Reti MPLS e GMPLSUna sfida tecnologicaUn caso di studio per la statistica del traffico

Francesco LazzeriRoma, 4 Luglio 2001

Agenda

Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico

sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi :

– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)

– Studi simulativi

– Collaborazioni con l’Universita’

Crescita storica di Internet

1980 1990 2000 2010

1980 Projection1980 Projection

1983 Projection1983 Projection

1987 Projection1987 Projection

1995 Projection1995 Projection

ActualActual

1Gbps

10Gbps

100Gbps

1Tbps

Source: Collected Industry Data

MPLS nasce per velocizzare il routing IP

MPLS : IP connection-oriented

MPLSMPLS

IPIPIPIP

Hop-by-HopHop-by-Hop Hop-by-HopHop-by-HopSource Routing

Conventional Routers

Conventional Routers

Label Switch Router

Label Switch Router

Label Switched Path

Label Switched Path

• Traffic Engineering• DiffServ• VPNs

• Traffic Engineering• DiffServ• VPNs

Cos’e’ l’MPLS?

Il Multi-protocol Label Switching (MPLS) e’ una tecnologia che

permette la configurazione end-to-end e il controllo ottimizzato di

una generica rete di telecomunicazioni E’ una tecnica di commutazione connection-oriented basata su IP

– Connection-Oriented : affidabilita’, scalabilita’ e QoS

– IP : compatibilita’ con la base installata

Inizialmente implementato per IP su ATM Esteso in seguito ad altre tecnologie, incluso SDH, SONET e WDM Sviluppato da IETF ed MPLS forum

– Moltissime RFC ancora in stato draft, <10 approvati

Il “Building block” e’ il “label switch router” (LSR)– Un LSR puo’ essere basato su router IP o su switch ATM

C3

C1

C2

Path per C1 <> C3

Path per C2 <> C3

I path "Lunghi”

sono

sotto-utilizzati

I path "Lunghi”

sono

sotto-utilizzati

Il problema dell’ iper-aggregazione

I protocolli di Routing creano un solo "Shortest Path"

MPLS : elementi base

L’etichetta MPLS– Un’etichetta (LABEL) e’ un breve identificatore di lunghezza fissa,

usato per identificare un insieme di pacchetti IP, solitamente con

significato solo locale

– 32 bit con 4 campi (20 bit : label, 3 riservati, 1 stacking, 8 TTL) Protocolli di segnalazione

– permette all’ LSRs (Label Switched Router) di implementare un

path, noto come LSP (Label Switched Path) dal LSR di input all’

LSR di output Protocolli di routing estesi

– distribuiscono la topologia e dati sulla disponibilita’ di risorse

Label Switched Path

A

C

A

A

A

A

A

AB

BB

B

B

B B

C

CC

CC

C D

D

D

172.10

172.14

172.15

172.16

172.16.241.63

PushI/F IN: ADest: 172.16Label Out: AlfaI/F OUT: B

SwapI/F IN: ALabel In: AlfaLabel Out: BetaI/F OUT: C

SwapI/F IN: ALabel In: BetaLabel Out: GammaI/F OUT: D

SwapI/F IN: BLabel In: GammaLabel Out: DeltaI/F OUT: C

PopI/F IN: ALabel In: DeltaI/F OUT: D

172.16.241.63

C3

C1

C2

LSP C1 <> C3

LSP C2 <> C3

Traffic engineering con MPLS

Fibre

Application

SDH / SONET

IP

PoA

IP

ATM

PoA - Packet over ATM PoW - Packet over WDMGE - Gigabit Ethernet PoS - Packet over SDH

WDM

GEPoS

Digital Wrapper

PoW

MPLS

Protocol Layering

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Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico

sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi :

– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)

– Studi simulativi

– Collaborazioni con l’Universita’

Cos’e il GMPLS?

Il GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) e’ l’applicazione del control plane MPLS alla rete di trasporto

Il GMPLS cambia il paradigma di gestione della rete di trasporto : da centralizzato a distribuito.

Il GMPLS e’ un concetto di networking, non solo una (delle tante) funzionalita’

Ambiguita’ nella terminologia: GMPLS ASTN ASON

GMPLS : a che serve ?

Maggior velocita’ ed efficienza nella fornitura di servizi di rete Ottimizzazione delle risorse di rete tramite traffic engineering Possibilita’ di avere elevata disponibilita’ anche in reti mesh, senza

preallocazione della banda di protezione (riduzione costi) – Fast restoration

Nuovi servizi a valore aggiunto:– Dial-up circuit provisioning

– Optical Virtual Private Networks (OVPN)

– Supporto per DiffServ, sia a livello di rete di trasporto che dati

Interoperabilita’ tra reti multi-vendor Interoperabilita’ tra reti multi-operatore Interoperabilita’ tra reti multi-tecnologia (Dati e Trasporto)

Oggi: Circuito configurato da NMS

NMS compie tutte le operazioni di circuit provisioning Il Traffic Engineering viene gestito manualmente

OXC OXC

NMS

OADM

OXC

OADM

OXC

Nuovo concetto GMPLS:Processi distribuiti

Segnalazione: UNI sul bordo, NNI nella rete NMS continua a controllare e monitorare la rete

OXC OXC

OXC

OADM

OXC

NMS

OADM

(O)-UNI

NNINNI

GMPLS : due architetture alternative

LambdaSwitch

LambdaSwitch

Lambda Switch calcola il path

I Router non hanno visibilita’ del path dentro il dominio di trasporto

Overlay Model

LambdaSwitch

LambdaSwitch

Peer-to-Peer Model

LSR calcola il path I Router hanno “peer

protocol visibility” dei nodi dentro il dominio di trasporto

One Control - End to End

IP Packets

Cells

Frames

MPLS Control Plane

VPI/VCI/

DLCI/ Label

Lambda Lambda

VPI/VCI/

DLCI/ Label

IP P

acke

ts

Cells

Frames

Label Label

Copyright © 2000 Copyright © 2000 The MPLS ForumThe MPLS Forum

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Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico

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– Studi simulativi

– Collaborazioni con l’Universita’

Modello di rete GMPLS all’interfaccia UNI

LambdaSwitch

LambdaSwitch

WDM

WDM

LSRLSRLSRLSR

LSP #1LSP #1

LSP #nLSP #n

LSP #1LSP #1

LSP #nLSP #n

LSR implementa una funzione di “path merge”( ) Piu’ LSP sono mappati in un flusso PoS o GE o Lambda Richieste UNI per set-up/tear-down di circuiti basate sullo stato di utilizzo delle risorse Separazione fisica tra pacchetti di controllo e pacchetti dati

OCT #1OCT #1

... ...UNI UNI

Merging di servizi differenti

LambdaSwitch

LambdaSwitch

WDM

WDM

LSRLSRLSRLSR

MPLSMPLS

ATMATM

MPLSMPLS

ATMATM

OCT #1OCT #1

... ...UNI UNI

Lambda Switch implementa (in un modello overlay): Admission control e policing delle richieste UNI (potrebbero venire accodate) Calcolo path all’interno della rete di trasporto Generazione della segnalazione Coordinamento con LSR client

Peculiarita’ della rete di trasporto Cambia la prospettiva

– Il forwarding non e’ un problema

– E’ un problema il traffico di routing e segnalazione Dimensioni delle reti Granularita’ dei circuiti utilizzabili in una rete di trasporto Multi layering Limitazioni di connettivita’ degli apparati

– Mancanza di lambda/time-slot interchange

– Matrici di connessione non quadrate Impairment ottici e necessita’ di rigenerazione Necessita’ di interoperare con reti “legacy” Interoperabilita’ con NMS

Conseguenze

Algoritmi di routing applicati a grosse reti– Necessita’ di un accurato partizionamento delle reti per migliorare la

scalabilita’ La relativa scarsita’ dei canali disponibili facilita problemi di

“glare”, quando il “churn” di richieste sulle interfacce e’ elevato – Necessita’ di politiche di allocazione delle risorse che minimizzino i

conflitti

– Necessita’ di procedure di crankback intelligenti La creazione dinamica di transiti porta modifiche significative

alla topologia della rete

Conseguenze Algoritmi di routing multi-metrica con constraint

– NP-completi

– Sono perseguibili soluzioni trattabili ma sub-ottime Difficolta’ nella sommarizzazione e nel riporto delle informazioni da

parte dei protocolli di routing– Maggior impatto del traffico di routing

– Maggior quantita’ di informazioni nelle tabelle di routing Necessita’ di ottimizzare piu’ risorse

– Occupazione dei link

– Numero e posizione dei rigeneratori OEO Gestione centralizzata da NMS, almeno per parti della rete

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Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico

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– Collaborazioni con l’Universita’

Evoluzione del piano di controllo

NMSStep 1 - NMS Evolution Improvement and enhancement of present

NMS logically centralised solution

Service Initiatione.g. EDI, UNI

NMSStep 2 - NE Evolution De-centralised intelligence: fast

provisioning and re-routing/protection Scalability Interoperability

Service Initiatione.g. EDI, UNI

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Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico

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– Studi simulativi

– Collaborazioni con l’Universita’

Rilevanza della statistica del traffico

Traffico in arrivo - richieste di instaurazione/rilascio circuiti dovute a :– Richieste manuali effettuate da NMS (PVC ed SPVC)

– Richieste automatiche effettuate da dispositivi client (SVC)

– Eventi spontanei che provocano riconfigurazione di circuiti Caratterizzazione statistica del traffico in arrivo

– Distribuzione geografica (traffico locale, traffico passante)

– Distribuzione statistica del “churn” (quanto e’ bursty ?) Tempo di servizio. Dipende da :

– Velocita’ nel calcolo del path da parte del LER

– Velocita’ nella propagazione della segnalazione

– Concorrenza con altre richieste (“glare”)

Rilevanza della statistica del traffico La fattibilita’ delle varie soluzioni dipende dalla statistica del traffico. E’

necessario predire tale statistica:– per definire se una soluzione e’ adeguata

– per poter scegliere la soluzione migliore Statistiche differenti in funzione del tipo di servizio

– Leased lines

– Video on demand

– Internet Non e’ tanto importante il numero di richieste, quanto la loro distribuzione

– 50-100000 richieste al giorno sono gestibili se uniformemente distribuite, ma cosa

succede se arrivano a burst ?

– Qual e’ la frequenza massima di richieste nel burst ?

Problemi Non ci sono esperienze significative su GMPLS

– Mancano i dati misurati sul campo

– Oggi la frequenza di arrivo delle richieste di servizio verso la rete di trasporto e’

trascurabile -> gestione manuale

– Difficolta’ nel predire la statistica di traffico indotta da nuovi tipi di servizio. “Per non

sbagliare” si stanno sviluppando soluzioni complesse, in grado di supportare churn

molto elevati, ma...– Limitazioni nei tempi di risposta degli apparati di trasporto– Limitazioni nella banda disponibile per la segnalazione– Esistenza di reti “legacy”

Relazione tra statistica di traffico della rete a pacchetto e statistica del traffico in input alla rete di trasporto – Differenze tra i modelli peer-to-peer e overlay

Argomenti di ricerca

Modellazione del churn– Identificazione e caratterizzazione statistica dei servizi offerti

– Contributo e caratteristiche dei vari tipi di servizio Modellazione dei tempi di servizio Analisi degli scenari di rete

– Tramite simulazione

– Tramite verifca sperimentale del modello Risultati

– Utilizzabilita’ canali di segnalazione embedded per GMPLS

– Campo di applicazione della soluzione centralizzata

– Verifica della scalabilita’ delle soluzioni distribuite

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Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico

sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi :

– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)

– Studi simulativi

– Collaborazioni con l’Universita’

Attivita’ di Marconi su MPLS/GMPLS

Fondatore dell’ MPLS Forum Attiva in :

– OIF

– IETF

– ITU-T

MPL(abel)S inter-vendor working dimostrato sulla piattaforma ASX GMPLS/MPL(ambda)S trials di apparati fotonici con BT In corso attivita’ di studio e sviluppo con i seguenti obiettivi:

– Soluzione GMPLS centralizzata, per coprire i prodotti attuali

– Soluzione GMPLS distribuita per coprire i prodotti fotonici e la nuova generazione di cross-connect e ADM

– Tools per network design and optimisation

Impianto Dimostratore presentato a BT e al

PMA32

PMA32

PMA32

PMA32

PMA32

GMPLS

Controller

GMPLS

Controller

GMPLS

Controller

GMPLS

Controller

path provisioning restoration using

shared bandwidth auto-discovery WEB-based client

interface

Simulatore di rete di trasporto

Simula tutti gli apparati Marconi, facilmente estendibile Simulazione di reti DWDM ed SDH con limitazioni reali Modellazione ad eventi : tiene conto dei principali contributi al

tempo di trasmissione dei pacchetti Tracciamento eventi a vari livelli di dettaglio Simulazione del real-time : misure dei tempi di risposta Possibilita’ di generare pacchetti reali da inviare in rete per

alimentare altri simulatori o reti di test Potente linguaggio di descrizione reti Generatori automatici di reti Generazione automatica di traffico in input : primitiva

Collaborazione con Universita’ di Pisa

Rete mista comprendente apparati Marconi DWDM, IP e ATM Test plant e dimostratore di tecnologia Sperimentazione di:

– IPv6

– MPLS e GMPLS control plane

– MPLS forwarding

– Fast rerouting e restoration

– Traffic engineering

– Virtual Private Networks Traffico reale