Magíster en Ingeniería de Redes de Comunicaciones / La conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS por sus siglas en inglés, Multiprotocol Label Switching) surge como un mecanismo de convergencia para los protocolos que operan sobre los niveles 2 y 3 del modelo OSI. Su capacidad para proveer y administrar diversos servicios con garantías de calidad de servicio y disponibilidad sobre una infraestructura común, ha hecho que MPLS sea un estándar en las redes de transporte de los proveedores de servicios. La interconexión de data centers y en general de redes LAN y MAN corporativas, se realiza a través de servicios MPLS VPN considerando solamente la topología de la red. En este contexto, resulta útil proporcionar información adicional para seleccionar modelos VPN en función del tipo de tráfico que se desea transportar. En este trabajo se diseña e implementa escenarios experimentales para proporcionar métricas que permiten ese contraste; el resumen de cada capítulo se detalla a continuación. En el primer capítulo se describen tecnologías, métricas de desempeño, herramientas de modelación y herramientas estadísticas. En el segundo capítulo se describen los procesos de diseño, implementación y simulación de los escenarios experimentales. Los escenarios garantizan que el desempeño de los servicios MPLS VPN se ponga a prueba bajo las mismas condiciones. Esas condiciones comprenden nodos de borde y políticas de QoS comunes para los servicios que se contrastan. Además, los escenarios consideran la capacidad de los nodos emulados por Dynamips como restricción y el tráfico que atraviesa una red operativa como condición inicial. Este tráfico se modela con redes neuronales artificiales y para poder generarlo con IPERF, se utiliza BoxCox y Bootstrapping sobre el modelo para obtener estadísticos representativos. Los procesos de implementación y simulación se realizan sobre GNS3; este último comprende la ejecución simultanea y recurrente de IP SLA, kron, IPERF, Wireshark, NTP y TFTP. En el tercer capítulo se presenta el resultado de los test estadísticos aplicados sobre las métricas de estudio. Además, se utilizan herramientas de simulación para estimar los intervalos de confianza de la media y obtener una representación gráfica del desempeño de los servicios MPLS VPN. En el cuarto capítulo se exponen las conclusiones de este trabajo, estas analizan los resultados de los test estadísticos asociados a los objetivos e hipótesis planteadas. Para finalizar se exponen algunas apreciaciones sobre trabajos futuros.

This thesis investigates the feasibility of porting Node.js, a JavaScript web application framework and server, to IX, a dataplane operating system specifically developed to meet the needs of high performance microsecond-computing type of applications in a datacentre setting. We show that porting requires extensions to the IX kernel to support UDS polling, which we implement. We develop a distributed load generator to benchmark the framework. The results show that running Node.js on IX improves throughput by up to 20.6\%, latency by up to 5.23×, and tail latency by up to 5.68× compared to a Linux baseline. We show how server side request level reordering affect the latency distribution, predominantly in cases where the server is load saturated. Finally, due to various limitations of IX, we are unable at this time to recommend running Node.js on IX in a production environment, despite improved metrics in all test cases. However, the limitations are not fundamental, and could be resolved in future work. / Detta exjobb undersöker möjligheterna till att använda IX, ett specialiserat dataplansoperativsystem avsett för högpresterande datacentertillämpningar, för att köra Node.js, ett webapplikationramverk för JavaScript-applikationer. För att porta Node.js till IX krävs att vi utvidgar IX med funktionalitet för samtidig pollning av Unix Domain Sockets och nätverksflöden, vilket visas samt genomförs. Vidare utvecklas en distribuerad lastgenerator för att utvärdera applikationsramverket under IX jämfört baslinje som utgörs av en omodifierad Linuxdistribution. Resultaten visar att throughput förbättras med upp till 20.6\%, latens upp till 5.23× och tail latency upp till 5.68×. Sedermera undersöker vi huruvida latensvariansen ökat på grund av request-omordningar på serversidan, vilket tycks vara fallet vid hög serverbelastning, även om andra faktorer tycks ha större inverkan vid låg serverbelastning. Slutligen, även om alla storheter förbättrats vid alla observerade mätpunkter, kan ännu inte vidspredd adoption av IX för att köra Node.js applikationer rekommenderas, främst på grund av problem med horisontal skalning samt problem att ingå som frontend-server i en klassisk tiered-datacentre arkitektur.

With the increasing shift to the Internet Protocol [3] for all networks and the desire of telecommunications service providers to offer new value to their customers, the need exists to coordinate the delivery of end-to-end quality of service so that providers may offer new services to support their customer’s applications. The key objective of the EuQoS project is to research, integrate, test, validate, and demonstrate end-to-end QoS technologies to support advanced QoS-aware applications over multiple, heterogeneous research, scientific, and industrial network domains. End-to-end quality of service support for multiple applications is a great added value and could become the next major growth spurt in the telecommunications industry. A crucial requirement for the QoS model is that it must not add significant complexity to the existing mechanisms and must be compatible with legacy applications and equipment. Proxy signaling handlers will be used to satisfy the latter constraint. This thesis analyzes possible roaming scenarios and how Authentication, Authorization, and Accounting should be tackled. I seek to provide reasonable solutions and to consider the current environment, always trying to re-use, when possible, the existing architecture and components. / De huvudsakliga målen med EuQoS projektet är att integrera, testa, utvärdera och demonstrera QoS från en ende av kommunikationen till en annan för att stödja avancerade QoS tillämpningar inom multipla nätverksdomäner industrioch forskningsverksamhet. Denna nya teknik är av stort värde och kan komma att bli nästa stora steg i utvecklingen av telekommunikation. Användandet av IPnätverk ökar och i samma takt ökar även efterfrågan av nya och bättre kommunikationstjänster. Därför finns det ett stort behov av QoS hos Internetleverantörerna som ständigt måste tillgodose kundernas önskemål. Det är viktigt att QoS modellen inte komplicerar den redan existerande tekniken. Därför måste den vara kompatibel med befintliga tekniker och utrustning. För att uppfylla dessa krav kommer Proxy signalbehandlare att användas. Den här rapporten behandlar möjliga roaming scenarier och hur AAA bör hanteras. Jag har som mål att presentera rimliga lösningar som tar hänsyn till miljön. För detta används i största möjliga mån redan existerande infrastruktur. / Con la continua evolución de las aplicaciones basadas en el protocolo IP en todas las redes, y el deseo de los proveedores de servicios de telecomunicaciones de ofrecer un valor añadido a sus clientes, cohabita la necesidad de coordinar la entrega de calidad de servicio (QoS) extremo a extremo. De esta forma los proveedores pueden aumentar la oferta de servicios mediante nuevas aplicaciones. El principal objetivo del proyecto EuQoS es investigar, desarrollar, integrar y probar una tecnología independiente de la red de acceso que garantice QoS extremo a extremo. El sistema esta pensado inicialmente para dar soporte a las aplicaciones: VoIP, VoD, video conferencia, y a una aplicación médica llamada MEDIGRAF, sobre múltiples y heterogéneas redes de acceso. Los parámetros que EuQoS tiene en cuenta para la reserva de la calidad de servicio son el ancho de banda, el retardo, la variación del retardo (jitter), y las pérdidas permitidas. Un requisito fundamental para el modelo de QoS es que debe añadir la mínima complejidad posible al existe funcionamiento del sistema y debe ser compatible con el legado de aplicaciones y equipo. Esto se solucionará mediante el uso de señalización a nivel de Proxy. Este proyecto analiza los posibles escenarios de roaming y cómo se debería afrontar la Autenticación, Autorización, y Accounting (AAA) en estas condiciones de itinerancia. En los capítulos iniciales hacen una descripción general del sistema EuQoS, para tener una visión global del proceso de reserva de recursos. Es necesario conocer la estructura completa para lograr una integración mayor y con el menor coste posible. El proyecto EuQoS propone y desarrolla un nuevo mecanismo de QoS que se construye sobre un estado del arte que incorpora los siguientes mecanismos: Monitorización y Medición, Control de Admisión, Gestión de Fallos, Señalización y Negociación de Servicio, Seguridad y AAA, Charging, Ingeniería de Tráfico y Optimización de Recursos. Con el fin de conocer lo que anteriormente otros habían hecho en este campo, antes de escribir una sola línea de este proyecto, llevé a cabo una extensa búsqueda de documentación. Parte de la información utilizada en este documento ha sido extraída de las entregas públicas del proyecto EuQoS hechas a la Comisión Europea. Además de la bibliografía mostrada en las referencias, Ericsson tiene sus propios informes técnicos e implementaciones de protocolos como el protocolo de iniciación de sesión (SIP) y DIAMETER, que se han consultado en varias ocasiones y han contribuido a lo largo de la investigación. Existe una enorme similitud entre la arquitectura del sistema y la de IMS. De esta manera, algunos de los conceptos aplicados a la hora de desarrollar una solución para el caso de roaming para EuQoS se basan en los flujos de señalización utilizados en IMS y en los anteproyectos de nuevos RFCs.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This thesis contains four interrelated research areas. Before presenting the four research areas, this thesis presents literature review on Software-Defined Networking (SDN), a network architecture that allows network operator to manage the network using high level abstractions. This thesis presents taxonomy for classifying SDN research. In research first area, this thesis presents Video over Software-Defined Networking (VSDN), a network architecture that selects feasible paths using the network-wide view. This thesis describes the VSDN protocol which is used for requesting service from the network. This thesis presents the results of implementing VSDN prototype and evaluates behavior of VSDN. Requesting service from the network requires developer to provide three input parameters to application programmable interface. The message complexity of VSDN is linear. In research second area, this thesis presents Explicit Routing in Software-Defined Networking (ERSDN), a routing scheme that selects transit routers at the edge of network. This thesis presents the design and implementation of ERSDN. This thesis evaluates the effect of ERSDN on the scalability of controller by measuring the control plane network events-packets. ERSDN reduces the network events in the control plane by 430%. In research third area, this thesis presents Reliable Video over Software-Defined Networking (RVSDN) which builds upon previous work of Video over Software-Defined Networking (VSDN) to address the issue of finding most reliable path. This thesis presents the design and implementation of RVSDN. This thesis presents the experience of integrating RVSDN into ns-3, a network simulator which research community uses to simulate and model computer networks. This thesis presents RVSDN results and analyzes the results. RVSDN services 31 times more requests than VSDN and Multiprotocol Label Switching (MPLS) explicit routing when the reliability constraint is 0.995 or greater. In research fourth area, this thesis presents Multi-Domain Video over Software-Defined Networking (MDVSDN), a network architecture that selects end-to-end network path or path for real-time interactive video applications across independent network domains. This thesis describes the architectural elements of MDVSDN. This thesis presents the results of implementing a prototype of MDVSDN and evaluates the behavior of MDVSDN. The message complexity of MDVSDN is linear. The contribution of this thesis lays the foundation for developing a network architecture that improves the performance of real-time interactive video applications by selecting feasible end-to-end multi-domain path among multiple paths using bandwidth, delay, jitter, and reliability.

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With the explosive deployment of wireless LAN technology in the past few years and increasing demand on multimedia applications, the efficient utilization of the precious wireless radio link resources and support of Quality of Service (QoS) in WLANs has become a prominent research issue. In this thesis, an adaptive p-persistent based I 802.11 MAC scheme in WLANs has been proposed. The proposed scheme can maximize the total channel throughput, and also provide service differentiation among multiple traffic classes. This is achieved by updating the transmission probabilities for the stations that compete for transmissions in a WLAN, adaptively based on the real time network measurements. Extensive simulation experiments in ns-2 demonstrate that the proposed scheme is capable of achieving the system throughput bound and the target throughout ratios among different traffic stations in a dynamic WLAN environment. Also, the low computational complexity makes the proposed scheme a suitable choice for real-time implementation.

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