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Parallele Redundanz für kritische Infrastrukturen mit Software Defined Networking

Parallele Redundanz für kritische Infrastrukturen mit Software Defined Networking
Forschungsthema:SDN, Resilienz
Typ:Bachelorarbeit / Masterarbeit
Betreuer:

Valentin Kautz

Beschreibung

HINTERGRUND

Automatisierte Anlagen in kritischen Infrastrukturen sind heutzutage hochvernetzt. Mit Hilfe moderner Computernetzwerke kommunizieren Steuerungssysteme mit Sensoren und Aktoren und erfüllen so ihre vorgesehene Funktion. Hierbei werden teils sehr kritische Informationen übertragen, beispielsweise, um in einem Notfall notwendige Aktionen durchzuführen, bevor Mensch oder Maschine einen Schaden nehmen. Geht solch eine Information aufgrund eines defekten Netzewerkabschnitts verloren, bleibt unter Umständen keine Zeit, einen neuen Netzwerkpfad zu finden und die Information erneut zu senden. Hier kommt das Konzept Seamless Parallel Redundancy ins Spiel. Datenpakete werden am Eintrittspunkt in das Netzwerk dupliziert und auf verschiedenen Pfaden durch das Netzwerk geleitet. Hat einer der Netzwerkpfade einen Defekt und das Datenpaket geht verloren, kann das andere dennoch das Ziel erreichen. Auf diese weise wird sichergestellt, dass kritische Informationen nicht verloren gehen. Dieses Konzept existiert bereits als IEC Standard. Die Einsatzmöglichkeiten sind jedoch auf spezifische Szenarien beschränkt. Deshalb soll P4 zum Einsatz kommen - Ein Software Defined Networking Konzept und eine Programmiersprache. Mit P4 ist es ermöglicht, das Verhalten von Weiterleitungskomponenten mit einem hohen Freiheitsgrad selbst zu definieren. 

 

AUFGABENSTELLUNG

Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines P4-basierten Frameworks, mit dessen Hilfe Seamless Parallel Redundancy in einem Software-basierten Netz eingesetzt werden kann. Hierzu soll zunächst ein prototypisches P4-Programm als Proof of Concept entwickelt und in einer Simulationsumgebung getestet werden. Anschließend soll eine Architektur entworfen werden, die den dynamischen Einsatz von P4-basierter Seamless Parallel Redundancy ermöglicht. Hierzu gehört die Spezifikation von Architekturkomponenten und Algorithmen. Diese Spezifikation soll dann teilimplementiert und zum Schluss in einer Evaluation bewertet werden. 

 

ARBEITSUMGEBUNG

Linux, Python, P4, Git Pool-Raum mit Pool-PCs, Kaffeemaschine

 

VORRAUSSETZUNGEN

Vorlesung Einführung in Rechnernetze wird vorausgesetzt Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt Telematik Vorlesung und Linux-Kenntnisse von Vorteil