Existierende Netzwerksysteme und -protokolle sind meist statisch und halten Zustandsinformationen in einem silo-artigen Speicher, was die Migration, Transformation und Wiederverwendung dieser Zustände erschwert. Software-Definierte Netze (SDN) in Kombination mit der Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (NFV) ermöglicht mehr Flexibilität, ist aber derzeit auf eine bestimmte Optionen zur Zustandsmigration beschränkt. Darüber hinaus sind vorhandene Systeme und Protokolle meist auf die Anforderungen von konkreten Anwendungsszenarien zugeschnitten, weshalb diese nicht einfach an neuartige oder geänderte Anforderungen sowie organisch wachsende Netzwerke angepasst werden können.
Diese Beschränkungen, sowie die fehlende Unterstützung für dynamische Übergänge zwischen Systemen und Protokollen, beeinträchtigen die Fähigkeit, Ressourcen optimal zu verwalten und sich dynamisch an eine wünschenswerte Gesamtkonfiguration anzupassen. Sie beeinflussen nicht nur die Leistung des Netzwerks, sondern behindern auch den Einsatz neuer und innovativer Verfahren, da eine Unterbrechung des Datenflusses während des Betriebs normalerweise nicht akzeptabel ist und daher neue Systeme die existierenden Protokolle vollständig unterstützen müssen.
Zum einen schlagen wir daher eine allgemeine Möglichkeit zum Sammeln, Speichern, Transformieren und Teilen von Zustandsinformation zwischen Systemen und Protokollen sowohl im Internet als auch in einer NFV/SDN-Umgebung vor. Dies ermöglicht es uns, Zustandsinformationen zwischen mehreren Systemen und Protokollen von NFs über BGP-Router zu Protokollen auf allen Ebenen des Netzwerkstapels zu teilen.
Zum anderen präsentieren wir eine Architektur für den Entwurf von modularen Protokollen, die Schaltvorgänge zur Laufzeit explizit unterstützt. Der modulare Entwurf von Systemen und Protokollen beseitigt die Beschränkungen der heutigen monolithischen Protokolle und ermöglicht ein dynamischeres Netzwerkmanagement.
Zunächst entwerfen und implementieren wir eine Speicher- und Transformations-Einheit für den erweiterten Netzwerkkontext (STEAN), die einen gemeinsamen Kontextspeicher bietet und Zustandsinformationen aus dem Netzwerk für andere Systeme und Protokolle zur Verfügung stellt. Die entscheidende Fähigkeit dieses Systems ist es, sowohl eine Transformation von Zustandsinformationen durchzuführen als auch diese Informationen dauerhaft zu speichern und für eine zukünftige Nutzung bereitzustellen.
Weiterhin bieten wir einen Bauplan für Mechanismen an, die eine explizite Unterstützung von Umschaltvorgängen zur Laufzeit bieten. Dieser Plan dient als Rahmenwerk und Leitfaden für Entwickler, um den Entwurf und die Implementierung von Systemen und Protokollen, die Übergänge als Kernprinzip unterstützen, zu standardisieren und zu vereinfachen.
Durch Experimente zeigen wir, dass unsere Architektur eine Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungsfällen in bestehenden Systemen, wie Drahtlosen Multihop Netzwerken (WMNs), als auch in NFV/SDN-fähigen Systemen abdecken kann. Insbesondere präsentieren wir die Machbarkeit unseres Ansatzes durch die Migration von Zustandsinformationen zwischen zwei Instanzen der PRADS NF in einer virtualisierten Mininet-Umgebung und zeigen, dass unsere Lösung den Stand der Technik übertrifft, obwohl diese Rahmenwerke speziell für die NF-Migration entwickelt wurden. Wir zeigen weiterhin, dass ein dynamischer Wechsel zwischen WMN Routingprotokollen zur Laufzeit möglich ist und dass bestehende Zustandsinformationen für das initiale Starten von neuartigen Protokollmodulen wiederverwendet werden können, wodurch die Menge der nötigen Kontroll- und Steuerungsnachrichten minimiert wird. | German |