Digital Twin

Aufgabenstellung:
Durch die zunehmende Komplexität und Grösse der Netzwerke ist es für Netzwerk-Ingenieure schwieriger auftretende Fehler im Netzwerk zu finden und zu beheben. Hilfreich könnte ein digitales Abbild,
ein sogenannter "Digital Twin", des Netzwerks sein, welches den einwandfreien Soll Zustand mit korrekter Konfiguration abbildet und in einer Datenbank abgespeichert wird. Die Informationen über die
Komponenten des Netzwerk und die verwendeten Protokolle sollen nach OSI Layer strukturiert abgebildet und miteinander verknüpft werden. Dadurch kann der reale Zustand jeweils mit dem Abbild
verglichen werden und bei allfälligen Problemen zu einer schnelleren Eingrenzung führen.

Vorgehen / Technologien:
Zu Beginn der Arbeit wurde eingehend die Graphentheorie studiert. Die daraus gewonnen Erkenntnisse
wurden auf typische Netzwerk Problematiken angewendet. Anschliessend wurde eine Schema für die
benötigten Daten auf Basis der ersten drei Schichten des OSI-Modell erstellt. Diese Abstrahierung
wurde anhand von einem realen Netzwerks als Webapplikation mit Backend realisiert.
Für die Entwicklung des Frontends wurde das JavaScript-Framework Vue.js mit der Webkomponente
3D Force Graph, welches für das Zeichnen des Graphen verantwortlich ist, verwendet. Im Backend
bildet die in Python geschriebene Flask-API die zentrale Komponente des Digital Twin für die Datenabfrage des Frontends. Die Daten des Digital Twin werden über die RESTCONF-Schnittstelle der Netzwerkgeräte abgefragt, im Backend verarbeitet und in einer Neo4j Graphendatenbank abgespeichert.
Die dazugehörigen Zugangsdaten der Netzwerkgeräte sind in der NoSQL-Datenbank MongoDB abgelegt.

Ergebnis:
Das Ergebnis ist eine Webanwendung, welche Daten der ersten drei OSI-Modells von Cisco Netzwerkgeräten abfragen und als Graph repräsentiert. Zusätzlich kann der Digital Twin mit neuen Nodes und
Connections erweitert werden. Zudem kann die Konnektivität von zwei Nodes überprüft und den kompletten Pfad der Verbindung angezeigt werden. Die Architektur ist so aufgebaut, dass weitere OSILayer sowie weitere Netzwerkgeräte Schnittstellen einfach erweitert werden können. Zusätzlich können weitere Graph Operationen auf dem Digital Twin zur Analyse des Netzwerks hinzugefügt werden.