reti fotoniche (optical networks)
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Reti Fotoniche (Optical Networks). Gruppo Reti e-mail: [email protected] http://www.tlc-networks.polito.it/. Sito del corso http://www.tlc-networks.polito.it/mellia/corsi/. Politecnico di Torino - Dipartimento di Elettronica. Argomenti del corso. Che cosa sono le reti ottiche? - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Reti Fotoniche(Optical Networks)
Gruppo Reti
e-mail: [email protected]
http://www.tlc-networks.polito.it/
Politecnico di Torino - Dipartimento di Elettronica
Sito del corso
http://www.tlc-networks.polito.it/mellia/corsi/
Argomenti del corsoArgomenti del corso
Che cosa sono le reti ottiche?Perché le reti ottiche?Tipologie di reti otticheReti ottiche di prima generazione:
Commutazione di circuito: Sonet/SDH Commutazione di pacchetto: Gigabit Ethernet Storage area networks: Fibre Channel
Reti ottiche di seconda generazione: reti broadcast-and-select anelli WDM reti wavelength routing
Cenni a reti d’accesso e commutazione ottica di pacchettiArchitetture di protocolli per reti otticheCenni a gestione e affidabilità
Network General Guide to Network General Guide to Communication ProtocolsCommunication Protocols
Total Network Visibility™Courtesy Network General Corporation
OSI Layers
Application 7
Presentation 6
Session 5
Transport 4
Network 3
Logical Link 2
Physical 1
Ridurre la complessitàRidurre la complessità
Ethernet
Token Bus
Token Ring
FDDIDQDB ATM
ISDN
Frame Relay
Modems
PPPSMDSSONET
Layer 2Logical Link
Ridurre la complessitàRidurre la complessità
DLSw
IP
IPX
COFPDRP
IDP
DDP
Layer 3Network
VIP
CLNP
VIP
Convergenza == SemplicitàConvergenza == Semplicità
Resolving Network Complexityfrom the Bottom Up
Application 7Presentation 6
Session 5
Transport 4
Network 3
Logical Link 2
Physical 1
StandardizzazioneStandardizzazione
ITU-T (International Telecommunications Union - ITU - Telecommunications Standardization Sector) e ANSI
G.872 “Architecture of optical transport networks” G.ASON, “Architecture for the Automatic Switched Optical
Network”, in fase di sviluppo G.893 “Broadband Passive Optical Network”
IETF (Internet Engineering Task Force) MPLS, MPS, G-MPLS, IPO (IP over Optical)
OIF (Optical Internetworking Forum) OIF UNI (User-Network Interface) 1.0 Host Interoperability Demo (@Supercomm 2001)
ODSI (Optical Domain Service Interconnect)
ITU-T G.681 e G.872 OTN ITU-T G.681 e G.872 OTN (Optical Transport Network)(Optical Transport Network)
Livello del canale ottico (optical channel - OC), comprendente i sottolivelli di canale (lightpath), sezione di multiplazione (mux/demux su un link) e sezione di amplificazione.
WDMnode
amplifiersection
multiplexsection
channel
amplifiersection
amplifiersection
multiplexsection
WDMnode
amplifiersection
multiplexsection
WDMnode
amplificatore
channelconnessione
Architetture di protocolliArchitetture di protocolli
Visto l’enorme successo di Internet, i protocolli dominanti negli strati alti delle architetture di rete sono applicativi Internet (WWW, e-mail, file transfer, ecc.) di tipo client-server, TCP o UDP a livello trasporto, per controllare e multiplare end-to-end i flussi di informazione, e IP come protocollo di rete.
Tra router IP Internet prevede sottoreti (LIS) a pacchetto, che possono essere realizzate con tecnologie diverse. All’interno di una sottorete possiamo avere funzionalità di commutazione (p. es. switch Ethernet, commutatori ATM, commutatori Frame Relay, ecc.).
Pile di pilePile di pile
Oggi spesso si usano molti protocolli in modo stratificato Per esempio, in una rete di backbone, IP è trasportato da ATM,
che è a sua volta trasportato da SONET
Ogni tecnologia ha una sua pila protocollare, che può essere mappata su un livello dello standard OSI
Concetto importante: la stratificazione OSI viene applicata ricursivamente
Network
Data Link
Physical
Network
Data Link
SO
NE
TAT
M
IP
NetworkData Link
Pile di pilePile di pile
Ogni livello di ogni protocollo offre un servizio a un livello superiore, secondo le specifiche del livello stesso.
Le interfacce e procedure tra i vari livelli devono essere definite in dettaglio Alle interfacce tra due livelli di un protocollo l’informazione è
modificata Passando da una pila ad un altra, l’informazione può essere
completamente modificata e riorganizzata: Packet encapsulation Packet fragmentation
Garatire l’interoperabilità tra prodotti di diversi produttori è molto importante e complesso
Architetture di protocolliArchitetture di protocolli
TCPIP
subnet
Internetapplicat.
Internet Protocol
Suite
physicaldata linknetworktransportsessionpresent.applicat.7
654321
OSIBasic
ReferenceModel
TCPIP
WDM
Internetapplicat.
data link
IPover
WDM
TCPIP
ATMSDHWDM
Internetapplicat.
IP/ATM/SDH/WDM
Duplicazione di funzionalitàDuplicazione di funzionalità
IP, ATM, Frame Relay, SONET/SDH, WDM possono essere considerate tecnologie di commutazione che coesistono nelle reti attuali, pur introducendo significative sovrapposizioni di funzionalità, in quanto ciascuna tecnologia offre alcune caratteristiche specifiche:• IP: compatibilià con il mondo Internet - efficiente utilizzo delle risorse• ATM (o Frame Relay): ingegnerizzazione della rete - controllo del traffico - qualità del servizio• SONET/SDH: framing e sincronizzazione - gestione della rete - protezione da guasti - ampia disponibilità dispositivi• WDM: larga banda - insensibilità al bit-rate• switched Ethernet: alta velocità a basso costo in ambito locale
SONET & WDMSONET & WDM
È possibile combinare SONET con WDM semplicemente considerando ogni come un canale fisico diverso
Ovvero, una fibra con N lunghezze d’onda è del tutto equivalente a N canali paralleli composti da N fibre
PTE PTEREG REGADM REG REGADMPTE PTEREG REGADM REG REGADM
PTE PTEREG REGADM REG REGADMPTE PTEREG REGADM REG REGADM
PTE PTEN lung. d’onda N lung. d’onda N lung. d’onda
Topologia fisica
Topologia logica: N canali lineari ADM SONET in parallello12
N
SONET & WDMSONET & WDM
Un Add-Drop che riceve 40-80 canali a 10Gbit/s deve manipolare nel dominio elettronico un throughput dell’ordine del Terabit/s
Scenario ancora più complesso per un digital cross-connect
Il costo degli apparati SONET risulta Troppo costoso Problematico per dissipazione di potenza Di dimensioni non trascurabili
Ma in un ADM o DCS, la maggior parte del traffico è in transito e non deve essere necessariamente decodificato
La seconda generazione di reti ottiche tenta di limitare costi mantenendo l’informazione nel domino ottico
Classical IP over ATMClassical IP over ATM
Approccio classico definito dall’ IETF, RFC 1577: usare ATM per trasporto dati
È possibile mappare altri protocolli per trasporto in ATM oltre IP LAN emulation: permette il trasporto LAN (LAN traffic over WAN)
ATM viene poi trasportato da SONET
SONET
ATM
IP Token Ring Ethernet
Protocol Interfaces
IP over ATM over SONETIP over ATM over SONET
OADM switchATM
routerIP
ATM introduce notevoli overhead (> 20%)e impone un paradigma a circuiti virtuali che mal si combina con IP
IP over SONETIP over SONET
Altri approcci più semplici vedono l’uso di SONET da parte di IP usando un protocollo Point-to-Point (PPP), standard IETF - RFC 1661
PPP permette di trasportare IP su altri protocolli di livello trasporto
Funzioni: Incapsulamento e multiplexing da diversi strati di livello rete su uno stesso
canale Instaurazione, configurazione e controllo del livello collegamento
sottostante
IP Packet
Point-to-Point Protocol (PPP) Packet
SONET SPE
IP+SONET vs IP+ATM+SONETIP+SONET vs IP+ATM+SONET
Efficienza di incapsulamento Ipotesi
Pacchetti IP di 576 byte Velocità SONET di 155 Mbit/s
La banda netta è 125.918 Mbit/s per IP+ATM+SONET (efficienza 80%) 147.150 Mbit/s per IP+SONET (efficienza 95%)
Considerazione di Qualità di servizio ATM garantisce una flessibilità che PPP direttamente non
può permettere Indirizzamento, instradamento, controllo di flusso,
reazione ai guasti sono implementati da ATM, non da PPPConsiderazioni di costo
IP su SONET costa meno di IP su ATM su SONET
Modelli Peer e OverlayModelli Peer e Overlay
Modello “overlay”:• router IP e OXC appartengono a due domini amministrativi
diversi; si definiscono delle UNI (User-Network Interface)• la topologia della OTN non è nota all’esterno• i protocolli di segnalazione e instradamento sono diversi• i router IP possono richiedere la creazione di connessioni ottiche
Modello “peer-to-peer”:• stesso dominio amministrativo; router IP e OXC direttamente
connessi• piena conoscenza della topologia• stessi protocolli di segnalazione e instradamento• i router IP possono richiedere connessioni ottiche con altri router
Modello “augmented”:• simile a overlay, ma con lo scambio sulle UNI di informazioni di
routing
Modelli Peer-to-peer e OverlayModelli Peer-to-peer e Overlay
overlay model
peer-to-peer model
UNI
UNI
UNI
UNI
UNIOXC
OXCOXC
(IP)OXC
(IP)OXC
(IP)OXC
IP
IP
IP
IP
IPIP
IP
IP
SonetSonet
Architetture di protocolliArchitetture di protocolli
Anche se alcune delle funzionalità viste possono essere inglobate in IP e lo strato ottico WDM è necessario per affrontare l’aumento di banda, serve comunque un livello 2 (data link) tra IP e WDM per delimitare le unità dati, garantire la sincronizzazione e fornire un controllo degli errori. Possibilità:
• Gbit Ethernet• SONET/SDH e light-SONET• Optical Channel Digital Wrapper, attualmente draft per
lo standard ITU-T G.709• PPP over Simple Data Link (SDL), adattamento del
Point-to-Point Protocol (PPP) a sistemi WDM• IEEE 802.17 Resilient Packet Ring• …
Protocolli di livello collegamentoProtocolli di livello collegamento
• Gbit Ethernet: compatibile con le reti locali; codifica 8B/10B poco efficiente; bassi costi; supporto alla gestione assente; 10 GbE?
• PPP+HDLC: incapsulamento multiprotocollo; Link Control Protocol per gestire il collegamento; Network Control Protocol per gestire diversi livelli rete; controllo d’errore; delimitazione con flag e stuffing
• SONET/SDH: controllo del jitter; gestione allarmi; protezione guasti; costi (ancora) elevati; dispositivi consolidati
Digital Wrapper: ITU-T G.709Digital Wrapper: ITU-T G.709
Funzionalità:• delimitazione delle unità dati• controllo delle prestazioni dello strato ottico• Forward Error Correction• protezione dell’anello e ripristino lunghezza d’onda
per lunghezza d’onda
OCh OAM OCh payload FEC
SDH
IP
FDDI Eth. SDL ATM PDH
Qualità del servizioQualità del servizio
Protocolli:• Integrated Services (IS) con Resource Reservation Protocol (RSVP)• Differentiated Services (DiffServ)• Constraint-Based Routing• Multi-Protocol Label/Lambda Switching (MPLS / MPS)
Parametri:• banda (throughput)• probabilità di perdita• ritardio medio• variabilità del ritardo (jitter)• ritardo massimo
MPLS / MPMPLS / MPSSDeriva dalle esperienze ATM e di IP su ATM, introducendo
una nozione di circuito virtuale.
L’operazione base di commutazione, invece del “longest prefix match”, è una commutazione di etichetta (label).
Le etichette di ingresso e di uscita sono memorizzate in una opportuna tabella al momento della creazione del circuito virtuale.
edge tabella
aggiungietichetta
rimuovietichetta
tabella
tabella
edge
MPLS
MPLS
MPLS
rete MPLS
MPLS / MPMPLS / MPSS
Gli instradamenti (LSP: Label-Switched Path) sono decisi alla sorgente.
Esiste un protocollo di segnalazione (LDP: Label Distribution Protocol) per allocare le etichette.
Implica un passaggio da un paradigma “soft-state” ad un paradigma “hard-state”.
Permette l’ingegnerizzazione del traffico e la costruzione di reti private virtuali (VPN: Virtual Private Network)
Forza una separazione tra piano di controllo e piano di utente.
Sono previste funzionalità di aggregazione delle etichette (grooming) e gerarchie di etichette.
Nel caso MPS le etichette sono delle lunghezze d’onda.
G-MPLSG-MPLS
G-MPLS è una proposta IETF per estendere MPS in modo da costituire un piano di controllo in grado di supportare diverse tecnologie di commutazione: tempo, spazio, , pacchetti.
Si prevedono tre piani: piano di trasporto, piano di controllo, piano di gestione.
Sono stati recentemente stilati diversi draft IETF su G-MPLS.
E’ previsto un Link Management Protocol (LMP): Control Channel Maintenance Link Property Correlation Link Connectivity Verification Fault Management
Architetture di protocolliArchitetture di protocolli
physicaldata linknetworktransportsessionpresent.applicat.7
654321
TCPIP
subnet
Internetapplicat.
Internet Protocol
Suite
OSIBRM
TCPIP
MPLSOChDW
WDM
Internetapplicat.
IP over WDM
ITU-T G.ASON: Automatically ITU-T G.ASON: Automatically Switched Optical NetworkSwitched Optical Network
Clientse.g. IP,ATM,TDM
Clientse.g. IP,ATM,TDM
OCCOCC OCC
CCI
NNI
UNI
Usersignaling
IrDI_NNI
IrDI
OCCASON control plane
Optical Transport Network
Management
NMI-A
NMI-T
OXC OXC OXC
OCC: Optical Connection ControllerUNI: User Network InterfaceCCI: Connection Control InterfaceNNI: ASON control Node Node InterfaceIrDI: Inter Domain InterfaceNMI: Network Management Interface
ITU-T G.ASONITU-T G.ASON
L’architettura prevede tre piani: trasporto, controllo e gestione. I canali di controllo e gestione possono essere “in-band” o “out-of-band”.
Sono previste connessioni: permanenti, semi-permanenti e commutate
Sono previste tecniche di protezione a livello ottico.
Nel piano di controllo si gestiscono procedure di controllo di ammissione delle chiamate, di “policing”, di instradamento dinamico