Mobility as a first class function

Seamless host mobility has been a desirable feature for a long time, but was not part of the original design of the Internet architecture or protocols. Current approaches to network-layer mobility typically require additional network-layer entities for mobility management, which add complexity to the current engineering landscape of the Internet. We present a host-based, end-to-end architecture for host mobility using the Identifier-Locator Network Protocol (ILNP). ILNP provides mobility support as a first class function, since mobility management is controlled and managed by the end-systems, and does not require additional network-layer entities. We demonstrate an instance of ILNP that is a superset of IPv6 – called ILNPv6 – that is implemented by extending the current IPv6 code in the Linux kernel. We make a direct comparison of performance of ILNPv6 and Mobile IPv6, showing the improved performance of ILNPv6.Postprin

A Performance Analysis Model of TCP over Multiple Heterogeneous Paths for 5G Mobile Services

Driven by the primary requirement of emerging 5G mobile services, the demand for concurrent multipath transfer (CMT) is still prominent. Yet, multipath transport protocols are not widely adopted and TCP-based CMT schemes will still be in dominant position in 5G. However, the performance of TCP flow transferred over multiple heterogeneous paths is prone to the link quality asymmetry, the extent of which was revealed to be significant by our field investigation. In this paper, we present a performance analysis model for TCP over multiple heterogeneous paths in 5G scenarios, where both bandwidth and delay asymmetry are taken into consideration. The evaluation adopting parameters from field investigation shows that the proposed model can achieve high accuracy in practical environments. Some interesting inferences can be drawn from the proposed model, such as the dominant factor that affect the performance of TCP over heterogeneous networks, and the criteria of determining the appropriate number of links to be used under different circumstances of path heterogeneity. Thus, the proposed model can provide a guidance to the design of TCP-based CMT solutions for 5G mobile services

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

MPTCP Robustness Against Large-Scale Man-in-the-Middle Attacks

International audienceMultipath communications at the Internet scale have been a myth for a long time, with no actual protocol being deployed at large scale. Recently, the Multipath Transmission Control Protocol (MPTCP) extension was standardized and is undergoing rapid adoption in many different use-cases, from mobile to fixed access networks, from data-centers to core networks. Among its major benefits-i.e., reliability thanks to backup path rerouting, through-put increase thanks to link aggregation, and confidentiality being more difficult to intercept a full connection-the latter has attracted lower attention. How effective would be to use MPTCP, or an equivalent multipath transport layer protocol, to exploit multiple Internet-scale paths and decrease the probability of Man-in-the-Middle (MITM) attacks is a question which we try to answer. By analyzing the Autonomous System (AS) level graph, we identify which countries and regions show a higher level of robustness against MITM AS-level attacks, for example due to core cable tapping or route hijacking practices.

IETF standardization in the field of the Internet of Things (IoT): a survey

Smart embedded objects will become an important part of what is called the Internet of Things. However, the integration of embedded devices into the Internet introduces several challenges, since many of the existing Internet technologies and protocols were not designed for this class of devices. In the past few years, there have been many efforts to enable the extension of Internet technologies to constrained devices. Initially, this resulted in proprietary protocols and architectures. Later, the integration of constrained devices into the Internet was embraced by IETF, moving towards standardized IP-based protocols. In this paper, we will briefly review the history of integrating constrained devices into the Internet, followed by an extensive overview of IETF standardization work in the 6LoWPAN, ROLL and CoRE working groups. This is complemented with a broad overview of related research results that illustrate how this work can be extended or used to tackle other problems and with a discussion on open issues and challenges. As such the aim of this paper is twofold: apart from giving readers solid insights in IETF standardization work on the Internet of Things, it also aims to encourage readers to further explore the world of Internet-connected objects, pointing to future research opportunities

SOFTWARE DEFINED CUSTOMIZATION OF NETWORK PROTOCOLS WITH LAYER 4.5

The rise of software defined networks, programmable data planes, and host level kernel programmability gives rise to highly specialized enterprise networks. One form of network specialization is protocol customization, which traditionally extends existing protocols with additional features, primarily for security and performance reasons. However, the current methodologies to deploy protocol customizations lack the agility to support rapidly changing customization needs. This dissertation designs and evaluates the first software-defined customization architecture capable of distributing and continuously managing protocol customizations within enterprise or datacenter networks. Our unifying architecture is capable of performing per-process customizations, embedding per-network security controls, and aiding the traversal of customized application flows through otherwise problematic middlebox devices. Through the design and evaluation of the customization architecture, we further our understanding of, and provide robust support for, application transparent protocol customizations. We conclude with the first ever demonstration of active application flow "hot-swapping" of protocol customizations, a capability not currently supported in operational networks.Office of Naval Research, Arlington, VA 22203Lieutenant Commander, United States NavyApproved for public release. Distribution is unlimited