Onderzoek uitgevoerd met NetBSD

Netwerkgericht onderzoek

TCP in satellietnetwerken (NASA Lewis)

Het NASA Lewis Research Center - Satellite Networks and Architectures Branch maakt vrijwel uitsluitend gebruik van NetBSD bij hun onderzoek naar TCP voor gebruik in satellietnetwerken. Momenteel onderzoeken zij verschillende voorgestelde wijzigingen aan het Transmission Control Protocol (TCP).

Er worden extensies getest in een poging de satellietcommunicatie te verbeteren, waarbij deze extensies ook in terrestrische omgevingen worden getest. Onder de geteste extensies vallen onder andere hertransmissiemechanismen gebaseerd op selectieve bevestigingen (bijv. FACK TCP) en TCP met grotere initiële vensters. Er wordt momenteel getest op de prestatievoordelen van deze mechanismen en de eerlijkheid ten opzichte van ander verkeer. Daarnaast werken zij samen met de TCP Over Satellite en TCP Implementations Working Groups van de Internet Engineering Task Force (IETF).

IPv6/IPsec (KAME)

Het KAME-project is een onderzoeksgroep die zich bezighoudt met het implementeren van IPv6, IPsec en andere recente TCP/IP-gerelateerde technologieën in BSD UNIX-kernels onder de BSD-licentie. De KAME-stack is in juni 1999 samengevoegd met de NetBSD-current tree.

Institute for Media Communication (IMK) Value-added Solutions

De afdeling Value-added Solutions van het Institute for Media Communication (IMK) voert momenteel de volgende projecten uit op NetBSD:

  • Netwerktoegangscontrole (Network Access Control): De implementatie van een taal voor toegangscontrole die is geïntegreerd in de IP-stack en door de systeembeheerder kan worden geconfigureerd. Dit geeft de systeembeheerder fijnmazige controle over wie toegang heeft tot het netwerk, op welk tijdstip, en of dit gebeurt vanaf een externe machine of niet. Bepaalde gebruikers (zoals 'nobody', 'bin', etc.) kunnen volledig worden uitgesloten van netwerktoegang, wat het risico op misbruik van de machines vermindert.
  • Tunneling: Het opzetten van een tunneling-server waarmee gebruikers onveilige protocollen (zoals POP3, SMTP, etc.) transparant via een beveiligde tunnel kunnen sturen.
  • Spampreventie: De ontwikkeling van een tool die internetgebruikers beschermt tegen het ontvangen van ongewenste bulkmail (spam). Er wordt momenteel geëvalueerd of dit een haalbare oplossing is.
  • Sendmail-vervanging: De ontwikkeling van een vervanger voor sendmail die een willekeurig aantal gelijktijdige SMTP-verbindingen toestaat met slechts één proces, door gebruik te maken van asynchrone I/O. De eerste bètaversies zijn aanzienlijk sneller dan sendmail, qmail of andere gratis MTA's.

TCP Vegas met live experimenten

TCP Vegas is een uitgebreide slowstart TCP-flowcontrole ontwikkeld door Lawrence Brakmo et al. aan de University of Arizona. Prof. Peter B. Danzig en zijn groep aan usc.edu hebben TCP Vegas geporteerd naar NetBSD 1.0.

NEC Europe Network Laboratories

NEC Europe Ltd. richtte in 1997 de Network Laboratories op in Heidelberg, Duitsland, als het derde onderzoekscentrum van NEC in Europa. Onderzoek- en ontwikkelingsfuncties zijn geïntegreerd in dezelfde organisatie om de time-to-market van geavanceerde netwerktechnologieën te verkorten. De laboratoria leggen speciale nadruk op oplossingen die voldoen aan de behoeften van de Europese klanten van NEC Network.

De laboratoria in Heidelberg richten zich op softwaregeoriënteerde research en development voor het internet van de volgende generatie. De kern van het werk bestaat uit nieuwe communicatiearchitecturen en protocollen die multimedia en mobiliteit over het internet ondersteunen, samen met intelligente internetdiensten. Een klein marktonderzoeksteam analyseert continu markttrends en -vereisten om te garanderen dat R&D-activiteiten aansluiten bij actuele marktbehoeften.

NetBSD wordt in de Network Laboratories gebruikt voor diverse taken op het gebied van onderzoek en IPv6-netwerkbeheer, naast andere gratis beschikbare BSD-systemen. De beschikbaarheid van NetBSD voor verschillende platforms maakt het een ideaal instrument voor activiteiten zoals:

  • Het draaien van IPv6-routers en -diensten op oudere computersystemen, zoals Sparc-systemen.
  • Het testen van onderzoeksresultaten in de praktijk.

De vrij beschikbare broncodes, de nauwe koppeling met de goed gedocumenteerde 4.4 BSD en het gebruik van innovatieve technieken maken NetBSD een uitstekend software-onderzoeksplatform.

NetBSD vestigt wereldrecord voor land-snelheid van Internet2

Onderzoekers van het Swedish University Network (SUNET) hebben het Internet2 Land Speed Record gebroken met twee Dell 2650-machines met enkele 2GHz CPU's waarop NetBSD 2.0 Beta draaide. SUNET heeft ongeveer 840 Gigabyte aan data in minder dan 30 minuten overgebracht via een enkele IPv4 TCP-stream tussen een host aan de Luleå University of Technology en een host verbonden met een Sprint PoP in San Jose, CA, USA.

De behaalde snelheid was 69,073 Petabit-meters per seconde. Volgens het onderzoeksteam werd NetBSD gekozen "vanwege de schaalbaarheid van de TCP-code".

Meer informatie over dit record, inclusief de NetBSD-configuratie, is te vinden op: http://proj.sunet.se/LSR2/ De website van de Internet2 Land Speed Record (I2-LSR) competitie bevindt zich op: http://lsr.internet2.edu/

Een schaalbaar monitoringplatform voor het internet (SCAMPI)

SCAMPI is een Europees project van twee en een half jaar om een schaalbaar monitoringplatform voor het internet te ontwikkelen. Het doel is daarnaast om het gebruik van monitoringtools te promoten ter verbetering van diensten en technologie.

Het project ontwikkelt een netwerkadapter, aanvankelijk met snelheden van 10 Gbps, die is afgestemd op de behoeften van monitoringtools. Dit omvat de ontwikkeling van een open en uitbreidbare monitoringarchitectuur om een beveiligde en programmeerbare gedeelde monitoringinfrastructuur te ondersteunen. Tevens wordt onderzoek gedaan naar de technische uitdagingen bij het ontwikkelen van monitoringsystemen voor snelheden van 100 Gbps en hoger.

De Liberouter COMBO6 Card wordt overwogen als basis voor de SCAMPI hardware-monitoringadapter voor snelheden tot 10 Gbps.

Overig onderzoek

Het UVM Virtual Memory System

UVM is een nieuw virtueel geheugensysteem dat specifiek is ontworpen om I/O- en IPC-systemen te voorzien van een reeks flexibele mechanismen voor databeweging. UVM is geïmplementeerd in het NetBSD-besturingssysteem en vervangt het Mach-gebaseerde 4.4BSD VM-systeem volledig. Naast flexibele databewegingsmechanismen verbetert UVM de prestaties van het virtuele geheugen ten opzichte van BSD VM op traditionele gebieden zoals forking en pageout. UVM is volledig geïmplementeerd binnen het kader van BSD en behoudt daarmee alle functies en standaardonderdelen van de traditionele Unix-omgeving waar programmeurs op rekenen.

Space Acceleration Measurement System II (SAMS-II)

In het SAMS-II Project zal NASA de microzwaartekrachtomgeving op het International Space Station meten met behulp van een gedistribueerd systeem, bestaande uit:

  • RTS (Remote Triaxial Systems): Meerdere PC104 ISA-boxen waarop NetBSD 1.2.1 of 1.3.2 draait.
  • ICU (Interim Control Unit): Een IBM ThinkPad 760XD als tijdelijke hoofdcomputer.

De eerste RTS zou in september 1998 worden geleverd, voor lancering naar het ruimtestation in januari 2000. Meer informatie en details over de hardware zijn te vinden in de port-i386 mailinglijst.

Massively-parallel And Real-time Storage (MARS)

Clustergebaseerde architecturen die gebruikmaken van goedkope Personal Computers (PC's) die onderling verbonden zijn via high-speed commodity interconnects, worden erkend als een kosteneffectieve manier om hoogwaardige, schaalbare Multimedia-On-Demand (MOD) storage servers te bouwen. Meestal draaien de PC's in deze architecturen op besturingssystemen zoals UNIX, die traditioneel zijn geoptimaliseerd voor interactieve computing en geen snelle disk-to-network datapaden of ondersteuning voor gegarandeerde CPU- en storage-toegang hebben.

In dit werk rapporteren wij het ontwerp, de implementatie en de prestatiemetingen van innovatieve verbeteringen aan 4.4 BSD UNIX, uitgevoerd om deze beperkingen te verhelpen in de context van ons Massively-parallel And Real-time Storage (MARS) project. De volgende verbeteringen zijn voorgesteld en geïmplementeerd in een 4.4 BSD-compatibel publiek domein NetBSD UNIX-besturingssysteem:

  • Een nieuw kernel-bufferbeheersysteem genaamd Multimedia M-buf (mmbuf), dat het datapad van een opslagapparaat naar de netwerkinterface verkort.
  • Fair queuing binnen de SCSI-driver voor een eerlijke verdeling van resources tussen real-time en non-real-time streams.
  • Integratie van deze nieuwe OS-services met een CPU-schedulingmechanisme genaamd Real Time Upcall en een software disk striping-driver genaamd Concatenated Disk (ccd).

Experimentele resultaten tonen aan dat deze verbeteringen zorgen voor doorvoersnelheid-verbeteringen en QoS-garanties op het datapad van de schijf naar het netwerk.

Er is een paper verschenen in IEEE Multimedia98 die de OS-verbeteringen beschrijft, en er zijn diverse papers over het "Project MARS-Scalable, Web Based Multimedia-On-Demand Servers and Services", waar dit werk deel van uitmaakte: http://www.ccrc.wustl.edu/~milind/MediaServers.html

Nieuwe callout- en timerfaciliteiten

Onderzoek uitgevoerd aan de Washington University in St. Louis: Huidige BSD-kernels (4.4BSD-Lite en derivaten) verbruiken een tijd die proportioneel is aan het aantal openstaande timers ("callouts") om timers in te stellen of te annuleren. Deze nieuwe implementatie verbruikt een constante tijd om timers te starten, te stoppen en te onderhouden, wat leidt tot een zeer schaalbaar ontwerp dat duizenden openstaande timers kan ondersteunen zonder veel overhead. In tegenstelling tot de bestaande implementatie is gegarandeerd dat interrupts slechts voor een kleine, begrensde hoeveelheid tijd worden geblokkeerd.

Groepsbewustzijn bij gedistribueerde softwareontwikkeling

Open-source softwareontwikkelingsprojecten zijn bijna altijd collaboratief en gedistribueerd. Ondanks de moeilijkheden die afstand met zich meebrengt, zijn deze projecten erin geslaagd om grote, complexe en succesvolle systemen te produceren. Er is echter nog weinig bekend over hoe open-source teams hun samenwerking beheren.

In dit onderzoek wordt gekeken naar één aspect van deze kwestie: hoe gedistribueerde ontwikkelaars groepsbewustzijn behouden. De paper heeft tot doel diverse Open Source-projecten (NetBSD, Apache, Subversion) te analyseren en de groepsstructuur en communicatie in kaart te brengen.

Gebruik van applicatiegestuurde checkpointing-logica voor hot spare high availability

Antti Kantee onderzoekt het gebruik van applicatiegestuurde checkpointing-logica voor hot spare high availability in dit onderzoekswerk, dat gedeeltelijk is gepresenteerd op EuroBSDCon 2004.