Ausfallresistente Ersatzpfadkonstruktion für verteilte Netzwerkanwendungen

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Abseits altbekannter Web-Applikationen werden angesichts der Kosteneffizienz von Internet-basierter Vernetzung bereits seit einigen Jahren Anwendungen über die Internet-Infrastruktur betrieben, welche hohe Ansprüche an deren Zuverlässigkeit stellen. Dass die zugrundeliegende Infrastruktur des heutigen Internets diesen Anforderungen dabei nicht immer gerecht wird, zeigt sich insbesondere im Angesicht korrelierter Ausfälle und wird bereits durch die Auswirkungen verschiedener öffentlichkeitswirksamer Katastrophen der jüngeren Vergangenheit verdeutlicht.
Anknüpfend an diese Ausgangssituation wird im Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren vorgestellt, welches ohne Anpassungen bestehender Transportnetzmechanismen auskommt und einen skalierbaren Ersatzpfadmechanismus für verteilte Applikationen mit einer Vielzahl von Teilnehmern bereitstellt. Damit die Position von Endsystem zur Ersatzpfadplanung herangezogen werden kann, wird dabei auf ein Verfahren zur verteilten Positionsschätzung zurückgegriffen, in welchem alle teilnehmenden Endsysteme auf einer Sphärenoberfläche eingebettet werden, wobei die lokalen Positionsfehler mithilfe iterativ ausgeführter Multilateration auf Basis von Paketlaufzeiten minimiert werden. Um eine effiziente Planung und Kontrolle von Ersatzpfaden zu ermöglichen, ist darüber hinaus eine strukturierte Organisation der Teilnehmer notwendig. Im vorgeschlagenen Verfahren werden Teilnehmer daher auf Grundlage der ermittelten, aktuellen Positionen in einem Overlay-Netz organisiert. Die entwickelte Technik basiert dabei auf einer sphärischen Voronoi-Struktur, welche die zusätzlichen Aufwände im Vergleich zu bestehenden Verfahren minimiert. Auf Basis der verteilten Overlay-Struktur wird schließlich eine verteilte Methode zur proaktiven Planung von Ersatzpfaden vorgestellt. Hierbei werden Hilfsmittel der Sphärengeometrie verwendet, um eine hohe Ersatzpfadgüte bei vernachlässigbarer Zusatzbelastung der Teilnehmer durchzusetzen.
Im Rahmen einer umfangreichen Evaluierung wird schließlich unter anderem gezeigt, dass abzusichernde Verbindungen durch proaktiv eingerichtete Ersatzpfade effektiv gegenüber weiträumigen, geographisch korrelierten Ausfällen geschützt werden können. Dabei können in den evaluierten Szenarien unter Anwendung des vorgestellten Verfahrens über 75 Prozent der vermeidbaren Konnektivitätsverluste auch vermieden werden.