Performance evaluation of HIP-based network security solutions

Abstract. Host Identity Protocol (HIP) is a networking technology that systematically separates the identifier and locator roles of IP addresses and introduces a Host Identity (HI) name space based on a public key security infrastructure. This modification offers a series of benefits such as mobility, multi-homing, end-to-end security, signaling, control/data plane separation, firewall security, e.t.c. Although HIP has not yet been sufficiently applied in mainstream communication networks, industry experts foresee its potential as an integral part of next generation networks. HIP can be used in various HIP-aware applications as well as in traditional IP-address-based applications and networking technologies, taking middle boxes into account. One of such applications is in Virtual Private LAN Service (VPLS), VPLS is a widely used method of providing Ethernet-based Virtual Private Network that supports the connection of geographically separated sites into a single bridged domain over an IP/MPLS network. The popularity of VPLS among commercial and defense organizations underscores the need for robust security features to protect both data and control information. After investigating the different approaches to HIP, a real world testbed is implemented. Two experiment scenarios were evaluated, one is performed on two open source Linux-based HIP implementations (HIPL and OpenHIP) and the other on two sets of enterprise equipment from two different companies (Tempered Networks and Byres Security). To account for a heterogeneous mix of network types, the Open source HIP implementations were evaluated on different network environments, namely Local Area Network (LAN), Wireless LAN (WLAN), and Wide Area Network (WAN). Each scenario is tested and evaluated for performance in terms of throughput, latency, and jitter. The measurement results confirmed the assumption that no single solution is optimal in all considered aspects and scenarios. For instance, in the open source implementations, the performance penalty of security on TCP throughput for WLAN scenario is less in HIPL than in OpenHIP, while for WAN scenario the reverse is the case. A similar outcome is observed for the UDP throughput. However, on latency, HIPL showed lower latency for all three network test scenarios. For the legacy equipment experiment, the penalty of security on TCP throughput is about 19% compared with the non-secure scenario while latency is increased by about 87%. This work therefore provides viable information for researchers and decision makers on the optimal solution to securing their VPNs based on the application scenarios and the potential performance penalties that come with each approach.HIP-pohjaisten tietoliikenneverkkojen turvallisuusratkaisujen suorituskyvyn arviointi. Tiivistelmä. Koneen identiteettiprotokolla (HIP, Host Identity Protocol) on tietoliikenneverkkoteknologia, joka käyttää erillistä kerrosta kuljetusprotokollan ja Internet-protokollan (IP) välissä TCP/IP-protokollapinossa. HIP erottaa systemaattisesti IP-osoitteen verkko- ja laite-osat, sekä käyttää koneen identiteetti (HI) -osaa perustuen julkisen avainnuksen turvallisuusrakenteeseen. Tämän hyötyjä ovat esimerkiksi mobiliteetti, moniliittyminen, päästä päähän (end-to-end) turvallisuus, kontrolli-informaation ja datan erottelu, kohtaaminen, osoitteenmuutos sekä palomuurin turvallisuus. Teollisuudessa HIP-protokolla nähdään osana seuraavan sukupolven tietoliikenneverkkoja, vaikka se ei vielä olekaan yleistynyt laajaan kaupalliseen käyttöön. HIP–protokollaa voidaan käyttää paitsi erilaisissa HIP-tietoisissa, myös perinteisissä IP-osoitteeseen perustuvissa sovelluksissa ja verkkoteknologioissa. Eräs tällainen sovellus on virtuaalinen LAN-erillisverkko (VPLS), joka on laajasti käytössä oleva menetelmä Ethernet-pohjaisen, erillisten yksikköjen ja yhden sillan välistä yhteyttä tukevan, virtuaalisen erillisverkon luomiseen IP/MPLS-verkon yli. VPLS:n yleisyys sekä kaupallisissa- että puolustusorganisaatioissa korostaa vastustuskykyisten turvallisuusominaisuuksien tarpeellisuutta tiedon ja kontrolliinformaation suojauksessa. Tässä työssä tutkitaan aluksi HIP-protokollan erilaisia lähestymistapoja. Teoreettisen tarkastelun jälkeen käytännön testejä suoritetaan itse rakennetulla testipenkillä. Tarkasteltavat skenaariot ovat verrata Linux-pohjaisia avoimen lähdekoodin HIP-implementaatioita (HIPL ja OpenHIP) sekä verrata kahden eri valmistajan laitteita (Tempered Networks ja Byres Security). HIP-implementaatiot arvioidaan eri verkkoympäristöissä, jota ovat LAN, WLAN sekä WAN. Kaikki testatut tapaukset arvioidaan tiedonsiirtonopeuden, sen vaihtelun (jitter) sekä latenssin perusteella. Mittaustulokset osoittavat, että sama ratkaisu ei ole optimaalinen kaikissa tarkastelluissa tapauksissa. Esimerkiksi WLAN-verkkoa käytettäessä turvallisuuden aiheuttama häviö tiedonsiirtonopeudessa on HIPL:n tapauksessa OpenHIP:iä pirnempi, kun taas WAN-verkon tapauksessa tilanne on toisinpäin. Samanlaista käyttäytymistä havaitaan myös UDP-tiedonsiirtonopeudessa. HIPL antaa kuitenkin pienimmän latenssin kaikissa testiskenaarioissa. Eri valmistajien laitteita vertailtaessa huomataan, että TCP-tiedonsiirtonopeus huononee 19 ja latenssi 87 prosenttia verrattuna tapaukseen, jossa turvallisuusratkaisua ei käytetä. Näin ollen tämän työn tuottama tärkeä tieto voi auttaa alan toimijoita optimaalisen verkkoturvallisuusratkaisun löytämisessä VPN-pohjaisiin sovelluksiin

A survey of Virtual Private LAN Services (VPLS): Past, present and future

Virtual Private LAN services (VPLS) is a Layer 2 Virtual Private Network (L2VPN) service that has gained immense popularity due to a number of its features, such as protocol independence, multipoint-to-multipoint mesh connectivity, robust security, low operational cost (in terms of optimal resource utilization), and high scalability. In addition to the traditional VPLS architectures, novel VPLS solutions have been designed leveraging new emerging paradigms, such as Software Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV), to keep up with the increasing demand. These emerging solutions help in enhancing scalability, strengthening security, and optimizing resource utilization. This paper aims to conduct an in-depth survey of various VPLS architectures and highlight different characteristics through insightful comparisons. Moreover, the article discusses numerous technical aspects such as security, scalability, compatibility, tunnel management, operational issues, and complexity, along with the lessons learned. Finally, the paper outlines future research directions related to VPLS. To the best of our knowledge, this paper is the first to furnish a detailed survey of VPLS.University College DublinAcademy of Finlan

A study into scalable transport networks for IoT deployment

The growth of the internet towards the Internet of Things (IoT) has impacted the way we live. Intelligent (smart) devices which can act autonomously has resulted in new applications for example industrial automation, smart healthcare systems, autonomous transportation to name just a few. These applications have dramatically improved the way we live as citizens. While the internet is continuing to grow at an unprecedented rate, this has also been coupled with the growing demands for new services e.g. machine-to machine (M2M) communications, smart metering etc. Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) architecture was developed decades ago and was not prepared nor designed to meet these exponential demands. This has led to the complexity of the internet coupled with its inflexible and a rigid state. The challenges of reliability, scalability, interoperability, inflexibility and vendor lock-in amongst the many challenges still remain a concern over the existing (traditional) networks. In this study, an evolutionary approach into implementing a "Scalable IoT Data Transmission Network" (S-IoT-N) is proposed while leveraging on existing transport networks. Most Importantly, the proposed evolutionary approach attempts to address the above challenges by using open (existing) standards and by leveraging on the (traditional/existing) transport networks. The Proof-of-Concept (PoC) of the proposed S-IoT-N is attempted on a physical network testbed and is demonstrated along with basic network connectivity services over it. Finally, the results are validated by an experimental performance evaluation of the PoC physical network testbed along with the recommendations for improvement and future work

Providing guaranteed QoS in the hose-modeled VPN

With the development of the Internet, Internet service providers (ISPs) are required to offer revenue-generating and value-added services instead of only providing bandwidth and access services. Virtual Private Network (VPN) is one of the most important value-added services for ISPs. The classical VPN service is provided by implementing layer 2 technologies, either Frame Relay (FR) or Asynchronous Transfer Mode (ATM). With FR or ATM, virtual circuits are created before data delivery. Since the bandwidth and buffers are reserved, the QoS requirements can be naturally guaranteed. In the past few years, layer 3 VPN technologies are widely deployed due to the desirable performance in terms of flexibility, scalability and simplicity. Layer 3 VPNs are built upon IP tunnels, e.g., by using PPTP, L2TP or IPSec. Since IP is best-of-effort in nature, the QoS requirement cannot be guaranteed in layer 3 VPNs. Actually, layer 3 VPN service can only provide secure connectivity, i.e., protecting and authenticating IP packets between gateways or hosts in a VPN. Without doubt, with more applications on voice, audio and video being used in the Internet, the provision of QoS is one of the most important parts of the emerging services provided by ISPs. An intriguing question is: Is it possible to obtain the best of both layer 2 and 3 VPN? Is it possible to provide guaranteed or predictable QoS, as in layer 2 VPNs, while maintaining the flexibility and simplicity in layer 3 VPN? This question is the starting point of this study. The recently proposed hose model for VPN possesses desirable properties in terms of flexibility, scalability and multiplexing gain. However, the classic fair bandwidth allocation schemes and weighted fair queuing schemes raise the issue of low overall utilization in this model. A new fluid model for provider-provisioned virtual private network (PPVPN) is proposed in this dissertation. Based on the proposed model, an idealized fluid bandwidth allocation scheme is developed. This scheme is proven, analytically, to have the following properties: 1) maximize the overall throughput of the VPN without compromising fairness; 2) provide a mechanism that enables the VPN customers to allocate the bandwidth according to their requirements by assigning different weights to different hose flows, and thus obtain the predictable QoS performance; and 3) improve the overall throughput of the ISPs\u27 network. To approximate the idealized fluid scheme in the real world, the 2-dimensional deficit round robin (2-D DRR and 2-D DRR+) schemes are proposed. The integration of the proposed schemes with the best-effort traffic within the framework of virtual-router-based VPN is also investigated. The 2-D DRR and 2-D DER-+ schemes can be extended to multi-dimensional schemes to be employed in those applications which require a hierarchical scheduling architecture. To enhance the scalability, a more scalable non-per-flow-based scheme for output queued switches is developed as well, and the integration of this scheme within the framework of the MPLS VPN and applications for multicasting traffics is discussed. The performance and properties of these schemes are analyzed

A survey of network virtualization

a b s t r a c t Due to the existence of multiple stakeholders with conflicting goals and policies, alterations to the existing Internet architecture are now limited to simple incremental updates; deployment of any new, radically different technology is next to impossible. To fend off this ossification, network virtualization has been propounded as a diversifying attribute of the future inter-networking paradigm. By introducing a plurality of heterogeneous network architectures cohabiting on a shared physical substrate, network virtualization promotes innovations and diversified applications. In this paper, we survey the existing technologies and a wide array of past and state-of-the-art projects on network virtualization followed by a discussion of major challenges in this area

IMPLEMENTASI DAN ANALISIS PERFORMANSI JARINGAN MULTICAST VPLS (Virtual Private LAN Service) UNTUK LAYANAN VIDEO STREAMING

ABSTRAKSI: Video streaming merupakan suatu layanan yang memungkinkan sebuah server untuk mengirimkan video ke beberapa user yang berada pada suatu jaringan. Sebagai contoh layanan video streaming dapat dimanfaatkan untuk long distance learning. Untuk menyediakan layanan long distance learning dibutuhkan suatu jaringan yang dapat menjaga privasi client dan menyediakan jaminan QoS. Hal ini dapat diatasi dengan teknologi tunneling pada jaringan Virtual Private Network (VPN). Tetapi tunneling ini memiliki kelemahan karena kompleksitas jaringan dan mahalnya perangkat yang digunakan. Sehingga lahirlah teknologi Virtual Private LAN Service (VPLS) yang dapat mengatasi masalah tersebut. Dengan penambahan teknologi multicast pada VPLS diharapkan dapat meningkatkan QoS layanan yang bersifat point-to-multipoint seperti video streaming. Pada tugas akhir ini dilakukan pengujian jaringan Multicast VPLS untuk layanan video streaming. Skenario pengujian yang dilakukan antara lain untuk melihat perbandingan performansi dari jaringan OSPF dan VPLS, dan pengaruh implementasi multicast pada VPLS, pengaruh variasi bandwidth, variasi bitrate, dan variasi jumlah client yang mengakses layanan video streaming. Dari hasil pengujian dan analisis implementasi sistem Multicast VPLS didapatkan hasil yaitu jaringan VPLS memiliki QoS yang lebih baik daripada jaringan OSPF karena dapat mengurangi delay sampai 20.03%, meningkatkan throughput sampai 23.13%, dan mengurangi packet loss sampai 79.91%. Penambahan teknologi multicast terbukti dapat meningkatkan performansi jaringan VPLS yaitu dapat mengurangi delay sampai 25.66%, meningkatkan throughput 34.27%, tetapi packet loss yang dihasilkan oleh multicast lebih besar yaitu memiliki selisih sampai 3.54% dibandingkan unicast. Kemudian bandwidth, bitrate, dan juga jumlah client yang mengkases layanan video streaming terbukti mempengaruhi performansi dari jaringan multicast VPLS untuk layanan video streaming. KATA KUNCI: QoS, MPLS, VPLS, Multicast, TunnelingABSTRACT: Video streaming is a service that allows a server to send video to multiple users in a network. For example, video streaming services can be used for long distance learning. To provide long distance learning requires a network that can maintain client privacy and provide QoS guarantees. This can be overcome by tunneling on the network technology of Virtual Private Network (VPN). But this has the disadvantage of tunneling network complexity and high cost of the device used. Thus was born the technology of Virtual Private LAN Service (VPLS) which can solve the problem. With the addition of multicast in VPLS technology is expected to improve the QoS services that have point-to-multipoint characteristics such as video streaming. In this final project, Multicast VPLS network for video streaming service is tested. Scenario of the testing is conducted, among others, to compare the performance of the OSPF network and VPLS, and the effect of implementation of multicast in VPLS, the influence of variations in bandwidth, bitrate variations, and variations in the number of clients that access the streaming video service. From the results of the testing and analysis of system implementation Multicast VPLS, VPLS network is obtained which has a better QoS than OSPF network because it can reduce the delay up to 20.03%, increase throughput up to 23.13% and reduce packet loss up to 79.91%. The addition of multicast technology is proven to increase the performance of the VPLS network can reduce the delay up to 25.66%, increase throughput up to 34.27%, but the packet loss generated by multicast is larger that has up to 3.54% difference compared to unicast. Then the bandwidth, bitrate, and also the number of clients that access a streaming video service shown to affect the performance of multicast VPLS network for video streaming service. KEYWORD: QoS, MPLS, VPLS, Multicast, Tunnelin

Planning tools for MPLS networks

Verkot, joissa MPLS-tekniikkaa (Multi Protocol Label Switching) käytetään pakettien reitittämiseen, kasvavat jatkuvasti yhä suuremmiksi ja toiminnallisuus, jota verkoissa tarvitaan, monipuolistuu koko ajan. Tämän syyn vuoksi verkon suunnittelija tarvitsee yhä parempia apuvälineitä, jotta suunnittelu olisi onnistunutta, optimaalista ja tuottaisi halutun tuloksen. Tämän diplomityön tarkoitus on selvittää tärkeimmät toiminnallisuudet ja ominaisuudet, joita MPLS-verkkojen suunnitteluun laadittu työkalu vaatii. Diplomityö on jaettu kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa valotetaan MPLS-verkkojen käyttämää tekniikkaa. Tuossa osiossa käydään läpi tekniikat ja protokollat, joita MPLS-verkot käyttävät erinäisiin tehtäviin. Ensin käydään läpi yleisesti miksi MPLS-tekniikkaa ylipäätään tarvitaan ja miksi sitä käytetään verkkojen reitittämiseen. Tämän jälkeen tarkastellaan MPLS-protokollan otsikkokenttää ja sen osien käyttötarkoitukset selitetään. Sitten tarkastellaan MPLS-verkon rakennetta ja siihen kuuluvia laitteita. Seuraavaksi siirrytään osioon, joka selvittää kaikki yleisesti MPLS-polkujen rakentamiseen käytettävät protokollat ja miten ne eroavat toisistaan. Tämän jälkeen kerrotaan MPLS-vuonohjauksesta Differentiated Services-tekniikan avulla ja siitä miten se auttaa erilaisten liikenneluokkien erittelyssä MPLS-liikenteessä. Viimeinen kohta tässä osassa listaa erilaiset VPN-yhteydet, jotka ovat mahdollisia MPLS-tekniikkaa käytettäessä. Osio selventää näiden tekniikoiden eroavaisuudet ja mahdollisuudet, joita nämä MPLS-tekniikan avulla toteutettavat VPN-yhteydet suovat verrattuna aiempiin VPN-toteutuksiin. Toinen osa tässä diplomityössä kertoo verkon suunnittelusta. Ensin käydään läpi verkon suunnittelua yleisellä tasolla. Tämä osa sisältää verkon suunnittelun eri vaiheet pääosittain: erilaiset ennustusmallit esitellään ja selvitetään mitoituksen ja vuonohjauksen rooli verkkosuunnittelussa. Näiden jälkeen siirrytään yleisestä verkonsunnittelusta osioihin, joita käytetään MPLS-verkon suunnittelussa ja joiden yleisesti oletetaan tai halutaan löytyvän MPLS-verkkoihin tarkoitetusta suunnittelutyökalusta. Viimeinen kohta kertoo toiminnallisuus- ja skaalautuvuushaasteista, joihin MPLS:n on tekniikkana vastattava nykypäivänä. Kolmannessa osiossa tarkastellaan kahta eri suunnittelutyökalua, jotka on laadittu MPLS-verkkojen suunnitelua varten: WANDL-yhtiön julkaisemaa IP/MPLSView:ta ja Aria Networks Oy:n julkaisemaa iVNT:ta. Tässä osiossa käydään läpi näiden työkalujen toiminnallisuutta kertomalla erilaisista simulaatiomahdollisuuksista, joita kumpikin työkalu tarjoaa. Lisäksi kerrotaan mitä toimintoja ja protokollia näihin työkaluihin on mallinnettu, miten hyvin työkalut skaalautuvat kaupallisten MPLS-verkkojen tarpeisiin ja minkälaisita moduuleista työkalut on rakennettu. Työn lopussa on pohdittu näiden kolmen osion perusteella, että mitkä ominaisuudet tulisi ottaa huomioon MPLS-verkon suunnittelutyökalua laadittaessa ja millä tavalla nämä ominaisuudet tulisi toteuttaa työkalussa. Näiden jälkeen on työhön vielä tehty loppuyhteenveto, joka kertoo työ tuloksista ja mahdollisista jatkokehitysmahdollisuuksista. MPLS-verkon suunnittelu koostuu monesta eri vaiheesta, ja jokainen vaihe sisältää suuren määrän toiminnallisuusvaatimuksia. Nämä toiminnallisuusvaatimukset on mallinnettava MPLS-verkkojen suunnitteluun laaditussa työkalussa, jos halutaan että työkalu pystyy mallintamaan koko verkon suunnitteluprosessin alusta loppuun. Tärkeimmät toiminnallisuudet, jotka MPLS-verkon suunnittelutyökalun tulee omata ovat simulointimahdollisuudet MPLS-poluille (LSP:t), MPLS-TE:lle, eri VPN-tyypeille ja DiffServ-liikenteelle, sillä nämä ovat tärkeimmät toiminnallisuudet MPLS-verkoissa tänä päivänä. Jos edellä mainittu toiminnallisuus on toteutettu ja mallinnettu suunnittelutyökalussa ja työkalu osaa optimoida liikennettä hyvin saadaan verkon pääoma- ja operaationaaliset kulut laskemaan. MPLS-verkon suunnittelutyökalua laadittaessa on myös tärkeää ottaa huomioon työkalun skaalautuvuusominaisuudet. Runkoverkot voivat koostua tänä päivänä tuhansista solmuista ja sadoista tuhansista liikennevirroista, joten suunnitelutyökalun tulisi omata toiminnallisuutta joka automatisoi joitain vaiheita verkonsuunnittelussa, mikä mahdollistaa tämän kokoluokan verkkojen suunnittelun. Tällainen toiminnallisuus voisi esimerkiksi olla automatisoitu vuonohjaus ja verkkojen topologiakokonaisuuden vienti ja tuonti suunnittelutyökaluun ja siitä ulos. /Kir1

Creating a Worldwide Network For the Global Environment for Network Innovations (GENI) and Related Experimental Environments

Many important societal activities are global in scope, and as these activities continually expand world-wide, they are increasingly based on a foundation of advanced communication services and underlying innovative network architecture, technology, and core infrastructure. To continue progress in these areas, research activities cannot be limited to campus labs and small local testbeds or even to national testbeds. Researchers must be able to explore concepts at scale—to conduct experiments on world-wide testbeds that approximate the attributes of the real world. Today, it is possible to take advantage of several macro information technology trends, especially virtualization and capabilities for programming technology resources at a highly granulated level, to design, implement and operate network research environments at a global scale. GENI is developing such an environment, as are research communities in a number of other countries. Recently, these communities have not only been investigating techniques for federating these research environments across multiple domains, but they have also been demonstration prototypes of such federations. This chapter provides an overview of key topics and experimental activities related to GENI international networking and to related projects throughout the world