Announcing Project Pangea: Helping Underserved Communities Expand Access to the Internet For Free

Die Hälfte der Weltbevölkerung hat keinen Internetzugang und viele weitere Menschen müssen sich mit schlechten, teuren und unzuverlässigen Verbindungen zufriedengeben. Trotz umfangreicher staatlicher Investitionen, privater Infrastruktur und Anstrengungen lokaler Organisationen hält sich dieses Problem hartnäckig.

Einen Baustein für dessen Lösung möchten wir heute vorstellen: das Cloudflare-Projekt „Pangea“. Wir starten ein Programm, das kommunalen Kommunikationsnetzwerken, die unterversorgte Gebiete unterstützen, einen sicheren, leistungsstarken und zuverlässigen Zugang zum Internet bietet – und das kostenlos1, denn unser Ziel ist ein Internet für alle.

Wie hilft Cloudflare konkret?

Mit dem Projekt „Pangea“ möchte Cloudflare unterversorgte Kommunen beim Aufbau eines sicheren Internetzugangs über unser globales Netzwerk unterstützen.

Wir stellen unsere aus den Lösungen Cloudflare Network Interconnect, Magic Transit und Magic Firewall bestehende Netzwerk-Suite gemeinnützigen kommunalen Kommunikationsnetzwerken, lokalen Netzwerken und anderen Netzwerken, deren Schwerpunkt auf der Bereitstellung eines Internetzugangs für unterversorgte oder noch unterentwickelte Gebiete liegt, gratis zur Verfügung. Durch diese Services sinken die Kosten für die Internetanbindung solcher Kommunen drastisch, wobei Sicherheits- und Performance-Funktionen integriert sind, die in der Branche ihresgleichen suchen.

  • Cloudflare Network Interconnect ermöglicht Zugang zur Cloudflare-Edge in über 200 Städten weltweit durch physische und virtuelle Konnektivitätsoptionen.
  • Magic Transit fungiert als Verbindungsstück für den Traffic zwischen dem allgemeinen Internet und den kommunalen Netzwerken, die durch eine sekundenschnelle Abwehr von DDoS-Angriffen an der Edge geschützt werden.
  • Mit Magic Firewall erhalten kommunale Kommunikationsnetzwerke Firewall as a Service auf Netzwerkschicht mit zusätzlichem Schutz vor bösartigem Traffic.

Aus der Zusammenarbeit mit unseren Kunden haben wir gelernt: Konnektivität allein reicht nicht aus, um ein Netzwerk dauerhaft mit dem Internet zu verbinden. Bösartiger Traffic (z. B. im Fall eines DDoS-Angriffs) kann die Verbindungen zu Internetdiensten überlasten. Das führt dazu, dass Provider den eingehenden Traffic per Rate Limiting aggressiv begrenzen oder sogar vollständig blockieren, bis der Angriff vorüber ist. Aus diesem Grund stellen wir im Rahmen des Projekts „Pangea“ neben Konnektivität auch unsere Sicherheitsdienste zur Verfügung. Kein Angreifer sollte in der Lage sein, Menschen den Zugang zum Internet zu verwehren.

Pangea Flow Chart

Was ist ein kommunales Kommunikationsnetzwerk (Community Network)?

Kommunale Kommunikationsnetzwerke gibt es schon fast so lange wie kommerzielle Internet-Abonnements, die mit dem Einwahldienst begannen. Laut der Internet Society (ISOC) wird ein kommunales Kommunikationsnetzwerk geschaffen, „wenn sich Menschen zusammentun, um die notwendige Infrastruktur für einen Internetzugang aufzubauen und instand zu halten“.

In den meisten Fällen entstehen kommunale Kommunikationsnetzwerke aus der Not heraus und als Reaktion auf eine fehlende oder mangelhafte Internetanbindung. Sie sind dort erfolgreich, wo öffentliche und private Initiativen entweder gescheitert sind oder ihr Ziel nicht voll erreicht haben. Wir sprechen hier auch nicht von Übergangslösungen – kommunale Kommunikationsnetzwerke auf der ganzen Welt bieten seit Jahren zuverlässige, nachhaltige und erstklassige Internetanbindungen.

Viele von ihnen sind auf die jeweilige Gemeinde beschränkt, aber zahlreiche andere haben bewiesen, dass sie auf regionaler oder nationaler Ebene wachsen können. Die am weitesten verbreiteten Governance- und Betriebskonzepte sind gemeinnützig oder genossenschaftlich organisiert. Es handelt sich um Modelle, die sicherstellen, dass die Investitionen in die betroffenen Gemeinden zurückfließen. So gibt es zum Beispiel Netzwerke, bei denen die Erlöse reinvestiert werden, um die WLAN-Infrastruktur durch Glasfaseranschlüsse (Fiber to the Home) zu ersetzen.

Cloudflare hat großen Respekt vor dem Erfolg dieser Netzwerke, ebenso schätzen wir die Vielfalt der Gemeinschaften, die diese Netzwerke repräsentieren. In diesem Sinne möchten wir mit den Mythen aufräumen, auf die wir bei der Einführung dieses Programms gestoßen sind – viele von ihnen haben wir selbst fälschlicherweise für wahr gehalten. Denn diese Mythen werden oft zu Barrieren für die Gemeinden.  Kommunale Kommunikationsnetzwerke beruhen auf dem Austausch von Wissen. Also möchten auch wir einen Teil dieses Wissens weitergeben, damit andere zu den Gemeinschaftsprojekten und -maßnahmen beitragen können, anstatt den Fortschritt mit falschen Annahmen aufzuhalten.

Mythos Nr. 1: Nur sehr ländliche oder abgelegene Regionen sind unterversorgt und brauchen Hilfe. Es stimmt, dass abgelegene Regionen unterversorgt sind. Tatsache ist aber auch, dass es unterversorgte Regionen in einem Umkreis von 10 km rund um große Stadtzentren und sogar innerhalb der größten Städte selbst gibt. Tatsächlich kommen einige unserer Launch-Partner aus genau solchen Gebieten.

Mythos Nr. 2: Abgelegene, ländliche oder unterversorgte Gebiete sind auch einkommensschwach. Dies ist vielleicht der größte Mythos von allen. In ländlichen und abgelegenen Gegenden finden sich oft blühende Gemeinden, die sich das Internet durchaus leisten könnten, aber keinen Zugang haben. Im Gegensatz dazu ist der Bedarf an städtischen kommunalen Kommunikationsnetzwerken oft egalitär und entsteht, weil der bestehende Internetzugang für viele unerschwinglich ist.

Mythos Nr. 3: Der Dienst ist zwangsläufig teurer. Dieser Mythos äußert sich manchmal in Aussagen wie „wenn die großen Provider keinen bezahlbaren Zugang anbieten können, dann kann es niemand“.  Das ist sogar mehr Lüge als Mythos. Kommunale Kommunikationsnetzwerke (einschließlich unserer Launch-Partner) arbeiten mit neuartigen Verwaltungs- und Kostenmodellen, damit sie ihren Abonnenten Tarife anbieten können, die denen auf dem Gesamtmarkt ähneln.

Mythos Nr. 4: Technisches Fachwissen ist eine Grundvoraussetzung und nicht vorhanden. Es gibt eine Fülle von Belegen und Beispielen dafür, dass Kommunen schon mit ein paar Schulungen und ein wenig Unterstützung ihre eigenen lokalen Netze kostengünstig und zuverlässig aufbauen können – und zwar mit handelsüblicher Hardware und nicht-spezialisierter Ausrüstung.

Tatsache ist aber auch: Der Weg zu einer langlebigen Lösung ist steinig. Der Aufbau und das anfängliche Wachstum von kommunalen Kommunikationsnetzwerken beruht häufig auf ehrenamtlicher Arbeit oder Zuschüssen. Doch beides lässt sich schwer dauerhaft sichern. Früher oder später müssen solche gemeinnützigen Initiativen in ein Modell überführt werden, bei dem Betreiber Gebühren erheben und Nutzer auch bereit sind, diese zu zahlen. Das Projekt „Pangea“ soll hier eine Brücke schlagen.

Wo liegt das Problem?

Kommunen auf der ganzen Welt können und haben WLAN-Antennen aufgestellt und ihre eigenen Glasfaserkabel verlegt. Doch selbst wenn die Gemeinde über ein gutes internes Netzwerk verfügt, sind Internetdienste oft unerschwinglich – wenn sie überhaupt angeboten werden.

Für den Anschluss an das Internet sind zwei Dinge erforderlich, die jeweils mit Kosten verbunden sind:

  • Backhaul-Verbindungen zu einem Knotenpunkt, wobei als Verbindungspunkt von einem lokalen Serverschrank bis hin zu einem großen Internet-Knoten (IXP) alles dienen kann.
  • Internetdienste werden über ein Netzwerk bereitgestellt, das eine Schnittstelle zum allgemeinen Internet bildet und das Routing des ein- und ausgehenden Datenverkehrs für das kommunale Kommunikationsnetzwerk übernimmt.

Dabei handelt es sich um zwei unterschiedliche Komponenten. Der Backhaul-Dienst überträgt Datenpakete über eine physische Verbindung (ein Glasfaserkabel oder ein drahtloses Medium). Der Internetdienst ist ein separater Service und kann über diese Verbindung oder an deren Endpunkt erbracht werden.

Die Höhe der Kosten für Internetdienste von Netzwerken sind sowohl maßgeblich als auch nutzungsabhängig. In den meisten Fällen ist es daher günstiger, beide als Paket von Anbietern zu erwerben, die auch ihr eigenes physisches Netzwerk besitzen oder betreiben. Telekommunikations- und Energieunternehmen sind hierfür die besten Beispiele.

Die Betriebskosten und die Komplexität des Backhaulings über große Entfernungen sind jedoch deutlich niedriger als die Kosten für Internetdienste. Wenn ein zuverlässiger Service mit hoher Kapazität erschwinglich wäre, könnten kommunale Kommunikationsnetzwerke ihr Wissen und ihre Verwaltungsmodelle nachhaltig ausbauen, um das Backhauling selbst zu übernehmen.

Bei allem, was kommunale Kommunikationsnetzwerke aufbauen, einrichten und betreiben können, gibt es einen Faktor, auf den sie keinen Einfluss haben: die Kosten für Internetdienste. Das Projekt „Pangea“ bietet an dieser Stelle Hilfe.

Warum besteht dieses Problem immer noch?

Zu diesem Thema kann ich nur meine Erfahrungen als Informatikprofessor und Mitgründer von HUBS c.i.c. – einem Projekt, das zusammen mit talentierten Professoren und einem Netzwerkingenieur ins Leben gerufen wurde – weitergeben. HUBS ist ein gemeinnütziger Backhaul- und Internetanbieter in Schottland. Es handelt sich um einen Zusammenschluss von mehr als einem Dutzend kommunaler Kommunikationsnetzwerke (einige von ihnen versorgen Gemeinden ohne Straßenanschluss). Das Netzwerk erstreckt sich über Tausende von Quadratkilometern entlang der schottischen Westküste und im Gebiet der Scottish Borders. HUBS ist wie viele andere kommunale Kommunikationsnetzwerke, nicht zuletzt einige der Launch-Partner von Pangea, preisgekrönt und engagiert sich in der Interessenvertretung und Politik.

Ich habe bereits den Überblick darüber verloren, mit wie vielen Einrichtungen meine Mitgründer und ich in dieser Zeit zu tun hatten – dazu gehörten Forschungsträger, Wirtschaftsförderungsstellen, Behörden auf drei staatliche Ebenen und viele Gemeinden. Auch nach all diesen Erfahrungen kann ich die Frage, warum dieses Problem weiter besteht, immer noch nicht eindeutig beantworten. Bestimmte Beobachtungen und Erfahrungen, die oft an unerwarteter Stelle gemacht wurden, waren jedoch besonders bemerkenswert:

  • Am Boden liegende Kabel werden von kleinen oder großen Tieren angeknabbert, die man nicht unbedingt zu Gesicht bekommt.
  • Das Vergraben von Strom- und Ethernetkabeln ist selbst in 15 Zentimeter Tiefe sinnlos, weil (unserer Einschätzung nach) Tiere von der Elektrizität angezogen werden.
  • Grundstückseigentümer müssen manchmal davon überzeugt werden, dass das Opfer von acht bis zehn Quadratmetern Land für den Bau eines kleinen Sendemasts im Austausch für kostenloses Internet sowohl für sie selbst als auch für die Allgemeinheit eine gute Sache ist.
  • Die Errichtung kleinerer Masten, selbst wenn sie niemand sieht, wird manchmal durch Gesetze oder Vorschriften verhindert, denen zufolge private Nichtwohngebäude höchstens so hoch wie ein Schuppen sein dürfen.
  • Eine öffentlich finanzierte Verlegung von Backbones mit Glasfaserstandleitungen ist oft nicht möglich oder die Gebühren werden dabei nach Entfernung berechnet, obwohl die Kosten für die Übertragung per Glasfaserkabel immer dieselben sind, ob die Daten nun über eine Strecke 100 m oder 1 km übermittelt werden.
  • Die Behörden zeigen sich zwar unter Umständen enthusiastisch, sind aber auch vorsichtig, selbst wenn Sie Ihre Argumente mit Beweisen untermauern. Seien Sie also geduldig, ertragen Sie die Frustration und bleiben Sie am Ball. Denn dann können Sie am Ende durchaus Erfolg haben.
  • Nach Möglichkeit sollte der Dienst nicht dort angeboten werden, wo nationale Telekommunikationsunternehmen bereits Ähnliches planen.
  • Unterschätzen Sie niemals den Einfluss der Gezeiten: Zweimal am Tag funktioniert die Übertragung über Wasserflächen ganz hervorragend, dann wieder überhaupt nicht. Das hätten wir wissen sollen!

Abgesehen von den kleinen Anekdoten sind die Best Practices und Richtlinien keineswegs trivial – aber aufgrund früherer gemeinsamer Anstrengungen und Bemühungen von Organisationen wie ISOC, APC, A4AI und anderen weiß man heute mehr über die Probleme und Lösungen als je zuvor.

Wie stellt ein kommunales Kommunikationsnetzwerk die Verbindung zum Internet her?

Zunächst möchten wir die vielen Organisationen herausstellen, die uns gelehrt haben, dass dem Erfolg keine technischen Grenzen gesetzt sind. Die Verbindungen innerhalb der kommunalen Kommunikationsnetzwerke können durch geografische Gegebenheiten oder regionale Vorschriften geprägt sein. So werden beispielsweise drahtlose Sichtverbindungen zwischen Antennentürmen auf Privatgrundstücken von Hügeln bestimmt oder durch Vorschriften eingeschränkt. Auch die Verlegung von Ethernet- und Glasfaserkabeln hängt von den Eigentumsverhältnissen, den Grabungsrechten und dem Vorkommen oder der Wanderung von Weidetieren ab, die Kabel in der Erde anknabbern – das tun sogar Kaninchen.

Sobald eine Gemeinde ihr eigenes Netz aufgebaut hat, funktionieren die Verbindungen zu den Internetdiensten auf konventionellere und vertrautere Weise. Zum Teil wird die Wahl durch die Nähe zu Internet-Knoten, PoPs oder regionalen Verteilerschränken für Glasfaserkabel beeinflusst oder bestimmt. Die Internetanbindungen kommunaler Kommunikationsnetzwerke lassen sich in drei große Kategorien einteilen.

Colocation: Ein kommunales Kommunikationsnetzwerk kann das Glück haben, dass sein Netz sich mit dem eines Internet-Knoten (Internet eXchage Point – IXP) überschneidet oder in dessen Nähe liegt, wie in der Abbildung unten dargestellt. In diesem Fall bietet es sich an, einen Router innerhalb des Knotens in der Nähe des Routers des Internet-Providers zu platzieren (in der Abbildung als Cloudflare gekennzeichnet). Unser Launch-Partner NYC Mesh stellt die Verbindung auf diese Weise her. Da Internet-Knoten meist in städtischen Gebieten angesiedelt sind, ist eine Colocation für viele, wenn nicht sogar für die meisten kommunalen Kommunikationsnetzwerke, jedoch leider nicht möglich.

Colocation Community Network

Konventioneller Backhaul per Direktverbindung: Abgelegene kommunale Kommunikationsnetzwerke müssen eine Backhaul-Direktverbindung zum Internet-Knoten aufbauen. Diese Verbindungsmethode ist in der folgenden Abbildung dargestellt, in der das kommunale Kommunikationsnetzwerk aus der vorherigen Abbildung nach links gewandert ist und über eine physische Fernverbindung mit dem Internet-Service-Router verbunden ist, der in dem Internet-Knoten auf der rechten Seite verbleibt.

Conventional point-to-point backhaul

Backhauling per Direktverbindung ist eine vertraute Praxis. Wenn die Infrastruktur vorhanden ist – und das ist ein großes „Wenn“ –, wird der Backhaul meist von einem Versorgungsunternehmen wie einem Telekommunikations- oder Energieversorger angeboten, der zur Senkung der Gesamtkosten möglicherweise auch Internetdienste bündelt. Selbst im Fall einer solchen Bündelung variieren die Gesamtkosten jedoch. Zudem sind diese Angebote für einzelne kommunale Kommunikationsnetzwerke unerschwinglich, was sich durch die Entfernung noch verschärft. Einigen kommunalen Kommunikationsnetzwerken ist es gelungen, sich über Universitäts-, Forschungs- und Bildungseinrichtungen oder öffentlich finanzierte Netze eine Backhaulverbindung zu verschaffen, wobei diese Akteure gezwungen oder überzeugt wurden, den Dienst im öffentlichen Interesse anzubieten. An der Westküste Schottlands beispielsweise ist Tegola mit einem Dienst der University of Highlands and Islands und der University of Edinburgh gestartet.

Gründung einer Backhaul-Kooperative für Direktverbindungen und Colocation: Die letzte Verbindungsoption, die von unseren Launch-Partnern genutzt wird, überwindet die Hürde der untragbaren Kosten durch die Bildung eines kooperativen Netzwerks. In diesem Netzwerk sind die einzelnen Teilnehmer kommunaler Kommunikationsnetzwerke ebenfalls Mitglieder. Das kooperative Modell ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Der Knoten befindet sich nach wie vor auf der rechten Seite. Auf der linken Seite wird das kommunale Kommunikationsnetzwerk aus der vorherigen Abbildung nun durch mehrere kommunale Kommunikationsnetzwerke ersetzt, die optional miteinander verbunden werden können (z. B., um ein zuverlässiges Routing beim Ausfall einer Verbindung zu gewährleisten). Jedes dieser kommunalen Kommunikationsnetzwerke unterhält entweder direkt oder indirekt über andere kommunale Kommunikationsnetzwerke eine Verbindung zu einem entfernten Router am nächstgelegenen Ende der Direktverbindung. Entscheidend ist, dass die Backhaul-Direktverbindung – ebenso wie die sich in Colocation befindenden Endpunkte – der Genossenschaft gehört und von ihr betrieben wird. Auf diese Weise wird ein ansonsten teurer Backhaul-Dienst erschwinglich, weil die Kosten aufgeteilt werden.

Launch a backhaul cooperative for point-to-point and colocation

Zwei unserer Launch-Partner, Guifi.net und HUBS c.i.c., haben ihr System auf diese Weise aufgebaut. Ihr mehr als zehnjähriges Bestehen zeugt sowohl vom Erfolg als auch von der Zukunftsfähigkeit dieses Ansatzes. Da es sich bei dem Backhaul-Anbieter um eine Genossenschaft handelt, haben die Mitglieder des kommunalen Kommunikationsnetzwerks ein Mitspracherecht. Sie können mitentscheiden, ob und wie die Einnahmen gespart, ausgegeben und – was das Beste ist – wieder in den Dienst und die Infrastruktur investiert werden.

Was hat Cloudflare davon?

Cloudflare hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein besseres Internet für alle zu schaffen – nicht nur für diejenigen, die aufgrund ihres geografischen Standorts privilegierten Zugang haben. Das Projekt „Pangea“ steht im Einklang mit dieser Mission. Damit erhalten benachteiligte Gemeinden eine Anbindung an das schnellere, zuverlässigere und sicherere Internet, an dessen Entwicklung wir beteiligt sind.

Wie kann mein kommunales Kommunikationsnetzwerk teilnehmen?

Besuchen Sie unsere Startseite, um mehr zu erfahren und sich noch heute für das Projekt „Pangea“ zu bewerben.

Die „Community“ bei Cloudflare

In einem Blog-Beitrag über kommunale Kommunikationsnetzwerke halten wir es für angemessen, die Community von Cloudflare zu würdigen: Das Projekt „Pangea“ stellt den krönenden Abschluss mehrerer Projekte dar, in denen viele sehr engagierte Menschen mit Gemeinschaftssinn zahlreiche Arbeitsstunden und Anstrengungen erbracht haben. Ganz herzlichen Dank an alle!

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1Für förderfähige Netze sind bis zu 5 Gbit/s auf p95-Niveau kostenlos.