Source Prefix Filtering in ROFL

Traditional firewalls have the ability to allow or block traffic based on source address as well as destination address and port number. Our original ROFL scheme implements firewalling by layering it on top of routing; however, the original proposal focused just on destination address and port number. Doing route selection based in part on source addresses is a form of policy routing, which has started to receive increased amounts of attention. In this paper, we extend the original ROFL (ROuting as the Firewall Layer) scheme by including source prefix constraints in route announcement. We present algorithms for route propagation and packet forwarding, and demonstrate the correctness of these algorithms using rigorous proofs. The new scheme not only accomplishes the complete set of filtering functionality provided by traditional firewalls, but also introduces a new direction for policy routing

Routing Protocols in Modern IP Networks

Τα σύγχρονα IP δίκτυα συνεχώς εξελίσσονται και μεγαλώνουν. Ο αυξανόμενος αριθμός των όλο και περισσότερο ο διασυνδεδεμένων "έξυπνων" συσκευών, υποχρεώνει τους μηχανικούς δικτύων να πρέπει να διαχειριστούν ποικίλα δίκτυα με εκατοντάδες ή χιλιάδες διασυνδεμένες συσκευές. Η δρομολόγηση του IP πρωτοκόλλου είναι ο συνδετικός κρίκος μεταξύ όλων αυτών των δικτύων. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι να αποτελέσει ένα εργαλείο αναφοράς των πρωτόκολλων δρομολόγησης, για σπουδαστές και μηχανικούς, των οποίων κύρια δραστηριότητα είναι η διαχείριση και η εποπτεία τεχνολογιών και πρωτοκόλλων δρομολόγησης σε IP δίκτυα.Modern IP networks are continuously evolving and growing. The fact that more and more devices become “smart” and have the ability to connect to an IP network makes network engineers come across a variety of different network topologies, on a daily basis, interconnecting hundreds or thousands of different subnets. IP routing is the key link between these subnets. The purpose of this thesis is to become a reference tool for students or engineers whose main responsibility is the management or administration of core routing technologies

PCE prototype with segment routing and BGPLS support

This project presents two contributions to the PCE implementation in Telefonica I+D: Segment Routing and the upgrade of the BGP-LS protocol to the 3rd version of the draft to support MPLS and GMPLS scenarios. Regarding the first contribution, this document is intended to assess the use of Segment Routing in centralised traffic-engineering scenarios. It will attempt to make a validation of such technology using the available IETF drafts and publications and trying, at all time, to back-up the use cases with experimental demonstrations. Moreover, the 3rd version of the BGP-LS protocol draft was implemented. This protocol opens the possibility to export the network’s topology and its Traffic Engineering parameters to external entities. The BGP-LS extensions developed enables to retrieve the TE parameters for MPLS and GMPLS networks. The development of the project was done in Telefonica R&D’s facilities within the Core Network Evolution group. The code extends Telefonica’s PCE and network protocols to support Segment Routing and the new version for BGP-LS. As such, both the PCEP and the BGP-LS protocols were enhanced with the latest IETF drafts that define the technology. Once the code was developed and debugged, a series of tests were run in order to validate that the format used followed all the proposed standards. These tests have been defined following the sections that constitute each draft in an attempt to proof the use of each protocol in the most exhaustive possible way. It is important to remark that the validation tests are done not only with Telefonica code, but also with external prestigious entities like Cisco, Telecom Italia, Centre Tecnològic Telecomunicacions Catalunya or Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni.Ingeniería de Telecomunicació

A Survey on the Contributions of Software-Defined Networking to Traffic Engineering

Since the appearance of OpenFlow back in 2008, software-defined networking (SDN) has gained momentum. Although there are some discrepancies between the standards developing organizations working with SDN about what SDN is and how it is defined, they all outline traffic engineering (TE) as a key application. One of the most common objectives of TE is the congestion minimization, where techniques such as traffic splitting among multiple paths or advanced reservation systems are used. In such a scenario, this manuscript surveys the role of a comprehensive list of SDN protocols in TE solutions, in order to assess how these protocols can benefit TE. The SDN protocols have been categorized using the SDN architecture proposed by the open networking foundation, which differentiates among data-controller plane interfaces, application-controller plane interfaces, and management interfaces, in order to state how the interface type in which they operate influences TE. In addition, the impact of the SDN protocols on TE has been evaluated by comparing them with the path computation element (PCE)-based architecture. The PCE-based architecture has been selected to measure the impact of SDN on TE because it is the most novel TE architecture until the date, and because it already defines a set of metrics to measure the performance of TE solutions. We conclude that using the three types of interfaces simultaneously will result in more powerful and enhanced TE solutions, since they benefit TE in complementary ways.European Commission through the Horizon 2020 Research and Innovation Programme (GN4) under Grant 691567 Spanish Ministry of Economy and Competitiveness under the Secure Deployment of Services Over SDN and NFV-based Networks Project S&NSEC under Grant TEC2013-47960-C4-3-

IP and ATM integration: A New paradigm in multi-service internetworking

ATM is a widespread technology adopted by many to support advanced data communication, in particular efficient Internet services provision. The expected challenges of multimedia communication together with the increasing massive utilization of IP-based applications urgently require redesign of networking solutions in terms of both new functionalities and enhanced performance. However, the networking context is affected by so many changes, and to some extent chaotic growth, that any approach based on a structured and complex top-down architecture is unlikely to be applicable. Instead, an approach based on finding out the best match between realistic service requirements and the pragmatic, intelligent use of technical opportunities made available by the product market seems more appropriate. By following this approach, innovations and improvements can be introduced at different times, not necessarily complying with each other according to a coherent overall design. With the aim of pursuing feasible innovations in the different networking aspects, we look at both IP and ATM internetworking in order to investigating a few of the most crucial topics/ issues related to the IP and ATM integration perspective. This research would also address various means of internetworking the Internet Protocol (IP) and Asynchronous Transfer Mode (ATM) with an objective of identifying the best possible means of delivering Quality of Service (QoS) requirements for multi-service applications, exploiting the meritorious features that IP and ATM have to offer. Although IP and ATM often have been viewed as competitors, their complementary strengths and limitations from a natural alliance that combines the best aspects of both the technologies. For instance, one limitation of ATM networks has been the relatively large gap between the speed of the network paths and the control operations needed to configure those data paths to meet changing user needs. IP\u27s greatest strength, on the other hand, is the inherent flexibility and its capacity to adapt rapidly to changing conditions. These complementary strengths and limitations make it natural to combine IP with ATM to obtain the best that each has to offer. Over time many models and architectures have evolved for IP/ATM internetworking and they have impacted the fundamental thinking in internetworking IP and ATM. These technologies, architectures, models and implementations will be reviewed in greater detail in addressing possible issues in integrating these architectures s in a multi-service, enterprise network. The objective being to make recommendations as to the best means of interworking the two in exploiting the salient features of one another to provide a faster, reliable, scalable, robust, QoS aware network in the most economical manner. How IP will be carried over ATM when a commercial worldwide ATM network is deployed is not addressed and the details of such a network still remain in a state of flux to specify anything concrete. Our research findings culminated with a strong recommendation that the best model to adopt, in light of the impending integrated service requirements of future multi-service environments, is an ATM core with IP at the edges to realize the best of both technologies in delivering QoS guarantees in a seamless manner to any node in the enterprise

Introduction to IP multicast in production networks

The objective of this paper is to introduce the reader to the world of IP multicasting. I intend to achieve this goal by providing an introduction that bridges the gap between the existing unicast networks and the developing multicast network. The basics of multicast that is covered in the earlier chapter includes the multicast addressing scheme, different protocols used for multicast transmission, various distribution trees that are formed by these protocols and various aspects of multicast forwarding. We take a look at IGMP which is the protocol that runs between the host devices and their first hop multicast routers, enabling the host to join/leave a multicast group. The protocols used for running IP multicast over networks are discussed in detail with additional emphasis on PIM-SM which is the most common among the available selection. The paper concludes with a general overlook on the avenues where multicasting could play a major role benefitting the Internet Service Providers and eve large corporate networks, and a glance on the pros and cons of multicasting

A Cognitive Routing framework for Self-Organised Knowledge Defined Networks

This study investigates the applicability of machine learning methods to the routing protocols for achieving rapid convergence in self-organized knowledge-defined networks. The research explores the constituents of the Self-Organized Networking (SON) paradigm for 5G and beyond, aiming to design a routing protocol that complies with the SON requirements. Further, it also exploits a contemporary discipline called Knowledge-Defined Networking (KDN) to extend the routing capability by calculating the “Most Reliable” path than the shortest one. The research identifies the potential key areas and possible techniques to meet the objectives by surveying the state-of-the-art of the relevant fields, such as QoS aware routing, Hybrid SDN architectures, intelligent routing models, and service migration techniques. The design phase focuses primarily on the mathematical modelling of the routing problem and approaches the solution by optimizing at the structural level. The work contributes Stochastic Temporal Edge Normalization (STEN) technique which fuses link and node utilization for cost calculation; MRoute, a hybrid routing algorithm for SDN that leverages STEN to provide constant-time convergence; Most Reliable Route First (MRRF) that uses a Recurrent Neural Network (RNN) to approximate route-reliability as the metric of MRRF. Additionally, the research outcomes include a cross-platform SDN Integration framework (SDN-SIM) and a secure migration technique for containerized services in a Multi-access Edge Computing environment using Distributed Ledger Technology. The research work now eyes the development of 6G standards and its compliance with Industry-5.0 for enhancing the abilities of the present outcomes in the light of Deep Reinforcement Learning and Quantum Computing

Ambient intelligence in buildings : design and development of an interoperable Internet of Things platform

During many years, people and governments have been warned about the increasing levels of pollution and greenhouse gases (GHG) emissions that are endangering our lives on this planet. The Information and Communication Technology sector, usually known as the ICT sector, responsible for the computerization of the society, has been pinpointed as one of the most important sectors contributing to such a problem. Many efforts, however, have been put to shift the trend towards the utilization of renewable resources, such as wind or solar power. Even though governments have agreed to follow this path and avoid the usage of non-renewable energies, it is not enough. Although the ICT sector might seem an added problem due to the number of connected devices, technology improvements and hardware optimization enable new ways of fighting against global warming and GHG emissions. The aforementioned computerization has forced companies to evolve their work into a computer-assisted one. Due to this, companies are now forced to establish their main headquarters inside buildings for work coordination, connection and management. Due to this, buildings are becoming one of the most important issues regarding energy consumption. In order to cope with such problem, the Internet of Things (IoT) offers new paradigms and alternatives for leading the change. IoT is commonly defined as the network of physical and virtual objects that are capable of collecting surrounding data and exchanging it between them or through the Internet. Thanks to these networks, it is possible to monitor any thinkable metric inside buildings, and, then, utilize this information to build efficient automated systems, commonly known as Building Energy Management Systems (BEMS), capable of extracting conclusions on how to optimally and efficiently manage the resources of the building. ICT companies have foreseen this market opportunity that, paired with the appearance of smaller, efficient and more durable sensors, allows the development of efficient IoT systems. However, the lack of agreement and standardization creates chaos inside IoT, and the horizontal connectivity between such systems is still a challenge. Moreover, the vast amount of data to process requires the utilization of Big Data techniques to guarantee close to real-time responses. This thesis initially presents a standard Cloud-based IoT architecture that tries to cope with the aforementioned problems by employing a Cloud middleware that obfuscates the underlying hardware architecture and permits the aggregation of data from multiple heterogeneous sources. Also, sensor information is exposed to any third-party client after authentication. The utilization of automated IoT systems for managing building resources requires high reliability, resilience, and availability. The loss of sensor data is not permitted due to the negative consequences it might have, such as disruptive resource management. For this, it is mandatory to grant backup options to sensor networks in order to guarantee correct functioning in case of partial network disconnections. Additionally, the placement of the sensors inside the building must guarantee minimal energy consumption while fulfilling sensing requirements. Finally, a building resource management use case is presented by means of a simulation tool. The tool draws on occupants' probabilistic models and environmental condition models for actuating upon building elements to ensure optimal and efficient functioning. Occupants' comfort is also taken into consideration and the trade-off between the two metrics is studied. All the presented work is meant to deliver insights and tools for current and future IoT system implementations by setting the basis for standardization agreements yet to happen.Durant molts anys, s'ha alertat a la població i als governs sobre l'increment en els nivells de pol·lució i d'emissió de gasos d'efecte hivernacle, que estan posant en perill la nostra vida a la Terra. El sector de les Tecnologies de la Informació i Comunicació, normalment conegut com les TIC, responsable de la informatització de la societat, ha estat senyalat com un dels sectors més importants encarregat d'agreujar tal problema. Però, molt esforç s'està posant per revertir aquesta situació mitjançant l'ús de recursos renovables, com l'energia eòlica o solar. Tot i que els governs han acordat seguir dit camí i evitar l'ús d'energia no renovable tant com sigui possible, no és suficient per erradicar el problema. Encara que el sector de les TIC pugui semblar un problema afegit donada la gran quantitat i l'increment de dispositius connectats, les millores en tecnologia i en hardware estan habilitant noves maneres de lluitar contra l'escalfament global i l'emissió de gasos d'efecte hivernacle. La informatització, anteriorment mencionada, ha forçat a les empreses a evolucionar el seu model de negoci cap a un més enfocat a la utilització de xarxes d'ordinadors per gestionar els seus recursos. Per això, dites companyies s'estan veient forçades a establir les seves seus centrals dintre d'edificis, per tenir un major control sobre la coordinació, connexió i maneig dels seus recursos. Això està provocant un augment en el consum energètic dels edificis, que s'estan convertint en un dels principals problemes. Per poder fer front al problema, la Internet de les Coses o Internet of Things (IoT) ofereix nous paradigmes i alternatives per liderar el canvi. IoT es defineix com la xarxa d'objectes físics i virtuals, capaços de recol·lectar la informació per construir sistemes automatitzats, coneguts com a Sistemes de Gestió Energètica per Edificis, capaços d'extreure conclusions sobre com utilitzar de manera eficient i òptima els recursos de l'edifici. Companyies pertanyents a les TIC han previst aquesta oportunitat de mercat que, en sincronia amb l'aparició de sensors més petits, eficients i duradors, permeten el desenvolupament de sistemes IoT eficients. Però, la falta d'acord en quant a l'estandardització de dits sistemes està creant un escenari caòtic, ja que s'està fent impossible la connectivitat horitzontal entre dits sistemes. A més, la gran quantitat de dades a processar requereix la utilització de tècniques de Big Data per poder garantir respostes en temps acceptables. Aquesta tesi presenta, inicialment, una arquitectura IoT estàndard basada en la Neu, que tracta de fer front als problemes anteriorment presentats mitjançant l'ús d'un middleware allotjat a la Neu que ofusca l'arquitectura hardware subjacent i permet l'agregació de la informació originada des de múltiples fonts heterogènies. A més, la informació dels sensors s'exposa perquè qualsevol client de tercers pugui consultar-la, després d'haver-se autenticat. La utilització de sistemes IoT automatitzats per gestionar els recursos dels edificis requereix un alt nivell de fiabilitat, resistència i disponibilitat. La perduda d'informació no està permesa degut a les conseqüències negatives que podría suposar, com una mala presa de decisions. Per això, és obligatori atorgar opcions de backup a les xarxes de sensors per garantir un correcte funcionament inclús quan es produeixen desconnexions parcials de la xarxa. Addicionalment, la col·locació dels sensors dintre de l'edifici ha de garantir un consum energètic mínim dintre de les restriccions de desplegament imposades. Finalment, presentem un cas d'ús d'un Sistema de Gestió Energètica per Edificis mitjançant una eina de simulació. Dita eina utilitza com informació d'entrada models probabilístics sobre les accions dels ocupants i models sobre la condició ambiental per actuar sobre els elements de l'edifici i garantir un funcionament òptim i eficient. A més, el confort dels ocupants també es considera com mètrica a optimitzar. Donada la impossibilitat d’optimitzar les dues mètriques de manera conjunta, aquesta tesi també presenta un estudi sobre el trade-off que existeix entre elles. Tot el treball presentat està pensat per atorgar idees i eines pels sistemes IoT actuals i futurs, i assentar les bases per l’estandardització que encara està per arribar.Durante muchos años, se ha alertado a la población y a los gobiernos acerca del incremento en los niveles de polución y de emisión de gases de efecto invernadero, que están poniendo en peligro nuestra vida en la Tierra. El sector de las Tecnologías de la Información y Comunicación, normalmente conocido como las TIC, responsable de la informatización de la sociedad, ha sido señalada como uno de los sectores más importantes encargado de agravar tal problema. Sin embargo, mucho esfuerzo se está poniendo para revertir esta situación mediante el uso de recursos renovables, como la energía eólica o solar. A pesar de que los gobiernos han acordado seguir dicho camino y evitar el uso de energía no renovable tanto como sea posible, no es suficiente para erradicar el problema. Aunque el sector de las TIC pueda parecer un problema añadido dada la gran cantidad y el incremento de dispositivos conectados, las mejoras en tecnología y en hardware están habilitando nuevas maneras de luchar contra el calentamiento global y la emisión de gases de efecto invernadero. Durante las últimas décadas, compañías del sector público y privado conscientes del problema han centrado sus esfuerzos en la creación de soluciones orientadas a la eficiencia energética tanto a nivel de hardware como de software. Las nuevas redes troncales están siendo creadas con dispositivos eficientes y los proveedores de servicios de Internet tienden a crear sistemas conscientes de la energía para su optimización dentro de su dominio. Siguiendo esta tendencia, cualquier nuevo sistema creado y añadido a la red debe garantizar un cierto nivel de conciencia y un manejo óptimo de los recursos que utiliza. La informatización, anteriormente mencionada, ha forzado a las empresas a evolucionar su modelo de negocio hacia uno más enfocado en la utilización de redes de ordenadores para gestionar sus recursos. Por eso, dichas compañías se están viendo forzadas a establecer sus sedes centrales dentro de edificios, para tener un mayor control sobre la coordinación, conexión y manejo de sus recursos. Esto está provocando un aumento en el consumo energético de los edificios, que se están convirtiendo en uno de los principales problemas. Para poder hacer frente al problema, el Internet de las Cosas o Internet of Things (IoT) ofrece nuevos paradigmas y alternativas para liderar el cambio. IoT se define como la red de objetos físicos y virtuales, capaces de recolectar la información del entorno e intercambiarla entre los propios objetos o a través de Internet. Gracias a estas redes, es posible monitorizar cualquier métrica que podamos imaginar dentro de un edificio, y, después, utilizar dicha información para construir sistemas automatizados, conocidos como Sistemas de Gestión Energética para Edificios, capaces de extraer conclusiones sobre cómo utilizar de manera eficiente y óptima los recursos del edificio. Compañías pertenecientes a las TIC han previsto esta oportunidad de mercado que, en sincronía con la aparición de sensores más pequeños, eficientes y duraderos, permite el desarrollo de sistemas IoT eficientes. Sin embargo, la falta de acuerdo en cuanto a la estandarización de dichos sistemas está creando un escenario caótico, ya que se hace imposible la conectividad horizontal entre dichos sistemas. Además, la gran cantidad de datos a procesar requiere la utilización de técnicas de Big Data para poder garantizar respuestas en tiempos aceptables. Esta tesis presenta, inicialmente, una arquitectura IoT estándar basada en la Nube que trata de hacer frente a los problemas anteriormente presentados mediante el uso de un middleware alojado en la Nube que ofusca la arquitectura hardware subyacente y permite la agregación de la información originada des de múltiples fuentes heterogéneas. Además, la información de los sensores se expone para que cualquier cliente de terceros pueda consultarla, después de haberse autenticado. La utilización de sistemas IoT automatizados para manejar los recursos de los edificios requiere un alto nivel de fiabilidad, resistencia y disponibilidad. La pérdida de información no está permitida debido a las consecuencias negativas que podría suponer, como una mala toma de decisiones. Por eso, es obligatorio otorgar opciones de backup a las redes de sensores para garantizar su correcto funcionamiento incluso cuando se producen desconexiones parciales de la red. Adicionalmente, la colocación de los sensores dentro del edificio debe garantizar un consumo energético mínimo dentro de las restricciones de despliegue impuestas. En esta tesis, mejoramos el problema de colocación de los sensores para redes heterogéneas de sensores inalámbricos añadiendo restricciones de clustering o agrupamiento, para asegurar que cada tipo de sensor es capaz de obtener su métrica correspondiente, y restricciones de protección mediante la habilitación de rutas de transmisión secundarias. En cuanto a grandes redes homogéneas de sensores inalámbricos, esta tesis estudia aumentar su resiliencia mediante la identificación de los sensores más críticos. Finalmente, presentamos un caso de uso de un Sistema de Gestión Energética para Edificios mediante una herramienta de simulación. Dicha herramienta utiliza como información de entrada modelos probabilísticos sobre las acciones de los ocupantes y modelos sobre la condición ambiental para actuar sobre los elementos del edificio y garantizar un funcionamiento óptimo y eficiente. Además, el comfort de los ocupantes también se considera como métrica a optimizar. Dada la imposibilidad de optimizar las dos métricas de manera conjunta, esta tesis también presenta un estudio sobre el trade-off que existe entre ellas. Todo el trabajo presentado está pensado para otorgar ideas y herramientas para los sistemas IoT actuales y futuros, y asentar las bases para la estandarización que todavía está por llegar.Postprint (published version

Integrated IT and SDN Orchestration of multi-domain multi-layer transport networks

Telecom operators networks' management and control remains partitioned by technology, equipment supplier and networking layer. In some segments, the network operations are highly costly due to the need of the individual, and even manual, configuration of the network equipment by highly specialized personnel. In multi-vendor networks, expensive and never ending integration processes between Network Management Systems (NMSs) and the rest of systems (OSSs, BSSs) is a common situation, due to lack of adoption of standard interfaces in the management systems of the different equipment suppliers. Moreover, the increasing impact of the new traffic flows introduced by the deployment of massive Data Centers (DCs) is also imposing new challenges that traditional networking is not ready to overcome. The Fifth Generation of Mobile Technology (5G) is also introducing stringent network requirements such as the need of connecting to the network billions of new devices in IoT paradigm, new ultra-low latency applications (i.e., remote surgery) and vehicular communications. All these new services, together with enhanced broadband network access, are supposed to be delivered over the same network infrastructure. In this PhD Thesis, an holistic view of Network and Cloud Computing resources, based on the recent innovations introduced by Software Defined Networking (SDN), is proposed as the solution for designing an end-to-end multi-layer, multi-technology and multi-domain cloud and transport network management architecture, capable to offer end-to-end services from the DC networks to customers access networks and the virtualization of network resources, allowing new ways of slicing the network resources for the forthcoming 5G deployments. The first contribution of this PhD Thesis deals with the design and validation of SDN based network orchestration architectures capable to improve the current solutions for the management and control of multi-layer, multi-domain backbone transport networks. These problems have been assessed and progressively solved by different control and management architectures which has been designed and evaluated in real evaluation environments. One of the major findings of this work has been the need of developed a common information model for transport network's management, capable to describe the resources and services of multilayer networks. In this line, the Control Orchestration Protocol (COP) has been proposed as a first contriution towards an standard management interface based on the main principles driven by SDN. Furthermore, this PhD Thesis introduces a novel architecture capable to coordinate the management of IT computing resources together with inter- and intra-DC networks. The provisioning and migration of virtual machines together with the dynamic reconfiguration of the network has been successfully demonstrated in a feasible timescale. Moreover, a resource optimization engine is introduced in the architecture to introduce optimization algorithms capable to solve allocation problems such the optimal deployment of Virtual Machine Graphs over different DCs locations minimizing the inter-DC network resources allocation. A baseline blocking probability results over different network loads are also presented. The third major contribution is the result of the previous two. With a converged cloud and network infrastructure controlled and operated jointly, the holistic view of the network allows the on-demand provisioning of network slices consisting of dedicated network and cloud resources over a distributed DC infrastructure interconnected by an optical transport network. The last chapters of this thesis discuss the management and orchestration of 5G slices based over the control and management components designed in the previous chapters. The design of one of the first network slicing architectures and the deployment of a 5G network slice in a real Testbed, is one of the major contributions of this PhD Thesis.La gestión y el control de las redes de los operadores de red (Telcos), todavía hoy, está segmentado por tecnología, por proveedor de equipamiento y por capa de red. En algunos segmentos (por ejemplo en IP) la operación de la red es tremendamente costosa, ya que en muchos casos aún se requiere con guración individual, e incluso manual, de los equipos por parte de personal altamente especializado. En redes con múltiples proveedores, los procesos de integración entre los sistemas de gestión de red (NMS) y el resto de sistemas (p. ej., OSS/BSS) son habitualmente largos y extremadamente costosos debido a la falta de adopción de interfaces estándar por parte de los diferentes proveedores de red. Además, el impacto creciente en las redes de transporte de los nuevos flujos de tráfico introducidos por el despliegue masivo de Data Centers (DC), introduce nuevos desafíos que las arquitecturas de gestión y control de las redes tradicionales no están preparadas para afrontar. La quinta generación de tecnología móvil (5G) introduce nuevos requisitos de red, como la necesidad de conectar a la red billones de dispositivos nuevos (Internet de las cosas - IoT), aplicaciones de ultra baja latencia (p. ej., cirugía a distancia) y las comunicaciones vehiculares. Todos estos servicios, junto con un acceso mejorado a la red de banda ancha, deberán ser proporcionados a través de la misma infraestructura de red. Esta tesis doctoral propone una visión holística de los recursos de red y cloud, basada en los principios introducidos por Software Defined Networking (SDN), como la solución para el diseño de una arquitectura de gestión extremo a extremo (E2E) para escenarios de red multi-capa y multi-dominio, capaz de ofrecer servicios de E2E, desde las redes intra-DC hasta las redes de acceso, y ofrecer ademas virtualización de los recursos de la red, permitiendo nuevas formas de segmentación en las redes de transporte y la infrastructura de cloud, para los próximos despliegues de 5G. La primera contribución de esta tesis consiste en la validación de arquitecturas de orquestración de red, basadas en SDN, para la gestión y control de redes de transporte troncales multi-dominio y multi-capa. Estos problemas (gestion de redes multi-capa y multi-dominio), han sido evaluados de manera incremental, mediante el diseño y la evaluación experimental, en entornos de pruebas reales, de diferentes arquitecturas de control y gestión. Uno de los principales hallazgos de este trabajo ha sido la necesidad de un modelo de información común para las interfaces de gestión entre entidades de control SDN. En esta línea, el Protocolo de Control Orchestration (COP) ha sido propuesto como interfaz de gestión de red estándar para redes SDN de transporte multi-capa. Además, en esta tesis presentamos una arquitectura capaz de coordinar la gestión de los recursos IT y red. La provisión y la migración de máquinas virtuales junto con la reconfiguración dinámica de la red, han sido demostradas con éxito en una escala de tiempo factible. Además, la arquitectura incorpora una plataforma para la ejecución de algoritmos de optimización de recursos capaces de resolver diferentes problemas de asignación, como el despliegue óptimo de Grafos de Máquinas Virtuales (VMG) en diferentes DCs que minimizan la asignación de recursos de red. Esta tesis propone una solución para este problema, que ha sido evaluada en terminos de probabilidad de bloqueo para diferentes cargas de red. La tercera contribución es el resultado de las dos anteriores. La arquitectura integrada de red y cloud presentada permite la creación bajo demanda de "network slices", que consisten en sub-conjuntos de recursos de red y cloud dedicados para diferentes clientes sobre una infraestructura común. El diseño de una de las primeras arquitecturas de "network slicing" y el despliegue de un "slice" de red 5G totalmente operativo en un Testbed real, es una de las principales contribuciones de esta tesis.La gestió i el control de les xarxes dels operadors de telecomunicacions (Telcos), encara avui, està segmentat per tecnologia, per proveïdors d’equipament i per capes de xarxa. En alguns segments (Per exemple en IP) l’operació de la xarxa és tremendament costosa, ja que en molts casos encara es requereix de configuració individual, i fins i tot manual, dels equips per part de personal altament especialitzat. En xarxes amb múltiples proveïdors, els processos d’integració entre els Sistemes de gestió de xarxa (NMS) i la resta de sistemes (per exemple, Sistemes de suport d’operacions - OSS i Sistemes de suport de negocis - BSS) són habitualment interminables i extremadament costosos a causa de la falta d’adopció d’interfícies estàndard per part dels diferents proveïdors de xarxa. A més, l’impacte creixent en les xarxes de transport dels nous fluxos de trànsit introduïts pel desplegament massius de Data Centers (DC), introdueix nous desafiaments que les arquitectures de gestió i control de les xarxes tradicionals que no estan llestes per afrontar. Per acabar de descriure el context, la cinquena generació de tecnologia mòbil (5G) també presenta nous requisits de xarxa altament exigents, com la necessitat de connectar a la xarxa milers de milions de dispositius nous, dins el context de l’Internet de les coses (IOT), o les noves aplicacions d’ultra baixa latència (com ara la cirurgia a distància) i les comunicacions vehiculars. Se suposa que tots aquests nous serveis, juntament amb l’accés millorat a la xarxa de banda ampla, es lliuraran a través de la mateixa infraestructura de xarxa. Aquesta tesi doctoral proposa una visió holística dels recursos de xarxa i cloud, basada en els principis introduïts per Software Defined Networking (SDN), com la solució per al disseny de una arquitectura de gestió extrem a extrem per a escenaris de xarxa multi-capa, multi-domini i consistents en múltiples tecnologies de transport. Aquesta arquitectura de gestió i control de xarxes transport i recursos IT, ha de ser capaç d’oferir serveis d’extrem a extrem, des de les xarxes intra-DC fins a les xarxes d’accés dels clients i oferir a més virtualització dels recursos de la xarxa, obrint la porta a noves formes de segmentació a les xarxes de transport i la infrastructura de cloud, pels propers desplegaments de 5G. La primera contribució d’aquesta tesi doctoral consisteix en la validació de diferents arquitectures d’orquestració de xarxa basades en SDN capaces de millorar les solucions existents per a la gestió i control de xarxes de transport troncals multi-domini i multicapa. Aquests problemes (gestió de xarxes multicapa i multi-domini), han estat avaluats de manera incremental, mitjançant el disseny i l’avaluació experimental, en entorns de proves reals, de diferents arquitectures de control i gestió. Un dels principals troballes d’aquest treball ha estat la necessitat de dissenyar un model d’informació comú per a les interfícies de gestió de xarxes, capaç de descriure els recursos i serveis de la xarxes transport multicapa. En aquesta línia, el Protocol de Control Orchestration (COP, en les seves sigles en anglès) ha estat proposat en aquesta Tesi, com una primera contribució cap a una interfície de gestió de xarxa estàndard basada en els principis bàsics de SDN. A més, en aquesta tesi presentem una arquitectura innovadora capaç de coordinar la gestió de els recursos IT juntament amb les xarxes inter i intra-DC. L’aprovisionament i la migració de màquines virtuals juntament amb la reconfiguració dinàmica de la xarxa, ha estat demostrat amb èxit en una escala de temps factible. A més, l’arquitectura incorpora una plataforma per a l’execució d’algorismes d’optimització de recursos, capaços de resoldre diferents problemes d’assignació, com el desplegament òptim de Grafs de Màquines Virtuals (VMG) en diferents ubicacions de DC que minimitzen la assignació de recursos de xarxa entre DC. També es presenta una solució bàsica per a aquest problema, així com els resultats de probabilitat de bloqueig per a diferents càrregues de xarxa. La tercera contribució principal és el resultat dels dos anteriors. Amb una infraestructura de xarxa i cloud convergent, controlada i operada de manera conjunta, la visió holística de la xarxa permet l’aprovisionament sota demanda de "network slices" que consisteixen en subconjunts de recursos d’xarxa i cloud, dedicats per a diferents clients, sobre una infraestructura de Data Centers distribuïda i interconnectada per una xarxa de transport òptica. Els últims capítols d’aquesta tesi tracten sobre la gestió i organització de "network slices" per a xarxes 5G en funció dels components de control i administració dissenyats i desenvolupats en els capítols anteriors. El disseny d’una de les primeres arquitectures de "network slicing" i el desplegament d’un "slice" de xarxa 5G totalment operatiu en un Testbed real, és una de les principals contribucions d’aquesta tesi.Postprint (published version