20150327 mögl. Projekt-Themen - Informatik

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20150327 mögl. Projekt-Themen - Informatik
¨ BASEL
UNIVERSITAT
Prof Christian Tschudin
MSc Christopher Scherb
MSc Urs Schnurrenberger
Departement Mathematik & Informatik
Spiegelgasse 1
CH – 4051 Basel
Tel: +41 61 267 05 57
Fax: +41 61 267 05 59
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Projekt # 1: DoS Attacke
Projektstart:
Pr¨asentation Arbeitsplan:
KW 15 (ab 8.4.2015)
Mi 10.4.2015 10-12
Projektreport (5 Seiten):
Abschlusspr¨asentation:
Mi 6.5.2014
Mi 6.5.2015 10-12 &
Fr 8.5.2015 10-12
Kontaktperson: Urs Schnurrenberger
¨
1. Einfuhrung
Denial of Service (DoS) Attacken dienen dazu einzelne Dienste oder ganze Infrastruktursysteme zu
u¨ berlasten. Je nach Intensit¨at des Angriffs k¨onnen verl¨angerte Antwortzeiten bis hin zu einem
Totalausfall auftreten. Werden die Angriffe nicht nur von einem, sondern von verteilten Rechnern
ausgef¨uhrt, so spricht man von einer Distributed Denial of Service (DDoS) Attacke.
2. Ziele des Projekts
Ziel dieses Projekts ist es eine DoS Attacke gegen einen eigenen Server in einem eigenen LAN
auszu¨uben. Es sollen verschiedene Ans¨atze (ICMP flood, SYN flood, HTTP POST DDoS) und Tools
(Low Orbit Ion Cannon (LOIC), Slowloris, RUDY und weitere) ausprobiert werden. Zudem sollen
serverseitige Schutzmechanismen erkunden und deren Effektivit¨at u¨ berpr¨uft werden.
3. Tasks
• Richten Sie einen Apache Server f¨ur den lokalen Zugriff ein.
• Attackieren Sie Ihren Server! Messen Sie die Auslastung des Servers, sowie die Antwortzeiten.
• Informieren Sie sich u¨ ber serverseitige Schutzmechanismen und setzten Sie sie um. Messen Sie
erneut.
• Auswertung der Daten.
4. Material und Links
1 PC mit installiertem Server (Apache), 1 Switch, 1-2 Client PCs f¨ur die Angriffe
• http://en.wikipedia.org/wiki/Denial_of_service_attack
• http://sourceforge.net/projects/loic/
• http://ha.ckers.org/slowloris/
• http://code.google.com/p/r-u-dead-yet/
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Prof Christian Tschudin
MSc Christopher Scherb
MSc Urs Schnurrenberger
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Projekt # 2: VoiP Handover
Projektstart:
Pr¨asentation Arbeitsplan:
KW 15 (ab 8.4.2015)
Mi 10.4.2015 10-12
Projektreport (5 Seiten):
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Mi 6.5.2014
Mi 6.5.2015 10-12 &
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Kontaktperson: Urs Schnurrenberger
1. Introduction
Wireless networking (or wifi) became very popular for home, academic, and office networks. While
these networks have proven to be very useful for data sharing, it is interesting to analyse their suitability
for VoIP (Voice over IP) applications. In particular, the effect of handovers (i.e. when a moving user
connects to a new access point) should be extensively studied.
2. Goal of the project
The objective of this project is to analyse the performance of VoIP tools in wireless networks. In
particular, this project should evaluate the performance and suitability of such applications in wireless
networks, and measure and analyse the negative effect of handovers.
3. Tasks
• Set up the test environment. The equipment consists of
- two WLAN base stations,
- a mobile device running a VoIP client of your choice connected over WLAN to the network,
- a stationary PC serving as a router to ISDN phones connected to a VoIP gateway.
• Study the behavior of VoIP traffic in wireless networks and compare it to wired connections.
• Test and measure the performance during handovers.
4. Material and Links
– 1x SmartNode (VoIP gateway)
– 1x ISDN Phone
– 1x PC
– 1x Notebook (WLAN)
– 2x WLAN access points
– 1x Ethernet switch, cables
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Projekt # 3: TCP Optimierung
Projektstart:
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KW 15 (ab 8.4.2015)
Mi 10.4.2015 10-12
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1. Introduction
With its congestion control algorithm, the TCP protocol offers a way to share the ressources fairly
among the users.
2. Goal of the project
The objective of this project is to demonstrate how higher download rates can be (unfairly) achieved by
establishing muliple TCP connections to a server, as is done by “download managers”. The second task
is to look at various TCP options and versions and check whether tweaking some of the default settings
can give some advantage over a vanilla configuration. Options include: max TCP buffer, socket buffer
size, TCP large window extensions (RFC1323), TCP selective acknowledgments option (SACK,
RFC2018), path MTU.
3. Tasks
• Set up the test environment consisting of a Linux webserver, a FreeBSD router (running
“dummynet”) and a client PC. In order to simulate background traffic between the server and
router, at least 50 TCP connections between those two devices have to be established.
• Measurements: What is the influence of multiple TCP connections from the client to the
webserver? Does the size of files to be downloaded have any influence? How much TCP
connections do download managers use and what is their gain?
• Experiments with TCP options can be done independently, and in a single-connection settings.
4. Material and Links
Three PCs, one running BSD and dummynet.
• http://info.iet.unipi.it/˜luigi/ip_dummynet/
• http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_download_managers
• curl (tool for downloading): http://curl.haxx.se
• http://www.psc.edu/networking/projects/tcptune/
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Projekt # 4: NAT Traversal
Projektstart:
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1. Introduction
Firewalls usually block incoming “connections”, both for TCP and UDP transport: Only if traffic is
initiated from inside an intranet to an external host the firewall will “punch a hole” for that specific
source/destination pair. This is problematic for two applications sitting behind two different firewalls
but wanting to exchange data (like VoIP or videconferencing).
2. Goal of the project
This project is about demonstrating two techniques to do “NAT traversal”: One is using the STUN
protocol (Simple Traversal of UDP through NATs) and the other is doing “UDP hole punching”, i.e. to
trick two distant firewalls into permitting direct data transfer between two hosts sitting behind these
firewalls.
3. Tasks
This project will involve the following tasks:
• The first part of this project is to install and demonstrate NAT traversal with the STUN protocol,
which is a standard protocol RFC 3489. Because this is a client/server protocol, this includes
setting up a STUN server.
• The second task, if time permits, is to demonstrate “UDP hole punching”. If possible and
suitable, this should be tried out with the firewall of the University of Basel.
4. Material and Links
One PC (to be installed in the server room for Internet access), personal laptops.
• http://tools.ietf.org/html/rfc3489
• http://en.wikipedia.org/wiki/STUN
• http://en.wikipedia.org/wiki/UDP_hole_punching
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Projekt # 5: Spanning Tree
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1. Introduction
The Spanning Tree Protocol (STP) is used by switches and other network devices to avoid loops in a
LAN. To do this, a spanning tree is built out of the network topology. Links that are not part of this tree
will be turned off. The protocol also has to react to changes in the topology. The topology is checked
every few seconds using hello-messages: If expected messages do not arrive the topology must have
changed and the spanning tree will be calculated again. During the calculation of the tree no normal
traffic will be forwarded.
2. Goal of the project
The objective of this project is to analyze the functionality of the STP in a simple ring topology. How
long does it take the switches to build the tree? How many packets are needed? How fast is the reaction
to topology change?
3. Tasks
This project will involve the following tasks:
• Inform yourself about the STP and its variations.
• Set up a simple ring topology with two or three switches. Think about how you can monitor and
analyze the traffic.
• Listen to the traffic between the switches when turning them on and when changing the topology.
• Analyze the data obtained during the experiments.
4. Material and Links
Three or more “managed switches”.
• http://en.wikipedia.org/wiki/Spanning_tree_protocol
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Projekt # 6: IP over DNS
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KW 15 (ab 8.4.2015)
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1. Einfuhrung
Machmal als Technologie-Machbarkeitsdemo verstanden, aber manchmal auch als “letzte
M¨oglichkeit”, in einem aus politischen Gr¨unden gefilterten Internet-Umfeld ins freie Internet zu
gelangen, stellt IP-over-DNS eine interessante Herausforderung dar.
Das DNS-Protokoll hat im Internet einen speziellen Status, da ohne DNS-Service heute kaum vern¨unftig mit dem Internet gearbeitet werden kann. Deshalb wird DNS nur sehr partiell abgeblockt (indem
Pakete an gewissen DNS-Server abgefangen werden), nicht aber f¨ur alle DNS-Server oder sogar das
ganze Protokoll. Das erlaubt jemandem, der einen eigenen DNS-Server betreiben kann, diese Erreichbarkeit zu nutzen, um einen “IP-over-DNS”-Tunnel von seinem Ger¨at innerhalb des gefilterten Internets
zu diesem Server aufzubauen, der dann ins “freie Internet” weiter-routen kann.
2. Ziele des Projekts
Aufsetzen einer modifizierten DNS-Server-Infrastruktur, um einen IP-over-DNS-Tunnel aufsetzen und
vorf¨uhren zu k¨onnen, dessen Bandbreite zu messen.
(a) Installation eines DNS-Servers mit IP-over-DNS-Erg¨anzung.
(b) Installation von IP-over-DNS-Software im eigenen Laptop.
(c) Tunneln des IP-Verkehrs des Laptop.
(d) Performance messen (zum Beispiel mit iperf).
3. Material und Links
Eigener Laptop, Server im freien Internet (das Departement stellt eine VM mit Ubuntu zur Verf¨ugung),
eigener DNS-Name f¨ur welchen der Name-Server selbst definiert werden kann.
• http://code.kryo.se/iodine/
• http://benjaminkerensa.com/2012/05/25/
tunneling-ipv4-traffic-over-dns-on-ubuntu-12-04
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Projekt # 7: VPN/Eduroam Performance
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1. Einfuhrung
Seit einem knappen Jahr ist die Universit¨at Basel im EduRoam-Verbund. Dies bedeutet, dass jemand
mit einem Uni-Basel-Account an jede andere Universit¨at weltweit (falls sie auch im Verbund ist) gehen
kann und dort mit seinem Passwort ins dortige WiFi-Netz und damit ins Internet gelangen kann. Lokal
in der Schweiz gibt es einen analogen SWITCHconnect-Dienst.
EduRoam stellt damit eine attraktive Alternative dar f¨ur den Aufbau eines VPN, der sonst u¨ ber
Software wie “AnyConnect” von Cisco erfolgt. In diesem Projekt geht es um den Vergleich der
Funktionalit¨at, Bedienerfreundlichkeit und Performance dieser Ans¨atze.
2. Ziele des Projekts
Vergleich von EduRoam (802.1x), VPN (Cisco AnyConnect) und SWITCHconnect.
(a) Ger¨ate und Ort finden, wo die drei Zugangsarten getestet werden k¨onnen. Ger¨ate=Laptop und
Smartphone, Ort=andere schweizer Hochschule (FHNW, UniBern, ETHZ etc)
(b) Ben¨otigte Software installieren (8021.x ist in iOS und Android schon vorinstalliert, ev
EduRoam-Zertifikate installieren).
(c) Wie schnell ist man Online wenn man das Ger¨at anschaltet, Anzahl Clicks etc
(d) Unterschiede in der Bandbreite?
(e) Passwort-Problematik bei Smartphones (siehe URZ-Weisung).
3. Material und Links
• https://mobile.unibas.ch/home.html
• http://www.switch.ch/de/connect/classic/
• iperf
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Projekt # 8: UMTS Performance
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KW 15 (ab 8.4.2015)
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1. Einfuhrung
UMTS (3G) und a¨ ltere Standards wie GPRS erm¨oglichen mobilen Endger¨aten wie Smartphones,
Notebooks oder Tablets unterwegs Zugang zum Internet. Neuere Standards, wie zb LTE (4G) werden
stets entwickelt. Viele verlassen sich t¨aglich auf diese mobilen Verbindungen. Deshalb interessiert uns
die Performance und Qualit¨at von UMTS auf IP-Ebene sowie mit TCP.
2. Ziele des Projekts
(a) Funktions- und Performance-Profil von UMTS, IP-Ebene:
– Verbindungsaufbauzeit, Bandbreite, Latency, Varianz
(b) Performance-profil von UMTS, TCP-Ebene:
– Gesamt-Performance (zB 10MB-Transfer)
– Gleichm¨assigkeit (Sequenznummernzuwachs/sec)
– Bedingungen unter Mobilit¨at (Handover)
(c) Vergleich unterschiedlicher Netzanbieter, Modems (Dedicated/Tethering) und Ort.
3. Tasks
Die beiden ersten Ziele k¨onnen durch geeignete Messungen abgearbeitet werden, wobei am besten
Laptops eingesetzt werden. F¨ur die Dritte Aufgabe soll gepr¨uft werden, ob es bei den grossen schweizer
Netzbetreibern relevante Performance-Unterschiede gibt, ob die zur Verbindung verwendete Hardware
die Verbindung beeinflusst, und wie stark der Durchsatz von der geographischen Lage abh¨angt.
4. Material und Links
Laptop, UMTS-Modem, Mobiltelefon, SIM-Karten
• http://www.netperf.org
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Projekt # 9: Freies WLAN
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KW 15 (ab 8.4.2015)
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1. Einfuhrung
Viele Menschen verlassen sich heutzutage auf einen Internetzugang unterwegs. Mobile Verbindungen
sind jedoch nicht immer schnell genug, haben oft ein limitiertes Datenvolumen und kosten Geld.
Deshalb bieten verschiedene Institutionen gratis WLAN-Hotspots als Service f¨ur ihre Kunden an, in St.
Gallen zum Beispiel in Zusammenarbeit mit Cablecom. Die WiFi Router der Cablecom Kunden stehen
dabei f¨ur das freies Wlan zur Verf¨ugung (ohne dass der Zugang der eigenen Kunden beintr¨achtig wird).
Falls das Experiment (2014) erfolgreich ist, soll es in der ganzen Schweiz eingef¨uhrt werden.
2. Ziele des Projekts
(a) Performance von o¨ ffentlichen Hotspots: Bandbreite, Latenz, Varianz, Sendereichweite usw
(b) Fl¨achenabdeckung: Wo gibt es u¨ berall freies WLAN?
(c) Technologie: Wie sind die Zugangsrechte der Hotspots geregelt?
(d) Sicherheit und rechtliches: Wer ist f¨ur den Traffic rechtlich verantwortlich? Ob und wie werden
die Benutzer identifiziert? Was sind die Sicherheitsrisikien bei der Verwendung eines o¨ ffentlichen
Hotspots? Messe die Performance, Fl¨achenabdeckung usw. Wird das System schweizweit
funktionieren und was sind die Vorteile f¨ur die Bev¨olkerung.
3. Material und Links
Laptop, UMTS-Modem, Mobiltelefon, SIM-Karten
• http://www.netperf.org
• http://www.20min.ch/digital/news/story/
Cablecom-fuehrt-gratis-WLAN-flaechendeckend-ein-28384537
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Projekt # 10: Wireless Multihop TCP Performance
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Pr¨asentation Arbeitsplan:
KW 15 (ab 8.4.2015)
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1. Einfuhrung
Die meiste Kommunikation u¨ ber das Internet basiert auf TCP. Das Verhalten von TCP in verbundenen
Netzwerken wurde bereits ausf¨uhrlich studiert und ist bekannt. Wie verh¨alt sich das Protokoll jedoch in
einem wireless Multihop (ad hoc) Netzwerk?
2. Ziele des Projekts
Das Ziel des Projekts ist die Analyse und der Vergleich von einer wireless TCP Verbindung mit einem
hop als Referenz zu einer zwei- und drei-hop Verbindung in einem wireless ad hoc Netzwerk. Wichtige
Verlgeichsmerkmale sind dabei Bandbreite, Latenz, Reichweite. Finde auch heraus und erkl¨are wie sich
TCP in einem solchen Szenario verh¨alt und wie es die Verbindung beinflusst.
3. Tasks
Das Projekt beinhaltet die grob die folgenden Aufgaben:
• Grundlegendes verst¨andnis von 802.11 (wifi) wireless multihop networking
• Konfiguriere eine Experimentierumgebung mit vier Ger¨aten (=drei hops). Verwende und
installiere tools um TCP performance und traffic zu generieren, messen und analysieren, erkl¨are
dabei das genaue Vorgehen wie der TCP flow gemessen wurde.
• Pr¨asentation und analyse der gefundened Daten durch die Experimente.
• Falls noch Zeit u¨ brig bleibt: Messungen mit und ohne 802.11 RTS/CTS Protokoll.
4. Material und Links
Vier Laptops (mit WiFi cards)
• http://www.netperf.org
• http://sourceforge.net/projects/iperf/
• http://www.crhc.uiuc.edu/wireless/tutorials.html (slides u¨ ber ad hoc
networks)
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Projekt # 11: Service Discovery
Projektstart:
Pr¨asentation Arbeitsplan:
KW 15 (ab 8.4.2015)
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Fr 8.5.2015 10-12
Kontaktperson: Christian Tschudin
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1. Einfuhrung
Unter dem Namen “Zeroconf” wurde ein Internet-Protokollstandard geschaffen, der DHCP ersetzen
kann und eine generische “Service-Discovery”-Funktionalit¨at bietet, die insbesondere in einem privaten
Umfeld sehr angenehm ist. So werden heute Medien-Ger¨ate (Server und Player) einfach via mDNS
(multicast DNS) gekoppelt. Die beiden am meisten verbreiteten Implementierungen sind Bonjour von
Apple und Avahi.
2. Ziele des Projekts
Erfahrungsbericht, wie einfach/komplex es ist, einen neuen Dienst mit ZeroConf zur Verf¨ugung zu
stellen.
(a) Aufsetzen einer Zero-Conf-Umgebung im lokalen Netz.
(b) Implementieren und eines eigenen einfachen Services, der via (z.B. Avahi) im Netz angek¨undigt
wird.
(c) Dokumentieren des Meldungsaustausches, Messen der Erkennungsgeschwindigkeit (wie lange
dauert es vom Server anstellen bis ein Client den Dienst sehen kann).
3. Material und Links
• http://de.wikipedia.org/wiki/Zeroconf
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Projekt # 12: Bufferbloat, fq codel
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Pr¨asentation Arbeitsplan:
Kontaktperson: John Doe
KW 15 (ab 8.4.2015)
Mi 10.4.2015 10-12
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Projekt # 13: Service Level Agreements (SLA)
Projektstart:
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KW 15 (ab 8.4.2015)
Mi 10.4.2015 10-12
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Fr 8.5.2015 10-12
Kontaktperson: Christian Tschudin
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1. Einfuhrung
Beinahe jedermann/frau in der Schweiz hat heute einen Internet-Zugang und ist deshalb einen Vertrag
mit einem Internet Service Provider (ISP) eingegangen. Im Vertrag wird neben dem Preis auch die
Dienstqualit¨at definiert (z.B. 15 Mbps) und in einem “Service Level Agreement” festgehalten. Obwohl
das Internet nur “best effort” verspricht, hat man als Kunde doch die Erwartung, dass zum Beispiel
Bandbreite dem Vertragswert entspricht und die Verf¨ugbarkeit 24h pro Tag betr¨agt. Wie sieht die
Realit¨at aus?
2. Ziele des Projekts
Messen der realen Dienstg¨ute des Internet-Zugangs, m¨oglichst bei verschiedenen ISPs (Swisscom,
Sunrise, Cablecom, Uni), u¨ ber grosse Zeitr¨aume (mehrere Tage): z.B. IP Konnektivit¨at,
DNS-Verf¨ugbarkeit, Bandbreite.
(a) Aufarbeiten der Fragestellung, zum Beispiel Speedtests f¨ur kurzfristige Performance.
(b) Eigene Mess-Infrastruktur aufbauen: Messger¨ate, Referenz-Ziel im Internet definieren,
Messverfahren bestimmen (es w¨are ineffizient und verschwenderisch, rund um die Uhr die
maximale Bandbreite zu belegen).
(c) Vorsicht beim Aufsetzen von Bandbreitenmessungen, dass diese nicht als
Denial-of-Service-Attacken wirken.
3. Material und Links
• https://www.cnlab.ch/de/performance/speedtest
• http://www.caida.org/home/
• iperf oder a¨ hnlich
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Projekt # 14: Peer-to-Peer
Projektstart:
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Fr 8.5.2015 10-12
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1. Einfuhrung
Vor rund 15 Jahren wurden die ersten grossen peer-to-peer Projekte (z.B. Napster) erfolgreich
umgesetzt. Bittorrent hat sich dabei durchgesetzt und ist noch heute ein wichtiges Werkzeug um Daten
auszutauschen. In den letzten Jahren wurden neue Anwendungen auf Basis vom Bittorrent Protokoll
entwickelt. Bittorrent-sync, -chat, -live und -surf sind vier Projekte solche Projekte. Erforsche diese P2P
Andwendungen vergleiche sie zu klassichen (Server) Applikationen.
2. Ziele des Projekts
Wie funktionieren P2P Applikationen? Was sind die Vor- und Nachteile von P2P Applikationen und
Protokollen? Weshalb sind diese nicht mehr Verbreitet? Informiere dich u¨ ber moderne P2P
Applikationen und und beantworte die oben genanntent Fragen anhand von selbst gemessenen Daten.
Bei den Messungen ist es auch wichtig zus¨atzlichen overhead von Daten oder Latenz zu messen.
3. Tasks
(a) Informiere dich u¨ ber die Funktionsweise des Bittorrent Protokolls.
(b) Schaue dir die oben genannten Projekte an und beschreibe wie sie das Bittorrent Protokoll nutzen
(c) W¨ahle ein paar Projekte (oder alle) aus und setzte eine Testumgebung auf, die es erlaubt die
Leistung zu messen (Verbindungsdauer, Datendurchsatz, Synchronisationszeit usw)
(d) Pr¨asentiere die Daten und bilde dir eine Meinung u¨ ber die Applikationen.
(e) (Optional) Es k¨onne auch andere oder Vergleichbare P2P Applikationen oder Protokolle evaluiert
werden.
4. Material und Links
Rechner falls n¨otig
• http://labs.bittorrent.com/index.html
¨ BASEL
UNIVERSITAT
Prof Christian Tschudin
MSc Christopher Scherb
MSc Urs Schnurrenberger
Departement Mathematik & Informatik
Spiegelgasse 1
CH – 4051 Basel
Tel: +41 61 267 05 57
Fax: +41 61 267 05 59
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Projekt # 15: Wireless Ad-hoc Networks
Projektstart:
Pr¨asentation Arbeitsplan:
KW 15 (ab 8.4.2015)
Mi 10.4.2015 10-12
Projektreport (5 Seiten):
Abschlusspr¨asentation:
Mi 6.5.2014
Mi 6.5.2015 10-12 &
Fr 8.5.2015 10-12
Kontaktperson: Christopher Scherb
¨
1. Einfuhrung
Das Konzept von ad hoc Netzwerken gibt es schon lange und es gab bereits viele verschiedene
Umsetzungen dieses Konzepts. Auch heute noch werden Protokolle wie WiFi-direct oder Airdrop
(Apple) entwickelt, die das unkomplizierte erstellen von ad hoc Netzwerken erm¨oglichen. Nun ist es
auch m¨oglich Applikationen auf Basis eines ad hoc Netzwerkes zu entwickeln, die dadurch keine
Internet verbindung ben¨otigen. Zum Beispiel gibt es Chat-Programme die es erlauben ohne Internet
Verbindung miteinander Nachrichten auszutauschen.
2. Ziele des Projekts
Erforsche wie ad hoc Netzwerke aufgebaut werden und wie Protokolle wie WiFi-direct oder Airdrop
funktionieren. Messe dabei die Performance von solchen Netzwerken. Desweiteren, informiere dich
u¨ ber Applikationen wie Chat Programme (oder andere).
3. Tasks
(a) Informiere dich u¨ ber die Funktionsweise WiFi-direkt (und optional Airdrop)
(b) Messe die Zeit bis zum Verbindungsaufbau, Gewchwindigkeit, Varianz, verlorene Packete usw,
dabei muss auch die unterliegende Technologie (Bluetooth, WiFi usw) ber¨ucksichtigt werden.
(c) Analysiere Applikationen die auf ad hoc Netzwerken basieren und evaluieren diese. Messe auch
hier die Performance.
(d) (Optional) Es kann auch eine eigene Idee f¨ur eine Applikation die auf einem ad-hoc Netzwerk
basiert umgesetzt werden. Diese muss aber am Ende funktionieren und messbar sein.
4. Material und Links
(Mehrere) Rechner falls n¨otig.
• https://github.com/life0fun/wifi-direct-chat
• https:
//play.google.com/store/apps/details?id=com.ajaraj.wifisocial
• https://itunes.apple.com/app/firechat/id719829352?mt=8