corso di sistemi di telecomunicazione ottici dello strato ottico.pdf · campionamento 8 khz...
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Corso di Reti di
Telecomunicazione
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico (1)
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
Client dello strato ottico (2)
Reti che usano la fibra ottica come mezzo trasmissivo
Lo strato ottico fornisce lightpaths ai client
Equivalenti a link fisici punto-punto
Gli strati client elaborano i dati in formato elettronico, aggregando flussi a basso bitrate
Multiplexing fisso o statistico
Strati client dominanti per backbone
Sonet/SDH, IP, ATM
IP/ATM over Sonet, oppure IP/ATM over optical
Strati client dominanti per MAN e SAN
Gigabit Ethernet, RPR, Fibre Channel
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
Sonet/SDH vs. PDH (1)
Sonet (Synchronous Optical Network)
Standard per multiplexing e trasmissione di segnali ad alto bitrate per infrastrutture di rete in Nord America
SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
Standard analogo adottato in Europa, Giappone e collegamenti sottomarini
Prima di Sonet e SDH…
PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), 1960
In Nord America gerarchia asincrona digitale
Obiettivo: multiplexing di segnali vocali
Caratteristiche del segnale vocale
Banda 4 kHz
Campionamento 8 kHz (Shannon)
Quantizzazione 8 bit per campione
Bitrate totale 64 kbit/s (PCM)
Standard ampiamente accettato
Sonet/SDH vs. PDH (2)
PCM 64 kbit/s come segnale base
Flussi a bitrate superiore come multipli di 64 kbit/s
Standard diversi in Nord America, Europa, Giappone
Nord America PCM 64 kbit/s: segnale DS0 (Digital Signal 0)
Segnali DS1 (1.544 Mbps), DS3 (44.736 Mbps)…
I relativi canali di trasmissione si chiamano T1, T3…
Europa Unità base segnale DS0
Formati definiti E0, E1, E2, E3, E4
Sonet/SDH vs. PDH (3)
I bitrate definiti sono ancora oggi largamente usati dagli operatori per reti e per linee in affitto a clienti
PDH soffriva invece di enormi problemi…
1980 – 1990: operatori cercano nuovi standard
Standard Sonet/SDH
Risolve molti dei problemi relativi a PDH
Vantaggi di Sonet/SDH rispetto a PDH
1) Semplificazione del processo di multiplexing
Segnali plesiocroni (PDH): segnali caratterizzati da un rate nominale che varia entro limiti precisi
Multiplexing asincrono: ogni terminale ha un suo clock
Clock nominale unico specificato ma…
Significative differenze nei valori reali
Es. segnali DS3, variazioni clock 20 ppm (realistico), differenze nei bitrate pari a 1.8 kbit/s!
Sonet/SDH vs. PDH (4)
Necessità di bit stuffing
Quando flussi a basso rate sono multiplexati, si aggiungono bit extra che tengono conto dei clock non allineati
I bitrate definiti non sono multipli di DS0, ma leggermente superiori
Es. DS1 = 1.544 Mbps, ma 24 x 64 kbit/s = 1.5 Mbps
Difficoltà di estrarre flussi a basso bitrate da flussi ad elevato bitrate
Necessità di demultiplexare completamente il flusso
Uso di stack di multiplexer/demultiplexer
Poco affidabile, costoso, molta elettronica
Sonet/SDH è sincrono
Tutti i clock sincronizzati a un master clock I bitrate sono multipli di DS0, non serve bit stuffing
Riduzione del costo di mux/demux
Estrazione di un flusso a basso bitrate dal flusso Sonet/SDH in un colpo solo!!
Progetto di Sonet ADM è molto semplice
Sonet/SDH vs. PDH (5)
Es. Estrazione di un segnale DS1 da un segnale DS4
(a) Demultiplazione nel caso PDH
(b) Demultiplazione in Sonet/SDH
Sonet/SDH vs. PDH (6)
2) Management
Gestione semplificata della rete
Monitoraggio delle prestazioni
Identificazione del tipo di traffico e di connessione
Identificazione dei guasti
Canale dedicato per trasmissione informazioni di gestione della rete
Tutte caratteristiche di Sonet/SDH, PDH molto carente
3) Interoperabilità
PDH non definiva un formato standard di trasmissione
Difficile collegare dispositivi di diverse case Diverse codifiche, interfacce ottiche
Sonet/SDH definiscono interfacce ottiche standard Interoperabilità tra dispositivi di diversi costruttori
4) Affidabilità della rete
Sonet/SDH: topologie, protocolli e tecniche di protezione per reti ad elevata affidabilità (ripristino entro 60 ms)
PDH: tempi di ripristino da secondi a minuti
Sonet/SDH – Multiplexing (1)
Sistema di multiplexing sofisticato
Implementazione in circuiti integrati VLSI
Sonet e SDH simili, ma terminologia diversa
Spieghiamo Sonet, evidenziando le differenze in SDH
Sonet: bitrate di base 51.84 Mbps
Synchronous Transport Signal level-1 (STS-1)
STS-N: segnale a bitrate N volte superiore
Interleaving dei byte di N STS-1, frame per frame
Sonet/SDH – Multiplexing (2)
I clock di tutti i segnali sono sincronizzati
Bit stuffing non necessario
Estrazione dei flussi a basso rate senza totale demux
STS è un segnale elettrico
E molto spesso esiste solo nei dispositivi Sonet
Interfaccia ottica con gli altri dispositivi
Segnale ottico trasmesso è STS con scrambling
Eliminazione lunghe sequenze di 1 e 0
Il ricevitore applica descrambling e demodula
Al segnale elettrico STS-N corrisponde l’interfaccia ottica OC-N (Optical Carrier-N)
Es. ad STS-3 corrisponde OC-3, ad STS-12 OC-12…
SDH: bitrate di base 155 Mbps
Synchronous Transport Module-1 (STM-1)
Termine usato per segnale sia ottico che elettrico
Sonet/SDH – Multiplexing (3)
Sonet
Bitrate scelti per la trasmissione dei più comuni segnali asincroni (DS1 e DS3)
SDH
Bitrate scelti per la trasmissione dei più comuni segnali PDH (E1, E3, E4)
Struttura del frame Sonet
Transport Overhead
Payload
Contenuto nel Synchronous Payload Envelope (SPE)
SPE contiene byte di Path Overhead, inseriti alla sorgente ed estratti solo dal destinatario
Es. bytes di path trace, identificano l’SPE e sono usati per verificare la connessione
Sonet/SDH – Multiplexing (4)
Uso di puntatori per indicare il payload nel frame
SPE non ha un punto di partenza fisso nel frame
Tutti i clock derivati da un’unica sorgente
Piccole variazioni transitorie di frequenza sono possibili
Piccole differenze di fase tra il segnale entrante e quello uscente
Soluzione: si permette al payload di shiftare avanti o indietro nel frame
Niente bit stuffing o buffering, ma molta elettronica per gestire i puntatori
Puntatore nel Transport Overhead (Line Overhead) indica il byte di partenza del SPE
Sonet/SDH – Tributari virtuali (1)
Necessità di mappare in frame STS-1 flussi non Sonet a bitrate minore (es. DS1)
Uso di tributari virtuali (VT)
Ogni VT progettato con banda sufficiente per trasmettere un payload diverso
Sonet, 4 VT di dimensioni diverse
VT1.5: 1.5 Mbps, segnali DS1
VT2: 2 Mbps, segnali E1
VT3: 3 Mbps, segnali DS1C
VT6: 6 Mbps, segnali DS2
VT composto da
VT SPE: VT Synchronous Payload Envelope
VT Path Overhead e VT pointer
Sonet/SDH – Tributari virtuali (2)
VT group
Aggregazione di VT in gruppi, 4 possibilità
4 x VT1.5
3 x VT2
2 x VT3
1 x VT6
Sonet STS-1 SPE
Interleaving di 7 VT group e byte di Path Overhead
VT SPE può fluttuare all’interno dell’STS-1 SPE
VT pointer (2 bytes), indica l’inizio del VT SPE
Sonet/SDH – Tributari virtuali (3)
Necessità di mappare flussi non Sonet ad alto bitratein STS-1 SPE per trasporto Sonet Flussi da router IP o switch ATM trasportati con Sonet
STS-Nc (c sta per “concatenated”) Segnale con payload locked, cioé non può essere
demultiplexato in flussi a bassa velocità
Es. segnale ATM a 150 Mbps trasmesso su Sonet Utilizzo di segnale STS-3c
Mapping definito per molte classi di segnali ATM, IP, FDDI…
SDH: stessa filosofia, terminologia diversa VC (virtual containers) invece di VT
VC-11 (DS1), VC-12 (E1), VC-2 (E2), VC-3 (E3 e DS3), VC-4 (E4)
VC-11, VC-12 e VC-2 multiplexati in VC-3 e VC-4
VC-3 e VC-4 multiplexati per formare STM-1
Sonet/SDH – Schema multiplexing
Sonet/SDH – Frame STS-1 (1)
Frame STS-1
Durata 125 μs (8000 frames/s)
Per analogia agli 8 kHz del segnale PCM
Indipendente dal bitrate del segnale Sonet
9 righe per 90 colonne, ogni cella 1 byte
In tutto 810 bytes, payload + overhead
(9 x 90 x 8) bit/frame x 8000 frames/s = 51.84 Mbps
Trasmissione bytes riga per riga, da sinistra a destra, si trasmette per primo il MSB
Prime 3 colonne per Transport Overhead
Section Overhead e Line Overhead
Le altre colonne per STS-1 SPE
La cui prima colonna contiene il Path Overhead
Sonet/SDH – Frame STS-1 (2)
Struttura del frame STS-1
Sonet/SDH – Frame STS-N (3)
Frame STS-N
Interleaving dei bytes degli N STS-1 frames
Transport Overhead nelle prime 3N colonne
N set di bytes di overhead, 1 per ogni STS-1
Allineamento con il frame
Payload nelle restanti 87N colonne
Non serve allineamento con il frame
Frame STS-Nc
Simile a STS-N, ma il payload nelle 87N colonne non può essere demultiplexato da Sonet
STS payload pointer indica frame concatenato
1 solo set di bytes di overhead
Payload intatto dal mittente al destinatario
Sonet/SDH – Frame STS-N (4)
Struttura del frame STS-N
Sonet/SDH – Infrastruttura (1)
3 tipi di configurazioni per reti Sonet
Punto-punto
Usata nelle prime reti installate, ancora utile per talune applicazioni
I nodi sono chiamati Terminal Mux (TM), o Line Terminating Equipment (LTE)
Lineare con ADM
Add/Drop di flussi a basso bitrate
Multiplexer add/drop (ADM)
Es. OC-48 ADM, add/drop flussi OC-12 e OC-3
ADM inseriti tra TM creano configurazione lineare
Anello
Sempre più usata: elevata affidabilità
Semplice, link alternativo in caso di guasto
Sonet/SDH – Infrastruttura (2)
Sonet/SDH – Reti ad anello
Dispositivi Sonet ADM configurabili come…
Ring ADM, linear ADM, TM
Anelli Sonet composti da ADM
Multiplexing, demultiplexing, protezione da guasti
Anelli di backbone
OC-12/OC-48/OC-192 (ma si va verso i 40 Gbps)
Overlay di anelli, ognuno a diversa lunghezza d’onda
Architettura BLSR (Bidirectional Line-Switched Ring)
2 fibre (BLSR/2) o 4 fibre (BLSR/4) per anello
Connessioni tra multipli central office (CO)
Anelli di accesso
OC-3/OC-12
Architettura UPSR (Unidirectional Path-Switched Ring)
1 fibra per anello
Connessioni tra utenti e nodo hub nel CO
Sonet/SDH – DCS (1)
DCS (Digital CrossConnect)
Componente base della rete Sonet
Gestisce tutte le risorse di trasmissione
DCS sostituisce patch panels manuali nei CO
Centinaia/migliaia di porte
Migliaia di flussi DS1/DS3 ingestibili a mano
Interconnessione automatizzata sotto controllo software, più mux/demux e controllo prestazioni
Gestione di flussi PDH, Sonet e SDH
Grooming del traffico
Aggregazione del traffico con simile tipologia, QoS, destinazione
Include mux/demux di flussi a basso bitrate
Sonet/SDH – DCS (2)
Tipologie di DCS
Classificati in base alla granularità del grooming
Narrowband DCS
Grooming a livello di flussi DS0
Wideband DCS
Grooming a livello di flussi DS1
Broadband DCS
Grooming a livello di flussi DS3 (STS-1)
Optical DCS (OXC)
Grooming a livello di STS-48, lunghezza d’onda…
DCS completamente ottico
Interfacce dal bitrate di grooming fino a bitrate superiori
Es. broadband DCS interfacce da DS3 a OC-48
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
IP (1)
IP (Internet Protocol)
La più usata tecnologia per reti WAN ad oggi
Protocollo di rete per Internet e Intranet
Servizio connectionless
Può lavorare su molti livelli data-link diversi
Ethernet, token ring, PPP, HDLC
È uno dei motivi del successo di IP
Protocolli di trasporto
TCP (Transmission Control Protocol)
Connection oriented
FTP, Telnet, HTTP…
UDP (User Datagram Protocol)
Connectionless
Trasporto di semplici messaggi
Streaming, NFS, SNMP
IP (2)
IP over WDM
Mappatura di IP sullo strato ottico
IP over ATM over Sonet (a)
Pacchetti IP mappati in celle ATM, codificati in frame Sonet trasmessi su un canale WDM
Packet over Sonet, POS (b)
Pacchetti IP mappati in frame PPP, codificati in frame Sonet trasmessi su un canale WDM
IP over Gigabit Ethernet (c)
10 GE come MAC, Pacchetti IP codificati in frame 10 GE trasmessi su un canale WDM
Instradamento (1)
Pacchetti IP hanno lunghezza variabile Ma dimensione massima 65535 bytes
Router IP elemento chiave della rete Internet
Meccanismo di routing Ogni router ha una tabella di routing
Una o più voci per ogni router destinazione
Indica il nodo adiacente a cui passare il pacchetto
Il router cerca nell’header del pacchetto l’indirizzo della destinazione, quindi instrada in base alla tabella
Gestione delle tabelle di routing cruciale per la rete
Protocolli di routing
Instradamento (2)
Protocolli di routing intra-domain
Es. protocollo OSPF (Open Shortest Path First)
Ogni router campiona lo stato dei nodi adiacenti
In caso si rilevi una variazione di stato
Flooding del link state a tutti i nodi della rete
Modifica di tutte le tabelle di routing in base alle nuove informazioni
Tutti i nodi conoscono la topologia corrente
Il flooding deve essere “intelligente”
Link state vecchio può arrivare dopo uno nuovo
Numero di sequenza per ogni link state
Si scartano link state con numero di sequenza vecchio
Link state generati periodicamente
Alcuni potrebbero infatti andare persi
Instradamento (3)
Pacchetti link state danno ad ogni router una visione globale della rete
Il router calcola quindi il cammino ottimo tra sé e gli altri router e memorizza il nodo successivo per ogni destinazione
Algoritmo di Dijkstra
Impossibile che ogni router mantenga la topologia dell’intera Internet
Divisione di Internet in Autonomous Systems (AS)
Protocollo intra-domain (es. OSPF) all’interno dell’AS
Protocollo inter-domain per routing tra AS
Es. protocollo BGP (Border Gateway Protocol)
Quality of Service QoS
IP offre servizio “best effort”
Pacchetti percorrono cammini diversi, ritardi diversi, consegna non in sequenza, in caso di congestione pacchetti eliminati
Forte domanda per QoS in reti IP
Diff-Serv (Differentiated Services)
Pacchetti raggruppati in classi, indicate nell’header
Classi diverse, trattamento diverso dai router
Pacchetti EF (Expedited Forwarding)
Code distinte, consegna rapida
Assured Forwarding (AF)
Indica la priorità di eliminazione del pacchetto
Diff-Serv affronta il problema della QoS, ma non può dare garanzie end-to-end
Es. non si può dire a priori se c’è banda sufficiente per un nuovo flusso di traffico real time
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
MPLS
MPLS (Multi-Protocol Label Switching)
Richiesta stringente di QoS end-to-end in reti IP
Fornitura di servizi distinti per classi
Distinzione tra diversi tipi di traffico
MPLS strato tra IP e livello data-link (livello 2.5)
Reti MPLS basate sul concetto di label switching
Label indicano percorso e attributi dei servizi
All’ingresso della rete, processing dei pacchetti
Selezione e applicazione della label opportuna
I router interni leggono la label, applicano i servizi richiesti in modo appropriato e instradano
Instradamento in base al contenuto della label
Analisi e classificazione di pacchetti solo all’ingresso
Uscita della rete: eliminazione label e invio a destinazione
MPLS – Label switching (1)
Percorso di un pacchetto lungo la rete Step 1: classica costruzione tabelle di routing
Algoritmo OSPF, partecipano anche i router MPLS
Protocollo LDP (Label Distribution Protocol)
Usa le tabelle di routing per determinare le label tra nodi adiacenti
Creazione di LSP (Label Switching Paths) preconfigurati
Step 2: un pacchetto arriva in ingresso alla rete
Edge Label Switching Router (LSR)
LSR determina servizio di livello 3 (QoS)
LSR applica una label e instrada il pacchetto
Step 3: ad ogni nodo, LSR legge la label, la sostituisce con una nuova (da tabella) e instrada
Step 4: in uscita, Edge LSR elimina la label e instrada al destinatario
MPLS – Label switching (2)
MPLS – Vantaggi (1)
Paradigmi rete MPLS
Creazione LSP ed instradamento separati
Creazione LSP come funzione di controllo della rete
Hardware ottimizzato per l’instradamento
Entrambe le funzioni completamente hardware
Label switching molto più semplice del routing IP
Numero di pacchetti al secondo elaborabile maggiore
Concetto di percorso in rete IP
IP instrada senza conoscere connessione end-to-end
MPLS permette di specificare percorsi per pacchetti
Ottimizzazione banda, prevenzione congestione, QoS…
Concetto di QoS end-to-end in rete IP
Possibilità di riservare banda per un LSP
Distinzione tra LSP in base al tipo di traffico
MPLS – Vantaggi (2)
Maggiore affidabilità in caso di guasti
Definizione di 2 LSP tra gli stessi nodi
Commutazione rapida in caso di guasto
Routing IP molto inefficiente e lento in casi simili
Creazione di Reti Private Virtuali (VPN)
MPLS-based IP VPN
Reti IP connectionless in gradi di garantire sicurezza e QoS attraverso classi di servizio
Metodo comodo ed efficiente per ridurre i costi per estendere una LAN da intranet a extranet
Classificazione e instradamento del traffico per tipo
Voce, video, e-mail…
Il traffico di ogni VPN è trasportato da un set di LSP
Una sola infrastruttura supporta molte VPN, risulta semplice aggiungere o cancellare VPN
Architettura per servizi IP di prossima generazione
MPLS - Applicazioni
Classi di servizio (CoS)
Fornitura QoS ad hoc per ogni CoS
Es. garanzia massimo ritardo consegna per una CoS
Streaming video
Ingegnerizzazione del traffico
Controllo dei percorsi per evitare congestione della rete
Invio dati Houston – Singapore
OSPF sceglie il link diretto
E lo congestiona alla lunga
MPLS può usare il link secondario
Ottimo utilizzo della banda
GMPLS – cenni (1)
Generalized MPLS
Estensione di MPLS per switching a livello di pacchetto, TDM, lunghezza d’onda, fibra
Uso di etichette a tutti i livelli
Problemi con reti ottiche e TDM
Dispositivi non progettati per estrarre ed elaborare le etichette
Allocazione della banda solo in unità discrete
Enormi quantità di dati e risorse da gestire
Configurare DCS e OXC è time-consuming
Gestione dei fault (es. 50 ms Sonet)
GMPLS – cenni (2)
Esempio
Router IP connessi a reti metro Sonet
Reti metro connesse attraverso DWDM
GMPLS – cenni (3)
Etichetta generalizzata
Riferita a pacchetto, time-slot, lunghezza d’onda, oppure fibra
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
Storage-Area Networks (1)
SAN (Storage Area Networks) Reti per connessione tra computer e periferiche
Utili per enti con datacenter di grandi dimensioni
Elemento chiave è uno switch elettronico
Connessioni riconfigurabili tra i dispositivi
Connessioni a commutazione di circuito
In passato, SAN limitate a edifici o campus
Oggi SAN estese a livello metro, o anche long haul
Affidabilità contro guasti disastrosi (backup)
Delocalizzazione dei datacenter (meno costi)
Storage-Area Networks (2)
Bitrate tipicamente tra 200 Mbps e 1 Gbps su fibra
Bitrate non molto elevati, punto chiave per lo strato ottico è il numero di connessioni
Da centinaia a migliaia di link tra datacenter
Principali tecnologie SAN
ESCON (Enterprise Serial Connection)
Fibre Channel
HIPPI (High Performance Parallel Interface)
Utilizzo di codifica di linea per trasmissione su fibra
Data rate (Mbytes/s) vs. transmission rate (Mbaud/s)
Fibre Channel
Standard sviluppato verso la fine degli anni ’90
Stesse applicazioni di ESCON, porte di I/O su periferiche e computer, switch elettronico
Ad oggi è largamente diffuso
Standard prevede una grande varietà di bitrate
A partire dalla versione “full speed” a 100 Mbytes/s
Versione a ¼ di velocità (25 Mbytes/s)
Versione a 400 Mbytes/s
Codifica di linea (8, 10) come in ESCON
Utilizzo di interfacce sia in rame che in fibra
Rame fino a 100 Mbytes/s, fibra oltre
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
10 Gigabit Ethernet (1)
Quasi tutto il traffico Internet ha origine ed è destinato a reti Ethernet
Basso costo, affidabilità, semplicità di installazione
Evoluzione di Ethernet (nata 25 anni fa) verso le esigenze delle moderne reti a pacchetto
Standard 10 Gigabit Ethernet
Estensione dei protocolli IEEE 802.3 al bitrate 10 Gbps e ad applicazioni su link WAN (IEEE 802.3ae)
Piena compatibilità con le versioni precedenti IEEE 802.3
10 GE mantiene l’architettura Ethernet tradizionale…
E’ un protocollo di livello 1 e 2
Necessità di un MAC (Media Access Control)
Formato e dimensioni dei frame
Ma continua l’evoluzione in termini di bitrate e distanza
10 Gigabit Ethernet (2)
Una sola differenza tra Ethernet e 10 GE
10 GE tecnologia full-duplex
Non serve il protocollo CSMA-CD
Architettura del protocollo IEEE 802.3ae
Livello data-link
Livello fisico (PHY)
PCS
PMA + PMD
10 Gigabit Ethernet (3)
MAC connesso al livello fisico (PHY) attraverso un’ interfaccia indipendente dal mezzo (XGMII)
Livello fisico suddiviso in 3 sottolivelli
PMD (Physical Media Dependent)
Fornisce la connessione fisica al mezzo
Es. i transceiver sono PMDs
PMA (Physical Medium Attachment)
PCS (Physical Coding Sublayer)
Fornisce codifica (es. 64B/66B) e multiplexing
Due tipi diversi di PHY
LAN PHY
WAN PHY
Simile a LAN PHY, ma il PCS permette la connessione con Sonet STS-192
10 Gigabit Ethernet - PMD
IEEE 802.3ae definisce 4 PMD
PMD seriale a 1310 nm, fibra monomodale su massima distanza 10 km
PMD seriale a 1550 nm, fibra monomodale su massima distanza 40 km
PMD seriale a 850 nm, fibra multimodale su massima distanza 300 m
PMD WWDM (Wide-Wave WDM) a 1310 nm, fibra monomodale su massima distanza 10 km o multimodale su massima distanza 300 m
10 Gigabit Ethernet - Vantaggi
Ethernet base è la tecnologia più usata per LAN
Richiesta di banda sempre crescente
Convergenza di reti dati e voce su Ethernet
10 GE supporta bitrate fino a 10 Gbps su distanze fino a 40 km
Fibre multimodali
Fibre monomodali
Distanza portata da 5 a 40 km
Uso di sorgenti VCSEL
In generale, possibilità di usare ottica a basso costo
Scelta naturale per espansione delle Ethernet esistenti
Ethernet facilmente interoperabile con 10 GE
Conoscenza di base e gestione molto simili
Disponibilità di prodotti standard da più venditori
10 Gigabit Ethernet – Applicazioni (1)
Pacchetto lascia il server attraverso una connessione 10 GE short-haul, si muove grazie a una rete DWDM e arriva ad un PC connesso a una porta GE
Niente conversione di protocollo o re-framing
Connessione tra server
Soluzioni proprietarie
Alti costi, difficile gestione e manutenzione
Fibre Channel
Standardizzato ma costoso, bassa interoperabilità, non molto conosciuto dal personale
10 Gigabit Ethernet
Ottima soluzione per interconnessione tra server
Offre banda più che sufficiente (10 Gbps)
Singolo server ha banda sufficiente per rimpiazzarne molti
Basso tempo di latenza, cruciale per clustering
10 Gigabit Ethernet – Applicazioni (2)
LAN
Garanzia di maggiore banda su distanze maggiori
Supporto di fibre multimodali e monomodali
Possibilità di scegliere ad hoc la locazione di server e datacenter nel raggio di 40 km
Backbone 10 GE short-haul su fibra multimodale per connessioni switch-switch e server-switch
Costi molto bassi, elevate prestazioni
Bassa congestione dei link, bassa latenza
10 Gigabit Ethernet – Applicazioni (3)
MAN/SAN
Ottima soluzione per backbone di reti metro
Uso di fibra SMF, link fino a 40 km che possono raggiungere tutti i clienti in città
WAN
Link ad elevate prestazioni tra switch/router collegati a reti Sonet/SDH
Interfaccia WAN PHY
LAN connesse da Sonet/SDH attraverso DWDM
Client dello strato ottico
Client dello strato ottico
Sonet/SDH
ATM
IP
MPLS
Storage-Area Networks
Gigabit Ethernet
RPR
RPR (1)
RPR (Resilient Packet Ring)
Migrazione delle reti packet-based da LAN a MAN
Traffico dati sempre maggiore, difficoltà per trasporto su reti Sonet/SDH ottimizzate per voce
Soluzione: reti a pacchetto anche in reti metro
Ethernet gestisce in modo ottimo pacchetti IP
10 GE ha la velocità necessaria per reti metro
Tuttavia…
Buona parte delle MAN installate sono ad anello
Alta affidabilità, veloce restoration (< 60 ms)
Ethernet non adatta a reti ad anello
Manca il MAC adatto a gestire l’anello!
Ethernet sprovvista di meccanismi di protezione
RPR (2)
Necessità di una nuova tecnologia che…
Sfrutti al meglio le caratteristiche degli anelli
Mantenendo i vantaggi del trasporto a pacchetto
RPR tecnologia emergente per trasporto in reti metropolitane
Supporto efficiente degli anelli (come Sonet)
Recovery veloce da guasti (come Sonet)
Semplicità, efficienza (come Ethernet)
Gestione equa delle risorse
Gestione dei problemi di congestione della rete
Sonet Metro Ring
Anello configurazione naturale per Sonet/SDH
Sonet nato per commutazione di circuito punto-punto
Molti svantaggi nel trasporto di dati su Sonet Circuiti fissi
Banda sprecata se il circuito non è utilizzato
Spreco di banda per mesh logiche
Difficile ed inefficiente creare mesh logiche
Pessima gestione del traffico multicast
Un circuito e un pacchetto per ogni destinatario
Spreco di banda per protezione
Tipicamente il 50%
Ethernet Metro Ring
Ethernet usa in modo efficiente la banda disponibile
Ma non usa in modo efficiente la topologia ad anello
Nessun sistema di protezione efficiente dell’anello
Protezione Ethernet solo a livello di link, e molto lenta
500 ms contro i 50 ms di Sonet
Gestione non equa del mezzo condiviso
Equità solo a livello di link…
Che non si traduce in equità globale
Ethernet sta sull’anello… ma non lo sa…
Diagramma logico in figura
Resilient Packet Ring (1)
Filosofia RPR
Il problema della gestione del mezzo condiviso si risolve a livello MAC
RPR (IEEE 802.17)
Nuovo protocollo MAC per reti metro ad anello
Architettura Packet ADM (Add/Drop Mux)
Confronto tra Packet ADM e switch Ethernet
Rete Ethernet composta da link punto punto
Accodamento e instradamento ad ogni nodo
Ogni nodo elabora il traffico entrante al rate di linea
Oltre i 10 Gbps, l’approccio non è più valido
Resilient Packet Ring (2)
RPR ha la nozione di traffico di transito
Il traffico non destinato al nodo passa senza essere accodato
Il MAC ha 3 funzioni
Add: inserimento di nuovo traffico
Drop: prelievo di parte del traffico
Pass: transito senza elaborazione
Percorso di transito parte del mezzo trasmissivo
L’anello RPR è un mezzo continuo condiviso dai nodi
Architettura Packet ADM non elabora il traffico in transito
Elevata scalabilità a bitrate elevati
Resilient Packet Ring – Vantaggi (1)
Versatilità a livello fisico
RPR definisce solo uno standard per il MAC
Al livello 1 si può avere Ethernet, Sonet, DWDM…
Affidabilità
Meccanismo di recovery efficiente: “ring wrap”
In caso di guasto, si raggiunge la destinazione percorrendo l’anello in senso opposto
Resilient Packet Ring – Vantaggi (2)
Gestione equa della banda
Anello condiviso molto sensibile allo sfruttamento esagerato di alcuni utenti
Necessario garantire divisione equa della banda…
A livello globale di anello, non link per link!
Impossibile sia in Sonet che in Ethernet
Sonet sottoutilizza le risorse, Ethernet non equo
Meccanismo di feedback in RPR
Monitoraggio del traffico (compito del MAC)
Dati sul traffico a tutti i nodi
Le sorgenti modificano il traffico di conseguenza
La non equità di Ethernet nella gestione della banda peggiora aumentando il numero di nodi!
Resilient Packet Ring – Vantaggi (3)
Gestione del traffico multicast
Packet ring configurazione ideale
Solo una copia del pacchetto circola per la rete
Fornitura del servizio semplificata
Tempi di attivazione elevati per reti Sonet
Es. DS1, DS3 richiedono settimane
Attivazione immediata in anelli RPR
Anello mezzo condiviso, tutti i nodi hanno visione globale della capacità della rete
Resilient Packet Ring - Applicazioni
RPR utile ogniqualvolta si trasportano dati su anelli in fibra
Es. Metro Service Provider, rete di accesso DSL
Un singolo anello RPR serve edifici multipli nell’area
Alta affidabilità (< 50 ms), facile drop ai nodi
Banda suddivisa equamente tra gli utenti