A Survey on the Path Computation Element (PCE) Architecture

Quality of Service-enabled applications and services rely on Traffic Engineering-based (TE) Label Switched Paths (LSP) established in core networks and controlled by the GMPLS control plane. Path computation process is crucial to achieve the desired TE objective. Its actual effectiveness depends on a number of factors. Mechanisms utilized to update topology and TE information, as well as the latency between path computation and resource reservation, which is typically distributed, may affect path computation efficiency. Moreover, TE visibility is limited in many network scenarios, such as multi-layer, multi-domain and multi-carrier networks, and it may negatively impact resource utilization. The Internet Engineering Task Force (IETF) has promoted the Path Computation Element (PCE) architecture, proposing a dedicated network entity devoted to path computation process. The PCE represents a flexible instrument to overcome visibility and distributed provisioning inefficiencies. Communications between path computation clients (PCC) and PCEs, realized through the PCE Protocol (PCEP), also enable inter-PCE communications offering an attractive way to perform TE-based path computation among cooperating PCEs in multi-layer/domain scenarios, while preserving scalability and confidentiality. This survey presents the state-of-the-art on the PCE architecture for GMPLS-controlled networks carried out by research and standardization community. In this work, packet (i.e., MPLS-TE and MPLS-TP) and wavelength/spectrum (i.e., WSON and SSON) switching capabilities are the considered technological platforms, in which the PCE is shown to achieve a number of evident benefits

Traffic Engineering in G-MPLS networks with QoS guarantees

In this paper a new Traffic Engineering (TE) scheme to efficiently route sub-wavelength requests with different QoS requirements is proposed for G-MPLS networks. In most previous studies on TE based on dynamic traffic grooming, the objectives were to minimize the rejection probability by respecting the constraints of the optical node architecture, but without considering service differentiation. In practice, some high-priority (HP) connections can instead be characterized by specific constraints on the maximum tolerable end-to-end delay and packet-loss ratio. The proposed solution consists of a distributed two-stage scheme: each time a new request arrives, an on-line dynamic grooming scheme finds a route which fulfills the QoS requirements. If a HP request is blocked at the ingress router, a preemption algorithm is executed locally in order to create room for this traffic. The proposed preemption mechanism minimizes the network disruption, both in term of number of rerouted low-priority connections and new set-up lightpaths, and the signaling complexity. Extensive simulation experiments are performed to demonstrate the efficiency of our scheme

Deliverable DJRA1.2. Solutions and protocols proposal for the network control, management and monitoring in a virtualized network context

This deliverable presents several research proposals for the FEDERICA network, in different subjects, such as monitoring, routing, signalling, resource discovery, and isolation. For each topic one or more possible solutions are elaborated, explaining the background, functioning and the implications of the proposed solutions.This deliverable goes further on the research aspects within FEDERICA. First of all the architecture of the control plane for the FEDERICA infrastructure will be defined. Several possibilities could be implemented, using the basic FEDERICA infrastructure as a starting point. The focus on this document is the intra-domain aspects of the control plane and their properties. Also some inter-domain aspects are addressed. The main objective of this deliverable is to lay great stress on creating and implementing the prototype/tool for the FEDERICA slice-oriented control system using the appropriate framework. This deliverable goes deeply into the definition of the containers between entities and their syntax, preparing this tool for the future implementation of any kind of algorithm related to the control plane, for both to apply UPB policies or to configure it by hand. We opt for an open solution despite the real time limitations that we could have (for instance, opening web services connexions or applying fast recovering mechanisms). The application being developed is the central element in the control plane, and additional features must be added to this application. This control plane, from the functionality point of view, is composed by several procedures that provide a reliable application and that include some mechanisms or algorithms to be able to discover and assign resources to the user. To achieve this, several topics must be researched in order to propose new protocols for the virtual infrastructure. The topics and necessary features covered in this document include resource discovery, resource allocation, signalling, routing, isolation and monitoring. All these topics must be researched in order to find a good solution for the FEDERICA network. Some of these algorithms have started to be analyzed and will be expanded in the next deliverable. Current standardization and existing solutions have been investigated in order to find a good solution for FEDERICA. Resource discovery is an important issue within the FEDERICA network, as manual resource discovery is no option, due to scalability requirement. Furthermore, no standardization exists, so knowledge must be obtained from related work. Ideally, the proposed solutions for these topics should not only be adequate specifically for this infrastructure, but could also be applied to other virtualized networks.Postprint (published version

La seguridad en redes SDN y sus aplicaciones

Introduction: The review article is the product of the research on Security in SDN networks and their applications, developed at the District University in 2020, presenting the latest advances, that have been made in security. Problem: The security weaknesses that SDN networks have had, due to being a new architecture. This has not allowed traditional networks to be replaced.   Objective: To carry out a review of the state of the art of SDN networks, focusing research on the security of the control layer and its advances. Methodology: The descriptive method is implemented, consulting databases such as Scopus, IEEE and ScienceDirect, using the following search criteria: SDN networks, security in SDN networks, applications with SDN networks and OpenFlow protocol. It is shown as a research sample: the Asian, European and American continents with years of research from 2014 to 2020. Results: Great advances have been made in terms of security for SDN networks, which allows us to see an early solution to the weaknesses that it currently faces.   Conclusion: SDN networks will solve all the challenges they face and will be consolidated as a solid and reliable architecture.   Originality: an important focus is taken on the security of SDN networks and the great development that has occurred in this regard is evident.   Limitations: SDN networks are a new architecture, so their development has been very little and advances in security have been significantly affected.Introducción: El artículo de revisión es producto de la investigación Seguridad en redes SDN y sus aplicaciones, desarrollada en la Universidad Distrital en el año 2020, presentando los últimos avances que se han logrado en seguridad. Problema: Las debilidades en seguridad que han tenido las redes SDN debido a ser una arquitectura nueva, esto no ha permitido que se reemplacen las redes tradicionales. Objetivo: realizar una revisión del estado del arte de las redes SDN enfocando la investigación la seguridad de la capa de control y sus avances. Metodología: se emplea el método descriptivo, se consultaron bases de datos como Scopus, IEEE y ScienceDirect, utilizando los siguientes criterios de búsqueda: SDN networks, security in SDN networks, applications with SDN networks y OpenFlow protocol, se tomó como muestra de investigación a los continentes asiático, europeo y americano con años de investigación desde el año 2014 hasta el año 2020. Resultados: se han desarrollado grandes avances en seguridad para las redes SDN, lo que permite ver una pronta solución a las debilidades que afronta en la actualidad. Conclusión: las redes SDN lograran resolver todos los retos a los que se enfrentan y se consolidara como una arquitectura sólida y confiable. Originalidad: se realiza un enfoque importante en la seguridad de las redes SDN y se evidencia el gran desarrollo que se ha presentado en este aspecto. Limitaciones: las redes SDN son una arquitectura nueva por lo que su desarrollo ha sido muy poco y los avances en seguridad se vieron afectados significativamente

GMPLS-OBS interoperability and routing acalability in internet

The popularization of Internet has turned the telecom world upside down over the last two decades. Network operators, vendors and service providers are being challenged to adapt themselves to Internet requirements in a way to properly serve the huge number of demanding users (residential and business). The Internet (data-oriented network) is supported by an IP packet-switched architecture on top of a circuit-switched, optical-based architecture (voice-oriented network), which results in a complex and rather costly infrastructure to the transport of IP traffic (the dominant traffic nowadays). In such a way, a simple and IP-adapted network architecture is desired. From the transport network perspective, both Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) and Optical Burst Switching (OBS) technologies are part of the set of solutions to progress towards an IP-over-WDM architecture, providing intelligence in the control and management of resources (i.e. GMPLS) as well as a good network resource access and usage (i.e. OBS). The GMPLS framework is the key enabler to orchestrate a unified optical network control and thus reduce network operational expenses (OPEX), while increasing operator's revenues. Simultaneously, the OBS technology is one of the well positioned switching technologies to realize the envisioned IP-over-WDM network architecture, leveraging on the statistical multiplexing of data plane resources to enable sub-wavelength in optical networks. Despite of the GMPLS principle of unified control, little effort has been put on extending it to incorporate the OBS technology and many open questions still remain. From the IP network perspective, the Internet is facing scalability issues as enormous quantities of service instances and devices must be managed. Nowadays, it is believed that the current Internet features and mechanisms cannot cope with the size and dynamics of the Future Internet. Compact Routing is one of the main breakthrough paradigms on the design of a routing system scalable with the Future Internet requirements. It intends to address the fundamental limits of current stretch-1 shortest-path routing in terms of RT scalability (aiming at sub-linear growth). Although "static" compact routing works fine, scaling logarithmically on the number of nodes even in scale-free graphs such as Internet, it does not handle dynamic graphs. Moreover, as multimedia content/services proliferate, the multicast is again under the spotlight as bandwidth efficiency and low RT sizes are desired. However, it makes the problem even worse as more routing entries should be maintained. In a nutshell, the main objective of this thesis in to contribute with fully detailed solutions dealing both with i) GMPLS-OBS control interoperability (Part I), fostering unified control over multiple switching domains and reduce redundancy in IP transport. The proposed solution overcomes every interoperability technology-specific issue as well as it offers (absolute) QoS guarantees overcoming OBS performance issues by making use of the GMPLS traffic-engineering (TE) features. Keys extensions to the GMPLS protocol standards are equally approached; and ii) new compact routing scheme for multicast scenarios, in order to overcome the Future Internet inter-domain routing system scalability problem (Part II). In such a way, the first known name-independent (i.e. topology unaware) compact multicast routing algorithm is proposed. On the other hand, the AnyTraffic Labeled concept is also introduced saving on forwarding entries by sharing a single forwarding entry to unicast and multicast traffic type. Exhaustive simulation campaigns are run in both cases in order to assess the reliability and feasible of the proposals

OBGP based QoS analysis for optical virtual private network connection setup

In a computer network, clients work with different applications; hence there are requirement of speed, bandwidth, delay etc. The parameters are called as Quality of Service (QoS) parameters. QoS guarantees the performance in a network. To meet the growing demand of Optical Virtual Private Network (OVPN), the Internet Service Providers (ISP) should use multiple techniques which ensure the Quality of Service. For performing data communication between nodes in a network the path to be followed should be known. In this project, BGP/OBGP protocols have been discussed and using this protocol, paths have been found between routers. Then the optimal path is found out based on the path attributes. Also the paths are examined for QoS parameters and the best path is chosen. An OVPN model has been discussed and modified for performing Routing & Wavelength Assignment (RWA) function based on QoS requirement which is expressed in terms of Q-factor and trying to achieve minimum blocking probability of path. The objective of this project is to assign best connection between nodes as per the request from clients operating with various applications

Architectures and protocols for sub-wavelength optical networks: contributions to connectionless and connection-oriented data transport

La ràpida evolució d’Internet i l’àmplia gamma de noves aplicacions (per exemple, multimèdia, videoconferència, jocs en línia, etc.) ha fomentat canvis revolucionaris en la manera com ens comuniquem. A més, algunes d’aquestes aplicacions demanden grans quantitats de recursos d’ample de banda amb diversos requeriments de qualitat de servei (QoS). El desenvolupament de la multiplexació per divisió de longitud d’ona (WDM) en els anys noranta va fer molt rendible la disponibilitat d’ample de banda. Avui dia, les tecnologies de commutació òptica de circuits són predominants en el nucli de la xarxa, les quals permeten la configuració de canals (lightpaths) a través de la xarxa. No obstant això, la granularitat d’aquests canals ocupa tota la longitud d’ona, el que fa que siguin ineficients per a proveir canals de menor ample de banda (sub-longitud d’ona). Segons la comunitat científica, és necessari augmentar la transparència dels protocols, així com millorar l’aprovisionament d’ample de banda de forma dinàmica. Per tal de fer això realitat, és necessari desenvolupar noves arquitectures. La commutació òptica de ràfegues i de paquets (OBS/OPS), són dues de les tecnologies proposades. Aquesta tesi contribueix amb tres arquitectures de xarxa destinades a millorar el transport de dades sub-longitud d’ona. En primer lloc, aprofundim en la naturalesa sense connexió en OBS. En aquest cas, la xarxa incrementa el seu dinamisme a causa de les transmissions a ràfega. A més, les col·lisions entre ràfegues degraden el rendiment de la xarxa fins i tot a càrregues molt baixes. Per fer front a aquestes col·lisions, es proposa un esquema de resolució de col·lisions pro actiu basat en un algorisme d’encaminament i assignació de longitud d’ona (RWA) que balanceja de forma automàtica i distribuïda la càrrega en la xarxa. En aquest protocol, el RWA i la transmissió de ràfegues es basen en l’explotació i exploració de regles de commutació que incorporen informació sobre contencions i encaminament. Per donar suport a aquesta arquitectura, s’utilitzen dos tipus de paquets de control per a l’encaminament de les ràfegues i l’actualització de les regles de commutació, respectivament. Per analitzar els beneficis del nou algorisme, s’utilitzen quatre topologies de xarxa diferents. Els resultats indiquen que el mètode proposat millora en diferents marges la resta d’algorismes RWA en funció de la topologia i sense penalitzar altres paràmetres com el retard extrem a extrem. La segona contribució proposa una arquitectura híbrida sense i orientada a connexió sobre la base d’un protocol de control d’accés al medi (MAC) per a xarxes OBS (DAOBS). El MAC ofereix dos mètodes d’accés: arbitratge de cua (QA) per a la transmissió de ràfegues sense connexió, i pre-arbitratge (PA) per serveis TDM orientats a connexió. Aquesta arquitectura permet una àmplia gamma d’aplicacions sensibles al retard i al bloqueig. Els resultats avaluats a través de simulacions mostren que en l’accés QA, les ràfegues de més alta prioritat tenen garantides zero pèrdues i latències d’accés molt baixes. Pel que fa a l’accés PA, es reporta que la duplicació de la càrrega TDM augmenta en més d’un ordre la probabilitat de bloqueig, però sense afectar en la mateixa mesura les ràfegues sense connexió. En aquest capítol també es tracten dos dels problemes relacionats amb l’arquitectura DAOBS i el seu funcionament. En primer lloc, es proposa un model matemàtic per aproximar el retard d’accés inferior i superior com a conseqüència de l’accés QA. En segon lloc, es formula matemàticament la generació i optimització de les topologies virtuals que suporten el protocol per a l’escenari amb tràfic estàtic. Finalment, l’última contribució explora els beneficis d’una arquitectura de xarxa òptica per temps compartit (TSON) basada en elements de càlcul de camins (PCE) centralitzats per tal d’evitar col·lisions en la xarxa. Aquesta arquitectura permet garantir l’aprovisionament orientat a connexió de canals sub-longitud d’ona. En aquest capítol proposem i simulem tres arquitectures GMPLS/PCE/TSON. A causa del enfocament centralitzat, el rendiment de la xarxa depèn en gran mesura de l’assignació i aprovisionament de les connexions. Amb aquesta finalitat, es proposen diferents algorismes d’assignació de ranures temporals i es comparen amb les corresponents formulacions de programació lineal (ILP) per al cas estàtic. Per al cas de tràfic dinàmic, proposem i avaluem mitjançant simulació diferents heurístiques. Els resultats mostren els beneficis de proporcionar flexibilitat en els dominis temporal i freqüencial a l’hora d’assignar les ranures temporals.The rapid evolving Internet and the broad range of new data applications (e.g., multimedia, video-conference, online gaming, etc.) is fostering revolutionary changes in the way we communicate. In addition, some of these applications demand for unprecedented amounts of bandwidth resources with diverse quality of service (QoS). The development of wavelength division multiplexing (WDM) in the 90's made very cost-effective the availability of bandwidth. Nowadays, optical circuit switching technologies are predominant in the core enabling the set up of lightpaths across the network. However, full-wavelength lightpath granularity is too coarse, which results to be inefficient for provisioning sub-wavelength channels. As remarked by the research community, an open issue in optical networking is increasing the protocol transparency as well as provisioning true dynamic bandwidth allocation at the network level. To this end, new architectures are required. Optical burst/packet switching (OBS/OPS) are two such proposed technologies under investigation. This thesis contributes with three network architectures which aim at improving the sub-wavelength data transport from different perspectives. First, we gain insight into the connectionless nature of OBS. Here, the network dynamics are increased due to the short-lived burst transmissions. Moreover, burst contentions degrade the performance even at very low loads. To cope with them, we propose a proactive resolution scheme by means of a distributed auto load-balancing routing and wavelength assignment (RWA) algorithm for wavelength-continuity constraint networks. In this protocol, the RWA and burst forwarding is based on the exploitation and exploration of switching rule concentration values that incorporate contention and forwarding desirability information. To support such architecture, forward and backward control packets are used in the burst forwarding and updating rules, respectively. In order to analyze the benefits of the new algorithm, four different network topologies are used. Results indicate that the proposed method outperforms the rest of tested RWA algorithms at various margins depending on the topology without penalizing other parameters such as end-to-end delay. The second contribution proposes a hybrid connectionless and connection-oriented architecture based on a medium access control (MAC) protocol for OBS networks (DAOBS). The MAC provides two main access mechanisms: queue arbitrated (QA) for connectionless bursts and pre-arbitrated (PA) for TDM connection-oriented services. Such an architecture allows for a broad range of delay-sensitive applications or guaranteed services. Results evaluated through simulations show that in the QA access mode highest priority bursts are guaranteed zero losses and very low access latencies. Regarding the PA mode, we report that doubling the offered TDM traffic load increases in more than one order their connection blocking, slightly affecting the blocking of other connectionless bursts. In this chapter, we also tackle two of the issues related with the DAOBS architecture and its operation. Firstly, we model mathematically the lower and upper approximations of the access delay as a consequence of the connectionless queue arbitrated access. Secondly, we formulate the generation of the virtual light-tree overlay topology for the static traffic case.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

End-to-end quality of service provisioning in multilayer and multidomain environments

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, marzo de 200