reti ottiche a commutazione automatica: verso i sistemi di nuova generazione roberto sabella

Ericsson Lab Italy – Research, Technology & Innovation Center Roberto Sabella

Reti ottiche a commutazione automatica: verso i sistemi

di nuova generazioneRoberto Sabella

Ericsson Lab Italy

email: [email protected]

Reti ottiche a commutazione automatica: verso i sistemi

di nuova generazioneRoberto Sabella

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SommarioSommario Requisiti per le reti di nuova generazione

» Evoluzione del traffico e caratteristiche del traffico IP» Motivazioni per lo sviluppo di nuove reti per il traffico IP» Modelli di trasporto

Nuovo scenario tecnologico» Rete ottica commutata» Tecnologia MPLS

IP/MPLS over WDM» Modello di interconnessione» Piano di controllo unificato: GMPLS

Conclusioni


Come sta evolvendo il Traffico?

Traffico IP e’ destinato a diventare sempre piu’ predominante:

»Tecnologie di accesso ad alta velocita’

»Crescita di prestazioni e funzionalita’ di Router IP (Gigabit router, MPLS..)

»Migrazione dei servizi verso IP (linee dedicate -> IP-VPN, Voice over IP, applicazioni multimediali…)

Traffico voce aumenta in maniera piu’ ridotta

Il volume di traffico staaumentando rapidamente

La tipologia di traffico sta variando


Internet Traffic Traditional Voice Traffic

1 user

100 users

1 million users

Average Load

Average Load

Average LoadAverage Load

Need big buffersor big bandwidth

La natura frattale del traffico InternetLa natura frattale del traffico Internet


Big Servere.g. Microsoft

Big Servere.g. Netscape

Backbone Network

Regional NetworkCnet

To Other Regionals

20:1

3:1

4:1

6:1

2:1

Tx:Rx

L’asimmetria dei flussi datiL’asimmetria dei flussi dati

Asimmetria di direzioneAsimmetria temporale


Il traffico dati non genera profitti come il traffico voce

I costi per espandere l’infrastruttura e servire più utenti tendono ad aumentare più delle entrate

Dilemma degli ISPsDilemma degli ISPs

ISPs devono Ridurre I costi Aumentare le entrate

ISPs devono Ridurre I costi Aumentare le entrate

Usando meglio le risorse

Offrendo più servizi

Usando meglio le risorse

Offrendo più servizi

?


Aumento del tAumento del trafficoraffico

MobilitàMobilità

InternetInternet

ConvergenConvergenzaza TecnologiaTecnologia

GlobalizzazioneGlobalizzazione

CompetizioneCompetizione

Progettate per il traffico telefonico“Overprovisioned“

“ALL IP” Multi-servizioMulti-classe

FlessibilitàFlessibilità

QoSQoS

Reti di nuova generazione

Reti attuali

Scenario evolutivoScenario evolutivo

ScalabilitàScalabilità

DinamicitàDinamicità


TecnologieTecnologie

Strategie di routing Strategie di routing

Modelli architetturaliModelli architetturali

Piano di controlloPiano di controllo

Motivazioni per lo sviluppo di reti di nuova generazioneMotivazioni per lo sviluppo di reti di nuova generazione

Flessibilità e dinamicità per gestire variazioni di traffico

Gestione della Qualità di servizio (verifica degli SLA)

Capacità multi-servizio

Gestione intelligente del traffico

Protezione degli investimenti e minimizzazione dei rischi


Motivazioni: » Rete di trasporto orientata alla voce» Router IP “ lenti”» ATM adattamento tra IP ed SDH» ATM: traffic Engineering e QoS» SDH gestione e protezione» WDM capacità trasmissiva

Limiti» Costi di acquisizione e di gestione» Duplicazione di funzioni

» routing (IP, ATM, SDH)» Protezione (IP, SDH)

» Complessità e scarsa scalabilità

Architettura Stratificata:IP su ATM su SDH su WDMArchitettura Stratificata:IP su ATM su SDH su WDM

IPIP

ATMATM

SDHSDH

WDMWDM


Packet over Sonet:IP su SDH/ Sonet:Packet over Sonet:IP su SDH/ Sonet:

Motivazioni: » Miglioramento delle prestazioni dei router IP» Eliminazione dell’overhead di ATM ( cell tax= 20%)» Riduzione di apparati da gestire e manutenere» Meccanismi di protezione: ripristino garantito in 50 ms

Limiti» Traffic Engineering e QoS tipici di ATM vengono meno» Spreco di risorse

IP

ATM

SONET/SDH

Optical

La trasmissione di pacchetti IP su SDH/SONET avviene tramite protocollo PPP e controllo HDLC

PPP-----------------------

HDLC

Optical

SONET/SDH

IP

Optical

SONET/SDH

IP


ATM

SDH

WDM

IP/MPLS

Dati

QoS, Traffic Engineering IP

ATM

SDH

WDM

VoceDati

Dati QoS

Evoluzione della “pila protocollare” Evoluzione della “pila protocollare”

Protezione , Gestione

Capacità trasmissiva

QoS, Traffic EngineeringProtezione, Gestione

Capacità trasmissiva Optical Networking

Dati QoS

VoceVoce

Dati


Scenario tecnologicoScenario tecnologico La rete ottica commutata

» Tecnologia WDM

» Elementi di rete ottica

La tecnologia MPLS

» Connessioni virtuali al livello IP (Label Switched Paths,

LSP)

» Traffic Engineering a livello IP


Wavelength Division Multiplexing (WDM)Wavelength Division Multiplexing (WDM)

Su ogni fibra è possibile multiplare N diverse (DWDM : N>8)

Le lunghezze d’onda sono spaziate di 0.8nm (100GHz, ITU-Grid)

Possono essere trasportati segnali tributari a diverse velocità

» Commerciali a 10 Gbit/s

» Presto a 40 Gbit/s

ii

Canale di supervisione

MUX

OAOA OAOA

Rig

ener

ator

i 3R

DEMUX

Canale di supervisione

MUX

DEMUX


Crescita della capacità trasmissivaCrescita della capacità trasmissiva

Sono state dimostrate capacità complessive dell’ordine del Terabit/s


Confronto tra sistemi TDM e WDMConfronto tra sistemi TDM e WDM

Sistema WDM a 10Gb/sSistema WDM a 10Gb/s

Sistema TDM a 10Gb/sSistema TDM a 10Gb/s


SDH

MPLS

…

Trasponders

Sistema WDM

SDH

MPLS

…Connessioni dirette Connessioni dirette

Trasponders

Ogni lunghezza d’onda può essere terminata su una interfaccia diversa ( ATM,SDH, MPLS..)

»“client” del canale ottico

Interfacce di un sistema WDMInterfacce di un sistema WDM


WDM T/R WDM T/R

SDH DXC

WDM OXC

SDH DXC

Commutazione otticaCommutazione ottica

Fino ad oggi la tecnologia WDM è stata utilizzata solo per la trasmissione, non per la commutazione

» Commutazione tipicamente SDH (DXC, Digital Cross Connect)


Elementi di rete otticaElementi di rete ottica

Oggi sono disponibili nuovi elementi per la rete ottica

» OXC, Optical Cross connect

» OADM, Optical Add and Drop multiplexer

i1

i2

o1

o2OADM

i1

i2

o1

o2

OXC


Commutazione ottica: opaca o trasparente?Commutazione ottica: opaca o trasparente?

OXC “Trasparente” (OO)

ElettricoOttico

OXC “Opaco” (OEO)

•Vantaggi–Maturità tecnologica

–Rigenerazione del segnale

e minori vincoli trasmissivi

–Facile conversione di –Fault detection / isolation

•Vantaggi

–Trasparenza al bit rate, protocollo, servizio

–Scalabilità

–Probabile minore costo (???)

–Soluzione emergente, ma non consolidata

OXC

Client Client

O-E-O

OO

continuità ottica:

OXC OA

OA

OA

OA

OXC


Evoluzione della rete otticaEvoluzione della rete ottica

Sistemi di trasmissione punto-punto

Anelli WDM

Interconnessioni di anelli

Reti magliate


Trasmissione OtticaWDM

Commutazione OtticaOXC

Piano di controllo

?+ +

= Intelligent Optical Transport NetworkIntelligent Optical Transport Network

Obiettivi del controllo» Utilizzazione flessibile della banda ottica» Fast circuit provisioning» Gestione dei guasti

Controllo della Rete Ottica Controllo della Rete Ottica


OTNOTN

Control PlaneControl Plane

UNIUNINNINNI

clientclient Network Network Manag.Manag. SystemSystem

NMINMI

ASON:Automatic Switched Optical NetworkASON:Automatic Switched Optical Network

Modello di riferimento ITU per una rete di trasporto ottica commutata


Switched ConnectionSwitched Connection

Control Plane

NE NE NEA

Connectionend point

B

Connectionend point

Transport Plane

Switched Connection

SetupRequest

SetupRequest

SetupRequest

ConnectionRequest

UNI

ConnectionRequest

UNI


Permanent ConnectionPermanent Connection

Management Plane

NE NE NEA

Connectionend point

B

Connectionend point

Transport Plane

Provisioned Connection

Provisionedrequest

Provisionedrequest

Provisionedrequest


Soft Permanent ConnectionSoft Permanent Connection

ConnectionRequest

Control Plane

NE NE NEA

Connectionend point

B

Connectionend point

Transport Plane

Switched Connection

Management Plane

Soft-Permanent Connection

PermanentConnection

PermanentConnection

SetupRequest

SetupRequest

SetupRequest


Internet: non orientato

alla connessione

Internet: non orientato

alla connessione &

Rete ottica :

orientata al circuito

MPLS consente di supportare una commutazione “quasi a circuito” in un contesto di rete Internet:

»da un modello connection-less ad un uno connection-oriented

La tecnologia MPLS: una buona armonizzazione tra il mondo IP e WDMLa tecnologia MPLS: una buona armonizzazione tra il mondo IP e WDM


Caratteristiche della tecnica MPLSCaratteristiche della tecnica MPLS

Introduzione del concetto di circuito virtuale su una rete IP Separazione tra il piano dati e piano di controllo Forwarding basato sull’assegnazione di una etichetta Possibilità di instaurare cammini ottici con vincoli (CBR) Possibilità di riservare le risorse Possibilità di una struttura gerarchica con label-stacking

R1

R3

R2R4

R5

R6

R7

R8

R9

EdgeLSR

EgressLSR

IP shortest path PathCBR

Resv


Modelli di interconnessioneModelli di interconnessione

Principali modelli di riferimento oggi in discussione:

» Modello Overlay

» Modello Peer


Modello “Overlay” Modello “Overlay”

La rete ottica (server) fornisce connessioni alla rete IP (client) Le due reti hanno piani di controllo separati Modello adatto in un contesto con piu’ domini amministrativi

NNIInterfaccia NNI: Protocollo di controllo (segnalazione, routing) al livello ottico

Interfaccia UNI (segnalazione,)

Protocollo di controllo (segnalazione, routing) al livello IP/MPLSIPIP

OTN OTN


Modello “Peer”Modello “Peer”

Gli elementi della rete ottica e i router agiscono come pari Il piano di controllo e’ unico: una singola istanza del piano

di controllo puo’ coinvolgere piu’ tecnologie e strati. Traffic Engineering potenzialmente piu’ efficiente

»piena diffusione di informazione topologica


WDMATM

GMPLS: una linguaggio comune GMPLS: una linguaggio comune

Estensione dei protocolli di controllo basati su IP »per diverse tecnologie ( OXC, LSR..) »per diversi reti ( IP, MPLS, ATM..) »per diversi modelli architetturali (Overlay, Peer, Hybrid)

SDH/SonetIP

MPLS


Alcune estensioni necessarie per GMPLS

Generalizzazione dei concetti di MPLS:

» Definizione di una gerarchia di LSPs

» Generalizzazione del concetto di etichetta (per reti WDM, time slot per reti SDH...)

Estensione dei protocolli di controllo (OSPF; RSVP TE, CR-LDP)

Definizione di un nuovo protocollo per il management dei link nella rete ottica (Link Mangement Protocol, LMP)

Aggregazione di informazioni su link con caratteristiche simili per scalabilità dei database, ( Optical Bundling)


Vantaggi del GMPLSVantaggi del GMPLS

Un unico piano di controllo basato su IP:

»Semplifica la gestione della rete riducento i costi operativi

»Facilita un controllo coordinato e più efficiente

»Possibilità di nuovi servizi (bandwidth on demand, QoS end to end, VPN…)

Operatori con reti tradizionali già installate

Operatori che cominciano con IP


Principali Organismi di Standardizzazione: Principali Organismi di Standardizzazione:

ITU-T» ASON

Optical Internetworking Forum ( OIF)» OIF- UNI/NNI

Internet Engineering Task force (IETF) » GMPLS

Proposte comuni per integrare protocolli IP-Based (GMPLS o sue componenti) nell’architettura della ASON e per definire interfacce standard.


Rete ottica multiservizioRete ottica multiservizio

GMPLSintelligence


Soluzioni di Traffic Engineering

Livello di servizio di una rete con assegnazione dinamica delle risorse di banda. Le risorse sono ridistribuite per soddisfare le richieste al meglio.

In una rete tipica si garantisce un “engineered level of service”, al fine di servire tutto il traffico o, come nella figura, gran parte di esso.


Letture consigliateLetture consigliateM. Listanti, V. Eramo, R. Sabella, “Architectural and Technological Issues M. Listanti, V. Eramo, R. Sabella, “Architectural and Technological Issues for Future Optical Internet Networks”, IEEE Communications Magazine, vol. for Future Optical Internet Networks”, IEEE Communications Magazine, vol. 38, no. 9, pp. 82 – 92, 2000.38, no. 9, pp. 82 – 92, 2000.

B. Rajagopalan et al., “IP over Optical Networks: Architectural Aspects”, B. Rajagopalan et al., “IP over Optical Networks: Architectural Aspects”, IEEE Communications Magazine, IEEE Communications Magazine, pp. 94-102, IEEE Communications Magazine, IEEE Communications Magazine, pp. 94-102, September 2000.September 2000.

D. Awduche, Y. Rekhter, “Multiprotocol Lambda Switching: Combining D. Awduche, Y. Rekhter, “Multiprotocol Lambda Switching: Combining MPLS Traffic Engineering Control with Optical Crossconnects”, IEEE MPLS Traffic Engineering Control with Optical Crossconnects”, IEEE Communications Magazine, pp. 111-116, March 2001.Communications Magazine, pp. 111-116, March 2001.

A. Banerjee et al., “Generalized Multiprotocol Label Switching: an Overview A. Banerjee et al., “Generalized Multiprotocol Label Switching: an Overview of Routing and Management Enhancements”, IEEE Communications of Routing and Management Enhancements”, IEEE Communications Magazine, pp. 144-150, January 2001.Magazine, pp. 144-150, January 2001.

D. Awduche et al., “Requirements for Traffic Engineering over MPLS”, RFC D. Awduche et al., “Requirements for Traffic Engineering over MPLS”, RFC 2702, IETF.2702, IETF.

P. Iovanna, M. Settembre, R. Sabella, "A Traffic Engineering System for P. Iovanna, M. Settembre, R. Sabella, "A Traffic Engineering System for Multi-layer Networks Based on the GMPLS Paradigm", IEEE Network - Special Multi-layer Networks Based on the GMPLS Paradigm", IEEE Network - Special Issue on "Traffic Engineering in Optical Networks”, March 2003. Issue on "Traffic Engineering in Optical Networks”, March 2003.


ConclusioniConclusioni Migrazione di servizi verso IP e la crescita del traffico IP

rendono necessaria un’evoluzione della rete del trasporto» Più flessibile

» Più dinamica,

» Multi-servizio

L’evoluzione della tecnologia ottica (trasmissione,

commutazione) ha reso le reti WDM il paradigma

dominante per il trasporto di IP: » Necessità di un piano di controllo evoluto basato su IP

La tendenza emergente è verso l’integrazione di IP su

ottica con un piano di controllo unico (GMPLS)

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