Das Sozialleben der Router

Wie die gute, alte Briefpost folgen auch Daten, die durch das Internet wandern, normalerweise einem weitgehend vorhersehbaren Pfad. Mit zunehmendem Wachstum des Netzes sorgen sich Experten allerdings darum, dass die aktuell verwendeten Routing-Protokolle, über die die Daten vermittelt werden, nicht mehr mit der anwachsenden Bandbreitennachfrage Schritt halten können. Forscher arbeiten deshalb an neuen Lösungen – und lassen sich dabei ausgerechnet von einem berühmten soziologischen Experiment inspirieren, bei dem es darum ging, Briefe über ein Netzwerk aus Freunden auszuliefern.

Seit vielen Jahren setzen Internet-Router auf einen Standard, der sich Border-Gateway-Protokoll nennt (BGP). Die Technik legt die Wege, die die Datenpakete im Netz zu nehmen haben, relativ statisch fest. BGP setzt allerdings voraus, dass jeder Router eine Liste von Netzwerkadressen speichert, die ihm sagt, wo Datenpakete basierend auf einem Gesamtüberblick des Netzes hinbefördert werden müssen. Diese so genannten Routing-Tabellen werden durch die Zunahme an Maschinen, die an das Internet angeschlossen sind, stetig größer und sie müssen immer häufiger aktualisiert werden. Das kann schlimmstenfalls zu einer Verlangsamung des Datenverkehrs führen. Denn: Jedes Mal, wenn sich das Netzwerk verändert, müssen zahlreiche zentrale Router aktualisiert werden.

An dieser Stelle könnte nun die Arbeit des Psychologen Stanley Milgram Abhilfe leisten. Er führte in den Sechzigerjahren soziologische Experimente durch, die die Idee des Kleine-Welt-Phänomens ("Six Degrees of Separation") bekannt machten. Milgram stelle damals Freiwilligen die Aufgabe, einen Brief an einen Unbekannten weiterzuleiten, in dem sie ihn an Freunde oder Bekannte schickten, die dem Ziel einen Schritt näher sein könnten. Milgram maß damals, wie viele Zwischenstationen zwischen Sender und Empfänger notwendig waren und kam auf den erstaunlichen Mittelwert von 5,2. (Der Begriff der "Six Degrees" wurde später vom Theatermann John Guare geprägt.)

Im Jahr 2000 ließ sich der Informatikprofessor Jon Kleinberg von der Cornell University in New York von Milgrams Arbeit inspirieren. Er schuf ein mathematisches Modell zur Weiterleitung von Informationen über jedwede Art von Netzwerk. Kleinberg bediente sich dabei einer zentralen Tatsache, die der Psychologe Milgram demonstriert hatte: Es gibt in sozialen Netzwerken nicht nur Abkürzungen, die Informationen schneller von A nach B befördern können, sondern auch Menschen, die diese ohne globale Ansicht der Dinge aufspüren konnten.

Marian Boguna von der Universität Barcelona konnte nun erstmals zeigen, dass sich dieser Ansatz auch auf echte Internet-ähnliche Netzwerke anwenden lässt. In einem Aufsatz, der in der Fachzeitschrift "Nature Physics" veröffentlicht wurde, demonstrierte er zusammen mit seinem Team, dass sich aus Kleinbergs Theorie ein Protokoll erstellen lässt, das Router die verlässliche Weiterleitung von Informationen ermöglicht, ohne zu viele Informationen über das Gesamtnetzwerk zu besitzen. Letzteres würde Update-Zyklen verkürzen und Datenstaus damit vorbeugen.

Der Schlüssel dazu liegt in der Identifizierung "versteckter" Informationen, die einem Router helfen können, zu entscheiden, wo er ein Paket hinsenden muss. Die Menschen in Milgrams Brief-Experiment nutzten solche Daten, um festzulegen, wer sich für die Weiterleitung am besten eignete. Statt die Botschaften einfach einem zufälligen Bekannten zu überreichen, ermittelten sie Kriterien wie etwa den Beruf einer Person, die der beschleunigten Weiterleitung dienen konnten. Boguna und sein Team konzentrierten sich deshalb auf die Identifizierung und Ausbeutung scheinbar versteckter Daten in anderen Netzwerken. Im Fall von Internet-Routern können es der Ort eines Gerätes und die letzten von ihm weitergeleiteten Informationen sein, die wichtige Hinweise darauf liefern, ob es sich lohnt, ein bestimmtes Datenpaket an ihn weiterzuvermitteln. Die Gesamtstruktur des Netzes muss dafür nicht bekannt sein.

Kleinberg sagt, dass die Arbeit von Boguna einen sehr eleganten Ansatz darstelle, Netzwerkstrukturen aufzudecken, "die die Navigation von Daten in echten Netzen erleichtert". Der Ansatz des spanischen Forschers habe das Potenzial, eine neue Klasse von Routern zu ermöglichen, bei denen globale Informationen durch lokale ersetzt werden, die "vorher verborgenen Informationen folgen".

Jon Crowcroft, Professor für Kommunikationssysteme an der University of Cambridge in England, warnt allerdings, dass trotz der gelungenen praktischen Umsetzung von Kleinbergs Ideen noch unklar sei, ob sich die Technik im echten Internet als wirklich sinnvoll erweise. "In der Realität gibt es noch weitere Einschränkungen, etwa Vorgaben bestimmter Anwendungen", warnt er. Dennoch seien Bogunas Experimente so interessant, dass man sie "definitiv weiterverfolgen" solle. Er sei gespannt auf erste Erfahrungen unter realen Produktionsbedingungen.

Boguna selbst gibt zu, dass seine Arbeit noch "sehr vorläufig" ist. Der nächste Schritt sei nun, zu identifizieren, welche versteckten Informationen sich wirklich für ein verlässliches Internet-Routing eigneten. Das könne allerdings noch mehrere Jahre in Anspruch nehmen. (bsc)