Reti Fotoniche
(Optical Networks)
Fabio Neri
Politecnico di Torino
[email protected]
www.tlc-networks.polito.it
011 564 4076
Indice (II)
Esempi di reti ottiche di seconda generazione:
 reti broadcast-and-select
 anelli WDM
 reti wavelength routing
Progetto di topologia logica e routing di cammini ottici
Cenni alle reti d’accesso
Commutazione ottica di pacchetti
Architetture di protocolli per reti ottiche
Cenni a gestione e affidabilità
Standardizzazione
ITU-T (International Telecommunications Union - ITU Telecommunications Standardization Sector) e ANSI
 G.872 “Architecture of optical transport networks”
 G.ASON, “Architecture for the Automatic Switched Optical
Network”, in fase di sviluppo
 G.893 “Broadband Passive Optical Network”
IETF (Internet Engineering Task Force)
 MPLS, MPlS, G-MPLS, IPO (IP over Optical)
OIF (Optical Internetworking Forum)
 OIF UNI (User-Network Interface) 1.0
 Host Interoperability Demo (@Supercomm 2001)
ODSI (Optical Domain Service Interconnect)
ITU-T G.681 e G.872 OTN
(Optical Transport Network)
Livello del canale ottico (optical channel - OC), comprendente i
sottolivelli di canale (lightpath), sezione di multiplazione
(mux/demux su un link) e sezione di amplificazione.
channel
channel
connessione
multiplex
section
amplifier
section
amplifier
section
WDM
node
amplificatore
multiplex
section
multiplex
section
amplifier
section
amplifier
section
WDM
node
WDM
node
Architetture di protocolli
Visto l’enorme successo di Internet, i protocolli
dominanti negli strati alti delle architetture di rete
sono applicativi Internet (WWW, e-mail, file transfer,
ecc.) di tipo client-server, TCP o UDP a livello
trasporto, per controllare e multiplare end-to-end i
flussi di informazione, e IP come protocollo di rete.
Tra router IP Internet prevede sottoreti (LIS) a
pacchetto, che possono essere realizzate con
tecnologie diverse. All’interno di una sottorete
possiamo avere funzionalità di commutazione (p.
es. switch Ethernet, commutatori ATM, commutatori
Frame Relay, ecc.).
Architetture di protocolli
7
6
5
4
3
2
1
applicat.
present.
session
transport
network
data link
physical
OSI
Basic
Reference
Model
Internet
applicat.
Internet
applicat.
Internet
applicat.
TCP
IP
TCP
IP
ATM
SDH
WDM
TCP
IP
data link
WDM
IP
over
WDM
subnet
Internet
Protocol
Suite
IP/ATM/SDH/WDM
Duplicazione di funzionalità
IP, ATM, Frame Relay, SONET/SDH, WDM possono essere
considerate tecnologie di commutazione che coesistono nelle
reti attuali, pur introducendo significative sovrapposizioni di
funzionalità, in quanto ciascuna tecnologia offre alcune
caratteristiche specifiche:
• IP: compatibilià con il mondo Internet - efficiente utilizzo delle
risorse
• ATM (o Frame Relay): ingegnerizzazione della rete - controllo
del traffico - qualità del servizio
• SONET/SDH: framing e sincronizzazione - gestione della rete protezione da guasti - ampia disponibilità dispositivi
• WDM: larga banda - insensibilità al bit-rate
• switched Ethernet: alta velocità a basso costo in ambito locale
Modelli Peer e Overlay
Modello “overlay”:
• router IP e OXC appartengono a due domini amministrativi
diversi; si definiscono delle UNI (User-Network Interface)
• la topologia della OTN non è nota all’esterno
• i protocolli di segnalazione e instradamento sono diversi
• i router IP possono richiedere la creazione di connessioni ottiche
Modello “peer-to-peer”:
• stesso dominio amministrativo; router IP e OXC direttamente
connessi
• piena conoscenza della topologia
• stessi protocolli di segnalazione e instradamento
• i router IP possono richiedere connessioni ottiche con altri router
Modello “augmented”:
• simile a overlay, ma con lo scambio sulle UNI di informazioni di
routing
Modelli Peer-to-peer e Overlay
UNI
Sonet
Sonet
IP
overlay model
UNI
OXC
OXC
IP
OXC
UNI
IP
IP
(IP)
OXC
(IP)
OXC
UNI
UNI
IP
(IP)
OXC
IP
peer-to-peer model
IP
IP
IP over ATM over SDH
OADM switch router
ATM
IP
ATM introduce notevoli overhead (> 20%)
e impone un paradigma a circuiti virtuali
che mal si combina con IP
IP over ATM over SDH
IP datagram
PAD+CRC
celle ATM
(delimitazione con HEC)
AAL5
trame SDH
Architetture di protocolli
Anche se alcune delle funzionalità viste possono essere
inglobate in IP e lo strato ottico WDM è necessario
per affrontare l’aumento di banda, serve comunque
un livello 2 (data link) tra IP e WDM per delimitare le
unità dati, garantire la sincronizzazione e fornire un
controllo degli errori. Possibilità:
• Gbit Ethernet
• SONET/SDH e light-SONET
• Optical Channel Digital Wrapper, attualmente draft
per lo standard ITU-T G.709
• PPP over Simple Data Link (SDL), adattamento del
Point-to-Point Protocol (PPP) a sistemi WDM
• …
Protocolli di livello collegamento
• Gbit Ethernet: compatibile con le reti locali; codifica
8B/10B poco efficiente; bassi costi; supporto alla
gestione assente; 10 GbE?
• PPP+HDLC: incapsulamento multiprotocollo; Link
Control Protocol per gestire il collegamento; Network
Control Protocol per gestire diversi livelli rete;
controllo d’errore; delimitazione con flag e stuffing
• SONET/SDH: controllo del jitter; gestione allarmi;
protezione guasti; costi (ancora) elevati; dispositivi
consolidati
Digital Wrapper: ITU-T G.709
IP
SDH
OCh OAM
FDDI
Eth.
SDL
OCh payload
ATM
PDH
FEC
Funzionalità:
• delimitazione delle unità dati
• controllo delle prestazioni dello strato ottico
• Forward Error Correction
• protezione dell’anello e ripristino lunghezza d’onda
per lunghezza d’onda
Qualità del servizio
Protocolli:
• Integrated Services (IS) con Resource Reservation
Protocol (RSVP)
• Differentiated Services (DiffServ)
• Constraint-Based Routing
• Multi-Protocol Label/Lambda Switching (MPLS / MPlS)
Parametri:
• banda (throughput)
• probabilità di perdita
• ritardio medio
• variabilità del ritardo (jitter)
• ritardo massimo
MPLS / MPlS
Deriva dalle esperienze ATM e di IP su ATM, introducendo
una nozione di circuito virtuale.
L’operazione base di commutazione, invece del “longest
prefix match”, è una commutazione di etichetta (label).
Le etichette di ingresso e di uscita sono memorizzate in una
opportuna tabella al momento della creazione del circuito
virtuale.
tabella
rete MPLS
edge
aggiungi
etichetta
tabella
MPLS
MPLS
tabella
MPLS
rimuovi
etichetta
edge
MPLS / MPlS
Gli instradamenti (LSP: Label-Switched Path) sono decisi alla
sorgente.
Esiste un protocollo di segnalazione (LDP: Label Distribution
Protocol) per allocare le etichette.
Implica un passaggio da un paradigma “soft-state” ad un
paradigma “hard-state”.
Permette l’ingegnerizzazione del traffico e la costruzione di
reti private virtuali (VPN: Virtual Private Network)
Forza una separazione tra piano di controllo e piano di
utente.
Sono previste funzionalità di aggregazione delle etichette
(grooming) e gerarchie di etichette.
Nel caso MPlS le etichette sono delle lunghezze d’onda.
G-MPLS
G-MPLS è una proposta IETF per estendere MPlS in modo
da costituire un piano di controllo in grado di supportare
diverse tecnologie di commutazione: tempo, spazio, l,
pacchetti.
Si prevedono tre piani: piano di trasporto, piano di controllo,
piano di gestione.
Sono stati recentemente stilati diversi draft IETF su G-MPLS.
E’ previsto un Link Management Protocol (LMP):
 Control Channel Maintenance
 Link Property Correlation
 Link Connectivity Verification
 Fault Management
Architetture di protocolli
7
6
5
4
3
2
1
applicat.
present.
session
transport
network
data link
physical
OSI
BRM
Internet
applicat.
Internet
applicat.
TCP
IP
TCP
IP
MPLS
OChDW
WDM
subnet
Internet
Protocol
Suite
IP over WDM
ITU-T G.ASON: Automatically
Switched Optical Network
ASON control plane
NMI-A
OCC
Management
NNI
OCC
OCC
OCC
IrDI_NNI
NMI-T
UNI
Clients
e.g. IP,
ATM,
TDM
CCI
User
signaling
OXC
OXC
OXC
Clients
e.g. IP,
ATM,
IrDI TDM
Optical Transport Network
OCC: Optical Connection Controller
UNI: User Network Interface
CCI: Connection Control Interface
NNI: ASON control Node Node Interface
IrDI: Inter Domain Interface
NMI: Network Management Interface
ITU-T G.ASON
L’architettura prevede tre piani: trasporto, controllo
e gestione. I canali di controllo e gestione
possono essere “in-band” o “out-of-band”.
Sono previste connessioni: permanenti, semipermanenti e commutate
Sono previste tecniche di protezione a livello ottico.
Nel piano di controllo si gestiscono procedure di
controllo di ammissione delle chiamate, di
“policing”, di instradamento dinamico
Optical Burst Switching (OBS)
Proposta intermedia tra commutazione di pacchetto e
commutazione di circuito, che sfrutta la separazione tra piano
di controllo e piano di trasporto, o tra header e payload dei
pacchetti.
Il “burst” è un insieme di bit di informazione (un “pacchettone”),
assemblato ai bordi (edge) della rete e instradato in modo
trasparente nel piano di trasporto. Viene preceduto di un
tempo D di offset, tipicamente inferiore ad un ritardo di
propagazione, da una richiesta di allocazione (Control Header
Packet - CHP) inviata nel piano di controllo.
CHP
burst
controllo
trasporto
Optical Burst Switching (OBS)
Tale richiesta viene elaborata e instradata prima dell’arrivo del
burst, preparando con debito anticipo gli apparati di
commutazione. In caso di conflitti non risolubili vengono
bloccati sia la richiesta (prima) sia il burst (dopo), evitando
l’utilizzo di memorie per la risoluzione di contese.
La parte di controllo dei commutatori riserva con anticipo le
risorse necessarie allo smaltimento del burst, implementando
strategie di scheduling tra le richieste di burst non ancora
transitati.
E’ possibile supportare diverse classi di servizio sia ritardando
burst di classe inferiore, sia assegnando offset D maggiori
alle classi di servizio più pregiate, in modo che vengano
schedulate nei nodi prima di altre classi di servizio.