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A System-oriented Approach to Efficiency and Quality of Service for Internet Service Providers

Heckmann, Oliver :
A System-oriented Approach to Efficiency and Quality of Service for Internet Service Providers.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: A System-oriented Approach to Efficiency and Quality of Service for Internet Service Providers
Language: English
Abstract:

A high efficiency (i.e., the ratio between the transported traffic and the costs for transporting the traffic) and a well-defined quality of service are two very important goals for IP networks. From this follows the central question of this dissertation: How can an Internet service provider optimise the efficiency and quality of service of its network? This thesis shows that efficiency and quality of service strongly depend on the network architecture, traffic engineering, network engineering, and the interconnections. Therefore, a system-oriented approach is employed. With this approach, all previously mentioned areas are analysed and optimised, considering their mutual influences. In the context of network architectures, the focus of the research lies on methods for providing quality of service. Within this thesis, analytical models are developed in order to determine and analyse the overprovisioning factor of a plain best-effort network compared to networks that support explicit service differentiation. Furthermore, the different IETF quality of service architectures are evaluated and compared in an experimental study. In this context, a bandwidth broker for Differentiated Services networks is developed. It offers strong quality of service guarantees and a high efficiency by overbooking. Besides the network architecture, the interconnection structure (i.e., the connections to other networks) also influences the efficiency and the quality of service of a network. In this dissertation, different approaches to optimise the efficiency, reliability, and quality of service of the interconnection structure are developed and evaluated. The dissertation shows that with these approaches, significant cost savings and quality of service improvements can be realised. How the efficiency respectively the quality of service obtained with the network architecture and interconnections can be further improved by traffic engineering is also analysed within this dissertation. Weaknesses of existing approaches are identified and corrected. Due to the steadily increasing traffic volumes, capacity expansion is the most important network engineering task of a provider. Therefore, capacity expansion strategies are elaborated and evaluated in this dissertation. They also consider the influence of different network architectures and traffic engineering.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Hohe Effizienz -- definiert als das Verhältnis zwischen dem transportierten Verkehr und den dafür anfallenden Kosten -- und eine wohldefinierte Dienstgüte (Quality of Service) sind zwei sehr wichtige Ziele für IP Netzwerke. Hieraus ergibt sich die dieser Dissertation zugrunde liegende Fragestellung, wie man die Effizienz und Dienstgüte aus Sicht eines IP Netzwerkbetreibers (Internet Service Provider) optimieren kann. Wie diese Arbeit zeigt, hängt die Dienstgüte und Effizienz stark von der Netzwerkarchitektur, den Verkehrs- und Netzwerkanpassungsmaßnahmen (Traffic Engineering und Network Engineering), sowie der Anbindung an andere Netzwerke (Interconnections) ab. Aus diesem Grund verfolgt diese Arbeit einen systemorientierten Ansatz, mit dem die genannten Bereiche bezüglich Effizienz und Dienstgüte untersucht, optimiert und ihre gegenseitigen Abhängigkeiten berücksichtigt werden. Im Bereich der Netzwerkarchitekturen liegt der Fokus der Untersuchung auf Methoden zur Dienstgüteerbringung. In dieser Arbeit werden analytische Modelle zur Bestimmung und Untersuchung des Überdimensionierungsfaktors von reinen Best-Effort Netzwerken im Vergleich zu Netzwerken, die eine explizite Dienstdifferenzierung erlauben, hergeleitet. Darüber hinaus werden die verschiedenen Dienstgütearchitekturen der IETF in einer umfangreichen experimentellen Untersuchung evaluiert und verglichen. In diesem Rahmen wird auch ein Bandbreitenbroker für Differentiated Services Netzwerke entwickelt, der starke Dienstgütegarantien geben kann und gleichzeitig über ein Überbuchungssystem Effizienzsteigerungen ermöglicht. Neben der Netzwerkarchitektur wird die Effizienz und Dienstgüte eines Netzwerkes auch von der Interconnection-Struktur beeinflußt -- also durch die Art und den Umfang der Anbindung an andere Netzwerke. In dieser Dissertation werden mehrere Ansätze zur Optimierung der Effizienz, Zuverlässigkeit und Dienstgüte der Interconnection-Struktur aufgestellt und evaluiert. Es wird gezeigt, daß sich mit den entwickelten Strategien eine deutliche Kostenersparnis und Dienstgüteverbesserung erzielen läßt. Wie sich die mit der Netzwerkarchitektur und den Interconnections erreichbare Dienstgüte bzw. Effizienz mit Hilfe von Verkehrsanpassungsmaßnahmen (Traffic Engineering) weiter verbessern läßt, wird in dieser Arbeit ebenfalls untersucht. Schwächen existierender Ansätze werden aufgezeigt und behoben. Wegen des ständig wachsenden Verkehrsvolumens sind Kapazitätserweiterungen die wichtigste Netzwerkanpassungsmaßnahme (Network Engineering) eines Netzwerkbetreibers. Daher werden in dieser Arbeit Kapazitätserweiterungsstrategien entworfen und evaluiert, die unter anderem auch den Einfluß der verschiedenen Netzwerkarchitekturen und die Verkehrsanpassungsmaßnahmen des Betreibers berücksichtigen.German
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000522
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5220
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf and Crowcroft, Prof. Ph.D Jon
Advisors: Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf
Refereed: 14 December 2004
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/522
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