Fahad Hilal nach der erfolgreichen Verteidigung seiner Doktorarbeit. Foto: MPI-INF/ Iris Wagner
Am Mittwoch, den 30. September 2026, verteidigte Fahad Hilal seine Dissertation mit dem Titel: „Von Ossifikation zu Off-Nets: Middleboxes erkennen und Deployment-Strategien von Hypergiants aufdecken“ Von Dezember 2020 bis Januar 2022 war er wissenschaftliche Hilfskraft and Masterstudent, dann bis Mai 2026 Doktorandder Informatik an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken und am Max-Planck-Institut für Informatik unter der Betreuung von Prof. Anja Feldmann, Leiterin der Abteilung „Internet Architecture”. Der Doktorgrad wird von der Universität des Saarlandes verliehen.
Zusammenfassung der Arbeit:
Das Internet hat sich von einem kleinen Forschungsprojekt zu einer der komplexesten technischen Errungenschaften unserer Zeit entwickelt und bildet heute die Grundlage für weltweite Kommunikation, Handel und die Bereitstellung digitaler Inhalte. Sein ursprünglicher Entwurf folgte Gestaltungsprinzipien, die Einfachheit in den Vordergrund stellten. Die Anforderungen von Milliarden von Nutzerinnen und Nutzern sowie unterschiedlichsten Anwendungen haben jedoch dazu geführt, dass sich das Internet weit über diese ursprünglichen Entwürfe hinausentwickelt hat. Diese Dissertation untersucht die zunehmende Komplexität des Internets und konzentriert sich dabei auf zwei zentrale Themen: die Verbreitung von Middleboxes, die den Datenpfad beeinträchtigen und damit die Weiterentwicklung von Protokollen erschweren, sowie die großflächige Umstrukturierung der Inhaltsbereitstellung durch Off-Net-Deployments von Hypergiants.
Der erste Teil dieser Arbeit untersucht, inwieweit sich pfadbeeinträchtigende Middleboxes im Internetmaßstab erkennen lassen. Im Mittelpunkt stehen dabei unerwartete Veränderungen an Headern der Netzwerk- und Transportschicht, insbesondere solche, die TCP betreffen. Derartige Veränderungen während der Übertragung können die Funktionsweise von Protokollen beeinträchtigen und die Einführung von Protokollerweiterungen erschweren. Um solche Eingriffe großflächig erkennen zu können, wird im Rahmen dieser Dissertation Yarrpbox entwickelt – ein zustandsloses Hochgeschwindigkeits-Messwerkzeug, das Veränderungen an Headern entlang von Internetpfaden aufdecken kann. Indem Yarrpbox die Messung dieser spezifischen Beeinträchtigungen im Internetmaßstab praktikabel macht, schafft die Arbeit eine Grundlage, um das Ausmaß der sogenannten Protocol Ossification – also der Verfestigung bestehender Protokollstrukturen – zu untersuchen. Gleichzeitig liefert sie Erkenntnisse, die für die Weiterentwicklung von Transportprotokollen von Bedeutung sind.
Der zweite Teil der Arbeit baut auf den Messmöglichkeiten von Yarrpbox auf und untersucht die Verhaltenseigenschaften, die topologische Position sowie die Persistenz pfadbeeinträchtigender Middleboxes. Mithilfe geografisch verteilter Messungen wird analysiert, in welchem Umfang Middleboxes sowohl das IPv6- als auch das IPv4-Internet beeinflussen, wobei der Schwerpunkt auf ihren Auswirkungen auf TCP-Verkehr liegt. Darüber hinaus geht die Arbeit der Frage nach, welche Motive den beobachteten Eingriffen zugrunde liegen. Hierzu werden nicht nur Messdaten ausgewertet, sondern auch Erkenntnisse aus dem Austausch mit der Community der Netzbetreiber einbezogen, um die beobachteten Praktiken in ihren jeweiligen betrieblichen Kontext einzuordnen.
Der dritte Teil der Arbeit widmet sich dem Wandel der Paradigmen bei der Bereitstellung von Internetinhalten und untersucht insbesondere den zunehmenden Einsatz von Off-Net-Servern durch Hypergiants wie Google, Meta und Netflix. Indem diese Unternehmen ihre Infrastruktur direkt in den Netzen von Zugangs- und Diensteanbietern platzieren, verändern sie Verkehrsflüsse und stellen die traditionelle hierarchische Struktur des Internets zunehmend infrage. Die Studie untersucht solche Deployments sowohl für IPv4 als auch für IPv6 und geht der Frage nach, in welchem Maße sich die Strategien für beide Adressfamilien ähneln beziehungsweise hinsichtlich Netzwerktyp, Netzwerkgröße und regionaler Verteilung unterscheiden. Über die Kartierung der Deployment-Muster hinaus werden auch deren weiterreichende Auswirkungen betrachtet, indem Performance und Sicherheitsniveau dieser Infrastrukturen miteinander verglichen werden.
Mit der Untersuchung dieser Themen zeigt die Dissertation, wie Abweichungen von traditionellen Gestaltungsprinzipien die Entwicklung des Internets zugleich einschränken und verändern. Sie leistet einen Beitrag durch neue Werkzeuge, Messmethoden und Daten aus internetweiten Messungen für beide Adressfamilien. Diese ermöglichen es, zu untersuchen, wie Middleboxes die Weiterentwicklung von Protokollen und die Transparenz des Netzes beeinflussen und wie die Content-Delivery-Strategien von Hypergiants die Struktur des Internets verändern und zugleich Verbesserungen der Performance vorantreiben. Zusammengenommen eröffnen diese Beiträge neue Perspektiven auf die sich stetig wandelnde Architektur des Internets.