Virtuaalisten erillislähiverkkopalveluiden tietoturvan ja skaalautuvuuden tehostaminen

Tämän väitöstutkimuksen tulokset auttavat suunnittelemaan ja kehittämään turvallisempia, skaalautuvampia ja tehokkaampia ohjelmisto-ohjattuja verkkojärjestelmiä, sekä auttavat hyödyntämään tehokkaammin verkon resursseja ja madaltamaan verkon operatiivisia kustannuksia.

Ethernet-pohjainen VPLS (Virtual Private LAN Service) on läpinäkyvä, protokollasta riippumaton monipisteverkkomekanismi (Layer 2 Virtual Private Network, L2VPN), jolla yhdistetään asiakkaan etäkohteet IP (Internet Protocol)- tai MPLS (Multiprotocol Label Switching) -yhteyskäytäntöön pohjautuvien palveluntarjoajan verkkojen kautta.

VPLS-verkoista on yksinkertaisen protokollasta riippumattoman ja kustannustehokkaan toimintatapansa ansiosta tullut kiinnostavia monien yrityssovellusten kannalta. Tällaisia sovelluksia ovat esimerkiksi DCI (Data Center Interconnect), VoIP (Voice over IP) ja videoneuvottelupalvelut. Uusilta VPLS-sovelluksilta vaaditaan kuitenkin uusia asioita, kuten parempaa tietoturvaa ja skaalautuvuutta, optimaalista verkkoresurssien hyödyntämistä ja käyttökustannusten pienentämistä entisestään.

Tämän väitöskirjan tarkoituksena onkin kehittää turvallisia ja skaalautuvia VPLS-arkkitehtuureja tulevaisuuden tietoliikenneverkoille. Ensin väitöskirjassa esitellään skaalautuva ja turvallinen flat-VPLS-arkkitehtuuri, joka perustuu Host Identity Protocol (HIP) -protokollaan. Seuraavaksi käsitellään istuntoavaimiin perustuvaa tietoturvamekanismia ja tehokasta lähetysmekanismia, joka parantaa VPLS-verkkojen edelleenlähetyksen ja tietoturvatason skaalautuvuutta. Tämän jälkeen esitellään turvallinen, hierarkkinen VPLS-arkkitehtuuri, jolla saadaan aikaan ohjaustason skaalautuvuus.

Väitöskirjassa kuvataan myös uusi salattu verkkotunnuksiin perustuva tietokehysten edelleenlähetysmekanismi, jolla L2-kehykset siirretään hierarkkisessa VPLS-verkossa. Lisäksi väitöskirjassa ehdotetaan uuden Distributed Spanning Tree Protocol (DSTP) -protokollan käyttämistä vapaan Ethernet-verkkosilmukan ylläpitämiseen VPLS-verkossa. DSTP:n avulla on mahdollista ajaa muokattu STP (Spanning Tree Protocol) -esiintymä jokaisessa VPLS-verkon etäsegmentissä.

Väitöskirjassa esitetään myös kaksi Redundancy Identification Mechanism (RIM) -mekanismia, Customer Associated RIM (CARIM) ja Provider Associated RIM (PARIM), joilla pienennetään näkymättömien silmukoiden vaikutusta palveluntarjoajan verkossa. Viimeiseksi ehdotetaan uutta SDN (Software Defined Networking) -pohjaista VPLS-arkkitehtuuria (Soft-VPLS) vanhojen turvallisten VPLS-arkkitehtuurien tunnelinhallintaongelmien poistoon. Näiden lisäksi väitöskirjassa ehdotetaan kolmea uutta mekanismia, joilla voidaan parantaa vanhojen arkkitehtuurien tunnelinhallintatoimintoja: 1) dynaaminen tunnelinluontimekanismi, 2) tunnelin jatkomekanismi ja 3) nopea tiedonsiirtomekanismi. Ehdotetussa arkkitehtuurissa käytetään VPLS-tunnelin luomisen hallintaan keskitettyä ohjainta, joka perustuu reaaliaikaiseen verkon käyttäytymiseen.