ITC/USA 2011 Conference Proceedings / The Forty-Seventh Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 24-27, 2011 / Bally's Las Vegas, Las Vegas, Nevada / One of the core philosophies of the integrated Network Enhanced Telemetry (iNET) project is to leverage standard networking technologies whenever possible to both reduce development cost and to allow standard networking applications to function. This also provides the best long-term scalability to new unforeseen applications, much as the Internet has grown through its open standards. Unfortunately, the radio frequency (RF) channel characteristics do not fully lend themselves to the typical physical layer approaches utilized by IP technologies. As such, the iNET program has developed a specialized communication link management control. But, combining this specialized link management approach with the standardized IP infrastructure on the range and test article provides some challenges. The program has chosen a method to encapsulate the special concepts within a set of components that together (at their boundaries) form a classic router. Construction of this router is quite unique in that portions of it are geographically separate: antenna sites, test article, and mission control room. This paper describes the construction of what the program calls a "virtual router" and explains the performance issues that required it.

A network is generally a collection of different hardware-based network devices carrying out various network functions, (NF). These NF implementations are special purpose and expensive. Network function virtualization (NFV) is an alternative which uses software-based implementation of NFs in inexpensive commodity servers. However, it is challenging to achieve high networking performance due to bottlenecks in software, particularly in a virtualized environment where NFs are implemented inside the virtual machines (VM). The performance isolation is yet another challenge, which means that the load on one VM should not affect the performance of other VMs. However, it is difficult to provide performance isolation due to resource contention in a commodity server. Furthermore, different NFs may require different service guarantees which are difficult to ensure due to the non-deterministic performance behavior of a commodity server. In this thesis we investigate how the challenges of performance, isolation and service guarantees can be addressed for virtual routers (VR), as an example of a virtualized NF. It is argued that the forwarding path of a VR can be modified in an efficient manner in order to improve the forwarding performance. When it comes to performance isolation, poor isolation is observed due to shared network queues and CPU sharing among VRs. We propose a design with SR-IOV, which allows reserving a network queue and CPU core for each VR. As a result, the resource contention is reduced and strong performance isolation is achieved. Finally, it is investigated how average throughput and bounded packet delay can be guaranteed to VRs. We argue that a classic rate-controlled service discipline can be adapted in a virtual environment to achieve service guarantees. We demonstrate that firm service guarantees can be achieved with little overhead of adding token bucket regulator in the forwarding path of a VR. / <p>QC 20170511</p>

Em ambientes de virtualização de redes (NVEs – Network Virtualization Environments), a infraestrutura física é compartilhada entre diferentes usuários (ou provedores de serviços) que criam múltiplas redes virtuais (VNs – Virtual Networks). Como parte do aprovisionamento de VNs, roteadores virtuais (VRs – Virtual Routers) são criados dentro de roteadores físicos que suportam a virtualização. Atualmente, o gerenciamento de NVEs é quase sempre realizado por soluções proprietárias, normalmente baseadas em interfaces de linha de comando (CLI – Command Line Interface). NVEs heterogêneos (i.e., com equipamentos e tecnologias diferentes) são difíceis de gerenciar, devido à falta de soluções de gerenciamento padronizadas. Como primeiro passo para conseguir a interoperabilidade de gerenciamento, bom desempenho e alta escalabilidade, foram implementadas, avaliadas e comparadas cinco interfaces de gerenciamento de roteadores físicos que hospedam roteadores virtuais. As interfaces são baseadas em SNMP (v2c e v3), NETCONF, e RESTful Web Services (sobre HTTP e HTTPS), e são projetadas para realizar três operações básicas de gerenciamento de VRs: criação de VR, recuperação de informações de VR e remoção de VR. Essas interfaces foram avaliadas em relação às seguintes métricas: tempo de resposta, tempo de CPU, consumo de memória e uso da rede. Os resultados mostram que a interface baseada no SNMPv2c é a mais adequada para pequenos NVEs, sem rigorosos requisitos de segurança, e o NETCONF é a melhor escolha para compor uma interface de gerenciamento para ser implantada em cenários mais realistas, onde a segurança e a escalabilidade são as principais preocupações. / In network virtualization environments (NVEs), the physical infrastructure is shared among different users (or service providers) who create multiple virtual networks (VNs). As part of VN provisioning, virtual routers (VRs) are created inside physical routers supporting virtualization. Currently, the management of NVEs is mostly realized by proprietary solutions, usually based on Command Line Interfaces (CLI). Heterogeneous NVEs (i.e., with different equipment and technologies) are difficult to manage due to the lack of standardized management solutions. As a first step to achieve management interoperability, good performance, and high scalability, we implemented, evaluated, and compared five management interfaces for physical routers that host virtual ones. The interfaces are based on SNMP (v2c and v3), NETCONF, and RESTful Web Services (over HTTP and HTTPS), and are designed to perform three basic VR management operations: VR creation, VR information retrieval, and VR removal. We evaluate these interfaces with regard to the following metrics: response time, CPU time, memory consumption, and network usage. Results show that the SNMPv2c interface is the most suitable one for small NVEs without strict security requirements and NETCONF is the best choice to compose a management interface to be deployed in more realistic scenarios, where security and scalability are major concerns.

Em ambientes de virtualização de redes (NVEs – Network Virtualization Environments), a infraestrutura física é compartilhada entre diferentes usuários (ou provedores de serviços) que criam múltiplas redes virtuais (VNs – Virtual Networks). Como parte do aprovisionamento de VNs, roteadores virtuais (VRs – Virtual Routers) são criados dentro de roteadores físicos que suportam a virtualização. Atualmente, o gerenciamento de NVEs é quase sempre realizado por soluções proprietárias, normalmente baseadas em interfaces de linha de comando (CLI – Command Line Interface). NVEs heterogêneos (i.e., com equipamentos e tecnologias diferentes) são difíceis de gerenciar, devido à falta de soluções de gerenciamento padronizadas. Como primeiro passo para conseguir a interoperabilidade de gerenciamento, bom desempenho e alta escalabilidade, foram implementadas, avaliadas e comparadas cinco interfaces de gerenciamento de roteadores físicos que hospedam roteadores virtuais. As interfaces são baseadas em SNMP (v2c e v3), NETCONF, e RESTful Web Services (sobre HTTP e HTTPS), e são projetadas para realizar três operações básicas de gerenciamento de VRs: criação de VR, recuperação de informações de VR e remoção de VR. Essas interfaces foram avaliadas em relação às seguintes métricas: tempo de resposta, tempo de CPU, consumo de memória e uso da rede. Os resultados mostram que a interface baseada no SNMPv2c é a mais adequada para pequenos NVEs, sem rigorosos requisitos de segurança, e o NETCONF é a melhor escolha para compor uma interface de gerenciamento para ser implantada em cenários mais realistas, onde a segurança e a escalabilidade são as principais preocupações. / In network virtualization environments (NVEs), the physical infrastructure is shared among different users (or service providers) who create multiple virtual networks (VNs). As part of VN provisioning, virtual routers (VRs) are created inside physical routers supporting virtualization. Currently, the management of NVEs is mostly realized by proprietary solutions, usually based on Command Line Interfaces (CLI). Heterogeneous NVEs (i.e., with different equipment and technologies) are difficult to manage due to the lack of standardized management solutions. As a first step to achieve management interoperability, good performance, and high scalability, we implemented, evaluated, and compared five management interfaces for physical routers that host virtual ones. The interfaces are based on SNMP (v2c and v3), NETCONF, and RESTful Web Services (over HTTP and HTTPS), and are designed to perform three basic VR management operations: VR creation, VR information retrieval, and VR removal. We evaluate these interfaces with regard to the following metrics: response time, CPU time, memory consumption, and network usage. Results show that the SNMPv2c interface is the most suitable one for small NVEs without strict security requirements and NETCONF is the best choice to compose a management interface to be deployed in more realistic scenarios, where security and scalability are major concerns.

Em ambientes de virtualização de redes (NVEs – Network Virtualization Environments), a infraestrutura física é compartilhada entre diferentes usuários (ou provedores de serviços) que criam múltiplas redes virtuais (VNs – Virtual Networks). Como parte do aprovisionamento de VNs, roteadores virtuais (VRs – Virtual Routers) são criados dentro de roteadores físicos que suportam a virtualização. Atualmente, o gerenciamento de NVEs é quase sempre realizado por soluções proprietárias, normalmente baseadas em interfaces de linha de comando (CLI – Command Line Interface). NVEs heterogêneos (i.e., com equipamentos e tecnologias diferentes) são difíceis de gerenciar, devido à falta de soluções de gerenciamento padronizadas. Como primeiro passo para conseguir a interoperabilidade de gerenciamento, bom desempenho e alta escalabilidade, foram implementadas, avaliadas e comparadas cinco interfaces de gerenciamento de roteadores físicos que hospedam roteadores virtuais. As interfaces são baseadas em SNMP (v2c e v3), NETCONF, e RESTful Web Services (sobre HTTP e HTTPS), e são projetadas para realizar três operações básicas de gerenciamento de VRs: criação de VR, recuperação de informações de VR e remoção de VR. Essas interfaces foram avaliadas em relação às seguintes métricas: tempo de resposta, tempo de CPU, consumo de memória e uso da rede. Os resultados mostram que a interface baseada no SNMPv2c é a mais adequada para pequenos NVEs, sem rigorosos requisitos de segurança, e o NETCONF é a melhor escolha para compor uma interface de gerenciamento para ser implantada em cenários mais realistas, onde a segurança e a escalabilidade são as principais preocupações. / In network virtualization environments (NVEs), the physical infrastructure is shared among different users (or service providers) who create multiple virtual networks (VNs). As part of VN provisioning, virtual routers (VRs) are created inside physical routers supporting virtualization. Currently, the management of NVEs is mostly realized by proprietary solutions, usually based on Command Line Interfaces (CLI). Heterogeneous NVEs (i.e., with different equipment and technologies) are difficult to manage due to the lack of standardized management solutions. As a first step to achieve management interoperability, good performance, and high scalability, we implemented, evaluated, and compared five management interfaces for physical routers that host virtual ones. The interfaces are based on SNMP (v2c and v3), NETCONF, and RESTful Web Services (over HTTP and HTTPS), and are designed to perform three basic VR management operations: VR creation, VR information retrieval, and VR removal. We evaluate these interfaces with regard to the following metrics: response time, CPU time, memory consumption, and network usage. Results show that the SNMPv2c interface is the most suitable one for small NVEs without strict security requirements and NETCONF is the best choice to compose a management interface to be deployed in more realistic scenarios, where security and scalability are major concerns.

A virtualização de rede surgiu como uma alternativa para contornar as limitações no uso compartilhado da infraestrutura atual da Internet. Com a virtualização, sob uma mesma estrutura física, ou substrato, é possível a construção de múltiplas redes virtuais, cada uma das quais empregando seus próprios protocolos, mecanismos de endereçamento e políticas de forma independente e isolada. Essas redes são formadas por roteadores, interfaces e enlaces virtuais mapeados sobre componentes reais. Por serem desacopláveis, os elementos virtuais trazem uma grande flexibilidade, sendo possível a construção de múltiplas redes sobrepostas para usuários com demandas distintas, por exemplo. Roteadores virtuais podem migrar de um roteador físico para outro, conforme necessidades de manutenção ou balanceamento de carga. Além disso, a possibilidade de se conduzir experimentos de rede em uma estrutura real, sujeita as condições de utilização e de tráfego que normalmente serão encontradas na prática, sem que se precise interromper a operação da rede, traz a possibilidade de se instalar poderosos e sofisticados ambientes de teste (testbeds ). Nesse ambiente, contudo, existem desafios de pesquisa a serem tratados e questões em aberto, em especial com relação ao gerenciamento de dispositivos. Em uma rede com suporte a virtualização, os roteadores físicos precisam ser gerenciados para que roteadores virtuais possam ser criados, modificados, duplicados, destruídos e movimentados. As interfaces de gerenciamento atuais, porém, não suportam tais ações de forma efetiva, obrigando o administrador dos dispositivos a realizar intervenções manuais através de interfaces de linha de comandos (CLIs) não padronizadas. Existe, assim, a necessidade de se definir uma interface de gerenciamento adequada para roteadores físicos que abrigam roteadores virtuais. Tendo como objetivo abordar estas questões, este trabalho consiste na investigação de uma solução para gerenciar roteadores virtuais. Para isto foram levantadas e definidas as principais ações de gerenciamento necessárias aos dispositivos, de forma integrada, visando a definição de uma interface padronizada de gerencia- mento para cenários heterogêneos de utilização. / Network virtualization emerged as an alternative to overcome limitations on use of the shared infrastructure of current Internet. With virtualization, over the same physical structure, or substrate, it is possible to build multiple virtual networks, each of them employing its own protocols, addressing mechanisms and policies, on an isolated and independent way. These networks are formed by virtual routers, interfaces and links mapped to real components. Because they are detachable, the virtual elements bring a great flexibility, being possible constructing many overlaid networks for users with different demands, for example. Virtual routers can migrate from one physical router to another as needed form maintenance or load balancing. Besides, the possibily of running network experiments in a real structure, subject to the conditions of use and traffic that will normally be encountered in practice, without interrupting network operation, make it possible to install powerfull and sofisticated testbeds. In such environment, however, there are research challenges to be managed and open questions, specially related to devices management. In a network with virtu- alization support, physicall routers must be managed so that virtual routers can be created, modified, copied, removed and moved. Nevertheless, current management interfaces do not support such action in an effictive way, compelling the devices manager to make manual interventions through non standardized command line interfaces (CLIs). So, there exist the need to define an adequate management interface for physicall routers that host virtual routers. Having as an objective to address these questions, this work consist in investi- gating a solution to manage virtual routers. For this, were raised and defined the main management actions required for devices, through an integrated way, aiming to define a standardized management interface for heterogeneous use scenarios.

A virtualização de rede surgiu como uma alternativa para contornar as limitações no uso compartilhado da infraestrutura atual da Internet. Com a virtualização, sob uma mesma estrutura física, ou substrato, é possível a construção de múltiplas redes virtuais, cada uma das quais empregando seus próprios protocolos, mecanismos de endereçamento e políticas de forma independente e isolada. Essas redes são formadas por roteadores, interfaces e enlaces virtuais mapeados sobre componentes reais. Por serem desacopláveis, os elementos virtuais trazem uma grande flexibilidade, sendo possível a construção de múltiplas redes sobrepostas para usuários com demandas distintas, por exemplo. Roteadores virtuais podem migrar de um roteador físico para outro, conforme necessidades de manutenção ou balanceamento de carga. Além disso, a possibilidade de se conduzir experimentos de rede em uma estrutura real, sujeita as condições de utilização e de tráfego que normalmente serão encontradas na prática, sem que se precise interromper a operação da rede, traz a possibilidade de se instalar poderosos e sofisticados ambientes de teste (testbeds ). Nesse ambiente, contudo, existem desafios de pesquisa a serem tratados e questões em aberto, em especial com relação ao gerenciamento de dispositivos. Em uma rede com suporte a virtualização, os roteadores físicos precisam ser gerenciados para que roteadores virtuais possam ser criados, modificados, duplicados, destruídos e movimentados. As interfaces de gerenciamento atuais, porém, não suportam tais ações de forma efetiva, obrigando o administrador dos dispositivos a realizar intervenções manuais através de interfaces de linha de comandos (CLIs) não padronizadas. Existe, assim, a necessidade de se definir uma interface de gerenciamento adequada para roteadores físicos que abrigam roteadores virtuais. Tendo como objetivo abordar estas questões, este trabalho consiste na investigação de uma solução para gerenciar roteadores virtuais. Para isto foram levantadas e definidas as principais ações de gerenciamento necessárias aos dispositivos, de forma integrada, visando a definição de uma interface padronizada de gerencia- mento para cenários heterogêneos de utilização. / Network virtualization emerged as an alternative to overcome limitations on use of the shared infrastructure of current Internet. With virtualization, over the same physical structure, or substrate, it is possible to build multiple virtual networks, each of them employing its own protocols, addressing mechanisms and policies, on an isolated and independent way. These networks are formed by virtual routers, interfaces and links mapped to real components. Because they are detachable, the virtual elements bring a great flexibility, being possible constructing many overlaid networks for users with different demands, for example. Virtual routers can migrate from one physical router to another as needed form maintenance or load balancing. Besides, the possibily of running network experiments in a real structure, subject to the conditions of use and traffic that will normally be encountered in practice, without interrupting network operation, make it possible to install powerfull and sofisticated testbeds. In such environment, however, there are research challenges to be managed and open questions, specially related to devices management. In a network with virtu- alization support, physicall routers must be managed so that virtual routers can be created, modified, copied, removed and moved. Nevertheless, current management interfaces do not support such action in an effictive way, compelling the devices manager to make manual interventions through non standardized command line interfaces (CLIs). So, there exist the need to define an adequate management interface for physicall routers that host virtual routers. Having as an objective to address these questions, this work consist in investi- gating a solution to manage virtual routers. For this, were raised and defined the main management actions required for devices, through an integrated way, aiming to define a standardized management interface for heterogeneous use scenarios.

A virtualização de rede surgiu como uma alternativa para contornar as limitações no uso compartilhado da infraestrutura atual da Internet. Com a virtualização, sob uma mesma estrutura física, ou substrato, é possível a construção de múltiplas redes virtuais, cada uma das quais empregando seus próprios protocolos, mecanismos de endereçamento e políticas de forma independente e isolada. Essas redes são formadas por roteadores, interfaces e enlaces virtuais mapeados sobre componentes reais. Por serem desacopláveis, os elementos virtuais trazem uma grande flexibilidade, sendo possível a construção de múltiplas redes sobrepostas para usuários com demandas distintas, por exemplo. Roteadores virtuais podem migrar de um roteador físico para outro, conforme necessidades de manutenção ou balanceamento de carga. Além disso, a possibilidade de se conduzir experimentos de rede em uma estrutura real, sujeita as condições de utilização e de tráfego que normalmente serão encontradas na prática, sem que se precise interromper a operação da rede, traz a possibilidade de se instalar poderosos e sofisticados ambientes de teste (testbeds ). Nesse ambiente, contudo, existem desafios de pesquisa a serem tratados e questões em aberto, em especial com relação ao gerenciamento de dispositivos. Em uma rede com suporte a virtualização, os roteadores físicos precisam ser gerenciados para que roteadores virtuais possam ser criados, modificados, duplicados, destruídos e movimentados. As interfaces de gerenciamento atuais, porém, não suportam tais ações de forma efetiva, obrigando o administrador dos dispositivos a realizar intervenções manuais através de interfaces de linha de comandos (CLIs) não padronizadas. Existe, assim, a necessidade de se definir uma interface de gerenciamento adequada para roteadores físicos que abrigam roteadores virtuais. Tendo como objetivo abordar estas questões, este trabalho consiste na investigação de uma solução para gerenciar roteadores virtuais. Para isto foram levantadas e definidas as principais ações de gerenciamento necessárias aos dispositivos, de forma integrada, visando a definição de uma interface padronizada de gerencia- mento para cenários heterogêneos de utilização. / Network virtualization emerged as an alternative to overcome limitations on use of the shared infrastructure of current Internet. With virtualization, over the same physical structure, or substrate, it is possible to build multiple virtual networks, each of them employing its own protocols, addressing mechanisms and policies, on an isolated and independent way. These networks are formed by virtual routers, interfaces and links mapped to real components. Because they are detachable, the virtual elements bring a great flexibility, being possible constructing many overlaid networks for users with different demands, for example. Virtual routers can migrate from one physical router to another as needed form maintenance or load balancing. Besides, the possibily of running network experiments in a real structure, subject to the conditions of use and traffic that will normally be encountered in practice, without interrupting network operation, make it possible to install powerfull and sofisticated testbeds. In such environment, however, there are research challenges to be managed and open questions, specially related to devices management. In a network with virtu- alization support, physicall routers must be managed so that virtual routers can be created, modified, copied, removed and moved. Nevertheless, current management interfaces do not support such action in an effictive way, compelling the devices manager to make manual interventions through non standardized command line interfaces (CLIs). So, there exist the need to define an adequate management interface for physicall routers that host virtual routers. Having as an objective to address these questions, this work consist in investi- gating a solution to manage virtual routers. For this, were raised and defined the main management actions required for devices, through an integrated way, aiming to define a standardized management interface for heterogeneous use scenarios.

This research proposes a new dynamic energy management framework for a backbone Internet Protocol over Dense Wavelength Division Multiplexing (IP over DWDM) network. Maintaining the logical IP-layer topology is a key constraint of our architecture whilst saving energy by infrastructure sleeping and virtual router migration. The traffic demand in a Tier 2/3 network typically has a regular diurnal pattern based on people‟s activities, which is high in working hours and much lighter during hours associated with sleep. When the traffic demand is light, virtual router instances can be consolidated to a smaller set of physical platforms and the unneeded physical platforms can be put to sleep to save energy. As the traffic demand increases the sleeping physical platforms can be re-awoken in order to host virtual router instances and so maintain quality of service. Since the IP-layer topology remains unchanged throughout virtual router migration in our framework, there is no network disruption or discontinuities when the physical platforms enter or leave hibernation. However, this migration places extra demands on the optical layer as additional connections are needed to preserve the logical IP-layer topology whilst forwarding traffic to the new virtual router location. Consequently, dynamic optical connection management is needed for the new framework. Two important issues are considered in the framework, i.e. when to trigger the virtual router migration and where to move virtual router instances to? For the first issue, a reactive mechanism is used to trigger the virtual router migration by monitoring the network state. Then, a new evolutionary-based algorithm called VRM_MOEA is proposed for solving the destination physical platform selection problem, which chooses the appropriate location of virtual router instances as traffic demand varies. A novel hybrid simulation platform is developed to measure the performance of new framework, which is able to capture the functionality of the optical layer, the IP layer data-path and the IP/optical control plane. Simulation results show that the performance of network energy saving depends on many factors, such as network topology, quiet and busy thresholds, and traffic load; however, savings of around 30% are possible with typical medium-sized network topologies.

When designing networks intended to carry real-time media that is critical to arrive several aspects must be considered. For instance, the network must have redundant connectivity, should this traffic (and if so, how) be prioritized in networks where other traffic also travel, which technology is best in the given situation etc. This report will describe technologies that can solve these problems after which some of some of them will be tested in laborations to see how well they measure up in a given problem. The report establishes that in a self-governed LAN link aggregation in collaboration with Virtual Router Redundancy Protocol is a solid solution for providing redundancy with fast reconvergence. On WAN-connections and other shared networks Quality of Service rules should be implemented and in the case of Internet Service Providers a Service Level Agreement should be established.