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19.05.2011

ARP-Roaming: Infrastruktur ohne Infrastruktur

Filed under: Software — Schlagwörter: , , — BenBE @ 23:18:12

Eine der anspruchvollsten Aufgaben in einem Netzwerk ist die Verwaltung der Teilnehmer und das Routing von Informationen zwischen diesen. Ist diese Aufgabe in klassischen verdrahteten Netzwerken noch vergleichsweise einfach zu bewerkstelligen, da sich die Netztopologie nur selten ändert und daher in den meisten Fällen statisch behandelt werden kann, herrschen in WLANs sehr dynamische Bedingungen vor. Zu jedem Zeitpunkt kann ein Client dem Netzwerk beitreten, zu einem anderen Zeitpunkt wieder verlassen, oder bei größeren Netzwerken, wie sie z.B. in Firmen und Universitäten vorkommen sogar von einem Zugangspunkt zu einem anderen umziehen.

Bei diesen vergleichsweise komplexen Netzwerken, handelt es sich immer in der Regel um Infrastruktur-Netzwerke, also solche, bei denen ein zentraler Zugangspunkt den Zugriff der Teilnehmer verwaltet, Zeitscheiben für die Datenübertragung zuteilt oder andere Management-Aufgaben, wie die Sitzungsverwaltung übernimmt. Aber nicht in jedem drahtlosen Netzwerk gibt es diese zentrale Instanz. Ein sehr gutes Beispiel hierfür sind sogenannte Ad-hoc-Netzwerke, die wie ihr Name bereits vermuten lässt ad-hoc aus dem Nichts aus aufgebaut werden können. Nehmen an solch einem Netzwerk wenige Clients teil, sehen sich diese in den meisten Fällen und abgesehen von der Vergabe der passenden Netzwerk-Parameter (BSSID, ESSID, IP der Clients, Netmask und Gateway) ist nicht sonderlich viel zu beachten.

Spannender wird es jedoch, wenn nicht mehr alle Teilnehmer jeden anderen sehen und das Ad-hoc-Netzwerk als ein Mesh-Netzwerk zu betrachten ist. Ein Projekt, was sich mit dem Betrieb solcher Mesh-Netzwerke beschäftigt, ist Freifunk, dass in einer ganzen Reihe von Städten bereits meist kleinere, teils aber auch größere Ad-hoc-Netzwerke aufzuweisen hat. In diesen Netzen muss typischerweise jeder am Routing teilnehmen, um ein Datenpaket vom Absender zum Empfänger zu befördern, da es im Gegensatz zu Infrastruktur-Netzwerken kein zentrales Routing gibt und daher sich die Clients untereinander kooperativ um alle Verwaltungsaufgaben kümmern müssen. Die Aufgabe des Routings ist dabei relativ unproblematisch über eine Reihe von Protokollen geregelt, von denen OSPF, OLSR und BATMAN die am Häufigsten eingesetzten sind. Diese funktionieren aber allesamt nur, wenn alle zu routenden Clients sich auch am Protokoll beteiligen und regelmäßig ihre Informationen dem Netz mitteilen.

Ein relativ neuer Weg, der derzeit vom Freifunk Chemnitz beschritten wird, ist es nun, auch Clients ohne Routing-Software den Zugang zum Netz zu ermöglichen. Die hierfür eingesetzte Technik des ARP-Roaming ähnelt ein wenig dem Vorgehen in Infrastruktur-Netzwerken, denn der Client wird von den Routern „verwaltet“ und wenn nötig zwischen diesen umgezogen, wenn sich seine Position im Netzwerk ändert. Damit dies auch ohne Infrastruktur-Modus in einem Ad-hoc-Netzwerk funktioniert, müssen jedoch eine Reihe von Bedingungen erfüllt sein.

Eine der wichtigsten Bedingungen, damit man einen Client ohne Probleme von einem zum anderen Router umziehen kann, ist, dass der Client möglichst wenig davon mitbekommt. Insbesondere der Standard-Gateway sollte aus Sicht des Clients an jeder Stelle des Netzes identisch sein. Zu diesem Zweck wird beim Freifunk Chemnitz im Ad-hoc-WLAN-Teil des Netzes mit einer Anycast-IP für den Standard-Gateway gearbeitet, die unabhängig vom Router, der die Anfrage des Clients empfängt immer identisch ist. Somit entfällt bei einem Handover eines Clients die Umkonfiguration von Netzwerk-Parametern.

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