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La presente tesis consiste en proporcionar una propuesta técnica para la implementación de una red MPLS-VPN sobre Múltiples Sistemas Autónomos (Multi Autonomous System VPN), a través de un estudio del desempeño de cuatro diferentes modelos de implementación para brindar dicha solución. Durante el desarrollo de la tesis se presenta el marco teórico que permite conocer y entender tanto las redes VPN como las arquitecturas involucradas en su funcionamiento, principalmente la tecnología MPLS. Posteriormente se explica el porqué es necesario contemplar una solución soportada en más de un sistema autónomo. A continuación se presentan los distintos modelos de red para la implementación de las VPN Multi-AS y se realiza un estudio del desempeño de cada uno de ellos. Posteriormente se hace un análisis de los resultados obtenidos durante el estudio de cada opción con el fin de conocer las ventajas, desventajas, problemas y las posibles soluciones que ofrecen. Finalmente se elabora una propuesta técnica para la implementación de la red, utilizando el Modelo de Implementación “Multi Protocol eBGP Multisalto entre Route Reflectors”, con los procedimientos detallados necesarios, los aspectos económicos y resultados esperados al final del proceso.

La presente tesis describe y explica mediante simulaciones el funcionamiento de las arquitecturas Seamless-MPLS y Segment Routing-MPLS (SR-MPLS), así como los principios de diseño para la implementación en una red de transporte de un proveedor de servicios de telecomunicaciones, incluyendo las pautas de migración hacia una arquitectura basada en Segment Routing Best Effort (SRBE) y Segment Routing Traffic Engineering (SR-TE). Arquitecturas las cuales son requeridas para una transición hacia SDN, base para la implementación de 5G. El documento pretende otorgar una guía descriptiva para el desarrollo, configuración e implementación de la solución.

Con la tendencia actual de transportar cualquier tipo de tráfico sobre IP (datos, voz, video, etc.), el desarrollo tecnológico se orienta a concretar dicho transporte imponiendo IP sobre MPLS, asimismo con la finalidad de obtener un tiempo de reconvergencia de decenas o centenas de milisegundos en la red de núcleo de un proveedor de servicios que ha experimentado una falla en un enlace entre dos enrutadores, se despliegan enlaces ópticos y equipamiento adicional de respaldo para cada enlace a proteger, incluyendo interfaces y tarjetas. Ocurrida la falla de un enlace en la red de núcleo de un proveedor de servicios, dicha red debe ser capaz de reconverger en el menor tiempo posible, lo contrario trae consigo entre otros, pérdidas económicas y la imagen de la empresa se deteriora. La presente tesis propone simular TE/IP FRR y Optimizaciones para establecer una ruta que reserve un ancho de banda determinado, instalar una ruta y un next-hop de respaldo en la RIB y CEF de un enrutador y estimar un tiempo de reconvergencia menor a 5 segundos luego de ocurrida la falla de un enlace entre dos enrutadores, recuperándose la conectividad sin la necesidad de tener enlaces ópticos ni contar con equipamiento adicional de respaldo para la protección de los mismos. Para alcanzar el objetivo propuesto se describen los principios de operación de las redes IP, OSPF, IP FRR, TE, MPLS y se simulan 3 topologías porque con ellas se comprueba la hipótesis propuesta. En la primera topología se simuló TE (ingeniería de tráfico), en la segunda se simuló IP FRR (rápido re-enrutamiento IP) y en la tercera topología se simuló TE/IP FRR y Optimizaciones. La finalidad de proponer diferentes topologías es mostrar la posibilidad de configurar TE o IP FRR o TE/IP FRR y Optimizaciones de manera independiente, integrando 2 de ellas o integrando los 3 conceptos en una determinada topología. En ese orden establecido, en la tercera simulación se valida la hipótesis propuesta concatenando: i) TE; ii) TE/IP FRR; y iii) TE/IP FRR y Optimizaciones, estimando un tiempo de 3 segundos para reconverger o recuperar la conectividad en la topología analizada luego de ocurrida la falla en un enlace entre dos enrutadores. Para ello se utilizó un valor de 20 ms como temporizador de espera para generar el primer LSA luego de detectar un cambio en la topología y un valor menor o igual a 1200 ms como temporizador de espera para la primera actualización del algoritmo SPF. / Tesis

Nous étudions les réseaux optiques pouvant transporter un trafic de données de type Internet. Notre objectif est de transposer les paquets électroniques de données en des paquets optiques et d'effectuer un routage de manière tout-optique. Nous utilisons un multi protocole généralisé par commutation d'étiquettes (GMPLS), où une étiquette optique est assignée à chaque paquet et est utilisée pour le routage. Nous proposons deux structures de réseau différentes basées sur des étiquettes multi longueurs d'onde. Nous contournons les principaux désavantages des scénarios GMPLS optiques proposés précédemment, c'est-à-dire les pertes de fractionnement et les technologies complexes requises. Les structures de réseau proposées sont pratiques, haute-vitesse, simples, redimensionnables et peu coûteuses. Pour la première approche, nous utilisons un encodage spectral d'amplitude (SAC) pour les étiquettes afin d'accomplir le routage très haut débit des paquets. Nous proposons de superposer des étiquettes SAC pour réaliser un adressage hiérarchique et ainsi réduire la taille des tables de correspondance d'adresses ainsi que les pertes de fractionnement. Nous examinons expérimentalement deux formats de paquets optiques, l'un avec étiquette SAC séparable, et l'autre avec données directement encodées par SAC. Pour la seconde approche, nous proposons une structure de réseau basée sur des étiquettes multi longueurs d'onde binaires. Les pertes de fractionnement sont éliminées pour cette approche, la rendant ainsi encore plus facilement redimensionnable que notre proposition SAC. Avec cette technique, les bits des étiquettes sont associés à une sélection de cases Séquentielles optiques. Au nœud, les paquets de longueurs variables sont auto routés par un commutateur multi étages alors que chaque bit de l'étiquette contrôle un étage. Le nœud est redimensionnable et possède des pertes d'insertion fixes. Nous proposons également une solution pour alléger les traitements sophistiqués associés à la substitution d'étiquettes dans les réseaux GMPLS. Nous multiplexons temporellement les étiquettes multi longueurs d'onde binaires pour le chemin complet de commutation optique. Comme démonstration de faisabilité, nous examinons expérimentalement les performances des approches proposées. Finalement, nous proposons une solution pour résoudre les collisions, ce qui n'était pas considéré dans les deux premières structures. Nous considérons qu'une topologie simplifiée, soit une topologie à une liaison à un bond. Les nœuds aux frontières sont coordonnés temporellement avec les nœuds centraux lors de l'établissement du réseau, donc la synchronisation optique en temps continu n'est plus nécessaire. Un algorithme de planification non centralisé aléatoire est utilisé pour éliminer les collisions; aucun tampon optique n'est nécessaire. Un algorithme simple de graphe bipartite est proposé afin de déterminer les connections au commutateur central. Nous simulons le réseau pour un type de trafic réaliste; les résultats confirment la bonne performance de l'algorithme de planification et démontrent que l'architecture proposée est pratique et bien adaptée aux réseaux optiques de commutation par paquets. / We investigate optical networks capable of carrying data-type traffic. Our objective is to map Internet packets into optical packets and route them all-optically. We employ generalized multi-protocol label switching (GMPLS), where an optical label used for routing is assigned to each packet. We propose two different network structures based on multi-wavelength labels. We resolve the main drawbacks of previously proposed scenarios that are impractical and expensive due to high splitting loss and the complex technologies required. Our proposed network structures are practical, high-speed, simple, scalable, and low-cost. In the first approach, we use spectral amplitude codes (SAC) as labels, to accomplish ultrafast packet forwarding. We propose stacking SAC-labels for hierarchical addressing, to reduce the size of lookup tables and splitting loss. We experimentally examine two optical packet formats, one with separable SAC-labels, and the other with SAC-encoded payloads. In the second approach, we propose a network structure based on binary multi-wavelength labels. Splitting losses are eliminated in this approach, rendering it even more scalable than our SAC proposal. In this scheme, the label is mapped bit-by-bit to a selection of wavelength bins. At the forwarding node, variable-length packets are self-forwarded over a multi-stage switch where each label bit controls a switch stage. The forwarding node is scalable and has fixed insertion loss. We also propose a solution to alleviate the sophisticated label swapping processing required in GMPLS networks. We time-multiplex the binary multi-wavelength labels for the entire optical label-switching path. We examine the performance of the proposed schemes experimentally as a proof of concept. Finally, we propose a solution for contention resolution, not addressed in the first two structures. We simplify the network topology to single-hop; the edge nodes are time-coordinated with the core nodes, thus optical synchronizers are not required. A noncentralized randomized scheduling algorithm is used to resolve contention; no optical buffer is required. A simple bipartite-graph matching algorithm is proposed to determine the connections at the core switch. We simulate the network for a realistic traffic type; the results confirm the good performance of the scheduling algorithm and establish that the proposed architecture is practical and desirable for packet-switched optical networks.

As redes atuais de telecomunicações utilizam tecnologias de comutação de pacotes para integração de voz, dados, imagens e outros serviços. O tráfego nessas redes costuma ser feito por meio de tecnologias como o MPLS-TP e com regras heurísticas para a determinação dos melhores caminhos. O uso de boas regras afeta diretamente o desempenho e a segurança da operação. Este trabalho propõe o uso de simulação de baixo custo para prever o comportamento e avaliar regras de escolha de caminhos. Para isso, este trabalho avalia três métodos de seleção de caminhos de LSPs, combinados com duas heurísticas de recuperação, usados em redes MPLS-TP em malha com mecanismos de proteção em malha compartilhada. Os resultados das simulações medem o impacto dos métodos e heurísticas utilizados, demonstrando o quanto uma melhor seleção de caminhos pode contribuir para a redução do uso dos recursos da rede e do número máximo de LSPs afetados em caso de falhas na rede. Os resultados deste trabalho, bem como a técnica de análise proposta, almejam ser uma contribuição para a padronização de regras de seleção de LSPs em redes heterogêneas. / The telecommunications networks nowadays use packet-switching technologies for integration of voice, data, images and other services. The traffic on these networks is usually done through technologies such as MPLS-TP and with heuristic rules to determine the best paths. The use of good rules directly affect the performance and security of operation. This paper proposes the inexpensive use of simulation to predict the behavior and evaluate rules for choosing paths. For this, this study evaluates three methods of selection of LSPs paths, combined with two recovery heuristics, used in MPLS-TP mesh networks with shared mesh protection mechanisms. The results of the simulations measure the impact of the methods and heuristics used, demonstrating how much better path selection can contribute to reducing the use of network resources and the maximum number of LSPs affected in the event of network failures. These results and the proposed analysis technique yearn to be a contribution to the standardization of LSPs selection rules in heterogeneous networks.

[pt] A difusão seletiva e os recentes avanços na tecnologia de transmissão óptica, mais especificamente na multiplexação por comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing- WDM), aliados à consolidação do IP como protocolo dominante das redes convergentes, vêm oferecendo novas perspectivas para as futuras gerações de inter-redes. Este trabalho faz uso da evolução dessas tecnologias para propor um conjunto de adaptações à difusão seletiva, em especial ao IP Multicast, denominado MIRROR (Multicast IP para Redes baseadas em Rajadas Ópticas Rotuladas). A proposta MIRROR sugere modificações e adequações para tornar o IP Multicast menos complexo, mais escalável em relação ao número de grupos ativos simultaneamente e mais adequado às redes baseadas em comutação óptica. Basicamente, MIRROR revê a necessidade de todos os roteadores ao longo da árvore de distribuição multiponto manterem informações de estado relacionadas a esta, bem como sugere adequações na forma como os caminhos multiponto são estabelecidos quando se emprega comutação baseada em rótulos na difusão seletiva. Para avaliar a proposta MIRROR, investiu-se em duas frentes distintas, uma baseada na análise comparativa entre a MIRROR e algumas alternativas ao IP Multicast apresentadas na literatura, e outra baseada no desenvolvimento de um protótipo da proposta no simulador NS (Network Simulator), com o intuito de referendar os resultados da análise comparativa. Na análise comparativa, confronta-se parâmetros como: requisitos de informações de estado, custo com informações de controle, custo de encaminhamento dos pacotes e custo da árvore de multiponto. O desenvolvimento do protótipo envolveu a criação de uma nova estrutura de nó e a alteração de módulos já existentes no NS, para tornar possível a simulação de redes comutadas por rajadas ópticas rotuladas no contexto da difusão seletiva. / [en] Multicast communication and recent advances in optical technology, most specifically in Wavelength Division Multiplexing (WDM), allied with the consolidation of IP as the dominant protocol of convergent networks, offer new perspectives for the next generation Internet. This thesis utilises these technologies to propose a set of adaptations, called MIRROR, to multicast communication, specifically IP Multicast, in labelled burst-switched optical networks. MIRROR proposes modifications to traditional IP Multicast in order to improve its scalability as a function of the number of simultaneously active groups, as well as making it more appropriate for use in optically switched networks. Basically, MIRROR includes new proposals for handling state information about the multicast distribution tree, as well as for the establishment of label-based multicast paths. In order to evaluate this proposal, two approaches are followed, one based on a comparative analysis between MIRROR and a number of other alternatives to IP Multicast proposed in the literature, and the other based on the implementation of a prototype in the simulation environment provided by NS (Network Simulator). The comparative analysis evaluates such parameters as: state requirement information, control overhead, packet processing efficiency and tree cost. The prototype implementation implements a new node structure and alters existing NS modules (OBS e MPLS), to make possible the simulation of labelled burst-switched optical networks in the multicast context.

As redes atuais de telecomunicações utilizam tecnologias de comutação de pacotes para integração de voz, dados, imagens e outros serviços. O tráfego nessas redes costuma ser feito por meio de tecnologias como o MPLS-TP e com regras heurísticas para a determinação dos melhores caminhos. O uso de boas regras afeta diretamente o desempenho e a segurança da operação. Este trabalho propõe o uso de simulação de baixo custo para prever o comportamento e avaliar regras de escolha de caminhos. Para isso, este trabalho avalia três métodos de seleção de caminhos de LSPs, combinados com duas heurísticas de recuperação, usados em redes MPLS-TP em malha com mecanismos de proteção em malha compartilhada. Os resultados das simulações medem o impacto dos métodos e heurísticas utilizados, demonstrando o quanto uma melhor seleção de caminhos pode contribuir para a redução do uso dos recursos da rede e do número máximo de LSPs afetados em caso de falhas na rede. Os resultados deste trabalho, bem como a técnica de análise proposta, almejam ser uma contribuição para a padronização de regras de seleção de LSPs em redes heterogêneas. / The telecommunications networks nowadays use packet-switching technologies for integration of voice, data, images and other services. The traffic on these networks is usually done through technologies such as MPLS-TP and with heuristic rules to determine the best paths. The use of good rules directly affect the performance and security of operation. This paper proposes the inexpensive use of simulation to predict the behavior and evaluate rules for choosing paths. For this, this study evaluates three methods of selection of LSPs paths, combined with two recovery heuristics, used in MPLS-TP mesh networks with shared mesh protection mechanisms. The results of the simulations measure the impact of the methods and heuristics used, demonstrating how much better path selection can contribute to reducing the use of network resources and the maximum number of LSPs affected in the event of network failures. These results and the proposed analysis technique yearn to be a contribution to the standardization of LSPs selection rules in heterogeneous networks.

L'objectif de ce travail de thèse dans un premier temps est l'évaluation de performances des modèles de routage multi-chemins pour l'ingénierie de trafic et l'équilibrage de charge sur un réseau de type IP/MPLS (MPLS-TE). Nous comparons la capacité de ces modèles à équilibrer la charge du réseau tout en faisant de la différentiation de trafic. Nous les appliquons sur des grandes topologies générées par le générateur automatique des topologies BRITE, qui s'approchent en forme et en complexité du réseau réel. Nous mesurons ainsi l'impact de leur complexité respective et donc la capacité à les déployer sur des réseaux de grande taille (scalabilité). Dans un second temps, l'objectif est de proposer un concept de modélisation générale d'un réseau à commutations par paquets. Ce modèle est établi sur la base de la théorie différentielle de trafic et la théorie des files d'attente, tout en utilisant des approches graphiques. Le but est d'estimer l'état de charge du réseau et de ses composants (routeurs, liens, chemins). Ensuite, en fonction de ça, nous développons des approches de contrôle de congestion et commande sur l'entrée améliorant les techniques de routage adaptatif et l'équilibrage de charge dans les réseaux IP/MPLS / In This work, firstly we present and evaluate the behavior of multipath routing models for the DS-TE (DiffSev aware MPLS traffic Engineering) called PEMS and LBWDP. To clarify network topologies and routing models that are suitable for MPLS Traffic Engineering, we evaluate them from the viewpoint of network scalability and end-to-end quality. Using a network topology generated by BRITE, that has many alternative paths, we applied these models on a huge topology that correspond to real network. This can provide a real simulation for the internet and gives a good evaluation for the end-to-end quality and the network use.Secondly, the aim of this work is to propose a general model for Packet switching networks. This model is established on the traffic differential theory and the Queuing theory, while using graphic approaches. The aim of this model is to calculate the network use state and its components (router, link, path...). Then, we develop control and command approaches in the entry of network to improve an adaptive routing plan and load balancing in IP/MPLS networks