Reti ottiche a commutazione automatica: verso i sistemi di nuova generazione Roberto Sabella

1. Reti ottiche a commutazione automatica: verso i sistemi di nuova generazione Roberto Sabella Ericsson Lab Italy email: roberto.sabella@eri.ericsson.se

2. 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

3. 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 sta aumentando rapidamente • La tipologia di traffico sta • variando

4. 1 user Average Load Average Load 100 users Need big buffers or big bandwidth Average Load Average Load 1 million users Traditional Voice Traffic Internet Traffic La natura frattale del traffico Internet

5. 20:1 Cnet Regional Network 4:1 To Other Regionals 6:1 Backbone Network 3:1 2:1 Big Server e.g. Netscape Big Server e.g. Microsoft Tx:Rx L’asimmetria dei flussi dati • Asimmetria di direzione • Asimmetria temporale

6. 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 Dilemma degli ISPs

7. Scenario evolutivo QoS Globalizzazione Competizione Dinamicità Aumento del traffico Reti di nuova generazione Internet Flessibilità “ALL IP” Multi-servizio Multi-classe Mobilità Reti attuali Scalabilità Progettate per il traffico telefonico “Overprovisioned“ Convergenza Tecnologia

8. 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

9. 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 WDM IP ATM SDH WDM

10. Packet over Sonet:IP su SDH/ Sonet: IP PPP ----------------------- HDLC IP ATM IP La trasmissione di pacchetti IP su SDH/SONET avviene tramite protocollo PPP e controllo HDLC SONET/SDH SONET/SDH SONET/SDH Optical Optical 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

11. Voce Voce Voce Dati QoS Dati Dati Dati QoS, Traffic Engineering Protezione , Gestione Capacità trasmissiva QoS, Traffic Engineering Protezione, Gestione Capacità trasmissiva Optical Networking Evoluzione della “pila protocollare” IP ATM SDH WDM Dati QoS ATM SDH IP/MPLS WDM

12. 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

13. Si li l Wavelength Division Multiplexing (WDM) D E M U X D E MUX MUX M U X OA OA Rigeneratori 3R Canale di supervisione 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

14. Crescita della capacità trasmissiva • Sono state dimostrate capacità complessive dell’ordine del Terabit/s

15. Confronto tra sistemi TDM e WDM Sistema TDM a 10Gb/s Sistema WDM a 10Gb/s

16. Interfacce di un sistema WDM Sistema WDM SDH SDH Trasponders Trasponders MPLS MPLS … … Connessioni dirette Connessioni dirette • Ogni lunghezza d’onda può essere terminata su una interfaccia diversa ( ATM,SDH, MPLS..) • “client” del canale ottico

17. Commutazione ottica SDH DXC SDH DXC WDM T/R WDM T/R 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)

18. i1 o1 o1 i1 i2 o2 i2 o2 OXC OADM Elementi di rete ottica • Oggi sono disponibili nuovi elementi per la rete ottica • OXC, Optical Cross connect • OADM, Optical Add and Drop multiplexer

19. Commutazioneottica: opaca o trasparente? OXC “Trasparente” (OO) OXC “Opaco” (OEO) Elettrico Ottico • Vantaggi • Maturità tecnologica • Rigenerazione del segnale • e minori vincoli trasmissivi • Facile conversione di l • Fault detection / isolation • Vantaggi • Trasparenza al bit rate, protocollo, servizio • Scalabilità • Probabile minore costo (???) • Soluzione emergente, ma non consolidata Client Client continuità ottica: OXC OXC OXC OA OA OA OA O-E-O OO

20. Evoluzione della rete ottica • Sistemi di trasmissione punto-punto • Anelli WDM • Interconnessioni di anelli • Reti magliate

21. Controllo della Rete Ottica + Commutazione OtticaOXC Trasmissione Ottica WDM Piano di controllo ? + = Intelligent Optical Transport Network • Obiettivi del controllo • Utilizzazione flessibile della banda ottica • Fast circuit provisioning • Gestione dei guasti

22. 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

23. Connection Request Connection Request Setup Request UNI UNI Setup Request Setup Request Connection end point Connection end point NE NE A B Switched Connection Control Plane NE Transport Plane Switched Connection

24. Provisioned request Provisioned request Provisioned request Connection end point Connection end point NE NE A B Permanent Connection Management Plane NE Transport Plane Provisioned Connection

25. Connection Request Setup Request Setup Request Setup Request Connection end point Connection end point NE NE A B Permanent Connection Permanent Connection Soft Permanent Connection Management Plane Control Plane NE Transport Plane Switched Connection Soft-Permanent Connection

26. 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

27. Caratteristiche della tecnica MPLS R6 R9 R1 R2 Egress LSR R4 R7 Edge LSR CBR R8 IP shortest path Path R3 R5 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

28. Modelli di interconnessione • Principali modelli di riferimento oggi in discussione: • Modello Overlay • Modello Peer

29. 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

30. 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

31. 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)

32. Alcune estensioni necessarie per GMPLS • Generalizzazione dei concetti di MPLS: • Definizione di una gerarchia di LSPs • Generalizzazione del concetto di etichetta (lper 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)

33. Vantaggi 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

34. 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.

35. Rete ottica multiservizio GMPLS intelligence

36. 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.

37. 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.

38. 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)