NETZKUNST-EXPERIMENT-INSTALLATION Route-Tracer ( Arbeitstitel - Rohentwurf)
NETZKUNST-EXPERIMENT-INSTALLATION
Route-Tracer
( Arbeitstitel - Rohentwurf)
15.7.1998
Abstract:
Diese Installation soll die Organisation und Eigenschaften eines Netzwerkes anhand des Internets aufzeigen, dessen dynamische Entwicklung und Wachstum beispielhaft für Netzwerke ist.
Als Methode wird das Experiment verwendet durch welches das Internet vom Ausgangspunkt ´´Austellungsort´´, mit den gängigen Netzwerkwerkzeugen ausgerüstet, erforscht wird.
Die anfallenden Daten werden in einer "Map of Kown World" gespeichert und grafisch über 3D-Visiualisierungen erforschbar. Dafür wird eine zu einem Rechner-Cluster geschaltetetes Netzwerk von Computer verwendet und somit das Netzwerkverwendung in einen zweiten Sinn aufzuzeigen.
Entstanden im Klangatelier Algorythmics
Leitnerg. 7a, A-8010 GRAZ, AUSTRIA,
Tel. ++43-316-821451
IEM - Institut f. Elektronische Musik
KUG - Universität f. Musik u. Darstellende Kunst
Tel.++43-316-389/7210
Fax.++43-316-389/7008
email:ritsch@iem.kug.ac.at
Contents
Vorwort
Das Internet, der Welt größtes Computernetzwerk, wächst jedes Jahr um XX Prozent und dies über die Grenzen von Nationalitäten und Kontinenten hinweg.
Dadurch ensteht eine Landkarte der Verbindungen von Computern. Eine Eigenschaft des Internets ist daß jeder Computer mit jeden anderen erreichen kann. Dieses ursprünglich für militärische Aufgaben entwicklete Paradigma1 ermöglichte eine unabhängige Entwicklung einzelner Subnetze und ein dynamisches Wachstum das nicht mehr zentral kontrolliert werden kann und damit eine Eigendynamik und Unkontrollierbarkeit bekommt. SO gibt es keine zentrale Landkarte des Internets im physikalischer Hinsicht, sondern nur einen Addressraum für Computer, welche beliebig verbindbar (routing) sind.
So stellt sich die Frage wie ist dieses Netzwerk organisiert, wer kontrolliert, bestimmt wo was entseht und wie wird dies geregelt. Der einfachste Zugang dazu ist die Betrachtung des Addressraumes welcher, angeblich zu klein, nun bald von ´´ipv4´´ auf ´´ipv6´´ erweitert wird, was bedeuted daß von einer vierstelligen Adressierung auf eine sechstellige umgestellt wird.
Jede Addresse wird durch 4 8-Bit Zahlen beschrieben was bedeutet das maximal Adressen zur Verfügung stehen. Davon sind jedoch einige für spezielle Anwendungen reserviert, sodaß real verwendbare kleiner ist. Eine weitere Eigenschaft ist das gewisse Adressbereiche zusammengehören und dadurch Subnetze bilden. Hinter einer Addresse kann sich jedoch auch ein sogennates Intranet verbergen (Firewall) welches jedoch mit legalen Mitteln nicht erforscht werden kann.
Aufgabenstellung
Die primäre Aufgabe ist der Versuch den Addressraum des Internet zu erforschen, indem jede mögliche Addresse angesprochen wird und bei Antwort eines Servers dessen Pfad dorthin in eine Datenbank eingetragen und somit eine Art Lankarte der Verbindungen ertsellt wird. Diese Daten werden dann entsprechend aufbereitet und visualisiert.
Der Versuchablauf lautet folgendermaßen:
- Für jede mögliche Addresse im Internet soll mittels des Programmes
´´traceroute´´ der Pfad ermittelt werden, wobei der Pfad zu dieser über andere
Computer (Router, usw.) aufgezeichnet wird.
- Bei Erfolg, also das Finden eines Servers, soll diese Adresse mittels einer
Echo-Nachricht angesprochen werden (Programm ´´ping´´) und so ermittelt werden
ob dieser aktiv ist also besetzt ist.
- Über ARP (Adress Resolution Protocoll, falls unterstützt) soll die
Hardwareadresse des Ethernetports ermittelt werden um damit eventuelle
Alias-Server auszublenden.
- Die gefundenen Rechner werden in einer Datenbank samt den dazugehörigen Pfade
(mit Verbindungszeiten) so abgelegt, daß damit eine Visualisierung im
3-D Bereich möglich wird und dieser Addressraum damit zur optischen Auswertung
zur Verfügung steht.
Dieser Raum kann als ´´Space of Known Servers´´ oder ´´Map of Known World" aus der Sicht des Netzwerkcomputers bezeichnet werden.
Innerhalb der Austellungszeit (5 Monate) sollte versucht werden alle Computer am Internet erfaßt zu haben um somit eine vollständige Karte des Internets zu erhalten.
Mittels eines Graphikservers können die Meßdaten erforscht werden. (Diving in Space of Known Servers)
Werden 10.000 traceroutes paralell ausgeführt ergibt sich eine Experimentlaufzeit von ca 146 Tage. Die kann jedoch justiert werden.
Ausführung
Diese Ausführung stellt den momentanen Stand der Entwicklung wieder. Der Autor behält sich vor Abänderung die zum Zwecke besserer Verständlichkeit oder Kostengründen gemacht werden vor.
In der Skizze 3 ist ein Grobaufbau zur Verdeutlichung der Idee dargestellt.
Für dieses Experiment braucht es einerseits ein Anschluß ans Internet der entsprechend ausgeführt ist und andererseits ein Netzwerk von Computer die die verschiedenen Aufgaben ausführen. So kann dieses Netzwerk wieder als Anschaungsobjekt für Netzwerke verwendet werden.
Aus der Aufgabenstellung ergibt der in Abbildung 3 dargestellte Informationsfluß der den einzelnen Komponenten zugeordnet wird.
Netzwerk des Versuchsaufbau
Das in Abbildung 3.1 dargestellte Netzwerk wird intern mittels 100Mbit-Ethernet Verbindungen realisiert. Die Rechner verschmelzen durch enger Bindung zu einem Rechner-Verbund und präsentieren sich zum Internet als ein einziger Rechner. Dabei werden die Aufgaben auf die einzelnen Computer verteilt.
Die Firewall dient nicht nur zur Sicherheit gegen Hacker sondern auch zu besseren Kontrolle der Datenströme und dient gleichzeitig als Webserver und weiterer Dienste für das Internet.
Es wäre von Vorteil, falls dieses Experiment auch vom Internet aus zu beobachten und erforschen sein sollte, daß dies von einen externen Server übernommen wird, da damit der Bandbreitenbedarf am Installationsort wesentlich minimiert werden könnte. ´´Internetsurfer´´ müssten nicht auf das interne Netz zugreifen, sondern nur der Remote-Server.
Folgende Topologie wird für den Maximalaufbau vorgeschlagen:
- (Optional) ein Kabelmodem zur Verbindung mit Internet.
- Ein Firewall-Router der alle anderen Computer vom Internet abschirmt und an
ein Hub zur Verbindung der Computer.
- Drei Rechner die mittels des Programms das Internet erforschen und
entsprechend dazu akustische Meldungen abgeben.
- Ein Datenbankrechner der die Ergebnisse in eine Datenbank speichert und daraus
die Visualisierungsdaten in Form von 3D-Objekten errechnet. Dabei steuert er
auch Displays, auf denen die Zeit seit Start des Experimentes, die Anzahl der
abgesuchten,gefundenen und verweigerten Server angezeigt werden.
- Ein Visualisierungs-Computer oder Rechner-Cluster (Grafikworkstation) der diese
Daten für einen Videobeam aufbereitet. Damit kann in diese 3D-Welt gezoomt und
mittels eines 3D-Joysticks darin navigiert werden.
- Optional ein externer Server (der eigentlich soundso für die Landesaustellung
irgendwo present sein sollte).
- Optional zwei Surfstations, auf welchen die Information, Hintergrund, Sourcecodes usw. des Experimentes über WWW-Seiten erforschbar ist.
Da dieses Netzwerk als Anschauungsobjekt z.B: im Raum plaziert wird könnten auch die verschiedenen Vernetzungstechniken präsentiert werden wie (Kabelmodem, Ethernet Kabel zwischen Comnputer und evt. eine Fiber-Optic Kabel zur Grafik-Workstation). und mit Beschriftungen erklärt werden. (z.B.: Kupfer-Zweidraht Bandbreite: max. 2Mbit auf 10km,..., Fiberglass, Bandbreite: z.Z. nur technologisch begrenzt)
Route-Finder
Die ersten drei Computer würden als Klänge mittels Lautsprecher und computergenerierten Stimmen ihren Suchvorgang und dessen Erfolge mitsprechen wie z.B.: ´´Searching for Addresses 192.221.22.1 - 192.221.22.255 ... 10 server found, 5 Access denied´´. Da bis zu zehntausend Suchvorgänge parallel laufen würde sich dies in eine Klangraum verwandeln wo viele Stimmen paralell zu hören wären.2
Die Aufgabe dieser Computer könnte auch von einem entsprechend leistungsfähigen übernommen werden, was jedoch nicht gewünscht wird, da dadurch die Paralellität von Prozessen nicht so intuitiv erfassbar wäre. Daher werden drei ´´kleine´´ Computer vorgeschlagen, deren Rechenleistung die untere Leistungsklasse von PCs darstellt3 und keinen Monitor usw. benötigen. Dafür werden für jeden der Computer deutlich zugeordnete Lautsprecher (Aktiv-Computer Lautsprecher) vorgeschlagen, die deren Aktivität verdeutlichen.
Diese Suchmaschinen könnten aus optischen Gründen aus Einzelkomponenten zusammen gesetzt ohne Gehäuse montiert werden (siehe 4).
Die Suchmaschinen stehen auf einen Sockel seitlich vor der Projektionsleinwand.
Datenbank
Hier wird in eine einfache SQL-Datenbank eingesetzt, welche die Suchergebnisse abspeichert. Diese wird dann von einen Prozess zyklisch durchkämmt und dessen Daten aufbereitet in eine Visualisierungs-Datenbank übertragen werden, wo Ihnen ´´shapes´´ und Namen zugeordnet werden, die direkt vom Visualisierungscomputer dargestellt werden kann.
Dabei wird die Gesamtstatistik mittels Displays angezeigt.
Sehr schön wären rote LED-Anzeigetafeln, aber es könnte auch eine Projektionsleinwand oder ein Monitor verwendet werden. Dabei könnten die Erklärungen für die Grafik (Zeichenerklärung) und eine Anleitung des Experimentes zyklisch dargestellt werden (Ähnlich einer Diashow).
Eine mögliche Lösung für die Visualisierungsdatenbank wären OPEN/GL Objekte in Form von Linien und einfachen 3D-Sphären wie Kugel, Würfel,... oder Texte, wobei ein Farbcode verwendet wird, der zum Beispiel bei einer Verbindung die Anzahl der darüber laufenden realen Verbindungen darstellt (wie auf einer Landkarte (1, 2-10,11-100, 101-1000, 1001-10000, mehr als 10000)) Genauso einen Farbcode für die Knoten. Zusätzliche Information zu den Knoten könnte dann noch gezielt geliefert werden wie z.B.: Name oder Nummer und Beschreibung aus der RIPE-Datenbank4 im Internet.
Diese Ergebnis-Datenbank stellt eine Kartographierung des ´´Internet-Universum´´ dar.
Diese kann mit einen handelsüblichen PC mit großer und schneller Festplatte realisiert werden. Als Datenbank wird das frei-verfügbare mySQL vorgeschlagen, welches ausreichend Sicherheit des Datenbestandes und eine Standard Anbindung auch für Webserver bietet.
Damit könnten die Ergebnisse und Experimentverlauf über das Internet frei zugänglich präsentiert werden und für die Präsentation der Landesaustellung angeboten werden. Ein entsprechendes Design für eine interaktive Handhabung dieser müßte dazu entworfen werden.
3D-Renderer
Die Daten für die Visualisierung wird von einen Standard OPEN/GL Grafik-Server ausgelesen und entsprechend gerendert. Wobei hier, so wie bei 3D-Spielen, im ´´Internet-Space´´ navigiert und einzelne Objekte berührt werden, zu denen dann die Information ausgegeben wird.
Die Steuerung und Navigation in diesem Internet-Raum wird entsprechend der Joysticksteuerung, die ein Besucher bedienen kann, ausgeführt und bei einer längeren Nicht-Bedienung wird von ´´Interactive-Mode´´ in den ´´Automatic-Mode´´ geschaltet.
Die 3D-Visiualisierung sollte über ´´echte´´ 3-Animationen erfolgen, wobei im Raum eine Anzahl von 3D-Brillen zur Verfügung gestellt werden.
Diese könnten, wie für Open-GL-Server standardmäßig vorgesehen, ´´shutter-glasses´´ sein, wobei die Projektion dann zwar von SVGA-Projektoren durchgfeführt werden, aber jede Brille gesteuert werden müßte. Der Projektor sollte mindestens 100Hz Bildwiederholrate liefern können. Die Steuerung basiert über Infrarotsteuerung und die Stromversorgung der Brillen wird mit integrierten Batterien erledigt. Da diese Brillen irgenwie befestigt werden sollten (Diebstahl) könnte auch über diese Befestigung die Stromversorgung und Steuerung erfolgen.
Eine alterative Möglichkeit wäre mit Polarisationsbrillen, wobei zwei Projektoren mit unterschiedlicher Polarisationsfilter auf eine spezielle Leinwand projeziert werden müßte.
In einer biligeren Version könnten ´´Rot/Grün-Brillen´´ verwendet werden. Das würde den Verlust von Farbcodes bedingen und ist keine optimale Lösung.
Die Darstellung in 2D Schrägriss ist nicht wünschenswert, da damit der zusätzlich gewonnene virtuelle Raum hinter der Leinwand verlorengänge und somit die Rezeption dieses als Internet-Raum nicht mehr so intuitiv wäre.
Diese Projektion wird klanglich mittels einer Stimme über zwei Lautsprecher, die hinter der Projektionsleinwand sind, begleitet und diese dient als ´´Lead-Voice´´ im Stimmengewirr der Sucher und evt. der Datenbank. Falls keine sonstige Hintergrundbeschallung aufgrund anderer Konzepte erfolgen sollte hier noch ein Klangteppich eingewebt werden der das Gefühl des Aufenthalts im Netzwerk vertärkt.
Die Ausführung dieses könnte ein echter Linux-Cluster sein, der mittels des "Beowulf-Projektes"5 realisiert wird.
Als eigenständiges Objekt würde dieser Cluster selbst wiederum das Verschmelzen von Einzelcomputer zu einer Supercomputer mittels Netzwerk darstellen.
Alternativ dazu könnte jedoch ein leistungsfähiger Grafikcomputer auf Dual-Pentium-Basis, jedoch mit schneller 3D-fähiger Grafikkarte verwendet werden.
Internet Anbindung
Die Anbindung ans Internet könnte auch ein Ausstellungsobjekt darstellen, welches in Form eines Kabelmodems mit hereinkommenden Kupferleitung und ausgangseitigen Ethernet bezeichnet ist.
Hier kann die Technologie der Übertragung mit Kupfer (technologisch begrenzte Bandbreite) und der von Lichtleiter (aus heutiger technologischer Sicht unbegrenzte Bandbreite, die jedes Jahr sich durch neue entwiklungen verdoppelt). Dieses Thema würde auch im Artikel für den Katalog einfließen.
Die benötigte Bandbreite errechnet kann mittels der Traceroute-Programme abgeschätzt werden:
Ein traceroute Aufruf bei durchschnittlich 10 Hops und einer Laufzeit von 10 Sekunden ergibt mit je .
Bei 3.000 ´´traceroute´´ paralell sind es dann Aufrufe sind dann konstant-Auslastung.
Für zusätzlichen Overhead und Infodaten sollten noch reseviert werden, sodaß eine geforderte Anbindung von 1MBit/s erforderlich wäre.
Firewall
Die Firewall ist ein Computer mit zwei Netzwerkkarten, wobei eine Netzwerkanschluß den internen Strang versorgt und als Intranet bezeichnet wird und ein zweiter Anschluß zum Internet/Kabelmodem führt.
Dieser Rechner verwaltet die Private-Adressen der Computer in der Installation und rechnet diese nach außen hin in eine offizielle IP-Adressen um, sodaß das Internet das gesamte Netzwerk als eine IP-Adresse sieht (Masquerading). Damit können Hacker usw. nicht direkt auf die internen Rechner zugreifen, die aber sehr wohl kontakt zum Internet besitzen. Im diesen Fall dient es auch als Abschirmung des internen Datenverkehrs zum Internet.
Gleichzeitig, da heutzutage die Rechner sehr leistungsfähig sind, kann dieser Rechner als Web-Server für das interne Netz und als Router dienen zum Internet dienen, bzw als Lieferant für externe Server. Optional könnte noch eine Web-Cam (Kamera an Videokarte) angeschlossen werden, welchen Live-Bilder des aktuellen Raumes und der Installation liefert, bzw. Audio des Raumes überträgt.
Dafür reicht eine Standard-PC ab Celeron 333Mhz aus und braucht weder Monitor noch Tastatur und Maus.
Info-Box
Als Infobox, wo die Geschichte des Experiments (Log-Dateien), der aktuelle Stand des Experimentes, der theoretische Hintergrund und die Information über die technische Realisierung usw. abgefragt werden kann sollte eine Surfstation im Raum stehen. Diese Seiten könnten auch von anderen Terminals abgefragt werden und werden dynamisch mittels des Servers generiert. (Es dann auch wendiger Notwendig den Raum mit Infos zu überfrachten)
Damit kann den Interessierten Benutzer die Möglichkeit geboten werden in die Geheimnisse des Internets hineinzuschauen und Suche in Logdateien bestimmte Suchwege zurückverfolgen. Weiters werden die Doku sämtlicher verwendeter Programme zugänglich sodaß dieser Versuch leicht nachgebaut werden kann und somit der Geist von geimeinsamer Entwicklungen im Internet unter GPL (Gnu Public Licence) erfahren werden.
externer WWW-Server
Um die Internet-Anbindung der Austellung nicht zu sehr zu belasten ist es günstig, wenn Info dem Internet bereitgestellt wird, daß ein externer Server diese Daten übernimmt. In diesem Fall könnte es der offizielle Web-Server für die Landesaustellung sein, der über eine effizientere Anbindung auch nesser international reagieren kann. (Server-Homing)
Aufbau
Der prinzipielle Versuchsaufbau gliedert sich hardwaremäßig in drei Teile, den Computerbereich, der Visualisierung und den Besucherbereich. Wobei die Computer im Raum aufgestellt als eigenständige Objekte präsentiert werden und der 3D-Bereich sich auf einer Projektion sich abspielt.
Dadurch würde ein eigener Raum für diese Installation von Nöten sein.
Es werden mehrere Rezeptionsebenen, welche intuitiv erfaßbar sein sollten angestrebt:
- Das Netwerk Internet selbst:
Durch das Experiment sollte dies, mit ein zwei Sätzen erklärt, verstanden werden können. Es werden Pfade im Internet erforscht und grafisch dargestellt. Man kann in Ihnen Navigieren wie in einer 3D-Lankarte.
Ziel ist es die Komplexität. Größe des Internets gefühlsmäßig erfahrbar zu machen und dessen Organisation, welche sich immer ändert und nirgendwo gespeichert ist darzustellen.
- Die virtuelle Welt des Netzwerkes:
Diese wird durch die ´´virtual reality engine´´, den 3D-Grafik Server erzeugt und zeigt das nicht Sichbare des Internets virtuell.
- Das Netzwerk als Computerverbund:
Das Intranet das für das Experiment erforderlich ist zeigt die Aufgabenverteilungen auf einzelne Computer mittels eines Netzwerkes.
Die Erfaßbarkeit dieses sollte intuitiv über die Anordnung der Objekte erfolgen, indem die Objekte nach Funktion beschriftet werden (Firewall, Pfad-sucher, Datenbank,...) und durch Kabel, die offen verlegt werden, die Zusammenschaltung erfaßbar werden. Gleichzeitig werden sie mit den IP-Adressen beschriftet, um somit die Addressierung von Computer im Internet zu verdeutlichen.
- Das Netzwerk-Cluster:
Optional, wenn der Grafikserver als Cluster von Einzelcomputer ausgeführt ist wird hier die Möglichkeit des Netzwerkes zur Erstellung von Super-Computer aufgezeigt.
Dabei sollten die einzelnen Cluster Rechner gestapelt werden und mit der Rechenleistung in MFlops, beschriftet werden.
- Netzwerk mit starker und schwacher Bindung:
Die lose Kopplung ans Internet mit Kupferleitung der interne Ethernet-strang und evt. Lichtleiter zwischen Cluster-Computer.
- Netwerk von Komponenten die einen Computer bilden:
Dabei sollte auch durch den Aufbau die ´´Vernetzung innerhalt´´ der Computer gezeigt werden, indem die Suchmaschinen-Computer durch Einzelkomponenten ohne Gehäuse (abgezogene Haut) dargestellt werden, die Daten-Bank als Computer-Einheit mit Plexiglas(Folie)-Gehäuse und getrennter Harddisk (Speichermedium) und der Cluster unter Plexigals (Folie) ein Computer der aus mehreren besteht.
Auch dies sollte intuitiv erfaßbar sein, ohne daß darauf mit Beschriftung hingewiesen wird.
- Hintergrundswissen und Realisation des Experimentes:
An den Browsern können alle Informationen über das System abgefragt werden inklusive Software-Dokumentation für Spezialisten.
Eine Webcam könnte zusätzlich noch die Raumsituation aufnehmen und an diesen Computer wiedergeben um den Zusammenhang zwischen Realität und Netzwerkinformation zu verdeutlichen.
Aufgrund dieser Überlegungen ergibt sich ein logisches Design des Aufbaus, indem man den Informationfluß als Anordnungs-Kriterium verwendet wird. Diese ist skizzenhaft in Abbildung 4 dargestellt.
Die logische Kette ist Internetanschluß (evt. mit Kupferkabel und Kabelmodem), Firewall/Router, Pfad-Sucher, DatenBank, Cluster (Grafik-Engine).
Neben den Eingang und/oder Ausgang wird eine Surfstation für die Info aufgestellt.
Die 3D-Grafik wird vorne auf eine große Leinwand projeziert und auf den Seiten die Informations-Projektionen, die den aktuellen Stand des Experiments/Titel /Zeichen-Erklärungen/Bedienungsanleitung zyklisch zeigt. Eine der zwei Info-Projektionen könnten ein Dia-Projektor mit Infos sein und eine der aktuelle Experimentstatus des Datenbankrechners.
Die 3D-Brillen könnten von der Decke hängen, wobei als Befestigung Spiralfedern mit einen Kabel verwendet werden könnten.
Alle Computer sollten auf Standard-Sockel (je nach dem Austellungsgesamtkonzept) untergebracht werden, wobei die Computer je nach Zerlegungsform darauf aufgeschraubt sind.
Die Objekte sollten möglichst nicht abgeschlossen vom Besucher aufgestellt werden, jedoch sollte ein Hineingreifen auf in Betrieb befindliche Bauteile verhindert werden. Vorgeschlagen wird ein durchsichtige Folie (oder auch Plexiglas oder eine grobes Gitter) wie ein Zaun, die aber nach oben hin offen sein sollte da hier die Wärme der Geräte abgeführt werden muß.6
Der Joystick sollte auf einen Ständer oder Sockel stehen, wobei hier ein 3D-Joystick oder auch ein Interface wie bei Flugsimulatoren (Lenkrad mit Auf-Ab und Button). Dies ist noch nach der konkreten Entwicklng der 3D-Grafiken abhängig, welches Interface intuitiver zur 3D-Grafik passt.
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