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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: roberto.sabella@eri.ericsson.se
Reti ottiche a commutazione automatica: verso i sistemi
di nuova generazioneRoberto Sabella
Ericsson Lab Italy
email: roberto.sabella@eri.ericsson.se
Ericsson Lab Italy – Research, Technology & Innovation Center Roberto Sabella
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
Ericsson Lab Italy – Research, Technology & Innovation Center Roberto Sabella
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
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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
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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
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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
?
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Crescita della capacità trasmissivaCrescita della capacità trasmissiva
Sono state dimostrate capacità complessive dell’ordine del Terabit/s
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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
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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
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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)
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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
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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
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Evoluzione della rete otticaEvoluzione della rete ottica
Sistemi di trasmissione punto-punto
Anelli WDM
Interconnessioni di anelli
Reti magliate
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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
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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
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Switched ConnectionSwitched Connection
Control Plane
NE NE NEA
Connectionend point
B
Connectionend point
Transport Plane
Switched Connection
SetupRequest
SetupRequest
SetupRequest
ConnectionRequest
UNI
ConnectionRequest
UNI
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Permanent ConnectionPermanent Connection
Management Plane
NE NE NEA
Connectionend point
B
Connectionend point
Transport Plane
Provisioned Connection
Provisionedrequest
Provisionedrequest
Provisionedrequest
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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
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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
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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
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Modelli di interconnessioneModelli di interconnessione
Principali modelli di riferimento oggi in discussione:
» Modello Overlay
» Modello Peer
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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
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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
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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
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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 (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 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
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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.
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Rete ottica multiservizioRete ottica multiservizio
GMPLSintelligence
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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.
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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.
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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)