Forschungsgruppe Netz

Neben seiner Aufgabe als IT-Dienstleister der Universität unterstützt das Rechenzentrum Forschungs- und Entwicklungsprojekte. In der Kommunikationsabteilung werden diese Projekte in der Regel über den Verein zur Förderung eines Deutschen Forschungsnetzes (DFN-Verein) oder die EU eingeworben und von der Forschungsgruppe Netz durchgeführt.

Die Arbeitsschwerpunkte der Forschungsgruppe Netz umfassen im nationalen Umfeld vorrangig die Entwicklung, den Aufbau und die Optimierung von Systemen zur Bestimmung von Dienstgüte, Auslastung und Laufzeiten im Deutschen Forschungsnetz. Auf internationaler Ebene arbeitet die Gruppe vor allem in den Bereichen Monitoring und Performance sowie an Mechanismen zur automatisierten Provisionierung von virtuellen Netzen.

 

Laufende Projekte

Pilotierung DFN-Testbed-Service und Quality Assurance im X-WiN

Das WiN-Labor am RRZE konzentriert sich im Projektzeitraum 2017 – 2018 auf die folgenden drei Schwerpunkte im Hinblick auf Einsatz und Umsetzung im Deutschen Forschungsnetz X-WiN:

  • Entwicklung von Software zur Optimierung von Betriebsprozessen und Quality Assurance
  • Den Aufbau eines neuen DFN-GTS Services und Betrieb als Prototyp
  • Monitoring und Visualisierung

GÉANT4-Phase 2

GÉANT-4 ist Teil des Rahmenprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union für Forschung und Innovation. Als Förderprogramm zielt es darauf ab, EU-weit eine wissens- und innovationsgestützte Gesellschaft und eine wettbewerbsfähige Wirtschaft aufzubauen sowie gleichzeitig zu einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen. Bis April 2016 lief das Projekt GÉANT4-P1 mit einer Laufzeit von 12 Monaten. Auf diese erste Projektphase folgte im Mai 2016 für die Forschungsgruppe Netz die zweite Projektphase GÉANT4-P2, die eine Laufzeit von 32 Monaten hat.

Im Fokus der zweiten Projektphase stehen für die Forschungsgruppe Netz Untersuchungen und Weiterentwicklungen in verschiedenen Service und Joint Research Activities. Die Forschungsschwerpunkte liegen dabei in den Bereichen Software Defined Networking (SDN), Netzvirtualisierung und Netzmonitoring.

 

Abgeschlossene Projekte

GÉANT2

GÉANT2 (2005 – 2008) beschäftigte sich mit Hochgeschwindigkeits-Internetverbindungen für Forschungszwecke im europäischen Bereich. Über 30 Millionen Forscher wurden via Multi-Domain Topologie angeschlossen, welche 34 europäische Länder und andere Regionen umfasste.

Im Rahmen des GÉANT2 Projektes ging das vom WiN-Labor entwickelte IPPM-System (Hades) internationale Wege: Mit dem erfolgreichen Messsystem nahm das Labor am EU-Projekt teil. Die speziellen Aufgaben lagen in den Teilprojekten JRA1 (Joint Research Activity) und SA3 (Service Activity). Während in JRA1 verschiedene Methoden zur Bestimmung der Performance hinsichtlich Verwendung und Nutzbarkeit verglichen wurden, konzentrierte sich das Teilprojekt SA3 darauf, ein verteiltes Performance Monitoring System zur Überwachung der Dienstgüte einzurichten und in Betrieb zu nehmen. JRA1 diente somit als Entwicklungsphase und Wegbereiter für die für SA3 geplante Betriebsphase.

Ein Ergebnis des JRA1-Projektes war der Einsatz des im Labor entwickelten IPPM-Messsystems innerhalb Europas und darüber hinaus. Ziel des DFN-Labors war es dann, das entwickelte Messsystem auch im Europäischen Wissenschaftsnetz (GÉANT2) und in den USA zu verbreiten. Über 20 Messboxen wurden verschickt und lieferten Messergebnisse von den Verbindungen innerhalb des europäischen Netzes.

GÉANT3

GÉANT3 war ein Projekt mit vier Jahren Laufzeit und wurde am 31. März 2013 erfolgreich abgeschlossen.

Neben der Hauptaufgabe des Bereitstellens eines europaweiten Forschungsnetzes (Fortführung von GÉANT2), bestand das Projekt aus vielen weiteren Forschungs- und Serviceaktivitäten. Der Schwerpunkt des RRZE in diesem Projekt waren Performancemessungen im Europäischen Forschungsnetz mit perfSONAR MDM. Die Hauptaufgabe lag in der Weiterentwicklung des Prototyps von GÉANT2 hin zu einem unterstützten Software-Service, der von Kunden von GÉANT, also primär nationalen Forschungsnetzen sowie großen Forschungsprojekten wie dem LHC, installiert und eingesetzt werden konnte. PerfSONAR ist ein Protokoll, über welches implementierungsübergreifend Messungen am Netzwerk durchgeführt werden können, sowie bereits verfügbare Messergebnisse abgerufen werden können.

GÉANT3+ (GN3plus)

Die Forschungsgruppe Netz des RRZE arbeitete von April 2013 bis April 2015 im EU-Projekt GN3plus, dem Fortsetzungsprojekt von GÉANT3. Der Fokus dieser Forschungsarbeit konzentrierte sich auf die Bereiche Monitoring und Performance sowie Netz-Virtualisierung mit SDN. Die Ergebnisse der Untersuchungen im Projekt GN3plus dienten als Basis für eine Weiterentwicklung im Folgeprojekt GÉANT4-Phase 1. Das RRZE befasste sich in diesem Projekt mit folgenden Schwerpunkten:

  • SA2: Testbeds as a Service, Task 1: TaaS Architecture and Engineering
  • SA2: Testbeds as a Service, Task 2: Software Tools, Protocols, and Specifications
  • SA2: Testbed as a Service, Task 3: TaaS Service Management
  • SA4: Network Support Services, Task 1: Multi-Domain Monitoring (MDM)
  • JRA1: Network Architectures for Horizon 2020, Task 1: Future Network Architectures
  • JRA2: Technology Testing for Specific Service Applications, Task 1: OpenFlow/SDN for Specialized Applications

GÉANT4-Phase 1 (GN4-P1)

GN4-P1 war ein neues EU-Projekt und erster Teil des Rahmenprogramms Horizont 2020. GN4-P1 startete ab Mitte Mai 2015 mit einer Laufzeit von zwölf Monaten. Eine Weiterführung erfolgt seit Mitte 2016 im Projekt GN4-P2. Die Forschungsgruppe Netz am RRZE hat in Phase 1 die Arbeiten in den Bereichen Software-Defined Networking (SDN), Multi-Domain Monitoring und Testbeds-as-a-Service fortgesetzt. Dieser Service wurde in „GÉANT Testbeds Service (GTS)” umbenannt. Bei GTS handelt es sich um einen Testbed-Service, der es Wissenschaftlern ermöglicht, über eine Webseite ihre eigenen virtuellen Netze zusammenzustellen und europaweit einzurichten. Je nach Experiment können so die für das jeweilige Experiment notwendigen Ressourcen beschrieben, reserviert und für die jeweiligen Forschungsuntersuchungen aktiviert werden. Damit können Wissenschaftler unabhängig vom Betriebsnetz in eigenen virtuellen Netzen arbeiten und ungestört sicherheitsrelevante Tests durchführen oder Erfahrungen mit neuen Netztechnologien erhalten.

DFN-Projekt „Interne Qualitätskontrolle im Deutschen Forschungsnetz“ (2013 – 2014)

Neue optische Wellenlängen-Multiplextechnik im Wissenschaftsnetz X-WiN

Das X-WiN erhielt eine neue optische Plattform (OTN, engl.: Optical Transport Network) gemäß ITU-Standard G.709/G.872 mit dem Ziel einer höheren Übertragungsrate, flexiblen Verbindungswegen und einer modernen Switching-Technik. Umgesetzt wurde dies mit OMLT-Technik (Optimized Multi-Layer Transport) mit integrierter DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) / Switching – Funktionalität aus der Produktfamilie „Apollo“ der Firma ECI Telecom aus Israel. Die hohe Übertragungskapazität wurde mit 88 Wellenlängen pro Glasfaserstrecke und Übertragungsraten von bis zu 100 Gbit/s garantiert. Die neue DWDM-Technik wurde im X-WiN an allen 54 Kernnetz-, 45 Verstärker- und 12 Anwenderstandorten des Deutschen Wetterdienstes eingebaut und mit Glasfasern mit einer Gesamtlänge von mehr als 10.000 km verbunden. Auf IP-Ebene wurden ausgehend von der neuen optischen Plattform vor allem die von den vier Supercore-Standorten (Erlangen, Hannover, Frankfurt, Berlin) kommenden Spangen verstärkt.

IP-Performance-Messungen (IPPM) im X-WiN

Im IPPM-System HADES (HADES Active Delay Evaluation System) wurden zwei bestehende Messboxen des ‚Supercore-Rings‘ gegen neue hochperformante Messboxen ausgetauscht. Damit konnten Bandbreitenmessungen bis zu 10Gbit/s durchgeführt werden. Somit war es möglich, auf über 3500 Messstrecken Daten auszuwerten.

 

DFN-Projekt „Monitoring und QoS-Tools für das Deutsche Forschungsnetz“ (2015 – 2016)

Vorbereitung eines DFN-Testbedservices

Seit Herbst 2016 arbeitet das WiN-Labor am Aufbau des ersten DFN-Testbedservices. Dieser Testbedservice soll es Anwendern ermöglichen, voneinander unabhängige isolierte Testbeds zu erzeugen, welche virtuelle Maschinen, OpenFlow-Switches, Links und / oder Bare Metal Server enthalten können. Diese eignen sich u. a. zum Testen von neu entwickelten Internetprotokollen und Untersuchungen zur Netzsicherheit außerhalb eines Produktivnetzes.

Der Service soll sich am europäischen GÉANT-Testbed-Service orientieren und zusätzliche Ressourcen auf nationaler Ebene für Forschungszwecke bereitstellen.

Die Forschungsgruppe Netz stellte diesen künftig verfügbaren Service auf dem DFN-GTS Workshop in Berlin vor.

Das Projekt NOVI (Networking Innovations Over Virtualized Infrastructures) startete am Rechenzentrum am 1. September 2010. Bei diesem EU-Projekt lag der Fokus auf Methoden, Algorithmen und Informationssytemen, die es Benutzern ermöglichen, virtuelle Ressourcen, Dienste und isolierte Slices über Future Internet (FI) Plattformen zu verwalten.
In diesem Zusammenhang konzentrierten sich die Forschungsziele von NOVI vor allem auf die Bereiche

  • Monitoring Architectures (passive und aktive Überwachung von virtuellen Ressourcen)
  • Semantic Resource Description (formale Beschreibung von Objekten in virtuellen Netzen und
    Cloud Computing)
  • Virtual Resource Brokerage (Algorithmen zur Zuteilung virtueller Ressourcen gemäß der gewünschten
    Dienstqualitäten der virtuellen Benutzerumgebungen (Slices))
  • Federated Virtualization Technologies (Untersuchung von Architekturen zur Kontrolle von isolierten
    Slices auch in Multidomain-Netzwerkumgebungen)

Das Rechenzentrum arbeitete im Auftrag des DFN-Vereins vor allem im Bereich „Monitoring Architectures“ für NOVI. Ziel war die Weiterentwicklung des HADES (Hades Active Delay Evaluation System) Messsytems, sodass IP Performanzmetriken auch für virtuelle Umgebungen zur Verfügung gestellt werden konnten. Das Projekt hatte eine Laufzeit von 30 Monaten und wurd von der EU mit 2.363.999 Euro gefördert.

Bei diesem Projekt handelte es sich um das FEDERICA (Federated E-infrastructure Dedicated to European Researchers Innovating in Computing Network Architectures) Netzwerk, das von der EU über zweieinhalb Jahre hinweg bis Ende 2010 gefördert wurde. Ziel des Projekts war eine technologieagnostische Testbed-Infrastruktur insbesondere für Netzwerkforscher, die z.B. verteilte virtuelle Netze, Multicasting/IPv6 und zukünftige Internettechnologien austesten wollten und dafür eine geeignete, realistische Testbed-Infrastruktur benötigten.
Das Testbed wurde über das europäische Netz GÉANT3 aufgebaut, wobei die FEDERICA-GÉANT3-Links bei den beteiligten PoPs (Points of Presence) der nationalen NRENs (National Research and Education Networks) aufgelaufen sind und von dort zu den jeweiligen FEDERICA-Knotenpunkten weitergeführt wurden. Das Rechenzentrum war der Standort für den einzigen deutschen FEDERICA-Knotenpunkt, wobei es sich hier um einen sogenannten Kernnetzknoten des FEDERICA-Testbeds handelte, der weitere FEDERICA-Kernnetzknoten-Standorte in Tschechien, in Polen und in Italien verknüpfte.

In Erlangen wurden vier 1 GE bereitgestellt, die über das X-WiN des DFN nach Frankfurt am Main geleitet wurden und so die internationale Konnektivität zum GÉANT3-Netz herstellten.

Nutzer des Testbeds wurden in Deutschland über Erlangen angebunden und bekamen „virtual slices“ der Infrastruktur zugeteilt, die sie dann beliebig und gemäß ihrem Forschungsschwerpunkt als eine Menge von Knoten und Ethernetlinks konfigurieren konnten, ohne dass dabei andere Forschungsgruppen, die in ihren eigenen virtuellen Teilnetzen arbeiteten, beeinträchtigt wurden. So war es möglich, dass insbesondere neue Netzwerktechnologien erforscht werden konnten, die Konfigurationen und Bedingungen verlangten, die man nicht ohne Weiteres in einem laufenden Betriebsnetz umstellen könnte. In Erlangen wurden vor allem Untersuchungen im Rahmen von OpenFlow durchgeführt. Außerdem war Erlangen für die Messung der physikalischen Infrastruktur von FEDERICA in Bezug auf IP Perfomance Metrics verantwortlich. Gemessen wurden dabei die Parameter One-Way Delay, One-Way Delay Variation sowie Paketverluste.

Im Projekt MUPBED (Multi-Partner European Testbeds for Research Networking) wurden neue Tendenzen bei Datennetzen international erprobt, insbesondere die Wiedereinführung von verbindungsorientierten Strukturen für hohe Dienstqualitäten (wie ehemals bei ATM).

Das Projekt wurde im Juli 2004 ins Leben gerufen und hatte eine Laufzeit von drei Jahren. MUPBED verfügte über ein Gesamtbudget von 9.5 Millionen Euro und wurde von der EU mit 5.3 Millionen Euro gefördert. Die insgesamt 16 Projektteilnehmer kamen aus acht europäischen Ländern und bildeten ein Konsortium, bei dem sowohl Netzwerkbetreiber, Hersteller von Netzkomponenten als auch wissenschaftliche Bildungs- und Forschungseinrichtungen vertreten waren. Mit dabei waren die Netzbetreiber T-Systems (Deutschland), Telecom Italia (Italien), Telefonia I+D (Spanien) und Magyar Telekom (Ungarn); aus der Gruppe der Hersteller waren Ericsson (Deutschland), Ericsson/Marconi SpA (Italien) und Juniper (Irland) vertreten. Zahlreiche Partner des Projektes kamen aus der Forschung: Hier waren namhafte Einrichtungen wie ACREO (Schweden), TU Denmark (Dänemark), CSP (Italien), Politecnico di Milano (Italien), DFN (Deutschland), GARR (Italien), Red.es (Spanien) und PSNC (Polen) vertreten. Als einzige deutsche Universität war die Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) mit von der Partie.

Auf der Internationalen Funkausstellung vom 2. bis 7. September 2005 zeigte das RRZE zusammen mit dem Institut für Rundfunktechnik (IRT) prototypische Anwendungen bei hochauflösender Videoübertragung. Die höchste Bildqualität (zusammen mit der geringsten Latenzzeit) erreichte man mit unkomprimierter Übertragung. Während diese Technik beim Standard-Fernsehen mit Uni-TV schon seit einigen Jahren im Einsatz war, sahen RRZE & IRT im High Definition TV (HDTV) damals die eigentliche Herausforderung und trafen damit auch „das“ Thema der Messe. Zwei Anwendungsszenarien wurden vorgeführt: Direktübertragungen von täglichen Veranstaltungen des Technisch-Wissenschaftlichen Forums (TWF) auf den MUPBED-Stand und Übertragungen von vorgefertigten Beiträgen von einem Video-Server. Die Direktübertragung erfolgte unkomprimiert über Wandler mit einer Übertragungsrate von 1,5
Gbit/s. Die Übertragung vom Video-Server erfolgte leicht reduziert – aber verlustfrei – mit einer Rate von 800 Mbit/s. Diese Übertragungstechnik war auch gleichzeitig eine Weltneuheit, vom Hersteller Media Links aus Japan am Vorabend des Messebeginns als „Betamuster“ installiert. Die übertragenen Bilder wurden auf einen 42“-Plasmabildschirm mit einer Auflösung von 1024×768 Punkten projiziert. Besucher sahen damit eine Bildqualität, nicht komprimiert ausgestrahlt, sondern weitgehend unverfälscht, wie sie von leistungsfähigen Kameras erzeugt wird.

Das Projekt VIOLA (Vertically Integrated Optical Networks for Large Applications) (2004 – 2007) konzentrierte sich vor allem auf Übertragungen von unkomprimierten Audio- und Videosignalen. Die Untersuchungen wurden zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Medienkommunikation (IMK) in St. Augustin durchgeführt. Bei den Tests ging es in erster Linie darum, eine zeitsynchrone Übertragung eines Videosignals mit 325 Mbit/s mit kurzer Adaptions-Latenzzeit über eine Entfernung von rund 600 km (München – Erlangen 200 km + Erlangen – St. Augustin 400 km) zu erzielen. Die besondere Herausforderung lag in der Aufrechterhaltung eines Synchrontakts über die Verbindung Erlangen – Freimann (München) – Erlangen – Birlinghoven.

Das Rechenzentrum arbeitete im Auftrag des DFN-Vereins von 2008 – 2010 an perfSONAR-Lite TSS Troubleshooting Service, einem Netzwerk Troubleshooting Tool für die EGEE (Enabling Grids for E-Science) Forschungsgemeinschaft der EU. Das Troubleshooting Tool sollte Netzwerk-Administratoren der fast 300 Partner des EGEE-Projekts die Fehlersuche und Überwachung der Infrastruktur für GRID-Anwendungen erleichtern. Zu den Tools zählten Anfragedienste wie z.B. ein Ping Service, Traceroute, DNS Lookup, Port Scan und Bandbreitenmessungen (Bandwidth Test Controller (BWCTL)), die autorisierte Clients über einen zentralen Web-Server initiieren konnten. Im Gegensatz zu bereits existierenden Ansätzen war das EGEE-III Network Troubleshooting Tool so angelegt, dass Messungen und Abfragen on-demand über begrenzte Zeitintervalle erfolgen konnten. Dies hatte den Vorteil, dass bei Netzproblemen gezielt Messdaten über bestimmte Verbindungsstrecken angefordert werden konnten, ohne dass eine ständige Hintergrundüberwachung mit kontinuierlichen Messungen und Messdatenvolumen über 24 Stunden pro Tag erforderlich war.

Das Projekt Uni-TV (1998 – 2004) setzte schnelle Gigabitnetze gleichzeitig zur Produktion und Verbreitung von hochauflösendem multimedialem Lehrmaterial ein, um den wissenschaftlichen Austausch zwischen Universitäten und das Bildungsangebot zu verbessern. Ab 1999 wurden an den Universitäten in Erlangen und München Vorlesungen gefilmt und nach einem Drehbuch der Hochschule für Fernsehen und Film (HFF) online am Institut für Rundfunktechnik (IRT) bearbeitet. Auf das fertige Video-Produkt konnte dann „on demand“ über einen Videoserver zugegriffen werden. Das Lehrmaterial wurde aber auch durch regelmäßige Übertragungen im Bildungskanal BR-Alpha des Bayerischen Rundfunks (BR) angeboten.

Da Produktionen dieser Art sehr bandbreitenintensiv sind (es konnten zu dieser Zeit konstante Datenraten von über 200 Mbps auftreten) und darüberhinaus eine große Dienstgüte im Netz erfordern, konnten Vorhaben wie das vom DFN-Verein mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMPF) geförderte Projekt Uni-TV im damaligen Wissenschaftsnetz B-WiN nicht realisiert werden. Mit dem Ausbau des Gigabitnetzes konnten aber multimediale Lehr- und Lernprodukte jederzeit in großen Mengen und breitflächig für jeden Interessierten verfügbar gemacht werden.

Das Gigabit Testbed Süd (GTB) (1998 – 2001) verknüpfte Standorte in München, Erlangen und Berlin mit Hochgeschwindigkeits-ATM-Verbindungen. In diesem Netzwerk waren Datentransferraten von bis zu 3 x 2.5 Gbps möglich.

Mit einem Wechsel auf die Gigabitebene standen nicht nur größere Bandbreiten für Anwendungen im B-WiN zur Verfügung, sondern es bestand auch die Möglichkeit, neue Anwendungen zu verwirklichen, die vorher wegen ihrer Anforderungen an Dienstqualität und Bandbreite nicht realisierbar waren. Beispiele dafür waren Anwendungen im medizinischen Bereich, Meta-Computing, Video-on-Demand und Multimedia Anwendungen, die sehr hohe Auflösungen und eine große Dienstgüte verlangen.