Reti ottiche a commutazione
automatica: verso i sistemi
di nuova generazione
Roberto Sabella
Ericsson Lab Italy
email: [email protected]
Ericsson Lab Italy – Research, Technology & Innovation Center
Roberto Sabella
Sommario
 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
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Roberto Sabella
Come sta evolvendo il Traffico?
Traffico IP e’ destinato a diventare
sempre piu’ predominante:
»Tecnologie
di
accesso
ad
alta
Il
volume di traffico sta
velocita’
aumentando
rapidamente
»Crescita di prestazioni
e funzionalita’
di Router IP (Gigabit router, MPLS..)
»Migrazione
deidi servizi
La
tipologia
trafficoverso
sta IP
(linee dedicate -> IP-VPN, Voice over
variando
IP, applicazioni multimediali…)
Traffico voce aumenta in maniera piu’
ridotta
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La natura frattale del traffico Internet
1 user
Average Load
Average Load
100 users
Need big buffers
or big bandwidth
Average Load
Average Load
Internet Traffic
1 million
users
Traditional Voice Traffic
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L’asimmetria dei flussi dati
20:1
Cnet
Regional Network
4:1
6:1
To Other Regionals
Backbone Network
2:1
Tx:Rx
3:1
Big Server
e.g. Microsoft
Big Server
e.g. Netscape
Asimmetria di direzione
Asimmetria temporale
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Dilemma degli ISPs
 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
ISPs devono
 Ridurre I costi
 Aumentare le entrate
?
 Usando meglio le risorse
 Offrendo più servizi
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Scenario evolutivo
Globalizzazione
Competizione
Aumento del traffico
Internet
Reti attuali
Progettate per il
traffico telefonico
“Overprovisioned“
Reti di nuova
generazione
IP”
Multi-servizio
Multi-classe
“ALL
Mobilità
Convergenza
Tecnologia
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Motivazioni 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
Modelli architetturali
Strategie di routing
Piano di controllo
Tecnologie
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Architettura Stratificata:
IP su ATM su SDH su WDM
 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
IP
ATM
SDH
WDM
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Packet over Sonet:IP su SDH/ Sonet:
IP
PPP
----------------------HDLC
IP
ATM
IP
SONET/SDH
SONET/SDH
Optical
Optical
La trasmissione di pacchetti
IP su SDH/SONET avviene
tramite
protocollo PPP e
controllo HDLC
SONET/SDH
Optical
 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
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Evoluzione della “pila protocollare”
Dati
Dati QoS
IP
QoS, Traffic Engineering
ATM
Protezione , Gestione
SDH
Capacità trasmissiva
WDM
Dati QoS
Voce
ATM
Voce
Voce
Dati
Dati
SDH
IP/MPLS
WDM
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QoS, Traffic Engineering
Protezione, Gestione
Capacità trasmissiva
Optical Networking
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Scenario 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
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M
U
X
OA
Canale di
supervisione
D
E
M
U
X
Rigeneratori 3R
Wavelength Division Multiplexing (WDM)
M
U
X
OA
D
E
M
U
X
Si li
l
Canale di
supervisione
 Su ogni fibra è possibile multiplare N diverse l (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
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Crescita della capacità trasmissiva
 Sono state dimostrate capacità complessive dell’ordine
del Terabit/s
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Confronto tra sistemi TDM e WDM
Sistema TDM a 10Gb/s
Sistema WDM a 10Gb/s
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Interfacce di un sistema WDM
SDH
SDH
MPLS
…
Trasponders
Trasponders
MPLS
Sistema WDM
Connessioni dirette
Connessioni dirette
…
 Ogni lunghezza d’onda può essere terminata su
una interfaccia diversa ( ATM,SDH, MPLS..)
»“client” del canale ottico
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Commutazione ottica
SDH DXC
WDM T/R
WDM T/R
SDH DXC
WDM OXC
 Fino ad oggi la tecnologia WDM è stata utilizzata
solo per la trasmissione, non per la commutazione
» Commutazione tipicamente SDH (DXC, Digital
Cross Connect)
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Elementi di rete ottica
 Oggi sono disponibili nuovi elementi per la rete ottica
» OXC, Optical Cross connect
» OADM, Optical Add and Drop multiplexer
o1
i1
i2
OADM
o2
i1
o1
i2
o2
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OXC
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Commutazione ottica: opaca o trasparente?
OXC “Trasparente” (OO)
OXC “Opaco” (OEO)
Elettrico
Ottico
•Vantaggi
Client
•Vantaggi
Client
–Maturità tecnologica
continuità ottica:
–Trasparenza al bit rate,
protocollo, servizio
–Rigenerazione del segnale
–Scalabilità
e minori OXC
vincoli trasmissivi
OXC
O di l O
O
OminoreOXC
–Probabile
costo (???)
–Facile conversione
A
A
A
A
–Soluzione emergente, ma non
–Fault detection / isolation
O-E-O
consolidata
OO
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Evoluzione della rete ottica
 Sistemi di trasmissione punto-punto
 Anelli WDM
 Interconnessioni di anelli
 Reti magliate
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Controllo della Rete Ottica
Trasmissione
Ottica
WDM
=
+
Commutazione
Ottica
OXC
+
Piano
di controllo
?
Intelligent Optical Transport Network
 Obiettivi del controllo
» Utilizzazione flessibile della banda ottica
» Fast circuit provisioning
» Gestione dei guasti
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ASON:Automatic Switched Optical Network
Control Plane
NNI
NMI
UNI
client
Network Manag.
System
OTN
 Modello di riferimento ITU per una rete di trasporto
ottica commutata
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Switched Connection
Control Plane
Connection
Request
Setup
Request
Setup
Request
UNI
Setup
Request
UNI
Connection
end point
NE
Connection
Request
NE
A
NE
Connection
end point
B
Transport Plane
Switched Connection
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Permanent Connection
Management Plane
Provisioned
request
Provisioned
request
Provisioned
request
Connection
end point
NE
NE
A
NE
Connection
end point
B
Transport Plane
Provisioned Connection
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Soft Permanent Connection
Management Plane
Connection
Request
Control Plane
Setup
Request
Setup
Request
Setup
Request
Connection
end point
NE
NE
A
NE
Connection
end point
B
Transport Plane
Permanent
Connection
Switched Connection
Permanent
Connection
Soft-Permanent Connection
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La tecnologia MPLS: una buona
armonizzazione tra il mondo IP e WDM
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
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Caratteristiche della tecnica MPLS
R6
R1
R2
R4
R9
Egress
LSR
R7
Edge
LSR
R8
R3
IP shortest path
R5
CBR
Path
Resv
 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
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Modelli di interconnessione
 Principali modelli di riferimento oggi in discussione:
» Modello Overlay
» Modello Peer
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Modello “Overlay”
Protocollo di controllo
(segnalazione, routing)
al livello IP/MPLS
IP
Interfaccia UNI
(segnalazione,)
OTN
NNI
Interfaccia NNI:
Protocollo di controllo
(segnalazione, routing)
al livello ottico
 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
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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
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GMPLS: una linguaggio comune
IP
MPLS
SDH/Sonet
ATM
WDM
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)
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Alcune estensioni necessarie per GMPLS
Generalizzazione dei concetti di MPLS:
» Definizione di una gerarchia di LSPs
» Generalizzazione del concetto di etichetta (l 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)
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Vantaggi del GMPLS
 Un unico piano di controllo
basato su IP:
»Semplifica la gestione
della rete riducento i costi
operativi
Operatori con reti
tradizionali già
installate
»Facilita
un
controllo
coordinato e più efficiente
»Possibilità di nuovi servizi
(bandwidth on demand,
QoS end to end, VPN…)
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Operatori che
cominciano con
IP
Roberto Sabella
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.
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Rete ottica multiservizio
GMPLS
intelligence
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Soluzioni di Traffic Engineering
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.
Livello di servizio di una rete con
assegnazione dinamica delle risorse di
banda. Le risorse sono ridistribuite per
soddisfare le richieste al meglio.
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Letture consigliate
M. Listanti, V. Eramo, R. Sabella, “Architectural and Technological Issues for
Future Optical Internet Networks”, IEEE Communications Magazine, vol. 38,
no. 9, pp. 82 – 92, 2000.
 B. Rajagopalan et al., “IP over Optical Networks: Architectural Aspects”,
IEEE Communications Magazine, IEEE Communications Magazine, pp. 94-102,
September 2000.
 D. Awduche, Y. Rekhter, “Multiprotocol Lambda Switching: Combining
MPLS Traffic Engineering Control with Optical Crossconnects”, IEEE
Communications Magazine, pp. 111-116, March 2001.
 A. Banerjee et al., “Generalized Multiprotocol Label Switching: an Overview
of Routing and Management Enhancements”, IEEE Communications
Magazine, pp. 144-150, January 2001.
 D. Awduche et al., “Requirements for Traffic Engineering over MPLS”, RFC
2702, IETF.
 P. Iovanna, M. Settembre, R. Sabella, "A Traffic Engineering System for
Multi-layer Networks Based on the GMPLS Paradigm", IEEE Network - Special
Issue on "Traffic Engineering in Optical Networks”, March 2003.
Roberto Sabella
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Conclusioni
 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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