Reti MPLS e GMPLS Una sfida tecnologica Un caso di studio per la statistica del traffico Francesco...
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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
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’
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
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’
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
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’
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
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’
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
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’
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