Freifunk Rheinland Net 2.0

Aus Freifunk Rheinland e.V.
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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

Diagramm des Entwurfs

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)

Gateways

Jede Domäne bekommt mindestens zwei Super Nodes, die per B.A.T.M.A.N. im Netz erreichbar sind und sich als Gateways ankündigen. Clients werden durch diese Technik einem der Gateways zugewiesen und erhalten von diesem per DHCP Adressen. Per IPv6 kündigt jeder Gateway ein 64-Netz an. Clients nehmen sich aus diesem per Stateless Address Auto Configuration (SLAAC) eine oder meherere Adressen pro Netz.

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.

Backbone

Die Gateways der Communities sollen per dezentralem VPN (Tinc) miteinander verbunden werden. An das Backbone-VPN werden zwei Backbone Router angebunden, die das Intercity-VPN und andere Darknets anbinden. Außerdem routen sie den default Traffic für IPv6.

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:

Die Super-Nodes routen IPv4 traffic über ihre Adresse und übersetzen die sonst nicht zu routenden Adressen des Freifunk-Netzwerks per NAT. Die Gateways/Queens überprüfen die Qualität der Verbindung und melden sich bei Ausfällen selber ab.

In der Domäne werden Adressen von den Super-Nodes per DHCP verteilt. Hier sollte auf die geographische Nähe der Communities geachtet werden die in einer Domäne 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 Broadcast-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.
  • die Community Wuppertal und die umliegenden bilden die Domäne Wupper
  • Andere Domänen benötigen ebenso ungenaue, aber abgrenzbare Namen.