Kommunikationssysteme

• 11.7.2014: Das Seminar ist abgeschlossen. Wir bedanken uns bei allen Teilnehmern für die gute Mitarbeit und die anregenden Diskussionen.
• 3.7.2014: Die Agenda für die Blockveranstaltung hat sich leicht geändert.
• 1.7.2014: Raumänderung! Achtung: Das Seminar am kommenden Samstag findet in der Oettingenstr. 67 im Hörsaal BU 101 statt und nicht im Raum 115.
• 30.6.2014: Die Agenda für die Blockveranstaltung steht fest. Wir haben die Blockveranstaltung so strukturiert, dass nur eine Veranstaltung am 5.7. erforderlich ist. Der Termin am 12.7. ist damit obsolet geworden. Weitere Hinweise finden Sie unter der Rubrik Ablauf bzw. unter Blockseminar.
• 20.6.2014: Die Gutachten wurden an alle Gruppen versendet. Bitte beraten Sie mit Ihren Betreuern darüber und arbeiten Sie die für Ihre Arbeit hilfreichen Vorschläge in die endgültinge Fassung ein!
• 11.4.2014: Die aktuelle Betreuer- und Themenliste ist hier zu finden. Bitte beachten Sie, dass das Infiniband-Thema (IB1) und das Datagram-Thema (DCCP) einen neuen Betreuer erhalten haben. Falls Sie Ihre Gruppenzugehörigkeit nicht mehr wissen, können Sie diese bei Bedarf bei den Seminarorganisatoren abfragen.
  Wir haben Ihrem Wunsch gemäß einen Mailverteiler eingerichtet, über den Sie alle Seminarteilnehmer (ohne Betreuer) erreichen. Die Mailadresse finden Sie hier.
  Bitte vergessen Sie nicht, sich schnellstmöglich mit Ihren Betreuern abzusprechen.
• 3.4.2014: Die Betreuerliste ist hier zu finden.

Inhalte des Seminars

Kommunikation zwischen Rechensystemen gewinnt an Bedeutung durch

• die wachsende Anzahl an Rechnern (auch kleine, mobile Endgeräte, eingebettete Systeme)
• die Entwicklung der Medien hin zu qualitativ immer anspruchsvolleren und damit auch voluminöseren Formaten,
• neue Bereitstellungsverfahren für Dienste, etwa Grid und Cloud Computing, die rein lokales Rechnen ablösen,
• erhöhte Anforderung an Rechenkapazität, die eine Verteilung von Rechenaufgaben erzwingt,
• schließlich die Ersetzung von herkömmlichen Verfahren durch IT-Dienste im geschäftlichen, gesellschaftlichen und privaten Umfeld.

Im Seminar Kommunikationssysteme werden ausgewählte Themen beleuchtet, die über die gängigen Techniken des Internet Transportsystems hinausgehen.

Thema ergattert? — Fein!
Im folgenden erhalten Sie einige Hinweise auf die Ziele eines (auch dieses!) Seminars, Ihre grundsätzlichen Aufgaben und Vorgehensweise.

Ziel Ihrer Seminarteilnahme

Der Zweck der Bearbeitung eines Themas ist die Aufarbeitung seiner Inhalte für Ihr Publikum. Das heißt, dass diejenigen, die Ihre Ausarbeitung lesen und/oder Ihrem Vortrag lauschen, in angemessener Tiefe über das Thema informiert sein sollten.

Vorgehensweise

1. Lesen und verstehen Sie die als "Vorschuß" bereitgestellte Literatur!
2. Klären Sie die zentralen Fragestellungen. Worum geht es? Welchen Zweck hat (die Technik | das Konzept | das Protokoll | …) im Kern des Themas?
3. Recherchieren Sie selbst zum Thema. Suchen Sie nach geeigneter Fachliteratur (Sie sollten i.d.R. Fachliteratur referieren, nicht Wikipedia-Artikel!). Führen Sie bereits bei der Recherche eine Literaturliste, idealerweise direkt im BibTeX-Format.
4. Legen Sie die Aussagen Ihrer Arbeit fest! Welches Wissen (über Konzepte, Verfahren, Begründungen, etc) sollen Ausarbeitung und Vortrag vermitteln? Diskutieren Sie hierzu wieder mit Ihrem Betreuer!
5. Bestimmen Sie die Hilfskonstrukte, die Sie brauchen, um das Wissen zu Ihrem Thema zu vermitteln! (Hintergrund, mathematische Grundlagen, Entwicklungsgeschichte, …)
6. Geben Sie eine Gliederung an, basierend auf den vorangegangenen zwei Punkten. Idealerweise sollte die weitere Arbeit auf die Darstellung der Ergebnisse entfallen (denn sie sind bereits erarbeitet, strukturiert und untermauert).

Stolperfallen

• Verwechslung von "Aussage" und "Gliederungspunkt": Ihr Beitrag besteht aus Aussagen, also "Stückchen Wissen", das Sie an Ihre Leser und Hörer weitergeben; diese Aussagen werden in der schriftlichen Ausarbeitung aufgeteilt (gegliedert), um der Schrift Struktur zu geben. Wenn Sie die Aussagen Ihrer Arbeit erarbeitet haben, sind sie in der Regel leicht zu gliedern. Sammeln Sie zuerst die Aussagen, gliedern Sie danach!
• Überschätzung der Vorkenntnisse des Publikums: Sie sollten auch die grundlegenden Sachverhalte zu Ihrem Thema darstellen (Motivation, Hintergrund, Basistechniken). Gehen Sie nicht davon aus, dass diese allen bekannt sind.
• Fehlende Beispiele: Die meisten Zusammenhänge sind an Beispielen leichter verständlich. Vielleicht finden Sie Beispiele zur Verdeutlichung in der Literatur. Wenn nicht, erstellen Sie sich Ihre Beispiele selbst: wenn Ihnen das leicht fällt, dann haben Sie den darzustellenden Zusammenhang vermutlich gut verstanden.
• "Bleiwüste:" Das meiste kann in Fließtext beschrieben werden — es ist aber häufig leichter, einen Sachverhalt an einem Diagramm zu erklären.

Die nachfolgenden Themen sind bei der Einführungsveranstaltung vergeben worden. Der Übersichtlichkeit halber haben wir die Themen- und Betreuerliste noch einmal hier zusammengefasst.

Ethernet

1. [CE] Carrier Ethernet
Ethernet wird zunehmend in Kernnetzen eingesetzt. Dieses Thema untersucht die technische Grundlage dafür und bewertet diesen Einsatz.

Literatur

• Fang et al.: The Evolution of Carrier Ethernet Services -- Requirements and Deployment Case Studies

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Erläuterung der Anforderungen an Carrier-Technik
• Erarbeitung der Techniken, die zusätzlich zum "Vanilla-Ethernet" eingesetzt werden.
2. [XG] 10 G Ethernet Übertragungstechnik

Dieses Thema beleuchtet Ethernet-Technik mit 10 Gb/s Übertragungsraten.

Literatur

• IEEE Standard for Ethernet, SECTION FOUR (2012) (Angabe von Email-Adr. erforderlich)

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Erläuterung der Protokolleigenschaften von 10 G Ethernet:
• Varianten, Übertragungsmodi, Steuerungsmechanismen, Codierungen, etc
• Vergleich mit anderen Techniken, die ähnlich Übertragungsgeschwindigkeiten erreichen

Techniken in der Vermittlungsschicht

3. [AQM] Active Queue Management

"Active Queue Management (AQM) aims to detect congestion in the network before it becomes severe by overfilling the router queue. It means that the router tries to reduce the sending rate of the traffic sources by dropping or marking packets. There exist two approaches to indicate congestion: Packets can be dropped and packets can be marked."

Literatur

• Graffi et al.: Taxonomy of Active Queue Management Strategies in Context of Peer-to-Peer Scenarios

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Erklärung der Idee hinter AQM
• Vergleich von AQM-Verfahren
• Bewertung der Bedeutung von AQM
4. [NDN1] Named Data Networks

"Communication in NDN is driven by the receiving ends, i.e., the data consumers, through the exchange of two types of packets: Interest and Data (see Figure 1.2). Both types of packets carry a name that identifies a piece of data that can be transmitted in one Data packet. To receive data, a consumer puts the name of desired data into an Interest packet and sends it to the network. Routers use this name to forward the Interest toward the data producer(s)."

Literatur

• Named Data Networking (NDN) Project 2012 - 2013 Annual Report
• Veröffentlichungen des NDN-Projektes

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Motivation und Definition von NDN
• Erläuterung ihrer Architektur und Funktionsweise (Protokollabläufe, Komponenten)
5. [IP6] Einführung von IPv6

Die Erschöpfung des Vorrats an freien IPv4-Adressen hat die Einführung von IPv6 beschleunigt. Dieses Thema untersucht Methoden zur Umstellung auf das neuere Vermittlungsprotokoll und ihren Erfolg.

Literatur

1. RFC 6586

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Vorstellung recherchierter Methoden zur Einführung von IPv6
• Erfahrungsberichte und Bewertungen, theoretische Modelle bzw Studien
6. [ICN] Information-centric networks: Ausprägungen des Begriffs

Literatur

1. Ahlgren et al.: A Survey of Information-Centric Networking (Draft)

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Einführung des ICN-Begriffs
• Gegenüberstellung der aktuellen ICN-Ansätze

Transportschicht im Internet

Das Transmission Control Protocol ist das am weitesten verbreitete verbindungsorientierte Transportprotokoll im Internet. In diesem Themenbereich werden Alternativen besprochen, die weitergehende Fähigkeiten und Mechanismen gegenüber klassischem TCP bereitstellen.

7. [SCTP] Stream Control Transport Protocol (SCTP)

SCTP (RFC 4960) ist ein alternatives Protokoll der Transportschicht, das mit Blick auf Internet-Telephonie entwickelt wurde.

Literatur

• RFC 3286

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Charakterisierung des SCTP
• Vergleich zu TCP
• Ablaufbeispiel
8. [DCCP] Datagram Congestion Control Protocol
DCCP ist ein verlustbehaftetes Transportprotokoll mit Staukontrollmechanismen.

Literatur

• RFC 4340

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Charakterisierung des DCCP
• Vergleich zu UDP und TCP
• Ablaufbeispiel
9. [MTCP] Multipath TCP und Socket splicing

Klassisches TCP (`a la RFC 793) erstellt Punkt-zu-Punkt Verbindungen, deren genau Endpunkte bis zum Abbau der Verbindung (oder ihrem Abbruch) bestehen bleiben. Die Adressierungsdaten, die den Enpunkt (Socket) repräsentieren sind dabei unveränderlich. "Multipath TCP" und die sogenannte "socket splicing" Technik sind Weiterentwicklungen, die von diesen Annahmen abweichen.

Literatur

• RFC 6824

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Anwendungsszenarien
• Modellierung der 1:n Kommunikation zwischen den Endpunkten
• Beispiel zum Ablauf
10. [RDMA] Remote DMA
Geschichtete Netzarchitekturen erleichtern den Austausch einzelner Funktionen des Kommunikationssystems. Naturgemäß erfordern solche Architekturen eine höhere Anzahl an Übergaben der transportierten Nutzdaten, unter Einsatz der CPU. Dieses Thema erläutert RDMA (Remote Direct Memory Access), eine Technik, die ähnlich zu dem aus der Rechnerarchitektur bekannten DMA die CPU entlasten soll.
• Virtual Interface Specification 1.0 (1997)
• RFC 4296

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Motivation, Anwendungsszenarien
• Erklärung der erforderlichen Signalisierung
• Erläuterung der Protokollabläufe und Speicheroperationen an einem Beispiel

Netzvirtualisierung und Overlay-Netze

11. [OR] Onion Routing
Onion Routing bezeichnet Verfahren zur Verschleierung von Netzverkehr, das zur Anonymisierung und als Mittel gegen Zensur eingesetzt wird. Dieses Thema erklärt seine Funktionsweise am Beispiel des Tor-Netzes.
• Dingledine et al.: Tor: The Second-Generation Onion Router
• Veröffentlichungen des TOR Projekts
• McLachlan et al.: Scalable onion routing with torsk

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Darstellung des Prinzips des Onion Routing
• Erarbeitung der Tor-Architektur und Funktionsweise
• Vergleich Tor und Torsk

Software-defined networks

Aktuelle Netze werden von Managementprotokollen (z.B. Routingprotokolle) konfiguriert, durch Paketfilter gesichert, Datenströme werden anhand ihres mutmaßlichen Inhalts verschieden vermittelt, etc. Die Idee hinter "programmierbaren Netzen" oder Software Defined Networks (SDN) ist die Zusammenfassung all solcher Funktionen in eine Einheit, die zentral formulierte Ziele umsetzt.

12. [OF] OpenFlow und FlowVisor

OpenFlow ist eine Architektur und Schnittstelle für Netzkomponenten, die SDN-Funktionalität umsetzt. Dieses Thema stellt die Architektur und Funktionsweise von OpenFlow Switches und FlowVisor vor.

• OpenFlow Specification 1.4.0
• Sherwood et al.: FlowVisor: A Network Virtualization Layer

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Erläuterung der Architektur/Komponenten
• Erklärung des Umgangs mit Flow Tables am Beispiel
• Diskussion der Virtualisierung (FlowVisor)

Middleware

13. [MW] Kommunikationsbibliotheken

Kommunikationsbibliotheken oberhalb des Transportsystems unterstützen die Entwicklung verteilter Anwendungen. Dieses Thema gibt einen Überblick über die derzeitige Kommunikationsmiddleware.

Literatur

• Dvorak et al.: Middleware Trends And Market Leaders 2011
• Al-Jaroodi/Mohamed: Service-oriented middleware: A survey

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Gegenüberstellung und Klassifizierung der verschiedenen Middleware-Ansätze und -Produkte
• Darstellung der wichtigsten Funktionen
• Diskussion der Vorteile/Nachteile ihres Einsatzes

Netze im Höchstleistungsrechnen

14. [IB1] InfiniBand Überblick

InfiniBand ist ein Netz für Hochleistungsrechner. Dieses Thema erarbeitet seine Architektur, seine Eigenschaften und seine Funktionsweise. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Eigenschaften, die es von anderen Netztechniken (im LAN, SAN etc) abgrenzen.

Literatur

• InfiniBand Architecture Specification Volume 1
• Shanley: InfiniBand Network Architecture (Mindshare, 2002)
• Grun: Introduction to InfiniBand for End Users

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Darstellung von Anwendungsfällen, Architektur und Protokollstack
• Berücksichtigung der besonderen Anforderungen von Parallelrechnern, und ihre Erfüllung durch Infiniband
15. [DF1] Die Dragonfly-Topologie

Dragonfly ist eine neue Topologie für Inteconnect-Netze in Hochleistungsrechnen. Dieses Thema führt in die Eigenschaften dieser Topologie ein.

Literatur

• Kim et al.:Technology-Driven, Highly-Scalable Dragonfly Topology
• Bhatele et al.: Avoiding hot-spots on two-level direct networks

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Darstellung der Struktur von Dragonfly
• Diskussion seiner Motivation und Eigenschaften im Vergleich zu anderen, bekannten Interconnects (Omega, Torus, Hypercube, etc)
• Diskussion von Nutzungsszenarien
16. [DF2] Anwendungen der Dragonfly-Topologie

Dieses Thema untersucht die Anwendung der Dragonfly-Topologie im Entwurf eines Parallelrechners.

Literatur

• Faanes et al.: Cray cascade: a scalable HPC system based on a Dragonfly network

Wünschenswerte Ergebnisse zum Thema (Vorschlag, unverbindlich):

• Darstellung der Nutzung von Dragonfly durch Cray

Organisation

Um der Anzahl der Seminarteilnehmer gerecht zu werden, werden Sie in 2er-Gruppen arbeiten. Dem Seminar liegt die Metapher einer Konferenz zu Grunde. Sie erstellen also in der Gruppe zu dem Ihnen zugeteilten Thema ein Konferenzpapier, reichen dieses bei der Seminarleitung (das fiktive Program Committee) ein, erhalten von ausgewählten Gutachtern eine Beurteilung Ihrer Einreichung und präsentieren Ihr Papier auf der fiktiven Konferenz. Jede Gruppe erhält einen Betreuer.

Die Konferenz selbst, in der alle Seminarvorträge gehalten werden, ist als Blockseminar konzipiert. Es findet am 5. Juli im Raum 115 in der Oettingenstr. 67 von 9:00 Uhr s.t. (!) bis ca 18:00 Uhr statt. Die Agenda der Blockveranstaltung finden hier.

Die Gutachter sind die Teilnehmer des Master-Seminars. Das dafür notwendige Formular ist hier zu finden.

Am 10. April findet eine Einführungsveranstaltung für alle Seminarteilnehmer zu den Themen des Seminars statt. In der Veranstaltung werden die Themen vergeben. Soweit möglich werden wir Ihren Themenpräferenzen entgegenkommen. Die Teilnahme an der Einführungsveranstaltung ist für alle Teilnehmer Pflicht.

Wichtiger Hinweis: Wer nicht an der Einführungsveranstaltung teilnimmt, verliert seinen Seminarplatz!

Im Lauf des Semesters werden zudem eine Veranstaltung zu Präsentationstechniken und zum Umgang mit der Textsetzungssoftware LaTeX, die Sie bevorzugt für Ihre Ausarbeitungen verwenden sollen, angeboten. Bitte beachten Sie dazu auch die Rubriken Aktuelles und Termine. Wir werden außerdem versuchen, der Bedeutung des Themas durch einen externen Expertenvortrag am 26.6.2014 Rechnung zu tragen. Im Rahmen des Seminars spricht Herr Prof. Dr. Helmut Reiser (apl.) vom LRZ. Die Teilnahme an dieser Veranstaltung ist Pflicht.

Der genaue Ablauf des Seminars ist aus den Hinweisen zu den Pro- und Hauptseminaren im Sommersemester 2014 ersichtlich.

Der Übersichtlichkeit halber haben wir die Themen- und Betreuerliste noch einmal hier zusammengefasst.

Voraussetzungen zur erfolgreichen Teilnahme am Seminar sind:

• Vorlesung Rechnernetze und verteilte Systeme oder mindestens äquivalente Vorkenntnisse
• Anwesenheit zu allen Präsenzterminen

• ✔ 10.4.2014, 16:00 c.t.: Einführung und Themenvergabe, Raum 115, Oettingenstr. 67
• ✔ 24.4.2014, 16:00 c.t.: LaTeX Tutorial, Raum 115, Oettingenstr. 67
• ✔ 16.5.2014, 17:00 s.t.: Abgabe der Gliederung
• ✔ 22.5.2014, 16:00 c.t.: Präsentation der Gliederung, Raum 115, Oettingenstr. 67
• ✔ 12.6.2014: Abgabe des ersten Entwurfs der Ausarbeitung
• ✔ 12.6.2014, 16:00 c.t.: Vortrag und Übungen zu Präsentationstechniken, Raum 115, Oettingenstr. 67
• ✔ 19.6.2014: Abgabe der Gutachten (betrifft nur Teilnehmer am Master-/Hauptseminar)
• ✔ 26.6.2014, 16 Uhr c.t.: Gastvortrag Prof. Dr. Helmut Reiser (apl.) vom LRZ, Raum 115, Oettingenstr. 67. Titel: Das Münchner Wissenschaftsnetz
• ✔ 30.6.2014: Abgabe der endgültigen Version der Ausarbeitung
• ✔ 30.6.2014: Abgabe der endgültigen Fassung der Präsentation(sfolien)
• ✔ 5.7.2014: Blockseminar ganztägig, Raum 115, Oettingenstr. 67

Für die folgenden Veranstaltungen besteht Anwesenheitspflicht: 10.4., 22.5., 26.6., 5.7.

Fragen, Kritik und Anregungen sind immer willkommen. Nutzen Sie bitte die seminarspezifische E-Mail-Adresse seminar14@nm.ifi.lmu.de, um mit uns in Kontakt zu treten.

Alle Seminarteilnehmer können über seminar14-teilnehmer@nm.ifi.lmu.de erreicht werden. Alternativ kann auch die Adresse seminar14_teiln@nm.ifi.lmu.de verwendet werden.