Freifunk Rheinland Net 2.0

Dieses Dokument soll unsere Bemühungen zusammenbringen, eine neue Struktur in unserem Netzwerk aufzubauen. Status: Konsensfindung. Bitte anschauen und Verbesserungsvorschläge einbringen. Autoren: takt, nomaster.

Zielsetzung

Wir wollen folgende Anforderungen umsetzen:

• Konnektivität: Global geroutete IPv6-Adressen und im Freiunk-Netz geroutete IPv4-Adressen (plus Peering mit DN42 und andere)
• Dezentralität: Mehr redundante Anbidungen pro Wolke, Transfernetz mit redundanten Gateways
• Autonomie: Communitys erhalten eigene Teile der Infrastruktur, die untereinander verbindet
• Skalierbarkeit: Kleine Communities zusammenlegen, niedriger technischer Aufwand für neue Communitys

Es gab Forderungen nach internen Diensten im Freifunk. Das halten wir nur dann für sinnvoll, wenn diese internen Dienste auch extern verfügbar sind. Das heißt, dass jeder Mensch an seine Freifunk-Nodes einfach Geräte anschließen kann, die dann sofort im Internet sind und dort auch von außen erreichbar. Eigener Mailserver zu Hause? Kein Problem. E-Mails direkt zum Server des Nachbarn funken? Wie subversiv.

Wenn alles gut läuft, fügen wir der gesamten Freifunk-Community etwas hinzu: nämlich ein Modell für Skalierbarkeit in Richtung mehr Communities. Der Freifunk Rheinland e.V. hat die Möglichkeit, mehre Communities zu organisieren und für deren Verbindung zu sorgen.

Argumente gegen bisherige Struktur

Die bisherige Struktur ist in mehreren Punkten hinreichend widerlegt:

• N2N zwischen den Nodes wird wegen NAT fast ausschließlich über Supernodes geleitet. Zuviel Traffic-Verbrauch dort und Ausfälle.
• N2N skaliert nicht, weil für jede weitere Node mit Internet-Anschluss (Queen) zu jeder vorhandenen Node eine eigene Verbindung aufgebaut wird.
• OpenVPN von den Queens zum Aggregator ist Single Point of Failure
• OpenVPN auf den Nodes ist ein zu großes Software-Paket
• OpenVPN bietet wenig Bandbreite wegen schwacher CPU in den Plastik-Routern
• OpenVPN-Accounts händisch anlegen und auf den Nodes konfigurieren ist aufwändig
• NAT, DNS-Relaying belasten Queens übermäßig
• Unzureichende Verbindungstests bei VPN nutzung führt zu "Rogue" Queens / Tote Verbindungen zum Tunnel-Broker werden nicht immer erkannt
• Single Point of Failure beim VPN-Aggregator (DS9)

Neue Funktionalitäten

Broadcasts

Freifunk Communities können nicht beliebig groß werden. Das liegt daran, dass ein Teil des Netzwerk-Traffics ins gesamte Netzwerk einer Community verbreitet werden muss. Dieser Broadcast-Traffic erreicht alle Endgeräte im Netzwerk. Das Netzwerk nennt man daher "Broadcast-Domäne".

Broadcasts und dergleichen werden limitiert, nur gewisse Protokolle wie etwa ARP, IPv4, IPv6, ICMP, ICMP6 usw sind erlaubt über den VPN-Link zu fließen.

Accounting:

Die Broadcast-Pakete sollen pro Knoten accountet (gezählt) werden. Das Limit ist (spätestens) dann erreicht, wenn die Downstream-Verbindung einer Node (DSL-Anschluss oder ähnliches) mit Broadcast-Paketen verstopft ist. Phänomen: Abgeschnittene Spitzen auf dem Graphen des Broadcast Traffics einer Node. Collectd soll in default Konfiguration die entsprechenden Informationen sammeln.

Daten sollen zentral gespeichert werden für Logging (Keine User bezogenen Daten werden gespeichert)

Gateway High Availability:

Gateways sollen ein First Hop Redundancy Protocol (FHRP) verwenden, um Verfügbarkeit zu erhöhen. Dabei kann die IP-Adresse des Default-Gateways den Host wechseln. Eine Implementierung erfolgt entweder per VRRP oder CARP. Da für IPv4 NAPT (Network-Adress-Translation mit Port-Mapping wie üblich) verwendet wird, ist anzudenken die Verbindungstabellen der Gateways zu synchronisieren. Für IPv6 soll dynamisches Routing verwendet werden.

Backbone:

Die Gateways der Communities sollen per dezentralem VPN (Fastd oder Tinc) miteinander verbunden werden. Auf diesem Schicht-2 Netz soll ein Interior-Gateway-Protocol (IGP) verwendet werden, um Routing-Tabellen auszutauschen.

IPv6-Konnektivität:

Diese soll vorerst über einen oder mehrere Tunnel-Broker (z.B. SIXXS, HE.net) hergestellt werden. Tunnel-Broker weisen uns jeweils ein IP-Subnetz /48 mit 80 Bit Adressraum zu. Die Tunnel terminieren auf zusätzlichen Knoten, die am Backbone angeschlossen sind. Ihre Routen verteilen sie per IGP.

Außerdem ist anzudenken diese Knoten mit Netzen anderer Freifunk-Communitys peeren zu lassen (BGP). Dort werden Autonome Systeme (AS) mit Nummern aus dem Privatbereich verwendet. Mittelfristig möchten wir öffentliches Peering mit einem offiziellen AS.

IPv4 Konnektivität:

Analog zur IPv6-Konnektivität verwenden wir hier Tunnel-Broker. Weil wir dort jeweils nur eine einzige geroutete Adresse erhalten, machen wir NAPT. Der Traffic wird über mehrere Tunnel-Broker verteilt. Die Gateways/Queens überprüfen die Qualität der Verbindung und melden sich bei Ausfällen selber ab.

Kleine Communities teilen sich ein /16 Netzwerk und verwenden die selbe Infrastruktur. Hier sollte auf die geographische Nähe der Communities geachtet werden die zusammen geführt werden.
Es wird kein Subnetting angewendet, die Bereiche werden lediglich organisatorisch getrennt und bilden ein großes Layer 2 Mesh

Testfall: Merging von Neuss und Düsseldorf in eine Broadcas-Domäne.

• Freifunk Rheinland ist eine Meta-Community
• Freifunk Düsseldorf und Freifunk Neuss bilden jeweils eine Community
• die Communities Freifunk Düsseldorf und Neuss bilden die Domäne Rheinufer.
• Andere Domänen benötigen ebenso ungenaue, aber abgrenzbare Namen.