A framework for Traffic Engineering in software-defined networks with advance reservation capabilities

298 p.En esta tesis doctoral se presenta una arquitectura software para facilitar la introducción de técnicas de ingeniería de tráfico en redes definidas por software. La arquitectura ha sido diseñada de forma modular, de manera que soporte múltiples casos de uso, incluyendo su aplicación en redes académicas. Cabe destacar que las redes académicas se caracterizan por proporcionar servicios de alta disponibilidad, por lo que la utilización de técnicas de ingeniería de tráfico es de vital importancia a fin de garantizar la prestación del servicio en los términos acordados. Uno de los servicios típicamente prestados por las redes académicas es el establecimiento de circuitos extremo a extremo con una duración determinada en la que una serie de recursos de red estén garantizados, conocido como ancho de banda bajo demanda, el cual constituye uno de los casos de uso en ingeniería de tráfico más desafiantes. Como consecuencia, y dado que esta tesis doctoral ha sido co-financiada por la red académica GÉANT, la arquitectura incluye soporte para servicios de reserva avanzada. La solución consiste en una gestión de los recursos de red en función del tiempo, la cual mediante el empleo de estructuras de datos y algoritmos específicamente diseñados persigue la mejora de la utilización de los recursos de red a la hora de prestar este tipo de servicios. La solución ha sido validada teniendo en cuenta los requisitos funcionales y de rendimiento planteados por la red GÉANT. Así mismo, cabe destacar que la solución será utilizada en el despliegue piloto del nuevo servicio de ancho de banda bajo demanda de la red GÉANT a finales del 2017

Advance Reservations of Bandwidth in Computer Networks

In dieser Arbeit wurden die unterschiedlichen Aspekte untersucht, die die Leistungsfähigkeit eines Systems zur Vorausreservierung in Computer-Netzwerken bestimmen. Basierend auf einer Architektur, welche den Basisdienst für Vorausreservierungen mittels Multiprotocol Label Switching (MPLS) zur Verfügung stellt, wurden innerhalb eines Netzwerkmanagementsystems unterschiedliche Dienste implementiert und simulativ auf ihre Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Netzwerks in Bezug auf Anzahl zugelassener Datenströme sowie transportierte Datenmenge untersucht. Diese Dienste erweitern in entscheidendem Maße auch die Breite des Dienstangebots in Netzwerken im Vergleich zu bisherigen Implementierungen. So ist es möglich bei Angabe einer festen Datenmenge vom Netzwerkmanagement geeignete Übertragungszeiten und raten bestimmen zu lassen. Diese Parameter werden dann, zum Beispiel in Form von Service Level Agreements (SLA), vom Netzwerkmanagement garantiert und sind insbesondere in Umgebungen wichtig, in denen die Übertragung sehr großer Datenmengen notwendig ist, beispielsweise in Grid-Computing- Systemen. Die erweiterten Dienste dienen jedoch nicht nur den Nutzern, sondern sind auch für Betreiber interessant, da sie es ermöglichen die Leistungsfähigkeit des Netzwerkes zu erhöhen. Dies ist insbesondere zusammen mit weiteren Verfahren möglich, die die zusätzlich zur Verfügung stehenden Informationen über zeitliche Aspekte, wie die Dauer von Übertragungen, nutzen. Im Vergleich zu den heute hauptsächlich betrachteten Systemen zur sog. unmittelbaren Reservierung, kann bei geschicktem Einsatz der hier implementierten Dienste und Verfahren eine deutliche Verbesserung der Leistung erzielt werden. Hinzu kommen bei Vorausreservierungen die erheblichen Vorteile für die Nutzer eines Netzwerkes, wie z.B. der oben beschriebene Datentransfer. Die Leistung eines Netzwerkes bemisst sich jedoch nicht nur an der transportierten Datenmenge, sondern auch am Verhalten im Fehlerfall und der Geschwindigkeit des Managementsystems. Dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit mögliche Strategien zur Reaktion von Vorausreservierungssystemen im Fall von Link-Ausfällen entwickelt und untersucht. Auch hier kommt dem zeitlichen Aspekt eine wichtige Bedeutung zu. Es erwies sich als erfolgreich, nicht nur unmittelbar betroffene Datenströme sondern auch solche, die zwar bereits bekannt, jedoch noch nicht aktiv waren, in die Fehlerbehandlungsstrategie mit einzubeziehen. Datenstrukturen, die von der Zugangskontrolle des Managementsystems benötigt werden und dort die Geschwindigkeit maßgeblich bestimmen, wurden unter den Aspekten der Zugriffsgeschwindigkeit und des Speicherverbrauchs untersucht. Hierbei wurde gezeigt, dass Arrays erhebliche Vorteile im Hinblick auf beide Aspekte haben und in den meisten Fällen einer Baumstruktur, die speziell für die Aufgabe innerhalb der Zugangskontrolle entwickelt wurde, überlegen sind. Die Nutzung von Vorausreservierungen in Computer-Netzwerken ist damit eine nützliche und wichtige Erweiterung der Funktionalität eines Netzwerkes sowohl in Bezug auf das zur Verfügung stehende Angebot an Diensten, als auch im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des Netzwerkes.In this thesis, the impact of using advance reservations of bandwidth in a computer network on the performance for both clients and operators of the network is examined. Based on an architecture that uses multi-protocol label switching (MPLS) controlled by bandwidth brokers, a number of services that - compared to todays best-effort or immediate reservation networks - provide an enhanced functionality for clients were developed. These services allow clients to specify requests in a less stringent way than currently necessary, for example, it is possible to define only the amount of data to be transmitted between two network endpoints and the management system then determines suitable transmission parameters such as start and stop time and transmission rate. This functionality provides reliable feedback to clients and can serve as a foundation for providing service-level agreements, e.g., guaranteeing deadlines for the transmission of a certain amount of data. The additional services can also be used by network operators to improve the overall utilization of the network. In addition, the various opportunities of using the additional temporal dimension of the advance reservation service are suitable to improve the network performance. It can be shown that the amount of blocked requests and bandwidth can be considerably decreased making use of both services and the additional information available in the given environment. Besides the achievable throughout and amount of admitted requests, the term performance in the context of advance reservation systems also covers other aspects such as failure recovery strategies and the processing time required by the network management system. In the thesis, several strategies to be applied in case of link failures are outlined and examined with respect to their applicability and achievable performance. For example, it can be shown that it is worthwhile to consider not only flows which are active at the time a failure occurs but also to take inactive but already admitted flows into account in order to achieve the best possible performance. In addition to failure recovery, also the processing speed of the management system is of importance. For that purpose, in particular the data structures used to store the current and future network status need to be examined since they dominate the processing time of the management system. Two data structures, arrays and a tree which was especially designed for this purpose were examined, showing that arrays are superior with respect to processing speed and memory consumption in almost any environment

Dimensionerings- en werkverdelingsalgoritmen voor lambda grids

Grids bestaan uit een verzameling reken- en opslagelementen die geografisch verspreid kunnen zijn, maar waarvan men de gezamenlijke capaciteit wenst te benutten. Daartoe dienen deze elementen verbonden te worden met een netwerk. Vermits veel wetenschappelijke applicaties gebruik maken van een Grid, en deze applicaties doorgaans grote hoeveelheden data verwerken, is het noodzakelijk om een netwerk te voorzien dat dergelijke grote datastromen op betrouwbare wijze kan transporteren. Optische transportnetwerken lenen zich hier uitstekend toe. Grids die gebruik maken van dergelijk netwerk noemt men lambda Grids. Deze thesis beschrijft een kader waarin het ontwerp en dimensionering van optische netwerken voor lambda Grids kunnen beschreven worden. Ook wordt besproken hoe werklast kan verdeeld worden op een Grid eens die gedimensioneerd is. Een groot deel van de resultaten werd bekomen door simulatie, waarbij gebruik gemaakt wordt van een eigen Grid simulatiepakket dat precies focust op netwerk- en Gridelementen. Het ontwerp van deze simulator, en de daarbijhorende implementatiekeuzes worden dan ook uitvoerig toegelicht in dit werk

QoS Considerations in OBS Switched Backbone Net-Works

Optical Burst Switching (OBS) was proposed as a hybrid switching technology solution to handle the multi-Terabit volumes of traffic anticipated to traverse Future Generation backbone Networks. With OBS, incoming data packets are assembled into super-sized packets called data bursts and then assigned an end to end light path. Key challenging areas with regards to OBS Networks implementation are data bursts assembling and scheduling at the network ingress and core nodes respectively as they are key to minimizing subsequent losses due to contention among themselves in the core nodes. These losses are significant contributories to serious degradation in renderable QoS. The paper overviews existing methods of enhancing it at both burst and transport levels. A distributed resources control architecture is proposed together with a proposed wavelength assignment algorithm

A framework for Traffic Engineering in software-defined networks with advance reservation capabilities

298 p.En esta tesis doctoral se presenta una arquitectura software para facilitar la introducción de técnicas de ingeniería de tráfico en redes definidas por software. La arquitectura ha sido diseñada de forma modular, de manera que soporte múltiples casos de uso, incluyendo su aplicación en redes académicas. Cabe destacar que las redes académicas se caracterizan por proporcionar servicios de alta disponibilidad, por lo que la utilización de técnicas de ingeniería de tráfico es de vital importancia a fin de garantizar la prestación del servicio en los términos acordados. Uno de los servicios típicamente prestados por las redes académicas es el establecimiento de circuitos extremo a extremo con una duración determinada en la que una serie de recursos de red estén garantizados, conocido como ancho de banda bajo demanda, el cual constituye uno de los casos de uso en ingeniería de tráfico más desafiantes. Como consecuencia, y dado que esta tesis doctoral ha sido co-financiada por la red académica GÉANT, la arquitectura incluye soporte para servicios de reserva avanzada. La solución consiste en una gestión de los recursos de red en función del tiempo, la cual mediante el empleo de estructuras de datos y algoritmos específicamente diseñados persigue la mejora de la utilización de los recursos de red a la hora de prestar este tipo de servicios. La solución ha sido validada teniendo en cuenta los requisitos funcionales y de rendimiento planteados por la red GÉANT. Así mismo, cabe destacar que la solución será utilizada en el despliegue piloto del nuevo servicio de ancho de banda bajo demanda de la red GÉANT a finales del 2017