UCLP in flow state router platforms

Actualment, els serveis òptics són essencialment estàtics, en els que els usuaris sol•liciten als proveïdors o ISPs l’ample de banda que necessiten durant un cert període de temps. Aquest serveis s’aprovisionen de forma manual, la qual cosa pot suposar un treball llarg i costós. Els usuaris o les mateixes aplicacions necessiten flexibilitat per controlar els seus serveis al llarg de diferents dominis independents, ja que estan en millor posició que els proveïdors per escollir i gestionar camins òptics adaptats a les seves necessitats. Aquesta idea ha donat lloc a un nou paradigma en el mon de les xarxes anomenat “xarxes controlades per usuaris”. Amb el patrocini de Canarie, s’està duent a terme una investigació per tal d’aconseguir les xarxes controlades pels usuaris. D’aquesta investigació ha sorgit un sistema anomenat "User-Controlled Lightpath Provisioning" (UCLP) (Provisió de camins òptics controlats per usuaris) que permet als usuaris establir canals òptics d’extrem a extrem a través de diferents Sistemes Autònoms. Aquest software s’està desenvolupant al CRC (Communications Research Centre, Canada) amb la col•laboració de la Fundació i2Cat. UCLP es un sistema de gestió distribuït que utilitza la idea de OON (Objecte Orientat a Xarxa) i que es pot explicar com una eina de partició i configuració que representa cada recurs d’una xarxa física (fibres, targetes) com un servei o objecte. Aquest servei/objecte es pot posar sota el control de diversos usuaris de la xarxa per tal que puguin crear les seves pròpies topologies de xarxa IP. Fins ara, UCLP treballava amb equips de capa 1 i 2. El principal objectiu d’aquest projecte és trobar una solució per integrar equips de capa 3 al sistema. Concretament, es vol introduir un router basat en una nova tecnologia anomenada “estat de flux” (flow-state). Aquesta tecnologia, que permet reconèixer fluxos basats en determinades funcions de hash, realitza un extens procés al primer paquet d’un flux, associa aquest flux amb un estat i aplica el resultat d’aquest procés als següents paquets del flux, amb els quals, enlloc de realitzar enrutament, simplement els reenviarà sense mirar les taules d’enrutament

Loss-free architectures in optical burst switched networks for a reliable and dynamic optical layer

For the last three decades, the optical fiber has been a quite systematic response to dimensioning issues in the Internet. Originally restricted to long haul networks, the optical network has gradually descended the network hierarchy to discard the bottlenecks. In the 90's, metropolitan networks became optical. Today, optical fibers are deployed in access networks and reach the users. In a near future, besides wireless access and local area networks, all networks in the network hierarchy may be made of fibers, in order to support current services (HDTV) and the emergence of new applications (3D-TV newly commercialized in USA). The deployment of such greedy applications will initiate an upward upgrade. The first step may be the Metropolitan Area Networks (MANs), not only because of the traffic growth, but also because of the variety of served applications, each with a specific traffic profile. The current optical layer is of mitigated efficiency, dealing with unforeseen events. The lack of reactivity is mainly due to the slow switching devices: any on-line decision of the optical layer is delayed by the configuration of the. devices. When the optical network has been extended in the MANs, a lot of efforts has been deployed to improve the reactivity of the optical layer. The Optical Circuit Switching paradigm (OCS) has been improved but it ultimately relies on off-line configuration of the optical devices. Optical Burst Switching (OBS) can be viewed as a highly flexible evolution of OCS, that operates five order of magnitude faster. Within this 'architecture, the loss-free guaranty can be abandoned in order to improve the reactivity of the optical layer. Indeed, reliability and reactivity appear as antagonists properties and getting closer to either of them mitigates the other. This thesis aims at proposing a solution to achieve reliable transmission over a dynamic optical layer. Focusing on OBS networks, our objective is to solve the contention issue without mitigating the reactivity. After the consideration of contention avoidance mechanisms with routing constraints similar as in OCS networks, we investigate the reactive solutions that intend to solve the contentions. None of the available contention resolution scheme can ensure the 100% efficiency that leads to loss-free transmission. An attractive solution is the recourse to electrical buffering, but it is notoriously disregarded because (1) it may highly impact the delays and (2) loss can occur due to buffer overflows. The efficiency of translucent architectures thus highly depends on the buffer availability, that can be improved by reducing the time spent in the buffers and the contention rate. We show that traffic grooming can highly reduce the emission delay, and consequently the buffer occupancy. In a first architecture, traffic grooming is enabled by a translucent core node architecture, capable to re-aggregate incoming bursts. The re-aggregation is mandatory to "de-groom" the bursts in the core network (i.e., to demultiplex the content of a burst). On the one hand, the re-aggregation highly reduces the loss probability, but on the other hand, it absorbs the benefits of traffic grooming. Finally, dynamic access to re-aggregation for contention resolution, despite the significant reduction of the contention rate, dramatically impacts the end-to-end delay and the memory requirement. We thus propose a second architecture, called CAROBS, that exploits traffic grooming in the optical domain. This framework is fully dynamic and can be used jointly with our translucent architecture that performs re-aggregation. As the (de)grooming operations do not involve re-aggregation, the translucent module can be restricted to contention resolution. As a result, the volume of data submitted to re-aggregation is drastically reduced and loss-free transmission can be reached with the same reactivity, end-to-end delay and memory requirement as a native OBS networ

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

Towards a cloud enabler : from an optical network resource provisioning system to a generalized architecture for dynamic infrastructure services provisioning

This work was developed during a period where most of the optical management and provisioning system where manual and proprietary. This work contributed to the evolution of the state of the art of optical networks with new architectures and advanced virtual infrastructure services. The evolution of optical networks, and internet globally, have been very promising during the last decade. The impact of mobile technology, grid, cloud computing, HDTV, augmented reality and big data, among many others, have driven the evolution of optical networks towards current service technologies, mostly based on SDN (Software Defined Networking) architectures and NFV(Network Functions Virtualisation). Moreover, the convergence of IP/Optical networks and IT services, and the evolution of the internet and optical infrastructures, have generated novel service orchestrators and open source frameworks. In fact, technology has evolved that fast that none could foresee how important Internet is for our current lives. Said in other words, technology was forced to evolve in a way that network architectures became much more transparent, dynamic and flexible to the end users (applications, user interfaces or simple APIs). This Thesis exposes the work done on defining new architectures for Service Oriented Networks and the contribution to the state of the art. The research work is divided into three topics. It describes the evolution from a Network Resource Provisioning System to an advanced Service Plane, and ends with a new architecture that virtualized the optical infrastructure in order to provide coordinated, on-demand and dynamic services between the application and the network infrastructure layer, becoming an enabler for the new generation of cloud network infrastructures. The work done on defining a Network Resource Provisioning System established the first bases for future work on network infrastructure virtualization. The UCLP (User Light Path Provisioning) technology was the first attempt for Customer Empowered Networks and Articulated Private Networks. It empowered the users and brought virtualization and partitioning functionalities into the optical data plane, with new interfaces for dynamic service provisioning. The work done within the development of a new Service Plane allowed the provisioning of on-demand connectivity services from the application, and in a multi-domain and multi-technology scenario based on a virtual network infrastructure composed of resources from different infrastructure providers. This Service Plane facilitated the deployment of applications consuming large amounts of data under deterministic conditions, so allowing the networks behave as a Grid-class resource. It became the first on-demand provisioning system that at lower levels allowed the creation of one virtual domain composed from resources of different providers. The last research topic presents an architecture that consolidated the work done in virtualisation while enhancing the capabilities to upper layers, so fully integrating the optical network infrastructure into the cloud environment, and so providing an architecture that enabled cloud services by integrating the request of optical network and IT infrastructure services together at the same level. It set up a new trend into the research community and evolved towards the technology we use today based on SDN and NFV. Summing up, the work presented is focused on the provisioning of virtual infrastructures from the architectural point of view of optical networks and IT infrastructures, together with the design and definition of novel service layers. It means, architectures that enabled the creation of virtual infrastructures composed of optical networks and IT resources, isolated and provisioned on-demand and in advance with infrastructure re-planning functionalities, and a new set of interfaces to open up those services to applications or third parties.Aquesta tesi es va desenvolupar durant un període on la majoria de sistemes de gestió de xarxa òptica eren manuals i basats en sistemes propietaris. En aquest sentit, la feina presentada va contribuir a l'evolució de l'estat de l'art de les xarxes òptiques tant a nivell d’arquitectures com de provisió d’infraestructures virtuals. L'evolució de les xarxes òptiques, i d'Internet a nivell mundial, han estat molt prometedores durant l'última dècada. L'impacte de la tecnologia mòbil, la computació al núvol, la televisió d'alta definició, la realitat augmentada i el big data, entre molts altres, han impulsat l'evolució cap a xarxes d’altes prestacions amb nous serveis basats en SDN (Software Defined Networking) i NFV (Funcions de xarxa La virtualització). D'altra banda, la convergència de xarxes òptiques i els serveis IT, junt amb l'evolució d'Internet i de les infraestructures òptiques, han generat nous orquestradors de serveis i frameworks basats en codi obert. La tecnologia ha evolucionat a una velocitat on ningú podria haver predit la importància que Internet està tenint en el nostre dia a dia. Dit en altres paraules, la tecnologia es va veure obligada a evolucionar d'una manera on les arquitectures de xarxa es fessin més transparent, dinàmiques i flexibles vers als usuaris finals (aplicacions, interfícies d'usuari o APIs simples). Aquesta Tesi presenta noves arquitectures de xarxa òptica orientades a serveis. El treball de recerca es divideix en tres temes. Es presenta un sistema de virtualització i aprovisionament de recursos de xarxa i la seva evolució a un pla de servei avançat, per acabar presentant el disseny d’una nova arquitectura capaç de virtualitzar la infraestructura òptica i IT i proporcionar serveis de forma coordinada, i sota demanda, entre l'aplicació i la capa d'infraestructura de xarxa òptica. Tot esdevenint un facilitador per a la nova generació d'infraestructures de xarxa en el núvol. El treball realitzat en la definició del sistema de virtualització de recursos va establir les primeres bases sobre la virtualització de la infraestructura de xarxa òptica en el marc de les “Customer Empowered Networks” i “Articulated Private Networks”. Amb l’objectiu de virtualitzar el pla de dades òptic, i oferir noves interfícies per a la provisió de serveis dinàmics de xarxa. En quant al pla de serveis presentat, aquest va facilitat la provisió de serveis de connectivitat sota demanda per part de l'aplicació, tant en entorns multi-domini, com en entorns amb múltiples tecnologies. Aquest pla de servei, anomenat Harmony, va facilitar el desplegament de noves aplicacions que consumien grans quantitats de dades en condicions deterministes. En aquest sentit, va permetre que les xarxes es comportessin com un recurs Grid, i per tant, va esdevenir el primer sistema d'aprovisionament sota demanda que permetia la creació de dominis virtuals de xarxa composts a partir de recursos de diferents proveïdors. Finalment, es presenta l’evolució d’un pla de servei cap una arquitectura global que consolida el treball realitzat a nivell de convergència d’infraestructures (òptica + IT) i millora les capacitats de les capes superiors. Aquesta arquitectura va facilitar la plena integració de la infraestructura de xarxa òptica a l'entorn del núvol. En aquest sentit, aquest resultats van evolucionar cap a les tendències actuals de SDN i NFV. En resum, el treball presentat es centra en la provisió d'infraestructures virtuals des del punt de vista d’arquitectures de xarxa òptiques i les infraestructures IT, juntament amb el disseny i definició de nous serveis de xarxa avançats, tal i com ho va ser el servei de re-planificació dinàmicaPostprint (published version

Distribuição eficiente de IPTV

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesAs redes de transporte de telecomunica c~oes foram inicialmente concebidas para transportar chamadas telef onicas atrav es de tecnologias baseadas em comuta c~ao de circuitos. A adapta c~ao destas redes para transportar tr afego de dados apresenta ine ci^encias que contribuem para que as receitas geradas pelos operadores n~ao acompanhem a largura de banda fornecida aos clientes. Este facto tem vindo agravar-se com o crescimento de servi cos como o IPTV, servi co que requer elevada largura de banda, varia c~ao acentuada da taxa de transmiss~ao e liga c~oes ponto-multiponto. A tecnologia Ethernet surge como ponto de partida (e chegada, pois mais de 95% do tr afego de dados e gerado ou tem como destino uma porta Ethernet [1]) para novas tecnologias de rede de transporte, chamadas tecnologias Carrier Ethernet. Neste documento e estudada a tecnologia Ethernet, os requisitos de uma tecnologia Carrier Ethernet e a promissora tecnologia MPLS-TP, ainda em processo de normaliza c~ao. Com o prop osito de otimizar a distribui c~ao do servi co IPTV e proposto um cen ario, onde se veri ca que o recurso a transmiss~ao combinada de canais unicast e multicast pode resultar num uso mais e ciente dos recursos da rede.The telecommunication aggregation networks were initially designed to transport phone calls, using technologies based on circuit switching. The adaptation of those networks to transport data trafic has some ineficiencies, which results, that the operator`s revenues do not follow the bandwidth provided to customers. This fact has become a growing problem with the development of services such as IPTV, a service which requires high bandwidth, high transmission rate variation and point-multipoint connections. The Ethernet appears as a starting point (and ending as well, since more than 95 % of the data tra c is generated or is destinated to an Ethernet port [1]) for new aggregation network's technologies, called Carrier Ethernet technologies. This paper, presents a study of the Ethernet technology, requirements for Carrier Ethernet technologies and the promising MPLS-TP, still in the standardization process. In order to optimize IPTV service distribution, there is proposed a scenario, where it was verified that the combined use of unicast and multicast transmission can result in an eficient use of network resources

Design and protection algorithms for path level aggregation of traffic in WDM metro optical networks

Wavelength Division Multiplexing (WDM) promises to offer a cost effective and scalable solution to meet the emerging demands of the Internet. WDM splits the tremendous bandwidth latent in a fiber into multiple non-overlapping wavelength channels, each of which can be operated at the peak electronic rate. Commercial systems with 128 wavelengths and transmission rates of up to 40 Gbps per wavelength have been made possible using state of the art optical technologies to deal with physical impairments. Systems with higher capacities are likely to evolve in the future. The end user requirements for bandwidth, on the other hand, have been ranging from 155 Mbps to 2.5 Gbps. Dedicating a wavelength for each end user will lead to severe underutilization of WDM channels. This brings to forefront the requirement for sharing of bandwidth in a wavelength among multiple end users.;The concept of wavelength sharing among multiple clients is called grooming. Grooming can be done purely at the optical layer (optical grooming) or it can be done with support from the client layer (electronic grooming). The advantage of all optical grooming is the ease of scalability due to its transparency as opposed to electronic grooming which is constrained by electronic bottlenecks. Efforts towards enhancing optical grooming is pursued through increasing optical switching speeds. However, technologies to make optical switches with high speeds, large port counts and low insertion losses have been elusive and may continue to remain so in the near future.;Recently, there have been some research into designing new architectures and protocols focused on optical grooming without resorting to fast optical switching. Typically, this is achieved in three steps: (1) configure the circuit in the form of a path or a tree; (2) use optical devices like couplers or splitters to allow multiple transmitters and/or receivers to share the same circuit; and (3) provide an arbitration mechanism to avoid contention among end users of the circuit. This transparent sharing of the wavelength channel utilizes the network resources better than the conventional low-speed circuit switched approaches. Consequently, it becomes important to quantify the improvement in achieved performance and evaluate if the reaped benefits justify the cost of the required additional hardware and software.;The contribution of this thesis is two fold: (1) developing a new architecture called light-trails as an IP based solution for next generation WDM optical networks, and (2) designing a unified framework to model Path Level Aggregation of Traffic in metrO Optical Networks (PLATOONs). The algorithms suggested here have three features: (1) accounts for four different path level aggregation strategies---namely, point to point (for example, lightpaths), point to multi-point (for example, source based light-trails), multi-point to point (for example, destination based light-trails) and multi-point to multi-point (for example, light-trails); (2) incorporates heterogenous switching architectures; and (3) accommodates multi-rate traffic. Algorithms for network design and survivability are developed for PLATOONs in the presence of both static and dynamic traffic. Connection level dedicated/shared, segregated/mixed protection schemes are formulated for single link failures in the presence of static and dynamic traffic. A simple medium access control protocol that avoids collisions when the channel is shared by multiple clients is also proposed.;Based on extensive simulations, we conclude that, for the studied scenarios, (1) when client layer has no electronic grooming capabilities, light-trails (employing multi-point to multi-point aggregation strategy) perform several orders of magnitude better than lightpaths and (2) when client layer has full electronic grooming capabilities, source based light-trails (employing point to multi-point aggregation strategy) perform the best in wavelength limited scenarios and lightpaths perform the best in transceiver limited scenarios.;The algorithms that are developed here will be helpful in designing optical networks that deploy path level aggregation strategies. The proposed ideas will impact the design of transparent, high-speed all-optical networks.</p

Extending OWns to include protection functionality

The objective of this dissertation is to enhance the functionality of an existing simulation package that is used to simulate fiber optic networks. These enhancements include the capability to simulate protection mechanisms following link failure, which is a necessity in real-world optical networks to ensure the continued flow of information following a failure in a part of the network. The capability for network traffic to choose from additional paths is also an addition to the software. The enhanced, as well as the original simulation software, are open source: this allows anyone to freely modify and improve the source code to suit his or her requirements. This dissertation will focus on mesh-based optical network topologies, which are commonly found in regional optical backbone networks, but which are also increasingly found in metropolitan areas. The regional networks all make use of wavelength division multiplexing (WDM), which consists of putting multiple different wavelengths of light on the same physical fiber. A single fiber breakage will therefore disrupt multiple fiber-optic connections. A fiber-optic network designer has to satisfy various conflicting requirements when designing a network: it must satisfy current and predicted future traffic requirements, it must be immune to equipment failure, but it must also be as inexpensive as possible. The network designer therefore has to evaluate different topologies and scenarios, and a good network simulator will provide invaluable assistance in finding an optimal solution. Protection and restoration need to be looked at in conjunction with routing and wavelength assignment (RWA), to ensure that resources in a network are used at maximum efficiency. Connection restoration time will also be looked at: this should be minimised to ensure minimal network downtime and ensuing loss of revenue. The chosen alternate connection path should also be as short as possible to minimise use of resources and maximise the carrying capacity of the network. Blocking probability (the inability to establish a connection due to a congested network) is a crucial factor and is also investigated. The topologies investigated in this dissertation consist of various mesh based real-world regional WDM fiber-optic networks. The impact of various link failures, the addition of additional alternate paths, as well as the effect of a protection mechanism on these topologies are also investigated. The proposed goals were all successfully achieved. The capability of simulating single as well as multiple link failures was introduced to the simulation package. The blocking probability of various network topologies was compared to each other in the presence of link failures. Success was also achieved in the introduction of a third alternate path to the simulation package.Dissertation (MEng(Electronic))--University of Pretoria, 2005.Electrical, Electronic and Computer Engineeringunrestricte

Телекомунікаційні системи та мережі. Навчальний посібник для студентів спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»

1. Архітектура телекомунікаційних систем та мереж...8 1.1. Історія розвитку телекомунікаційних систем та мереж...8 1.2. Основні поняття і визначення...9 1.2.1. Телекомунікаційна мережа...9 1.2.2. Інформаційна мережа...11 1.2.3. Конвергенція мереж, технологій та послуг...14 1.2.4. Інфокомунікаційна мережа...16 1.3. Загальні принципи організації телекомунікаційних мереж...18 1.3.1. Мережі операторів зв’язку...18 1.3.2. Інфраструктура мережі операторів зв’язку...21 1.3.3. Взаємовідносини між операторами зв’язку...21 1.3.4. Ієрархічна структура телекомунікаційної мережі...23 1.3.5. Узагальнені характеристики сегментів телекомунікаційної мережі...28 1.4. Організація Інтернету....31 1.5. Споживачі послуг...34 2. Технології фізичного рівня. Мультиплексування та комутація...37 2.1. Характеристика ліній зв’язку...37 2.1.1. Класифікація ліній зв’язку...37 2.1.2. Фізичні середовища телекомунікаційних систем...37 2.1.3. Апаратура ліній зв’язку телекомунікаційних систем...38 2.1.4. Спектральний аналіз сигналів на лініях зв’язку...42 2.1.5. Полоса пропускання та пропускна здатність лінії зв’язку...46 2.2. Модуляція сигналів...48 2.2.1. Аналогова модуляція...48 2.2.2. Дискретна модуляція (маніпуляція)...50 2.2.3. Імпульсно-кодова модуляція...52 2.3. Комутація каналів та пакетів...54 2.3.1. Комутація каналів...54 2.3.2. Комутація пакетів...59 2.4. Мультиплексування та комутація...65 2.4.1. Комутація каналів на основі методів FDM і WDM...65 2.4.2. Комутація каналів на основі методу TDM...68 3. Первинні мережі...72 3.1. Призначення і типи первинних мереж...72 3.2. Мережі PDH...73 3.2.1. Ієрархія швидкостей...73 3.2.2. Методи мультиплексування...76 3.2.3. Синхронізація мереж PDH...77 3.2.4. Обмеження технології PDH...78 3.3. Мережі SDH...80 3.3.1. Ієрархія швидкостей SDH...80 3.3.2. Структура модулів SDH...81 3.3.3. Апаратура мереж SDH...85 3.3.4. Топології мереж SDH...87 3.3.5. Нове покоління протоколів SDH...88 3.4. Мережі DWDM...91 3.4.1. Принцип роботи...91 3.4.2. Волоконно-оптичні підсилювачі мереж DWDM...92 3.4.3. Топології мереж DWDM...93 3.5. Мережі OTN...96 3.5.1. Ієрархія швидкостей...96 3.5.2. Стек протоколів OTN...98 3.5.3. Кадр OTN...99 3.5.4. Мультиплексування блоків ODU...100 4. Транспортні технології телекомунікаційних мереж канального рівня...101 4.1. Класифікація WAN мереж...101 4.2. Інкапсуляція кадрів на канальному рівні...104 4.3. Двоточкові технології каналів...107 4.3.1. Протокол HDLC...107 4.3.2. Протокол РРР...108 4.4. Технології віртуальних каналів...109 4.5. Технологія Х.25...114 4.6. Мережі Frame Relay...117 4.7. Мережі ATM...122 5. Комутація в телекомунікаційних мережах...125 5.1. Логічна структуризація мереж...125 5.1.1. Міст як попередник і функціональний аналог комутатора...125 5.1.2. Алгоритм прозорого моста ІЕЕЕ 802.1D...126 5.2. Комутатори...131 5.2.1. Принцип роботи комутатора...131 5.2.2. Паралельна комутація...134 5.2.3. Дуплексний режим роботи...136 5.2.4. Неблокуючі комутатори...138 5.2.5. Усунення проблем, що пов’язані з перевантаженнями...139 5.3. Комутована ієрархічна модель мережі...141 5.3.1. Рівні ієрархічної моделі...141 5.3.2. Принципи ієрархічного дизайну...143 5.3.3. Вибір комутаторів для ієрархічних мереж...144 5.3.4. Характеристики комутаторів в ієрархічній мережі...148 5.4. Управління конфігурацією комутатора...149 5.5. Уникнення петель комутації. Протокол STP...154 5.5.1. Резервування в комутованих мережах...154 5.5.2. Введення в STP...156 5.5.3. Формат BPDU...158 5.5.4. Формат BID...159 5.5.5. Ролі портів...160 5.5.6. Стани портів STP і таймери STP...162 5.5.7. Збіжність STP...164 5.5.8. Зміна топології STP...168 5.5.9. Пошук і усунення несправностей STP...169 5.6. Основні атаки, що пов’язані з комутаторами ………………….. ..170 6. Маршрутизація в телекомунікаційних мережах...172 6.1. Будова та завантаження маршрутизаторів Cisco...172 6.1.1. Будова маршрутизаторів Cisco...172 6.1.2. Завантаження маршрутизатора...174 6.1.3. Конфігураційні файли...177 6.1.4. Підключення до маршрутизатора...178 6.1.5. Налаштування базової конфігурації маршрутизатора за допомогою Cisco SDM Express...181 6.2. Діагностування маршрутизатора за допомогою інтерфейсу командного рядка CLI...184 6.2.1. Рівні доступу до CLI...184 6.2.2. Допомога користувачу...186 6.2.3. Команди перегляду стану маршрутизатора...192 6.2.4. Тестування мережі...199 6.3. Конфігурування маршрутизатора за допомогою інтерфейсу командного рядка CLI...205 6.3.1. Базове конфігурування маршрутизатора за допомогою діалогового режиму...205 6.3.2. Початкове конфігурування маршрутизатора за допомогою CLI...208 6.3.3. Налаштування інтерфейсів маршрутизатора...212 6.3.4. Завантаження та копіювання файлу конфігурації...214 6.4. Конфігурування маршрутизації на маршрутизаторах Cisco...215 6.4.1. Налаштування статичної маршрутизації...215 6.4.2. Налаштування маршрутизації по замовчуванню...220 6.4.3. Налаштування динамічної маршрутизації...221 6.4.3.1. Налаштування протоколів внутрішньої маршрутизації...221 6.4.3.2. Налаштування протоколів зовнішньої маршрутизації...226 6.5. Технології уникнення петель маршрутизації...227 6.5.1. Утворення петель маршрутизації...227 6.5.2. Проблема підрахунку до нескінченості...229 6.5.3. Уникнення петель маршрутизації за допомогою розщеплення горизонту...231 6.5.4. Уникнення петель маршрутизації за допомогою таймерів утримання інформації...232 7. Технологія MPLS...236 7.1. Базові принципи і механізми MPLS...236 7.1.1. Суміщення комутації і маршрутизації...236 7.1.2. Шляхи комутації по мітках...239 7.1.3. Заголовок MPLS і технології канального рівня...243 7.1.4. Стек міток...244 7.2. Протокол LDP...250 7.3. Інжиніринг трафіку в MPLS...255 7.4. Моніторинг стану шляхів LSP...258 7.4.1. Тестування шляхів LSP...258 7.4.2. Трасування шляхів LSP...260 7.4.3. Протокол двонаправленого виявлення помилок просування 261 7.5. Відмовостійкість шляхів в MPLS...262 7.5.1. Загальна характеристика...262 7.5.2. Використання ієрархії міток для швидкого захисту...264 7.6. Технологія GMPLS...265 8. Мережі доступу...267 8.1. Архітектура мереж доступу...267 8.2. Проблеми «останньої милі»...269 8.3. Комутований аналоговий доступ...271 8.4. Комутований доступ через мережі ISDN...275 8.5. Технології DSL...277 8.6. Використання мереж кабельного телебачення...282 8.7. Пасивні оптичні мережі...286 8.8. Бездротовий доступ...289 9. Бездротові мережі...295 9.1. Класифікація бездротових мереж...295 9.2. Бездротові персональні мережі (WPAN)...297 9.2.1. Технологія IrDA...297 9.2.2. Технологія Bluetooth...299 9.2.3. Інші технології WPAN...300 9.3. Бездротові локальні мережі (WLAN)...301 9.3.1. Огляд стандартів Wi-Fi...301 9.3.2. Методи побудови мереж WLAN...303 9.3.3. Забезпечення безпеки WLAN...307 9.4. Бездротові міські мережі (WMAN)...310 9.4.1. Технологія WiMAX...310 9.4.2. Порівняння стандартів бездротового зв’язку...312 9.5. Бездротові глобальні мережі (WWAN)...315 9.5.1. Радіорелейний зв’язок...315 9.5.2. Супутникові технології...316 9.5.3. Технології передавання даних в стільникових мережах...318 10. Ethernet операторського класу...323 10.1. Області покращення технології Ethernet...233 10.2. Функції ОАМ в Ethernet операторського класу...326 10.3. Розподіл адресних просторів користувачів і провайдера...331 10.3.1. Мости провайдера...331 10.3.2. Магістральні мости провайдера...334 10.4. Магістральні мости провайдера з підтримкою інжинірингу трафіку...340 11. Мережеві інформаційні сервіси телекомунікаційних систем...344 11.1. Загальні принципи організації мережевих сервісів...344 11.1.1. Загальні поняття та визначення...344 11.1.2. Хронологія розвитку мережевого сервісу...347 11.1.3. Класифікація мережевих служб...349 11.2. Веб-служба...351 11.3. Поштова служба...354 11.3.1. Електронні повідомлення...354 11.3.2. Протокол SMTP...356 11.3.3. Методи взаємодії клієнта і сервера...358 11.4. Послуга IPTV...362 11.5. ІР-телефонія...365 Список використаної та рекомендованої літератури...37