen „Multipath“ und „Dual-WAN-Zugang“ (inkl. Produktsuche zum Thema Dual-WAN-Internetzugang): Bericht oder Zusammenfassung der Literatur von verwandten Arbeiten o Zusammenstellung von Empfehlungen und Erkenntnissen für zukünftige Studien o Test weiterer Anwendungen im Testbed mit den vorhandenen Multipfad-Lösungen: beispielsweise Video (HTTP-Server mit Video und Clientseite mit DASH-js-Skript als Videoplay) und/oder VoIP und Web-Browsing; Ziel ist es, die Erkenntnisse aus der ersten Phase in aktuellen Anwendungen zu bestätigen. Insbesondere sollten andere Anwendungen mit geringem Volumen oder kurzen Verbindungen getestet und deren Leistungsfähigkeit bewertet werden.o Optimierung Scheduler und verbindungs-/paketbasierte Verteilung: 1 Scheduler entwerfen o Implementierung weiterer Multipfad-Lösungen im Testbedo Testen einer neueren Version von MPQUIC; Mirja Kühlewind neue Version

Project Idea Metadata

• Project Idea Name: Analyse und Bewertung von Multipfad-Protokollen in Verbindung mit Satellitenkommunikation
• Date: 6/30/2022 2:04:37 PM
• Administrators:

Project Idea Description

Aufgabenstellung Bachelorarbeit Lennard Ruess

Beschreibung

Ausgangslage und Problemstellung

Das Schweizer Fernmeldegesetz verlangt seit dem 01.01.2020 eine flächendeckende Internet-Grundversorgung von mindestens 10 Mbit/s. Ab dem 01.01.2024 erhöht sich diese sogar auf 80 Mbit/s. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit und Bandbreite von fixed-line-Technologien auf dem Land wird der Internetzugang an abgelegenen Orten zunehmend über weitere Technologien wie Satelliten-Verbindungen abgedeckt. Weiter werden vermehrt an Internet-Anschlüssen, um die Ausfallsicherheit oder die Verbindungsqualität zu erhöhen, zusätzliche Verbindungstechnologien eingesetzt. In beiden Fällen ergibt sich ein Dual-WAN-Szenario, das Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist.

Ziel der Arbeit und erwartete Resultate, Gewünschte Methoden, Vorgehen

In einer vorangegangenen Bachelorarbeit wurde ein Testbed erstellt, die grundsätzliche Machbarkeit dargelegt und erste Leistungstests durchgeführt. Ziel dieser Bachelorarbeit ist die detaillierte Untersuchung von Multipfad-Protokollen.

Zunächst sollte ein grundlegendes Verständnis von TCP und QUIC aufgebaut werden. Dazu soll das Verhalten von TCP und QUIC ohne Multipath im vorhandenen Testbed mit dedizierten Einzelmessungen untersucht und gemessen werden. Insbesondere die Themen Empfangs- und Sendefenster (receive / send window), Flusskontrolle, Verbindungsaufbau und Übertragungsverhalten sollten betrachtet werden. Der Student sollte sich zunächst mit den Grundlagen von TCP vertraut machen, sein Verhalten studieren und dann ähnliche Eigenschaften bei QUIC identifizieren. Der Verbindungsaufbau sollte insbesondere bei QUIC gemessen werden, da hier zusätzliche Protokollfeatures wie Stream Multiplexing ausgehandelt werden. QUIC schreibt außerdem vor, dass die gesendeten Daten mit TLS 1.3 verschlüsselt werden. Dies sollte auch Gegenstand von Messungen sein. Für ausgewählte Webseiten soll untersucht werden, wie sich die beiden Protokolle auf die Zeiten zur Darstellung der Webseiten auswirken.

Im weiteren Verlauf der Bachelorarbeit sollen MPQUIC-Messungen durchgeführt werden. Hier sollen Erkenntnisse aus dem ersten Teil im Mehrwegebetrieb (multipath) überprüft und eventuelle Änderungen beschrieben und erläutert werden. Anschließend soll MPQUIC für den Einsatz bei Fixnet/GEO-Satellite-Dual-WAN-Lösungen untersucht werden mit unterschiedlichen Latenzen von 20ms und 600ms und getestet werden. Als Grundlage dient die vorangegangene Bachelorarbeit mit den bereits vorhandenen Ergebnissen. Darauf aufbauend soll dann zusätzlich das Protokoll MPTCP gemessen und untersucht werden. In früheren Messungen wurde herausgefunden, dass MPTCP Probleme bei Links mit sehr unterschiedlichen Pfad-Latenzen hat. Abschließend sollen im Testnetz von cnlab Messungen in der Praxis durchgeführt werden. Die Messungen in der realen Umgebung sollen die wichtigsten gemessenen Erkenntnisse im virtuellen Testbed bestätigen oder widerlegen. Für die Bachelorarbeit sehen umfangreiche Anleitungen und Tools zur Verfügung.

Grundlage ist die angestrebte Kooperation mit der Firma cnlab (https://www.cnlab.ch). Peter Heinzmann und Eric Franke stehen beratend zur Verfügung. Darüber hinaus ermöglicht die Firma cnlab praktische Messungen in ihrem Testnetz zur Leistungsmessung und Protokolltests.

Hinweise

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.

Minimalziele

1. TCP-Messung: Grundlagen. Grundlegende Untersuchungen: Flusssteuerung, initiales Verhalten (Startverhalten).

2. QUIC-Messung: Grundlegende Untersuchungen, Einfluss von Latenz auf Window-Size, Slowstart-Algorithmen, mit HTTP und HTTPs

3. MPQUIC-Messungen: Grundlegende Untersuchungen, Start-Verhalten untersuchen

4. MPQUIC-Messungen bei unterschiedlichen Latenzen auf beiden Pfaden, Multipfad-Downloads

5. MPTCP-Vergleich mit MPQUIC, insbesondere bei unterschiedlichen Latenzen auf beiden Pfaden

6. Real-Life-Messung -> Praxis

Weitere Ziele (optional) (Kreativität, Varianten, Innovation)

o Literaturstudie zu den Themen „Multipath“ und „Dual-WAN-Zugang“ (inkl. Produktsuche zum Thema Dual-WAN-Internetzugang): Bericht oder Zusammenfassung der Literatur von verwandten Arbeiten

o Zusammenstellung von Empfehlungen und Erkenntnissen für zukünftige Studien

o Test weiterer Anwendungen im Testbed mit den vorhandenen Multipfad-Lösungen: beispielsweise Video (HTTP-Server mit Video und Clientseite mit DASH-js-Skript als Videoplay) und/oder VoIP und Web-Browsing; Ziel ist es, die Erkenntnisse aus der ersten Phase in aktuellen Anwendungen zu bestätigen. Insbesondere sollten andere Anwendungen mit geringem Volumen oder kurzen Verbindungen getestet und deren Leistungsfähigkeit bewertet werden.

o Optimierung Scheduler und verbindungs-/paketbasierte Verteilung: 1 Scheduler entwerfen

o Implementierung weiterer Multipfad-Lösungen im Testbed

o Testen einer neueren Version von MPQUIC; Mirja Kühlewind neue Version

Das Schweizer Fernmeldegesetz verlangt seit dem 01.01.2020 eine Internet-Grundversorgung von mindestens 10 Mbit/s. Ab dem 01.01.2024 erhöht sich diese auf 80 Mbit/s. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit und Bandbreite von fixed-line-Technologien auf dem Land wird der Internetzugang zunehmend über weitere Technologien wie Satelliten-Verbindungen abgedeckt. In diesem Fall ergibt sich ein Dual-WAN-Szenario. Ziel dieser Bachelorarbeit ist die detaillierte Untersuchung von Multipfad-Protokollen.