pag.19-30 TECNOLOGIE E SERVIZI PER LE RETI DI NUOVA ... · riori elementi quali un router Cisco...

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S ommario: in questo lavoro riportiamo i

risultati riguardanti le tecnologie ed i servizi

per le reti di nuova generazione. In particolare gli

autori si sono focalizzati sui metodi per ottenere

e per misurare la Qualità del Servizio. Si mostra

come la QoS possa essere gestita con alta affidabi-

lità introducendo percorsi logici ottenuti con la

tecnica VPLS. Si considerano inoltre accessi basati

su reti passive ottiche (PON) e si riportano alcuni

risultati su nuovi processamenti multi cast a livello

2 (Carrier Ethernet per mezzo del PBB-TE) e a

livello 1 (conversione di lunghezza d’onda tutta

ottica).

Abstract: in this work the authors reports

on the experiments regarding the techno-

logies and the services for next generation net-

works. In particular the results are addressed on

methods to achieve and to measure Quality of

Service (QoS). The methods to achieve the QoS

are mainly based on the implementation of logical

paths achieved by means of the Virtual Private

LAN Service (VPLS) in GbE networks. We consi-

der access network infrastructures based on pas-

sive optical networks (PON) and we investigate

about some forwarding processes by adopting

novel approach based on Layer 2 (carrier ethernet

by means of PBB-TE) and Layer 1 (optical wave-

length conversion) multicasts.

La Comunicazione - numero speciale BANDA LARGA

GG..MM.. TToossii BBeelleeffffii,, DD.. DDeell BBuuoonnoo,, SS.. DDii BBaarrttoolloo,, GG.. IInncceerrttiiIstituto Superiore delle Comunicazioni e Tecnologie dell’Informazione, viale America 201, 00144 Roma

AA..VVaalleennttii,, SS.. PPoommppeeii,, LL.. RReeaa,, FF.. MMaatteerraaFondazione Ugo Bordoni, viale del Policlinico 147, 00100 Roma

TTEECCNNOOLLOOGGIIEE EE SSEERRVVIIZZII PPEERR LLEE RREETTII DDII NNUUOOVVAA GGEENNEERRAAZZIIOONNEE((TTEECCHHNNOOLLOOGGIIEESS AANNDD SSEERRVVIICCEESS FFOORR NNEEXXTT GGEENNEERRAATTIIOONN NNEETTWWOORRKKSS))

11.. IInnttrroodduuzziioonnee

La richiesta di banda sempre più crescente da

parte dei servizi di nuova generazione, come ad

esempio i servizi Triple Play, sta portando a una

continua crescita del traffico dati sulle reti di tele-

comunicazione, con un ruolo predominante gioca-

to dai servizi video. Infatti, grazie alla disponibilità

di bande sempre più elevate, gli utenti possono

fruire oggi di contenuti televisivi in Standard

Definition (SD), High Definition (HD) e 3D, sia in

modalità on-demand che live.

Questa evoluzione del traffico sta portando a

profondi cambiamenti nelle reti di telecomunica-

zione, da una parte con accessi che mettono a dis-

posizione capacità sempre più elevate sia in moda-

lità fissa che mobile, dall’altra con modifiche nella

rete core per effettuare instradamenti del traffico

sempre più efficienti.

In questo documento riportiamo alcuni esperi-

menti che hanno fornito delle chiare indicazioni

sulla QoS nelle reti di nuova generazione.

Gli esperimenti che vengono riportati in que-

sto contributo toccano tutti i principali temi che

riguardano le reti NGN, dalle reti di accesso in

fibra ottica alle reti core [1-3]. In particolare

mostriamo i risultati riguardanti i seguenti argo-

menti:

• Gestione della QoS e dell’unbundling in reti

PON

• Misure della QoS in reti PON con la finalità

di vedere come meglio sfruttare la banda da

parte dell’utenza senza incorrere nelle limi-

tazioni dovute ai sistemi operativi dei PC

• Realizzazione di una completa rete TV basa-

ta su protocollo IP e con l’utilizzo di una

infrastruttura basata su CDN

• Instradamento di segnali basati su nuovi

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TTEE

processi multicast a livello 2 (carrier ether-

net) e livello 1 (conversione tutta ottica di

lunghezza d’onda).

Vengono inoltre accennati altri esperimenti che

riguardano le tecniche xDSL e Wi-Fi, i ponti radio

e i ponti ottici e maggiori dettagli possono essere

trovati nei riferimenti bibliografici indicati.

22.. LLee rreettii ddii nnuuoovvaa ggeenneerraazziioonnee

Nella fig. 1 è riportato lo schema attuale del

laboratorio di reti NGN dell’ISCOM. Il collega-

mento all’anello ottico Roma-Pomezia è lungo 25

km “one way” ed è costituito da 80 fibre mono-

modali, delle quali 30 DS (dispersion shifted,

G.653), 20 nzd (non zero dispersion, G.655) e 30

SF (standard fibe G.652r). A questo link ottico

sono connessi tre apparati Alcatel (Fig.1).

Il cuore è formato da sette routers, quattro

Juniper (due M10 e due M10i) e tre Alcatel 7750,

mentre la parte periferica è costituita dai 3 router

Cisco 3845 e un Alcatel 7450. I routers della serie

M di Juniper sono di fascia alta, pensati ed equipag-

giati per far parte di una core network, mentre i

routers della serie 3800 della Cisco sono di fascia

media, tipicamente utilizzati come routers di

accesso. Proprio per le caratteristiche degli appa-

rati, la rete è stata progettata in modo che i quat-

tro routers Juniper fungano da core network com-

pletamente magliata con connessioni di 50 km, e i

tre routers Cisco siano utilizzati come nodi della

rete di accesso. Un discorso a parte riguarda i rou-

ter Alcatel 7750 che sono utilizzati per realizzare

funzioni avanzate di instradamento come ad esem-

pio quelle di tipo Carrier Ethernet (PBB-TE) [4-5].

Occorre precisare che la rete è stata anche

sperimentata con collegamenti più lunghi per rag-

giungere dimensioni nazionali ed in particolare

sono state usate connessioni lunghe 350 km con

tratte amplificate otticamente con EDFA [6].

Dalla figura 1 si può notare la presenza di ulte-

riori elementi quali un router Cisco 3640, utilizza-

to come Nas-Ras Radius per l’autenticazione d’u-

tente, uno switch Cisco Lightstream per i percor-

si ATM, un ASAM 1000 per l’accesso ADSL, un

ASAM 7300 per accessi VDSL ed SHDSL ed un

ISAM 7324 per l’accesso ADSL2/2+.

Nel test plant sono presenti due sezioni di

accesso, una in rame basata su xDSL e due in fibra

costituite da tipiche architetture FTTx, in partico-

lare una Ethernet PON ed una GPON. La rete

EPON è formata da una OLT (Optical Line

Termination) AN5116-03 della FiberHome, da un

certo numero di ONU (Optical Network Unit)

AN5006-05 anche esse della FiberHome e da uno

splitter/accoppiatore passivo. La seconda invece è

composta da una OLT Huawei, uno splitter passi-

vo, da una serie di ONU in fibra e da una ONT

DSLAM VDSL2 corredata da una serie di modem

VDSL2 connessi tramite doppino telefonico al

DSLAM.

20

NNOO

TTEE G.M. Tosi Beleffi, D. Del Buono, S. Di Bartolo, G. Incerti, A.Valenti, S. Pompei, L. Rea, F. Matera


Figura 1: Test Plant reti NGN

21

33.. TTeeccnniicchhee ddii ggeessttiioonnee ddeellllaa QQooSS ee ddii uunnbbuunndd--

lliinngg iinn rreettii PPOONN

Tra le tecniche di accesso in fibra ottica le

Passive Optical Networks (PONs) risultano esse-

re le più semplici e le più economiche da imple-

mentare. Esistono differenti versioni di reti ottiche

passive: attualmente le Ethernet PON (EPON) [7-

9] sono principalmente impiegate in Asia, in parti-

colare nel sud-est asiatico, mentre le Gigabit PON

(GPON) sono implementate in Europa e Nord

America. Uno dei limiti principali delle PON, non-

ostante l’elevato bit-rate delle attuali versioni (tra

1 e 2.5 Gbit/s), è rappresentato dalla condivisione

della capacità tra tutti gli utenti, che limita così l’ef-

fettiva banda disponibile. Inoltre tali reti non per-

mettono l’unbundling fisico, se non ricorrendo ad

un approccio WDM, e ciò pone dei chiari limiti alla

libera competizione tra gli operatori. Per questi

motivi risultano indispensabili nelle PONs tecni-

che che consentano il controllo della Qualità del

Servizio (QoS) al fine di rispettare i requisiti

richiesti dai diversi tipi di traffico e che permetta-

no la configurazione di percorsi con precise garan-

zie in termini di banda e di affidabilità.A tal fine è

necessario introdurre nella rete tecniche che per-

mettano un controllo della QoS da estremo a

estremo. In questo contributo proponiamo un

approccio basato sul Virtual Private LAN Service

(VPLS) perchè il VPLS permette di realizzare un

servizio Ethernet [6-9] tramite il Multiprotocol

Label Switching (MPLS), consentendo di ottenere

eccellenti prestazioni in termini di gestione della

rete e di controllo della QoS. In sostanza, il VPLS è

una sorta di Layer 2 Virtual Private Network

(L2VPN) dove gli utenti hanno la percezione di

appartenere ad un’unica rete locale (LAN) senza

tener conto della loro effettiva dislocazione geo-

grafica.A differenza delle tradizionali VPN di strato

2 in cui i diversi customers sono connessi in

modalità punto-punto, il VPLS realizza connessioni

multipunto-multipunto, grazie alla sue intrinseche

capacità di effettuare operazione di multicasting.

Nella figura 3 riportiamo la configurazione di

rete considerata che corrisponde a quella tipica di

una rete core-access basata su accesso PON che

si ha in caso di un servizio che parte da un server

fino ad arrivare ad un certo numero di utenti.

Al fine di garantire la QoS dei flussi transitanti

nella rete mediante il VPLS, viene eseguita una ope-

razione di marcamento del traffico ed è possibile

definire fino a otto Classi di Servizio. Infatti, consi-

derando la direzione downstream (stesso discor-

so vale in direzione upstream, cioè dalle ONUs

verso CE1), ricordando che CE1 e PE1 sono con-

nessi per mezzo di VLAN, il marcamento viene

effettuato da CE1 sui tre bit User Priority del

VLAN Tag, secondo lo standard IEEE 802.1p (con-

tenuto nel IEEE 802.1Q [7]).

Tra i PE il traffico invece viene trasportato per

mezzo di MPLS Label Switched Paths (MPLS LSP)

e pertanto il marcamento viene effettuato secon-

do la tecnica Diffserv over MPLS (RFC 3270) [9]

andando ad impostare opportunamente i tre bit

del campo EXP della label MPLS più esterna. In

pratica, il PE effettua un mapping tra i tre bit di

priorità del VLAN Tag e i tre bit del campo EXP.

Le misure dei parametri prestazionali sono

state effettuate per mezzo di un analizzatore di

traffico che consente la valutazione di parametri

prestazionali quali throughput, data loss, ritardo e

jitter.Tuttavia, per motivi di brevità, in questo arti-

colo sono riportate solo misure di throughput per

dare comunque una chiara indicazione sulla bontà

del funzionamento della tecnica proposta.

Le prove sperimentali sono state effettuate

NNOO

TTEE


Figura 2 (a): Particolare del laboratorio Test Plant reti NgN

TECNOLOGIE E SERVIZI PER LE RETI DI NUOVA GENERAZIONE

(TECHNOLOGIES AND SERVICES FOR NEXT GENERATION NETWORKS)

22

NNOO

TTEE

considerando scenari di downstream/upstream,

inviando un flusso da/verso PC1 verso/da un client

(PC2) all’uscita della ONU2.Al VPLS viene associa-

ta una CoS, detta Gold Class, in grado di garantire

le prestazioni; in pratica tutto il traffico trasporta-

to mediante il VPLS viene etichettato con Gold

Class, mentre quello trasportato senza VPLS non

riceve alcuna classe o, meglio, viene etichettato con

classe Best Effort.

Al fine di testare la QoS, sono state effettuate

due tipologie di prove: nella prima, il traffico esa-

minato è stata inviato al di fuori del VPLS quindi

con classe Best Effort. Nella seconda tipologia, il

traffico è trasportato per mezzo del VPLS e quindi

etichettato con classe Gold.

La rete è stata congestionata per mezzo di un

generatore di traffico, andando a saturare il link tra

i PE mediante un traffico di background pari a 1

Gbit/s con classe Best Effort.

I vantaggi del metodo proposto sono riportati

in Fig. 4, dove è riportato il throughput ottenuto

all’uscita di ONU2 per un flusso di 40 Mbit/s pro-

veniente da CE1, sia con VPLS che senza.

Si può notare come il traffico con VPLS tagging

mostri un throughput costante anche in caso di

congestione della rete; al contrario, senza VPLS una

congestione della rete va ad impattare in maniera

diretta e significativa degradando fortemente il

traffico.

La validità del metodo proposto è stata confer-

mata anche da prove soggettive effettuate sotto-

ponendo a un gruppo di valutatori streaming video

in Alta Definizione.

In conclusione con questo contributo abbiamo

dimostrato come sia possibile ottenere, con un’ar-

chitettura basata su Virtual Private LAN Service in

reti Gigabit Ethernet, un efficiente controllo della

Qualità del Servizio fin nella sezione di accesso,

permettendo di soddisfare pienamente i requisiti

richiesti sia dagli operatori che dai customers.

Inoltre i risultati ottenuti mostrano che è pos-

sibile realizzare, con un tale approccio, percorsi

G.M. Tosi Beleffi, D. Del Buono, S. Di Bartolo, G. Incerti, A.Valenti, S. Pompei, L. Rea, F. Matera


Figura 3: Test Plant nella configurazione per la implementazione del VPLS su reti PON.

Figura 4: Misura del throughput in downstream

23

affidabili e ben definiti (in termini di QoS) in reti

ottiche passive; da ciò lo spunto di un possibile

impiego del VPLS (e quindi delle VLAN) come tec-

nica per superare il problema dell’unbundling nelle

reti ottiche, in particolare nelle PON.

Come già detto l’unbundling a livello fisico

potrà essere ottenuto quando saranno disponibili

le tecniche WDM PON a basso costo. Nei labora-

tori ISCOM sono state fatte alcune sperimenta-

zioni WDM [10], anche utilizzando la conversione

tutta ottica delle lunghezze d’onda e maggiori

informazioni possono essere trovate in [9].

Concludiamo questo paragrafo dicendo che il

controllo della QoS tramite la tecnica VPLS è

molto importante anche per reti di accesso basa-

te su xDSL e esperimenti che descrivono questo

aspetto sono riportati in [11].

44.. MMiissuurree ddii QQooss iinn rreettii PPOONN

L’impiego di tecnologie ottiche nel segmento di

rete ultimo miglio, rende possibile agli utenti finali

di poter accedere a Internet e ai servizi di nuova

generazione con bande sempre più elevate.

Rimane però da chiarire in che modo e con quale

efficienza le applicazioni e i servizi distribuiti all’u-

tente riescano a sfruttare gli alti bit rate offerti

dalle soluzioni Fiber To The X (FTTx). Questa

tematica, risulta particolarmente rilevante soprat-

tutto considerando gli elevati investimenti neces-

sari a portare la fibra ottica sempre più vicina all’u-

tente, in quest’ottica è essenziale massimizzare l’u-

tilizzazione della banda da parte delle applicazioni

d’utente.

In particolare si vuole analizzare quanta banda

al livello 2 della pila protocollare OSI è realmente

sfruttata dalle applicazioni di più alto livello, la cui

qualità rappresenta sostanzialmente l’effettiva per-

cezione che l’utente ha delle prestazioni di rete.

Questo argomento è già stato analizzato in

[12], dove si è condotta un approfondita analisi

sperimentale sulle reti di accesso in rame xDSL

che rappresenta attualmente la soluzione più diffu-

sa per l’accesso ad Internet. Entrando più nel det-

taglio, l’analisi sperimentale riportata in [12] mette

in luce le forti differenze in termini di utilizzazione

della banda per diversi ambienti software di uten-

te, si sono considerati i Sistemi Operativi più diffu-

si sul mercato ossia Microsoft Windows XP,

Microsoft Windows 7 e Linux. Dai risultati ottenu-

ti inoltre, si evidenzia come le differenze in termi-

ni di prestazioni siano crescenti con l’aumentare

del bit-rate. Come conseguenza, le variazioni di

performance diventeranno sempre più rilevanti

con l’introduzione della fibra ottica nel segmento

di rete ultimo miglio, grazie all’impiego delle reti

FTTx.

Nel presente lavoro si vuole analizzare il ruolo

del Sistemi Operativi sulla Qualità del Servizio

(Quality of Service-QoS) nelle Gigabit Passive

Optical Networks (GPON), che rappresenta la

soluzione verso cui la maggior parte degli opera-

tori tendono. Per analizzare l’utilizzazione di banda

nella fase sperimentale ci si è riferiti alla valutazio-

ne della QoS secondo il metodo proposto da ETSI

[12]. La scelta è dettata dal fatto che questa anali-

si sperimentale è stata realizzata nell’ambito del

progetto della Fondazione Ugo Bordoni “misura

internet” (www.misurainternet.it), in ottemperan-

za alla Delibera 244 di AGCOM, progetto che ha

realizzato un sistema di monitoraggio delle presta-

zioni di rete per l’accesso ad Internet da postazio-

ne fissa.

Per la misura della QoS il set-up assume la con-

figurazione di fig. 5.

La tecnica di stima di banda utilizzata nella fase

sperimentale quantifica il throughput FTP di un

flusso dati tra un Server e un Client, questi sono

posizionati rispettivamente nel segmento di rete

dell’operatore e sul PC (terminale) di utente. Il

tool sviluppato rende possibile stimare le velocità

di download e upload tramite il trasferimento di

opportuni file di test e, attraverso la misura del

tempo necessario al trasferimento dei dati (media-

ti su 50 ripetizioni), si ottiene una stima di banda

del collegamento.

In Fig.6 sono riportati i risultati sperimentali

rappresentati come throughput in funzione del

ritardo in rete, in questo caso sono riportati i dati

relativi a due differenti profili di rete. Il primo è

relativo a una GPON con 128 utenti, in questo

caso può essere fornita all’utente una banda di

circa 18 Mbit/s. Il secondo profilo invece, conside-

ra GPON che servono 32 utenti con una banda di

100 Mbit/s ciascuno.

Premettendo che per i protocolli a finestra,

come appunto il TCP, le performance dipendono

dal RTT, i dati riportati sottolineano come il

Sistema Operativo ha un impatto rilavante sulle

performance del protocollo FTP.

Risulta evidente come la riduzione delle per-



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formance, al crescere del ritardo di rete e del bit

rate, sia devastante considerando l’implementazio-

ne del protocollo TCP nel sistema operativo Ms

Windows XP. In particolare si deve notare una

riduzione delle performance fino al 50% per il pro-

filo 18 Mbit/s e fino al 90% per un profilo a 100

Mbit/s.

Risulta evidente la sostanziale differenza tra

Windows XP e i sistemi operativi più avanzati

come Win 7 e Linux dovuta all’implementazione

avanzata degli algoritmi relativi al TCP, in particola-

re all’adattività di alcuni parametri alle condizioni

di rete (Auto-tuning e la dimensione della finestra

di ricezione).

A conclusione va anche notato come una

degradazione delle performance sia riscontrabile

anche per i sistemi operativi più avanzati per valo-

ri rilevanti di ritardo di rete.Ad esempio per pro-

fili di 100 Mbit/s solo 65 Mbit/s sono sfruttati real-

mente dall’applicazioni di utente per un ritardo di

rete di 65 ms

55.. RReeaalliizzzzaazziioonnee ddii uunnaa rreettee ppeerr IIPPTTVV

Nella continua crescita del traffico dati sulle reti

di telecomunicazione, un ruolo predominante lo

stanno giocando i servizi video. Infatti, grazie alla

disponibilità di bande sempre più elevate, gli utenti

possono fruire oggi di contenuti televisivi in

Standard Definition (SD) e High Definition (HD), e

in un prossimo futuro anche 3D, sia in modalità on-

demand che live.

E’ certo che la fruizione della TV basata su piat-

taforma IP sarà sicuramente la sfida più importan-

te per l’evoluzione delle reti e proprio per questo

ISCOM e FUB hanno fatto molti studi per analiz-

zare il comportamento della QoS dei servizi video,

anche in modalità HD, in diverse configurazioni di

reti, sia con prove oggettive che soggettive [13-16].

Nel 2010 ISCOM e FUB hanno realizzato la

rete IPTV che descriviamo nel seguito e basata su

una infrastruttura costituita da un server centrale

e su server surrogate secondo un ben noto sche-

ma basato su reti Content Delivery Networks

(CDN) [17].

Nella figura 7 che segue riportiamo come com-

pare la pagina HTML per l’utente, residente sul

server in cui vengono presentati tutti i contenuti

A/V disponibili.

Gli utenti che vogliono accedere ai contenuti si

collegano al sito attraverso il proprio browser e

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NNOO


Figura 5: Schema del Test Plant sperimentale per la misura della QoS.

Figura 6: Stima del Throughput per una banda di 18 Mb/s (sinistra) e 100 Mb/s (destra)


25

selezionano il contenuto che intendono visualizza-

re.

La figura 8 mostra le interazioni tra il server di

origine e gli utenti.

Il server di origine tiene traccia, per ogni con-

tenuto, di quante volte è stato richiesto. Dopo un

certo numero di richieste assumerà che tale video

sia popolare, per cui sceglie di spostare il contenu-

to A/V nel server surrogate appartenente alla sot-

torete da cui ha ricevuto le ultime richieste.

Lo spostamento dei contenuti viene fatto attra-

verso una connessione FTP tra i server, secondo

un rapporto server-client. Terminato l’upload, sul

server surrogare viene creato il “canale” VoD

gestito da VLC che permette lo streaming media.

D’ora in poi quando il server di origine riceve

richieste per quello stesso contenuto dalla sotto-

rete vicina al server surrogate su cui ha “caricato”

il media, re-indirizzerà l’utente su tale server.

Il re-indirizzamento viene fatto attraverso il

protocollo HTTP, instradando l’utente al canale

VoD creato nel server di replicazione. In questo

modo l’utente riceve il contenuto A/V dal un Video

Server che è molto vicino a lui. Questo permette

di ridurre il traffico sulla rete core e nello stesso

tempo di fruire di un servizio senza congestiona-

menti e dunque più lineare. Quanto detto sono

sostanzialmente i concetti base delle CDN, riadat-

tati nel servizio televisivo su protocollo IP. La novi-

tà della nostra architettura sta nella gestione della

QoS tra i server mediante la tecnica VPLS, già

descritta nella Sezione 2. L’implementazione del

VPLS tra i Video Server della CDN è riportato

nella figura 9.

In questo modo è come se i Video Server

appartenessero tutti alla stessa sottorete, anche se

fisicamente sono disposti in differenti zone geo-

grafiche.

In particolare, si è scelto di configurare il VPLS

in modo tale che soltanto il traffico tra i server

prenda parte al tunnel VPLS.

Essendo il VPLS basato sul protocollo MPLS,

possiamo affermare che eredita tutte le caratteri-

stiche ed è naturale pensare ad un trattamento

della QoS che rimandi ad esso.

Con questa architettura la rete video realizzata

risulta molto robusta anche in presenza di forti

congestioni alla rete core.

Ulteriori studi, non riportati in questo lavoro,

hanno riguardato la degradazione dei segnali video,

anche in modalità HD, che conseguono ai processi

di ripristino nella rete [13][18-19]. In particolare

abbiamo mostrato che anche le tecniche MPLS e

VPLS possono avere dei tempi di ripristino in

risposta ad un guasto inferiori ai 50 ms e ciò per-

mette quindi di rendere trascurabili gli effetti di

disturbo nei servizi video SD e HD. Altri studi

hanno poi riguardato un confronto tra la modalità

IPTV (cioè con rete gestita con QoS) e Open TV

(cioè senza gestione della QoS) quando sono pre-

senti congestioni nella rete [20].

66.. EEvvoolluuzziioonnee ddeeii sseerrvviizzii MMuullttiiccaasstt iinn rreettii IIPP:: iill

rruuoolloo ddeell CCaarrrriieerr EEtthheerrnneett

La necessità di liberare sempre più lo spettro

UHF per essere dedicato a servizi mobile broad-

band farà si che vi sarà nei prossimi anni la piatta-

forma televisiva su IP, con tutte le sue architetture

(IPTV, OPEN TV) e dispositivi di accesso (PC,



NNOO

TTEE

Figura 7: Portale del Video Server installato nei laboratori

ISCOM.

Figura 8: schema della rete IPTV basata su CDN e interazio-

ni tra server di origine e utenti.


smartphone, set-top-box ibridi,TV con accesso alla

rete), dovrà essere considerata come una valida

alternativa a quella digitale terrestre e satellitare.

E’ chiaro allora che la rete deve strutturarsi per

far fronte a trasmissioni di tipo “broadcast” per cui

inizialmente non era stata progettata, e quindi ecco

la necessità di effettuare cambiamenti nelle infra-

strutture per ottenere la replica dei pacchetti in

maniera sempre più efficiente e con meno elabo-

razione da parte dei nodi. Questo si traduce nella

introduzione di processi multicast sempre più snel-

li, in cui l’elaborazione a livello 3 (IP) della pila OSI

sia sempre più limitata ai bordi della rete, o addi-

rittura eliminata, ed essere sostituita, all’interno

della rete, da elaborazioni a livello 2 (data link) o,

ancora meglio, a livello 1 (fisico). Infatti, effettuan-

do il forwarding non più su base indirizzo di rete

IP, bensì su identificatori di livello più basso, si ottie-

ne un netto miglioramento in termini di scalabilità,

semplificazione degli apparati e riduzione dei costi.

L’ottica ci permette di pensare a processi mul-

ticast (e broadcast) ad altissima efficienza permet-

tendo di realizzare architetture point-to-multi-

point in abbinamento a processi di conversione di

lunghezza d’onda che aumentano la flessibilità e

scalabilità [21-23].

Una fase di transizione verso questa evoluzione

è rappresentata dall’ introduzione delle tecniche

Carrier Ethernet che hanno proprio il vantaggio di

effettuare le elaborazioni delle informazioni a livel-

lo 2. Negli ultimi anni si è molto dibattuto su alcu-

ne proposte di tecniche Carrier Ethernet e tra

queste quelle che hanno suscitato i maggiori inte-

ressi sono state l’MPLS-TP (MultiProtocol Label

Switching – Transport Profile) e il PBB-TE

(Provider Backbone Bridging – Traffic Engineering)

[4].

Il multicast IP è una tecnologia che consente la

trasmissione contemporanea di un singolo flusso a

più utenti. I pacchetti multicast vengono replicati

nella rete solamente dove i percorsi per raggiun-

gere i client si ramificano, risultando la tecnica che

consente la più efficiente consegna di dati verso

ricevitori multipli.

Il multicast IP utilizza come protocollo di segna-

lazione, per la registrazione e la cancellazione ai

gruppi multicast da parte degli host di rete, il pro-

tocollo IGMP (Internet Group Management

Protocol), mentre come protocollo di instrada-

mento il PIM (Protocol Indipendent Multicast).

Nell’evoluzione della rete verso la commuta-

zione tutta a pacchetto, la tecnologia Ethernet

viene vista come una possibile soluzione per la

sostituzione delle odierne tecnologie a circuito.

Ovviamente, nella sua forma originale Ethernet

non possiede tutte le caratteristiche necessarie

per essere una tecnologia di tipo Carrier Class.

Proprio a tal fine, in questi anni diverse evoluzioni

hanno riguardato Ethernet, partendo dal PB

(Provider Bridging) fino ad arrivare al PBB-TE e

all’MPLS-TP. In sostanza, quello che è stato fatto è

modificare la trama Ethernet andando ad aggiunge-

re nuovi campi nell’intestazione e dotando

Ethernet di caratteristiche di Traffic Engineering.

Nel test bed ISCOM si è scelto di implementa-

re la tecnica PBB-TE unitamente al VPLS (Virtual

Private LAN Service), ottenendo così una sorta di

PBB-TE dove le funzioni di ingegneria del traffico

(e QoS) sono fornite dal VPLS. Si estende così il

concetto di rete locale, da cui Ethernet parte per

arrivare fin dentro le reti metro/core. Proprio gra-

zie alle intrinseche caratteristiche “broadcast”, tali

tecnologie ben si prestano per il trasporto di flus-

si video verso più destinazioni, garantendo anche il

rispetto dei requisiti prestazionali proprie di una

trasmissione di flussi televisivi su reti a pacchetto.

In Figura 10, è riportato il set-up sperimentale

La rete sperimentale è composta da sei nodi, di

cui quattro sono router IP (Juniper M10, indicati

come Ji, i=1,…,4) e due sono router Carrier

Ethernet (Alcatel SR7750, indicati come ALC1 e

ALC2). Sono presenti poi un server video (Server

Multicast) e tre client (Client i, i=1,…3).

La rete è quindi ora composta di due sezioni

ben distinte: ai bordi della rete, la rete continua a

essere una normale rete IP, mentre nella sezione

core la rete è di livello 2 e in particolare PBB-VPLS.

Grazie a questa configurazione, i nodi IP hanno la

“percezione” di appartenere alla stessa sottorete.

In questo modo, la configurazione dei normali

protocolli multicast, quali IGMP e PIM, è limitati ai

soli router IP, mentre i nodi PBB-VPLS agiscono

secondo i meccanismi propri del livello 2, ovvero

effettuando flooding verso i nodi appartenenti al

suo stesso dominio. In particolare, quando un

client (CLIENT 1) richiede di vedere un particola-

re flusso, e quindi effettua una join al corrispon-

dente gruppo multicast, il flusso (proveniente dal

Server Multicast) viene inviato dal router J1 verso

il nodo ALC1 che rilancia le trame verso ALC2.

Tale nodo - che ricordiamo essere di livello 2,

come ALC1- invia poi il traffico multicast in floo-

ding verso i nodi J2, J3, J4..

A questo punto il traffico è effettivamente rilan-

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NNOO



27

ciato verso tutti i nodi attestati su ALC2, anche se

nella figura solo un nodo (J2) ha effettivamente un

client richiedente il flusso.

Si vede allora come in questa maniera, si è

riusciti a realizzare una trasmissione di tipo broad-

cast, sfruttando quelle che sono le caratteristiche

di livello 2.

77.. AAllll--ooppttiiccaall MMuullttiiccaasstt

Diverse sperimentazioni [21-23] hanno

mostrato come in ottica sia possibile replicare i

segnali cambiando solo la lunghezza d’onda della

portante e questo grazie in particolare ai conver-

titori ottici di lunghezza d’onda.Tali sperimentazio-

ni hanno da subito fatto prospettare l’utilità della

fotonica per realizzare elaborazioni come il broad-

cast e il multicast direttamente a livello ottico (che

possiamo definirlo come un processo a livello 1

della pila OSI). In effetti, diverse sono state le spe-

rimentazioni multicast di tipo ottico, anche se si

trattava in generale di sole repliche del segnale,

senza che i segnali replicati potessero essere effet-

tivamente utilizzati per applicazioni finali, in quanto

mancava una architettura che fosse in grado di

gestire una replica degli indirizzi in reti aventi una

tipologia di tipo punto-multipunto. Da qui la neces-

sità quindi di integrare il dominio ottico e il domi-

nio IP, cercando di effettuare quante più operazio-

ni possibili nel dominio ottico: ecco allora anche il

bisogno di dotarsi di un piano di controllo per il

coordinamento e l’integrazione dei due domini.

Pensando a una crescita del traffico in cui

saranno presenti enormi flussi video di tipo live,

abbiamo proposto uno schema di rete in cui, uti-

lizzando una stessa infrastruttura in fibra ma lun-

ghezze d’onda diverse, alle architetture di reti IP

convenzionali si affiancano architetture Pont-to-

Multipoint dedicate ai flussi video.

In Figura 11 si riporta lo schema sperimentato

in cui il dominio IP è costituito da router (Juniper

M10, indicati con Ji, i=1,…,4), mentre il dominio

ottico è costituito da una rete punto-multipunto



NNOO

TTEE

Figura 9. Implementazione del VPLS nella rete CDN

Figura 10. Set-up sperimentale rete Carrier Ethernet


(Ethernet PON). In questo scenario, la OLT e le

ONU sono i nodi di bordo che gestiscono l’inter-

facciamento con il dominio IP, mentre la replicazio-

ne è effettuata dallo splitter ottico. In questo

modo, i flussi video emessi dal server multicast

sono replicati e inviati ai router J1, J2, J3 tramite la

rete ottica. E’ stata inoltre effettuata anche un’o-

perazione di conversione di lunghezza d’onda

mediante il dispositivo realizzato con amplificatori

a semiconduttore e descritto in [22]. In questo

modo è possibile replicare e inviare il segnale su

un’altra lunghezza d’onda nel caso in cui quella ini-

ziale sia già occupata in un segmento di rete. A

livello IP, il multicast è gestito dai router Ji con i

normali protocolli PIM e IGMP.

Le prove sperimentali hanno riguardato la tra-

smissione, con il software VLC, da parte di un ser-

ver di un flusso video avente indirizzo multicast

225.0.111.1. I PC Client interessati a tale flusso, in

questo caso quelli attestati ai router Juniper colle-

gati alle ONU, dovevano inserire questo indirizzo

nell’apposito campo del VLC.

In questo modo a nostro avviso abbiamo per la

prima volta realizzato un processo completo di

tipo multi cast tutto a livello ottico.

88.. UUlltteerriioorrii ssppeerriimmeennttaazziioonnii ee ssvviilluuppppii ffuuttuurrii

I risultati presentati in questo lavoro hanno

riguardato una serie di sperimentazioni per archi-

tetture di rete NGN, sia a livello core che accesso

di tipo in fibra ottica. Sono comunque stati accen-

nati anche esperimenti fatti su accessi di tipo

xDSL. Per quanto riguarda le tecnologie radio, sia

per il backhaul che per l’accesso e per il broadband

mobile sono stati fatti studi basati principalmente

su simulazioni. In particolare mediante il codice

OPNET sono state simulate reti WIMAX [24] e

LTE, mostrando ad esempio come gestire la QoS

con modalità analoghe a quelle descritte nella

sezione 2. Esperimenti su accessi Wi-Fi hanno

mostrato i limiti nell’utilizzo di questa tecnologia

per la distribuzione di servizi che richiedono alta

qualità. Altri esperimenti su sistemi radio hanno

invece riguardato la realizzazione di backhaul con

ponti radio a 60 GHz [25]. Infine vanno ricordati

molti test per i sistemi di tipo optical wireless, che

risulta essere una interessantissima tecnologia

punto-punto ad alta capacità e a bassi costi.

99.. CCoonncclluussiioonnii

Le sperimentazioni illustrate in questo lavoro ci

permettono di riassumere i concetti espressi nel

seguente modo:

• Le reti PON sono infrastrutture a basso

costo che possono sfruttare pienamente i cavidot-

ti già esistenti. Opportune procedure per la realiz-

zazione logica di percorsi P2MP permettono sia la

gestione della QoS che l’unbundling in maniera

efficace ed affidabile nell’attesa di far evolvere le

PON verso le reti P2P per una completa traslazio-

ne del POTS nel dominio ottico.

• La misura della QoS da postazione fissa è

un tema fondamentale come mostrato dalla DEL

AGCOM 244. Lo sarà ancora di più quando le con-

nessioni avranno capacità superiori ai 20 Mb/s e

sarà ancora più importante definire efficienti siste-

mi operativi per i dispositivi connessi alle reti.

28

NNOO


Figura 11. All-optical multicast: set-up sperimentale


29

• Un ruolo chiave sarà dato dalla realizza-

zione di reti per la TV su IP senza dimenticare però

tecnologie alternative quali ad esempio l’SCM-

PDS.

• La crescita dei servizi video di tipo SD, HD

e 3D, specialmente in modalità live, richiede instra-

damenti sempre più efficienti, specialmente a livel-

lo multi cast dove è possibile operare a livello 2

(carrier ethernet) o a livello 1 (conversione di lun-

ghezza d’onda tutta ottica).



NNOO

TTEE

BBiibblliiooggrraaffiiaa

[1] A.Valenti, S. Pompei, F. Matera, G.Tosi Beleffi, and D. Forin, Quality of Service control in Ethernet

Passive Optical Networks based on Virtual Private LAN Service, IET Electronics Letters,Vol. 45,

Issue 19, pp. 992-993, September 2009-09-22

[2] F. Matera, et al, “Network Performance Investigation in a Wide Area Gigabit Ethernet Test Bed

Adopting All-Optical Wavelength Conversion”, IEEE Photonics Technology Letters,Vol. 20, Issue 24,

pp. 2144-2146, December 2008

[3] F. Matera, L. Rea,A.Valenti, S. Pompei, G.Tosi Beleffi, F. Curti, D. Forin, G. Incerti, S. Di Bartolo, M.

Settembre, “Sperimentazione di una rete regionale GbE che utilizza la conversione tutta ottica

della frequenza”, Fotonica 2009, Pisa, 27-29 Maggio

[4] A. Coiro, A. Valenti, S. Pompei, F. Matera, P. Testa, M. Settembre: “Network Evolution Toward a

Carrier-Grade Ethernet Transport Network”, Fiber and Integrated Optics, November 2009.

[5] A.Coiro, L. Rea, A.Valenti, F. Matera, P. Testa, A. Germoni, M. Settembre, “Stato e prospettive del

Carrier Ethernet per reti di trasporto a pacchetto” Fotonica 2009, Pisa, 27-29 Maggio

[6] A.Valenti, P. Bolletta, S. Pompei, F. Matera Experimental investigations on restoration techniques in

a wide area Gigabit ethernet optical test-bed based on Virtual Private LAN Service in proc. of

ICTON 09, Ponta Delgada (PO), June 29 – July 2, 2009

[7] L. Rea,A.Valenti, F. Matera, S. Pompei, “Qualità of Service Control in Access Networks Based on

Virtual Private LAN Services in a Wide Area Gigabit Ethernet Optical Test Bed”, ICTON 2008,

Athens June 22-26 2008,Vol. 4,Th.P2.1, pp. 291-293.

[8] A.Valenti, S. Pompei, F. Matera, L. Rea, G. M.Tosi Beleffi, D. Del Buono,A. Rufini Sperimentazione del

Virtual Private LAN Service per il controllo della Qualità del Servizio in reti passive ottiche (PON)

Fotonica 2009, Pisa, 27-29 Maggio.

[9] F. Matera, A.Valenti, S. Pompei, G.M. Tosi Beleffi, and D.Forin Unbundling and Quality of Service

Control in Ethernet Passive Optical Networks based on Virtual Private LAN Service Technique The

10th International Conference on Telecommunications, Zagreb (Croazia) 8-10 giugno 2009

[10] S. Pompei, L. Rea, Luca; F. Matera,A.Valenti, “Experimental investigation on optical gigabit Ethernet

network reliability for high-definition IPTV services Journal of Optical Networking”,Vol. 7, n. 5, pp.

426-435, 2008.

RRiinnggrraazziiaammeennttii

Le attività mostrate in questo articolo sono state realizzate congiuntamente dal personale altamente

qualificato dell’ISCOM e della FUB. In particolare gli autori vogliono menzionare il fatto che molte delle

attività riportate in questo lavoro sono state ottenute nell’ambito del progetto congiunto ISCOM-FUB

“Valutazione tecnico-economica sui servizi e sulle reti a larga banda di nuova generazione [VATE]” e del

progetto IST FP7 BONE.


30

NNOO


[11] L. Rea, S. Pompei,A.Valenti, F. Matera, C. Zema, M. Settembre,“qualità of Service Control based on

Virtual Private Network Services in a Wide Area Gigabit Ethernet Optical Test Bed”Fiber and

Integrated Optics, vol. 27, n. 4, 2008, pp. 301-306.

[13] F. Matera, L. Rea, M.Venezia, L. Capanna, G. Del Prete, Fast Restoration based on alternative wave-

length paths in a wide area optical IP network, Fiber and Integrated Optics,Vol. 26, No. 2, pp. 123,

USA, February 2007

[14] F. Matera, F. Matteotti, P. Pasquali, L. Rea, G.Tosi-Beleffi, A.,V. Baroncini, G. Del Prete, G. Gaudino,

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Integrated Optics,Volume 25, Number 3 / May-June 2006, pp. 245 – 255

[15] F. Matteotti,V. Baroncini, F. Matera, L. Rea,A.Tarantino, P. Poggini, L. Capanna, M.Venezia, G. Del Prete,

G. Gaudino, M. Guglielmucci,“Valutazione della qualita’ di servizio in una rete sperimentale ip mul-

tiaccesso multiservizio” La comunicazione, Note,Recenzioni e Notizie,Vol. LIV, pp. 33-48, 2006.

[16] F. Matera, L. Rea, P. Pasquali, A. Tarantino, V. Baroncini, F. Matteotti, G. Del Prete, G. Gaudino,

Comparison between objective and subjective measurements of quality of service over an Optical

Wide Area network, European Transactions on Telecommunications vol. 19, 2008, pp. 233-245

[17] S. Pompei, M.Teodori,A.Valenti, S. Di Bartolo, G. Incerti, D. Del Buono Experimental implementa-

tion of an IPTV architecture based on Content Delivery Network managed by VPLS technique

Proc. of IEEE Reliable Networks Design and Modelling, Moskow, Russia, October 19-20, 2010

[18] M. Giuntini, S. Pompei,A.Valenti, F. Matera, G. Pierri, D. Del Buono, Degradazione della IPTV in segui-

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[19] M. Lucci,A.Valenti, S. Pompei, P. Bolletta, F. Matera,“Analisi su tecniche di ripristino MPLS veloci su

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[20] E. Mammi, S. Pompei,A.Valenti, G. Russo, D. Milanesio,V. Sardella, “ Valutazione Sperimentale delle

prestazioni di servizi televisivi su reti ottiche GbE di tipo Unmanaged e Managed”, Fotonica 2010,

Maggio 2010.

[21] A.Valenti, S. Pompei, L. Rea, F. Matera, G.Tosi-Beleffi, F. Curti, S. Di Bartolo, G. Incerti, and D. Forin

Experimental Investigation of Quality of Service in an IP All-Optical Network Adopting Wavelength

Conversion” IEEE/OSA J. of Optical Communications and Networking,Vol. 1, Issue 2, pp. A170-

A179, July 2009

[22] A. Valenti, S. Pompei, A. Rufini, F. Matera, “Dimostrazione sperimentale della conversione di lun-

ghezza d’onda in una rete ottica passiva”, Fotonica 2010, Maggio 2010.

[23] A. Coiro,A.Valenti, S. Pompei, G.Tosi Beleffi, F. Curti, S. Di Bartolo,A. Rufini, “Experimental demon-

stration of the All Optical Network Wavelength Conversion in a Passive Optical Network”, proc

of Photonics Switching 2009, Pisa, september 15-19.

[24] M. Giuntini, A.Valenti, F. Matera, “ Integrazione della rete di telecomunicazioni ottica con accessi

radio che garantiscono la qualità del servizio”, Fotonica 2010. Pisa, maggio 2010.

[25] Luca Rea,A.Valenti, S. Pompei, L. Pulcini, M. Celidonio, D. Del Buono, Giorgio M.Tosi Beleffi, Quality

of Service Control in a multi-access integrated network based on a Virtual Private LAN Service,

European Workshop on Photonic solutions for wireless, access, and in house networks, IPHOBAC

2009, Duisburg, Germania, Maggio 2009.

[26] A. Silvestri, A. Valenti, S. Pompei, F. Matera, A. Cianfrani Wavelength path optimization in optical

transport networks for Energy saving in proc. of ICTON 09, Ponta Delgada (PO), June 29-July 2,

2009.

[27] M.Tabacchiera, F. Matera,A. Mecozzi, M. Settembre “Analisi della compensazione della disperzione

cromatica per sistemi RZ DQPSK a 100 Gb/s” Fotonica 2010, Pisa maggio 2010.


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