Wie man das Internet erdbebensicher machen kann

Dezentrale Netze gelten als robust, halten echte Katastrophen aber auch nicht aus. Abhilfe schafft eine neue Netzwerkgeometrie, die japanische Forscher jetzt entwickelt haben.

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Dezentrale Netze gelten als robust, halten echte Katastrophen aber auch nicht aus. Abhilfe schafft eine neue Netzwerkgeometrie, die japanische Forscher jetzt entwickelt haben.

Ein bekannter Mythos aus frühen Internet-Tagen ist die Behauptung, das Netzwerk sei einst entwickelt worden, um einem atomaren Angriff zu widerstehen. IT-Historiker wissen allerdings, dass das zumindest am Anfang kein Designziel war. Erst später stellte sich heraus, dass sein dezentraler Aufbau das Internet durchaus robuster machte als zentralisierte Netzwerke.

Unzerstörbar ist das Netz aber nicht. Beispielsweise sorgte das große Erdbeben vor drei Jahren in Japan dafür, dass wichtige Teile der Kommunikationsinfrastruktur zusammenbrachen. Das Telekommunikationsunternehmen NTT gab später bekannt, dass es 18 große Vermittlungsstellen und 65.000 Telefonmasten verloren habe. 1,5 Millionen Festnetzverbindungen und 6300 Kilometer Kabel wurden beschädigt.

Dies führt zu einer interessanten Frage: Wie könnte man ein besseres Netzlayout entwickeln, damit solche Schäden nicht oder nicht in diesem Ausmaß auftreten?

Hiroshi Saito von den Network Technology Laboratories bei NTT arbeitet daran. Er hat die Wahrscheinlichkeit errechnet, mit der unterschiedliche Netzwerkgeometrien durch Katastrophen aller Art beschädigt werden können. Dabei ermittelte er, welche Anordnung die stabilste ist.

Saito begann dabei mit einem Netzwerk endlicher Größe und ließ dann in einem bestimmten Bereich ein Erdbeben simulieren. Die dortigen Knoten hatten eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, mit der sie ausfielen. Zu ermitteln war also, wie diese Knoten zu organisieren sind, um diese Wahrscheinlichkeit möglichst gering zu halten.

Das mathematische Verfahren, das Saito verwendet, stammt aus der Disziplin der Integralgeometrie. Er ermittelt daraus einige Regeln, die Netzwerkforscher einfach für sich nutzen können. "Die theoretische Methode zeigt, welche Vorgaben man beim Netzwerkdesign beachten muss, damit es robuster gegen Erdbeben wird."

Beispielsweise zeigte eine Route, die durch mehrere Knoten verläuft, ein Zickzackmuster. Eine Regel war nun, dass kürzere Zickzackmuster die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass ein Teil des Netzwerks sich mit dem Katastrophenbereich überschneidet. Ein Netzwerk, das einen Ring bildet, lässt sich dagegen nicht sicherer machen, indem man zusätzliche Routen innerhalb des Ringes verlegt, so Regeln Nummer zwei.

Saito testet seine Ideen mit Stärkeangaben verschiedener echter Erdbeben in Japan, die größer als Stärke 5 waren (die Maximalstärke in Japan ist 7). Dabei wurden auch Daten vom Kobe-Erdbeben von 1995 verwenden, dem zweitschlimmsten Beben in der japanischen Geschichte. Daten vom Erdbeben des Jahres 2011 waren dagegen nicht dabei, weil es unter dem Meer seinen Ausgang nahm.

Saito legte verschiedene Netzwerklayouts über die Erdbebendaten und prüfte dann, wie sie sich auswirkten. Und tatsächlich: Das Ergebnis zeigte, dass die theoretischen Regeln auch in der Realität funktionieren könnten. "Die Analyseergebnisse werden durch die empirischen Erdbebendaten validiert."

Saitos Verfahren ist eine ganz neue Methode, Netzwerkverlässlichkeit zu denken. Aktuell gestalten Ingenieure Netzwerke so, dass sie möglichst vor Beschädigungen geschützt sind und sich gleichzeitig schnell wiederherstellen lassen.

Die Pläne des NTT-Forschers sind ambitionierter. "Mein Designvorschlag ist der erste Schritt hin zu einem Katastrophenmanagement, das versuchen wird, Ausfälle möglichst ganz zu verhindern." Mit anderen Worten: Es ist besser, wenn es im Bereich eines Netzwerks erst gar nicht zu Zerstörungen kommt. ()