A Future Internet Architecture Based on De-Conflated Identities

We present a new Internet architecture based on de-conflated identities (ADI) that explicitly establishes the separation of ownership of hosts from the underlying infrastructure connectivity. A direct impact of this de-conflated Internet architecture is the ability to express organizational policies separately and thus more naturally, from the underlying infrastructure routing policies. Host or organizational accountability is separated from the infrastructure accountability, laying the foundations of a cleaner security and policy enforcement framework. Also, it addresses the present Internet routing problems of mobility, multihoming, and traffic engineering more naturally by making a clear distinction of host and infrastructure responsibilities and thus defining these functions as a set of primitives governed by individual policies. In this paper, we instantiate the primitive mechanisms related to the issues of end-to-end policy enforcements, mobility, multihoming, traffic engineering, etc., within the context of our architecture to emphasize the relevance of a de-conflated Internet architecture on these functions

Architectures for the Future Networks and the Next Generation Internet: A Survey

Networking research funding agencies in the USA, Europe, Japan, and other countries are encouraging research on revolutionary networking architectures that may or may not be bound by the restrictions of the current TCP/IP based Internet. We present a comprehensive survey of such research projects and activities. The topics covered include various testbeds for experimentations for new architectures, new security mechanisms, content delivery mechanisms, management and control frameworks, service architectures, and routing mechanisms. Delay/Disruption tolerant networks, which allow communications even when complete end-to-end path is not available, are also discussed

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Software Defined Application Delivery Networking

In this thesis we present the architecture, design, and prototype implementation details of AppFabric. AppFabric is a next generation application delivery platform for easily creating, managing and controlling massively distributed and very dynamic application deployments that may span multiple datacenters. Over the last few years, the need for more flexibility, finer control, and automatic management of large (and messy) datacenters has stimulated technologies for virtualizing the infrastructure components and placing them under software-based management and control; generically called Software-defined Infrastructure (SDI). However, current applications are not designed to leverage this dynamism and flexibility offered by SDI and they mostly depend on a mix of different techniques including manual configuration, specialized appliances (middleboxes), and (mostly) proprietary middleware solutions together with a team of extremely conscientious and talented system engineers to get their applications deployed and running. AppFabric, 1) automates the whole control and management stack of application deployment and delivery, 2) allows application architects to define logical workflows consisting of application servers, message-level middleboxes, packet-level middleboxes and network services (both, local and wide-area) composed over application-level routing policies, and 3) provides the abstraction of an application cloud that allows the application to dynamically (and automatically) expand and shrink its distributed footprint across multiple geographically distributed datacenters operated by different cloud providers. The architecture consists of a hierarchical control plane system called Lighthouse and a fully distributed data plane design (with no special hardware components such as service orchestrators, load balancers, message brokers, etc.) called OpenADN . The current implementation (under active development) consists of ~10000 lines of python and C code. AppFabric will allow applications to fully leverage the opportunities provided by modern virtualized Software-Defined Infrastructures. It will serve as the platform for deploying massively distributed, and extremely dynamic next generation application use-cases, including: Internet-of-Things/Cyber-Physical Systems: Through support for managing distributed gather-aggregate topologies common to most Internet-of-Things(IoT) and Cyber-Physical Systems(CPS) use-cases. By their very nature, IoT and CPS use cases are massively distributed and have different levels of computation and storage requirements at different locations. Also, they have variable latency requirements for their different distributed sites. Some services, such as device controllers, in an Iot/CPS application workflow may need to gather, process and forward data under near-real time constraints and hence need to be as close to the device as possible. Other services may need more computation to process aggregated data to drive long term business intelligence functions. AppFabric has been designed to provide support for such very dynamic, highly diversified and massively distributed application use-cases. Network Function Virtualization: Through support for heterogeneous workflows, application-aware networking, and network-aware application deployments, AppFabric will enable new partnerships between Application Service Providers (ASPs) and Network Service Providers (NSPs). An application workflow in AppFabric may comprise of application services, packet and message-level middleboxes, and network transport services chained together over an application-level routing substrate. The Application-level routing substrate allows policy-based service chaining where the application may specify policies for routing their application traffic over different services based on application-level content or context. Virtual worlds/multiplayer games: Through support for creating, managing and controlling dynamic and distributed application clouds needed by these applications. AppFabric allows the application to easily specify policies to dynamically grow and shrink the application\u27s footprint over different geographical sites, on-demand. Mobile Apps: Through support for extremely diversified and very dynamic application contexts typical of such applications. Also, AppFabric provides support for automatically managing massively distributed service deployment and controlling application traffic based on application-level policies. This allows mobile applications to provide the best Quality-of-Experience to its users without This thesis is the first to handle and provide a complete solution for such a complex and relevant architectural problem that is expected to touch each of our lives by enabling exciting new application use-cases that are not possible today. Also, AppFabric is a non-proprietary platform that is expected to spawn lots of innovations both in the design of the platform itself and the features it provides to applications. AppFabric still needs many iterations, both in terms of design and implementation maturity. This thesis is not the end of journey for AppFabric but rather just the beginning

Algorithmes d'adressage et routage pour des réseaux fortement mobiles à grande échelle

After successfully connecting machines and people later (world wide web), the new era of In-ternet is about connecting things. Due to increasing demands in terms of addresses, mobility, scalability, security and other new unattended challenges, the evolution of current Internet archi-tecture is subject to major debate worldwide. The Internet Architecture Board (IAB) workshop on Routing and Addressing report described the serious scalability problems faced by large backbone operators in terms of routing and addressing, illustrated by the unsustainable growth of the Default Free Zone (DFZ) routing tables. Some proposals tackled the scalability and IP semantics overload issues with two different approaches: evolutionary approach (backward com-patibility) or a revolutionary approach. Several design objectives (technical or high-level) guided researchers in their proposals. Mobility is definitely one of the main challenges.Inter-Vehicle Communication (IVC) attracts considerable attention from the research com-munity and the industry for its potential in providing Intelligent Transportation Systems (ITS) and passengers services. Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs) are emerging as a class of wire-less network, formed between moving vehicles equipped with wireless interfaces (cellular and WiFi) employing heterogeneous communication systems. A VANET is a form of mobile ad-hoc network that provides IVC among nearby vehicles and may involve the use of a nearby fixed equipment on the roadside. The impact of Internet-based vehicular services (infotainment) are quickly developing. Some of these applications, driver assistance services or traffic reports, have been there for a while. But market-enabling applications may also be an argument in favor of a more convenient journey. Such use cases are viewed as a motivation to further adoption of the ITS standards developed within IEEE, ETSI, and ISO.This thesis focuses on applying Future Internet paradigm to vehicle-to-Internet communica-tions in an attempt to define the solution space of Future Vehicular Internet. We first introduce two possible vehicle-to-Internet use cases and great enablers for IP based services : eHealth and Fully-electric Vehicles. We show how to integrate those use cases into IPv6 enabled networks. We further focus on the mobility architectures and determine the fundamental components of a mobility architecture. We then classify those approaches into centralized and distributed to show the current trends in terms of network mobility extension, an essential component to vehicular networking. We eventually analyze the performance of these proposals. In order to define an identifier namespace for vehicular communications, we introduce the Vehicle Identification Numbers are possible candidates. We then propose a conversion algorithm that preserves the VIN characteristics while mapping it onto usable IPv6 networking objects (ad-dresses, prefixes, and Mobile Node Identifiers). We make use of this result to extend LISP-MN protocol with the support of our VIN6 addressing architecture. We also apply those results to group IP-based communications, when the cluster head is in charge of a group of followers.Cette thèse a pour objectif de faire avancer l'état de l'art des communications basée sur Internet Protocol version 6 (IPv6) dans le domaine des réseaux véhiculaires, et ce dans le cadre des évolutions récentes de IP, notamment l'avènement du Future Internet. Le Future Internet (F.I.) définit un ensemble d'approches pour faire évoluer l'Internet actuel , en particulier l'émergence d'un Internet mobile exigeant en ressources. Les acteurs de ce domaine définissent les contraintes inhérentes aux approches utilisées historiquement dans l'évolution de l'architecture d'Internet et tentent d'y remédier soit de manière évolutive soit par une rupture technologique (révolutionnaire). Un des problèmes au centre de cette nouvelle évolution d'Internet est la question du nommage et de l'adressage dans le réseau. Nous avons entrepris dans cette thèse l'étude de ce problème, dans le cadre restreint des communications véhiculaires Internet.Dans ce contexte, l'état de l'art du Future Internet a mis en avant les distinctions des approches révolutionnaires comparées aux propositions évolutives basées sur IPv6. Les réseaux véhiculaires étant d'ores-et-déjà dotés de piles protocolaires comprenant une extension IPv6, nous avons entamé une approche évolutive visant à intégrer les réseaux véhiculaires au Future Internet. Une première proposition a été de convertir un identifiant présent dans le monde automobile (VIN, Numéro d'Identification de Véhicule) en un lot d'adresses réseau propres à chaque véhicule (qui est donc propriétaire de son adressage issu de son identifiant). Cette proposition étant centrée sur le véhicule, nous avons ensuite intégré ces communications basés dans une architecture globale Future Internet basée sur IPv6 (protocole LISP). En particulier, et avec l'adressage VIN, nous avons défini un espace d'adressage indépendant des fournisseurs d'accès à Internet où le constructeur automobile devient acteur économique fournissant des services IPv6 à sa flotte de véhicules conjointement avec les opérateurs réseau dont il dépend pour transporter son trafic IP. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'entourage proche du véhicule afin de définir un nouveau mode de communication inter-véhiculaire à Internet: le V2V2I (Angl. Vehicle-to-Vehicle-to-Infrastructure). Jusqu'à présent, les modes de transmission de données à Internet dans le monde du véhicule consistaient en des topologies V2I, à savoir véhicule à Internet, où le véhicule accède à l'infrastructure directement sans intermédiaire. Dans le cadre des communications véhiculaires à Internet, nous proposons une taxonomie des méthodes existantes dans l'état de l'art. Les techniques du Future Internet étant récentes, nous avons étendu notre taxonomie par une nouvelle approche basée sur la séparation de l'adressage topologique dans le cluster de celui de l'infrastructure. Le leader du cluster s'occupe d'affecter les adresses (de son VIN) et de gérer le routage à l'intérieur de son cluster. La dernière contribution consiste en la comparaison des performances des protocoles de gestion de mobilité, notamment pour les réseaux de véhicules et des communications de type vehicule-à-Internet. Dans ce cadre, nous avons proposé une classification des protocoles de gestion de mobilité selon leur déploiement: centralisé (basé réseau ou host) et distribué. Nous avons ensuite évalué les performances en modélisant les durées de configurations et de reconfigurations des différents protocoles concernés

Improving Pan-African research and education networks through traffic engineering: A LISP/SDN approach

The UbuntuNet Alliance, a consortium of National Research and Education Networks (NRENs) runs an exclusive data network for education and research in east and southern Africa. Despite a high degree of route redundancy in the Alliance's topology, a large portion of Internet traffic between the NRENs is circuitously routed through Europe. This thesis proposes a performance-based strategy for dynamic ranking of inter-NREN paths to reduce latencies. The thesis makes two contributions: firstly, mapping Africa's inter-NREN topology and quantifying the extent and impact of circuitous routing; and, secondly, a dynamic traffic engineering scheme based on Software Defined Networking (SDN), Locator/Identifier Separation Protocol (LISP) and Reinforcement Learning. To quantify the extent and impact of circuitous routing among Africa's NRENs, active topology discovery was conducted. Traceroute results showed that up to 75% of traffic from African sources to African NRENs went through inter-continental routes and experienced much higher latencies than that of traffic routed within Africa. An efficient mechanism for topology discovery was implemented by incorporating prior knowledge of overlapping paths to minimize redundancy during measurements. Evaluation of the network probing mechanism showed a 47% reduction in packets required to complete measurements. An interactive geospatial topology visualization tool was designed to evaluate how NREN stakeholders could identify routes between NRENs. Usability evaluation showed that users were able to identify routes with an accuracy level of 68%. NRENs are faced with at least three problems to optimize traffic engineering, namely: how to discover alternate end-to-end paths; how to measure and monitor performance of different paths; and how to reconfigure alternate end-to-end paths. This work designed and evaluated a traffic engineering mechanism for dynamic discovery and configuration of alternate inter-NREN paths using SDN, LISP and Reinforcement Learning. A LISP/SDN based traffic engineering mechanism was designed to enable NRENs to dynamically rank alternate gateways. Emulation-based evaluation of the mechanism showed that dynamic path ranking was able to achieve 20% lower latencies compared to the default static path selection. SDN and Reinforcement Learning were used to enable dynamic packet forwarding in a multipath environment, through hop-by-hop ranking of alternate links based on latency and available bandwidth. The solution achieved minimum latencies with significant increases in aggregate throughput compared to static single path packet forwarding. Overall, this thesis provides evidence that integration of LISP, SDN and Reinforcement Learning, as well as ranking and dynamic configuration of paths could help Africa's NRENs to minimise latencies and to achieve better throughputs

An ontology-based approach toward the configuration of heterogeneous network devices

Despite the numerous efforts of standardization, semantic issues remain in effect in many subfields of networking. The inability to exchange data unambiguously between information systems and human resources is an issue that hinders technology implementation, semantic interoperability, service deployment, network management, technology migration, among many others. In this thesis, we will approach the semantic issues in two critical subfields of networking, namely, network configuration management and network addressing architectures. The fact that makes the study in these areas rather appealing is that in both scenarios semantic issues have been around from the very early days of networking. However, as networks continue to grow in size and complexity current practices are becoming neither scalable nor practical. One of the most complex and essential tasks in network management is the configuration of network devices. The lack of comprehensive and standard means for modifying and controlling the configuration of network elements has led to the continuous and extended use of proprietary Command Line Interfaces (CLIs). Unfortunately, CLIs are generally both, device and vendor-specific. In the context of heterogeneous network infrastructures---i.e., networks typically composed of multiple devices from different vendors---the use of several CLIs raises serious Operation, Administration and Management (OAM) issues. Accordingly, network administrators are forced to gain specialized expertise and to continuously keep knowledge and skills up to date as new features, system upgrades or technologies appear. Overall, the utilization of proprietary mechanisms allows neither sharing knowledge consistently between vendors' domains nor reusing configurations to achieve full automation of network configuration tasks---which are typically required in autonomic management. Due to this heterogeneity, CLIs typically provide a help feature which is in turn an useful source of knowledge to enable semantic interpretation of a vendor's configuration space. The large amount of information a network administrator must learn and manage makes Information Extraction (IE) and other forms of natural language analysis of the Artificial Intelligence (AI) field key enablers for the network device configuration space. This thesis presents the design and implementation specification of the first Ontology-Based Information Extraction (OBIE) System from the CLI of network devices for the automation and abstraction of device configurations. Moreover, the so-called semantic overload of IP addresses---wherein addresses are both identifiers and locators of a node at the same time---is one of the main constraints over mobility of network hosts, multi-homing and scalability of the routing system. In light of this, numerous approaches have emerged in an effort to decouple the semantics of the network addressing scheme. In this thesis, we approach this issue from two perspectives, namely, a non-disruptive (i.e., evolutionary) solution to the current Internet and a clean-slate approach for Future Internet. In the first scenario, we analyze the Locator/Identifier Separation Protocol (LISP) as it is currently one of the strongest solutions to the semantic overload issue. However, its adoption is hindered by existing problems in the proposed mapping systems. Herein, we propose the LISP Redundancy Protocol (LRP) aimed to complement the LISP framework and strengthen feasibility of deployment, while at the same time, minimize mapping table size, latency time and maximize reachability in the network. In the second scenario, we explore TARIFA a Next Generation Internet architecture and introduce a novel service-centric addressing scheme which aims to overcome the issues related to routing and semantic overload of IP addresses.A pesar de los numerosos esfuerzos de estandarización, los problemas de semántica continúan en efecto en muchas subáreas de networking. La inabilidad de intercambiar data sin ambiguedad entre sistemas es un problema que limita la interoperabilidad semántica. En esta tesis, abordamos los problemas de semántica en dos áreas: (i) la gestión de configuración y (ii) arquitecturas de direccionamiento. El hecho que hace el estudio en estas áreas de interés, es que los problemas de semántica datan desde los inicios del Internet. Sin embargo, mientras las redes continúan creciendo en tamaño y complejidad, los mecanismos desplegados dejan de ser escalabales y prácticos. Una de las tareas más complejas y esenciales en la gestión de redes es la configuración de equipos. La falta de mecanismos estándar para la modificación y control de la configuración de equipos ha llevado al uso continuado y extendido de interfaces por líneas de comando (CLI). Desafortunadamente, las CLIs son generalmente, específicos por fabricante y dispositivo. En el contexto de redes heterogéneas--es decir, redes típicamente compuestas por múltiples dispositivos de distintos fabricantes--el uso de varias CLIs trae consigo serios problemas de operación, administración y gestión. En consecuencia, los administradores de red se ven forzados a adquirir experiencia en el manejo específico de múltiples tecnologías y además, a mantenerse continuamente actualizados en la medida en que nuevas funcionalidades o tecnologías emergen, o bien con actualizaciones de sistemas operativos. En general, la utilización de mecanismos propietarios no permite compartir conocimientos de forma consistente a lo largo de plataformas heterogéneas, ni reutilizar configuraciones con el objetivo de alcanzar la completa automatización de tareas de configuración--que son típicamente requeridas en el área de gestión autonómica. Debido a esta heterogeneidad, las CLIs suelen proporcionar una función de ayuda que fundamentalmente aporta información para la interpretación semántica del entorno de configuración de un fabricante. La gran cantidad de información que un administrador debe aprender y manejar, hace de la extracción de información y otras formas de análisis de lenguaje natural del campo de Inteligencia Artificial, potenciales herramientas para la configuración de equipos en entornos heterogéneos. Esta tesis presenta el diseño y especificaciones de implementación del primer sistema de extracción de información basada en ontologías desde el CLI de dispositivos de red, para la automatización y abstracción de configuraciones. Por otra parte, la denominada sobrecarga semántica de direcciones IP--en donde, las direcciones son identificadores y localizadores al mismo tiempo--es una de las principales limitaciones sobre mobilidad, multi-homing y escalabilidad del sistema de enrutamiento. Por esta razón, numerosas propuestas han emergido en un esfuerzo por desacoplar la semántica del esquema de direccionamiento de las redes actuales. En esta tesis, abordamos este problema desde dos perspectivas, la primera de ellas una aproximación no-disruptiva (es decir, evolucionaria) al problema del Internet actual y la segunda, una nueva propuesta en torno a futuras arquitecturas del Internet. En el primer escenario, analizamos el protocolo LISP (del inglés, Locator/Identifier Separation Protocol) ya que es en efecto, una de las soluciones con mayor potencial para la resolucion del problema de semántica. Sin embargo, su adopción está limitada por problemas en los sistemas de mapeo propuestos. En esta tesis, proponemos LRP (del inglés, LISP Redundancy Protocol) un protocolo destinado a complementar LISP e incrementar la factibilidad de despliegue, a la vez que, reduce el tamaño de las tablas de mapeo, tiempo de latencia y maximiza accesibilidad. En el segundo escenario, exploramos TARIFA una arquitectura de red de nueva generación e introducimos un novedoso esquema de direccionamiento orientado a servicios

On the scalability of LISP and advanced overlaid services

In just four decades the Internet has gone from a lab experiment to a worldwide, business critical infrastructure that caters to the communication needs of almost a half of the Earth's population. With these figures on its side, arguing against the Internet's scalability would seem rather unwise. However, the Internet's organic growth is far from finished and, as billions of new devices are expected to be joined in the not so distant future, scalability, or lack thereof, is commonly believed to be the Internet's biggest problem. While consensus on the exact form of the solution is yet to be found, the need for a semantic decoupling of a node's location and identity, often called a location/identity separation, is generally accepted as a promising way forward. Typically, this requires the introduction of new network elements that provide the binding of the two names-paces and caches that avoid hampering router packet forwarding speeds. But due to this increased complexity the solution's scalability is itself questioned. This dissertation evaluates the suitability of using the Locator/ID Separation Protocol (LISP), one of the most successful proposals to follow the location/identity separation guideline, as a solution to the Internet's scalability problem. However, because the deployment of any new architecture depends not only on solving the incumbent's technical problems but also on the added value that it brings, our approach follows two lines. In the first part of the thesis, we develop the analytical tools to evaluate LISP's control plane scalability while in the second we show that the required control/data plane separation provides important benefits that could drive LISP's adoption. As a first step to evaluating LISP's scalability, we propose a methodology for an analytical analysis of cache performance that relies on the working-set theory to estimate traffic locality of reference. One of our main contribution is that we identify the conditions network traffic must comply with for the theory to be applicable and then use the result to develop a model that predicts average cache miss rates. Furthermore, we study the model's suitability for long term cache provisioning and assess the cache's vulnerability in front of malicious users through an extension that accounts for cache polluting traffic. As a last step, we investigate the main sources of locality and their impact on the asymptotic scalability of the LISP cache. An important finding here is that destination popularity distribution can accurately describe cache performance, independent of the much harder to model short term correlations. Under a small set of assumptions, this result finally enables us to characterize asymptotic scalability with respect to the amount of prefixes (Internet growth) and users (growth of the LISP site). We validate the models and discuss the accuracy of our assumptions using several one-day-long packet traces collected at the egress points of a campus and an academic network. To show the added benefits that could drive LISP's adoption, in the second part of the thesis we investigate the possibilities of performing inter-domain multicast and improving intra-domain routing. Although the idea of using overlaid services to improve underlay performance is not new, this dissertation argues that LISP offers the right tools to reliably and easily implement such services due to its reliance on network instead of application layer support. In particular, we present and extensively evaluate Lcast, a network-layer single-source multicast framework designed to merge the robustness and efficiency of IP multicast with the configurability and low deployment cost of application-layer overlays. Additionally, we describe and evaluate LISP-MPS, an architecture capable of exploiting LISP to minimize intra-domain routing tables and ensure, among other, support for multi protocol switching and virtual networks.En menos de cuatro décadas Internet ha evolucionado desde un experimento de laboratorio hasta una infraestructura de alcance mundial, de importancia crítica para negocios y que atiende a las necesidades de casi un tercio de los habitantes del planeta. Con estos números, es difícil tratar de negar la necesidad de escalabilidad de Internet. Sin embargo, el crecimiento orgánico de Internet está aún lejos de finalizar ya que se espera que mil millones de dispositivos nuevos se conecten en el futuro cercano. Así pues, la falta de escalabilidad es el mayor problema al que se enfrenta Internet hoy en día. Aunque la solución definitiva al problema está aún por definir, la necesidad de desacoplar semánticamente la localización e identidad de un nodo, a menudo llamada locator/identifier separation, es generalmente aceptada como un camino prometedor a seguir. Sin embargo, esto requiere la introducción de nuevos dispositivos en la red que unan los dos espacios de nombres disjuntos resultantes y de cachés que almacenen los enlaces temporales entre ellos con el fin de aumentar la velocidad de transmisión de los enrutadores. A raíz de esta complejidad añadida, la escalabilidad de la solución en si misma es también cuestionada. Este trabajo evalúa la idoneidad de utilizar Locator/ID Separation Protocol (LISP), una de las propuestas más exitosas que siguen la pauta locator/identity separation, como una solución para la escalabilidad de la Internet. Con tal fin, desarrollamos las herramientas analíticas para evaluar la escalabilidad del plano de control de LISP pero también para mostrar que la separación de los planos de control y datos proporciona un importante valor añadido que podría impulsar la adopción de LISP. Como primer paso para evaluar la escalabilidad de LISP, proponemos una metodología para un estudio analítico del rendimiento de la caché que se basa en la teoría del working-set para estimar la localidad de referencias. Identificamos las condiciones que el tráfico de red debe cumplir para que la teoría sea aplicable y luego desarrollamos un modelo que predice las tasas medias de fallos de caché con respecto a parámetros de tráfico fácilmente medibles. Por otra parte, para demostrar su versatilidad y para evaluar la vulnerabilidad de la caché frente a usuarios malintencionados, extendemos el modelo para considerar el rendimiento frente a tráfico generado por usuarios maliciosos. Como último paso, investigamos como usar la popularidad de los destinos para estimar el rendimiento de la caché, independientemente de las correlaciones a corto plazo. Bajo un pequeño conjunto de hipótesis conseguimos caracterizar la escalabilidad con respecto a la cantidad de prefijos (el crecimiento de Internet) y los usuarios (crecimiento del sitio LISP). Validamos los modelos y discutimos la exactitud de nuestras suposiciones utilizando varias trazas de paquetes reales. Para mostrar los beneficios adicionales que podrían impulsar la adopción de LISP, también investigamos las posibilidades de realizar multidifusión inter-dominio y la mejora del enrutamiento dentro del dominio. Aunque la idea de utilizar servicios superpuestos para mejorar el rendimiento de la capa subyacente no es nueva, esta tesis sostiene que LISP ofrece las herramientas adecuadas para poner en práctica de forma fiable y fácilmente este tipo de servicios debido a que LISP actúa en la capa de red y no en la capa de aplicación. En particular, presentamos y evaluamos extensamente Lcast, un marco de multidifusión con una sola fuente diseñado para combinar la robustez y eficiencia de la multidifusión IP con la capacidad de configuración y bajo coste de implementación de una capa superpuesta a nivel de aplicación. Además, describimos y evaluamos LISP-MPS, una arquitectura capaz de explotar LISP para minimizar las tablas de enrutamiento intra-dominio y garantizar, entre otras, soporte para conmutación multi-protocolo y redes virtuales

Definition and specification of connectivity and QoE/QoS management mechanisms – final report

This document summarizes the WP5 work throughout the project, describing its functional architecture and the solutions that implement the WP5 concepts on network control and orchestration. For this purpose, we defined 3 innovative controllers that embody the network slicing and multi tenancy: SDM-C, SDM-X and SDM-O. The functionalities of each block are detailed with the interfaces connecting them and validated through exemplary network processes, highlighting thus 5G NORMA innovations. All the proposed modules are designed to implement the functionality needed to provide the challenging KPIs required by future 5G networks while keeping the largest possible compatibility with the state of the art