Δρομολόγηση Κίνησης Κρίσιμων Υποδομών στις Παρυφές του Δικτύου

Abstract

Η συνεχής ανάπτυξη νέων εφαρμογών και υπηρεσιών τα τελευταία χρόνια, οδηγούν σε αύξηση των δικτυακών απαιτήσεων σε ταχύτητα, χωρητικότητα, και εύρος ζώνης. Ως αποτέλεσμα, η παροχή υψηλού επιπέδου ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service – QoS) καθώς και η αξιόπιστη παροχή συνδεσιμότητας εισάγουν σημαντικές προκλήσεις, ιδιαίτερα σε δίκτυα κρίσιμων υποδομών, όπως τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Προς το σκοπό αυτό, προτείνεται η αξιοποίηση των Δικτύων Καθορισμένα από Λογισμικό (Software Defined Networking - SDN), η οποία στοχεύει στο διαχωρισμό του επιπέδου ελέγχου από το επίπεδο δεδομένων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αξιολογήθηκαν υπάρχουσες λύσεις και αναπτύχθηκε μια υλοποίηση η οποία στοχεύει να μειώσει την καθυστέρηση σε δίκτυα που εξυπηρετούν κρίσιμες υποδομές. Συγκεκριμένα, η μέθοδος εστιάζει, αρχικά, στην αναγνώριση της τοπολογίας του δικτύου και την εύρεση όλων των διαθέσιμων μονοπατιών, με τον γρηγορότερο τρόπο και, στη συνέχεια, στην επιλογή του καλύτερου με στόχο τη βελτίωση της ποιότητας των υπηρεσιών του δικτύου. Η αναγνώριση της τοπολογίας του δικτύου και η εύρεση των διαθέσιμων διαδρομών πραγματοποιείται με την χρήση του αλγορίθμου αναζήτησης κατά βάθος (Depth First Search – DFS) και, με κριτήριο το εύρος ζώνης (bandwidth), επιλέγονται οι διαδρομές από τις οποίες θα μεταφερθεί η κρίσιμη κίνηση του δικτύου, ελαχιστοποιώντας τις απώλειες και καθυστερήσεις. Τέλος, η κρίσιμη κίνηση του δικτύου δρομολογείται ιεραρχικά με την χρήση των Διαφοροποιημένων Υπηρεσιών (Differentiated Services Code Point - DSCP), επιτυγχάνοντας καλύτερη ποιότητα υπηρεσιών.

The continuous development of new applications and services over the last years leads to increased network requirements in terms of data rates, capacity and bandwidth. As a result, in order to provide a high level of Quality of Service (QoS) and reliable connectivity several challenges have to be addressed, especially in critical infrastructure networks, such as the electrical power grid. To this end, the use of Software Defined Networking (SDN) technology is suggested as a promising asset for addressing the challenge of differentiating the control and data layers. In this thesis, existing SDN-based solutions are evaluated, and a new method is developed, which aims to reduce the backlog of critical infrastructure networks. In more detail, the method is focused on identifying the network topology, determining all available routes and then, selecting the optimal route, aiming to improve the quality of network services. The topology identification is implemented using the Depth First Search (DFS) algorithm, while the optimal route is selected based on the available bandwidth, thereby mitigating the losses and delays. Finally, the critical network traffic is routed hierarchically using the Differentiated Services Code Point (DSCP), thus achieving a higher better QoS.