Backbone/Architektur

Hier sammeln wir Vorschläge für die Backbone-Architektur

Vorschlag von Thomas Füll

Es sollten in den Städen (Mainz, Wiesbaden) 2 Ringe enstehen die komplett redundant und ausfallsicher sind. Zusätzlich noch in den Ringen jeweils ein weiterer Ring. Die eingesetzte Hardware muss ein Gemisch zwischen TL-Router(n) und Ubiquity Komponenten sein. Das Backbone sollte an mindestens 2 unterschiedlichen Stellen mit einem Gateway verbunden sein. Jeder Backbone Knoten muss mittels Richtfunk seine Nachbarn (Rechts und Links) sehen, zusätzlich eine Mesh Anbindung für die FF Router in seiner Nähe zur Verfügung stellen. Die Ringe untereinander sollten an 2-3 Punkten mittels Richtfunk mit dem äußeren Ring verbunden sein. Ebenfalls sollten die Backbone Knoten mit einer langen USV versehen sein, alternativ mit Solar oder Wind versorgt sein. Als Betreiber sehe ich einen Verein oder Organisation, der/die sicher stellen kann, dass die Knoten 24/7 erreichbar sind und funktionieren. Es sollte außerdem Ersatzhardware zur Verfügung stehen, was bedeutet das die Knoten alle gleich aufgebaut werden sollten. Vom äußeren Ring sollte außerdem versucht werden Linkstrecken zu anderen Städten herzustellen.

Vorschlag von Moritz (leicht modifiziert und mit Prosa versehen von Kai)

Grafische Darstellung der Architektur

Standort-Klassifikation

Es gibt unterschiedliche Arten von Backbone-Standorten, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen und in einer gewissen Hierarchie zueinander stehen. Die Topologie, die alle diese Standorte aufspannen, wird davon abhängen, wie die uns zur Verfügung stehenden Standorte örtlich verteilt sind und wie die Topographie dazwischen aussieht. Dabei wollen wir darauf achten, dass alle Standorte dieses Netzes redundant erreichbar sind.

Die hier beschriebene Klassifikation ist ein theoretisches Modell, das Kommunikation und Planung erleichtern soll. In der Praxis wird es immer wieder vorkommen, dass Standorte, die im Wesentlichen einer der beschriebenen Klassen entsprechen, zusätzlich auch Elemente anderer Klassen aufweisen.

Diese Arten von Backbone-Standorten werden definiert:

• Backbone-Verteiler:

oberste Ebene und zentrale Installationen des Backbone (Bsp: UniMedizin);

Ein Backbone-Verteiler hat p2p-Verbindungen (point-to-point) zu anderen Backbone-Verteilern. In seiner weiteren Umgebung verteilt er das Backbone-Netz mit Sektorantennen im 5GHz-Band (z.B. NSM5) an die nächste Ebene von Backbone-Standorten (p2mp (point-2-multipoint)); alle sinnvollen Richtung sollen dabei abgedeckt werden. Für diese Verteilungsaufgabe benötigen Backbone-Verteiler in der Regel einen sehr exponierten Standort.

Wenn es sich anbietet, agiert ein Backbone-Verteiler auch gleichzeitig als Backbone-Knoten und verteilt - zusätzlich zu seinen eigentlichen Aufgaben - Freifunk-Netz in seiner näheren Umgebung.

Es könnten drei bis vier Backbone-Verteiler pro Stadt sinnvoll sein. Backbone-Verteiler sollten vom Backbone-Team betrieben werden.

• Backbone-Relais:

gehören zur obersten Ebene des Backbone

Wie ein Backbone-Verteiler, hat auch der -Relais p2p-Verbindungen zu Backbone-Verteilern (seltener zu anderen -Relais). Allerdings verteilt er das Backbone-Netz nicht nach dem p2mp-Prinzip. Ein Backbone-Relais hat den Zweck, ein topographisches Hindernis (Erhebung) zu überwinden und dadurch mehrere Backbone-Verteiler zu verbinden, oder Backbone-Netz an eine bestimmte Stelle zu bringen.

Backbone-Relais sollten vom Backbone-Team betrieben werden.

• Backbone-Knoten:

untere Ebene des Backbone (Bsp: Holzturm);

Der Backbone-Knoten erhält sein Backbone-Netz über Verbindungen zu Backbone-Verteilern (direkt, oder zusätzlich indirekt über benachbarte Backbone-Knoten) und verteilt es in seiner Umgebung weiter (ebenfalls über Sektorantennen im 5GHz-Band). Darüber hinaus "verteilt" er auch das Freifunk-Netz (Mesh und Client) in seiner näheren Umgebung. Letzteres kann im 2.4- oder auch 5GHz-Band erfolgen, oder auch in beiden; in vielen Fällen werden sich auch hier Sektorantennen anbieten.

Backbone-Knoten operieren in etwa auf Stadtteil-Ebene. Backbone-Knoten sollten vom Backbone-Team betrieben werden.

• Backbone-Client:

nicht mehr Teil des Backbone, aber mit Verbindung dorthin (Bsp: Peng);

Ein Backbone-Client bezieht über eine Verbindung zu Backbone-Knoten (in Einzelfällen auch direkt von Backbone-Verteilern) Backbone-Netz, verteilt es aber nicht mehr weiter. Er nimmt aber normal am Mesh in seiner näheren Umgebung teil und bedient auch Clients mit dem Freifunk-Netz. Insofern handelt es sich um einen normalen Freifunk-Knoten mit zusätzlichem Link ins Backbone.

Backbone-Clients werden in der Regel nicht von Backbone-Team betrieben.

• Backbone-Uplink:

Übergang ins kabelgebundene Netz;

Ein Backbone-Uplink beheimatet ein Gateway, das dem Backbone eine direkte und schnelle (>=50/10MBps) Verbindung ins Internet ermöglicht. Dafür wird der Backbone-Uplink über p2p-Verbindungen in das Netz der Backbone-Verteiler eingebunden.

Backbone-Uplinks sollten vom Backbone-Team betrieben werden.

Klassifikation der Verbindungen

Aus dem obigen Vorschlag zur Klassifikation der Standorte ergeben sich gewisse Verbindungen zwischen den Standorten.

• Backbone-Link:

Ein Backbone-Link verbindet genau zwei Backbone-Verteiler miteinander, oder einen Backbone-Uplink mit einem Backbone-Verteiler (hier können auch Backbone-Relais als Teilnehmer auftauchen).

Wir nutzen dafür das 5GHz-Band und stark gerichtete Antennen; schon deshalb handelt es sich um p2p-Verbindungen. Die Verbindung wird verschlüsselt und der Schlüssel braucht das Backbone-Team auch nicht verlassen. Wir können hier proprietäre Hardware und Protokolle einsetzen. Die Nutzlast besteht aus B.A.T.M.A.N-Paketen.

• Backbone-Verteilung:

Sowohl Backbone-Verteiler, als auch Backbone-Knoten "verteilen" Backbone-Netz in ihre Umgebungen an Backbone-Knoten und -Clients. Das nennen wir Backbone-Verteilung. (NB:Wenn jemand einen besseren Namen hat, immer her damit!)

Auch hier nutzen wir das 5GHz-Band, aber mit Sektorantennen. Dadurch sollen sich p2mp-Verbindungen ergeben. Auch diese Verbindungen werden noch verschlüsselt, der Schlüssel ist aber Betreibern von Backbone-Clients zugänglich. Auch hier setzen wir auf proprietäre Hardware und Protokolle. Die Nutzlast besteht aus B.A.T.M.A.N-Paketen.

• Freifunk-Netz:

Das ist das Freifunk-Netz, das wir schon können. Es besteht aus zwei Netzen, dem "normalen W-LAN", in dass sich End-User einklinken und das Mesh, das die Freifunk-Knoten verbindet.

Das Freifunk-Netz nutzt das 2.4HGz- und das 5HGz-Band, es ist unverschlüsselt und funktioniert mit offenen Protokollen (Mz&Wi verwenden Gluon).