Corso di Sistemi di Telecomunicazione Ottici dello strato ottico.pdf · Campionamento 8 kHz (Shannon) ... Segnale ottico trasmesso è STS con scrambling

Corso di Reti di

Telecomunicazione

Client dello strato ottico

Client dello strato ottico (1)


Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS

Storage-Area Networks

Gigabit Ethernet

RPR

Client dello strato ottico (2)

Reti che usano la fibra ottica come mezzo trasmissivo

Lo strato ottico fornisce lightpaths ai client

Equivalenti a link fisici punto-punto

Gli strati client elaborano i dati in formato elettronico, aggregando flussi a basso bitrate

Multiplexing fisso o statistico

Strati client dominanti per backbone

Sonet/SDH, IP, ATM

IP/ATM over Sonet, oppure IP/ATM over optical

Strati client dominanti per MAN e SAN

Gigabit Ethernet, RPR, Fibre Channel



Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS


Gigabit Ethernet

RPR

Sonet/SDH vs. PDH (1)

Sonet (Synchronous Optical Network)

Standard per multiplexing e trasmissione di segnali ad alto bitrate per infrastrutture di rete in Nord America

SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

Standard analogo adottato in Europa, Giappone e collegamenti sottomarini

Prima di Sonet e SDH…

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), 1960

In Nord America gerarchia asincrona digitale

Obiettivo: multiplexing di segnali vocali

Caratteristiche del segnale vocale

Banda 4 kHz

Campionamento 8 kHz (Shannon)

Quantizzazione 8 bit per campione

Bitrate totale 64 kbit/s (PCM)

Standard ampiamente accettato


PCM 64 kbit/s come segnale base

Flussi a bitrate superiore come multipli di 64 kbit/s

Standard diversi in Nord America, Europa, Giappone

Nord America PCM 64 kbit/s: segnale DS0 (Digital Signal 0)

Segnali DS1 (1.544 Mbps), DS3 (44.736 Mbps)…

I relativi canali di trasmissione si chiamano T1, T3…

Europa Unità base segnale DS0

Formati definiti E0, E1, E2, E3, E4


I bitrate definiti sono ancora oggi largamente usati dagli operatori per reti e per linee in affitto a clienti

PDH soffriva invece di enormi problemi…

1980 – 1990: operatori cercano nuovi standard

Standard Sonet/SDH

Risolve molti dei problemi relativi a PDH

Vantaggi di Sonet/SDH rispetto a PDH

1) Semplificazione del processo di multiplexing

Segnali plesiocroni (PDH): segnali caratterizzati da un rate nominale che varia entro limiti precisi

Multiplexing asincrono: ogni terminale ha un suo clock

Clock nominale unico specificato ma…

Significative differenze nei valori reali

Es. segnali DS3, variazioni clock 20 ppm (realistico), differenze nei bitrate pari a 1.8 kbit/s!


Necessità di bit stuffing

Quando flussi a basso rate sono multiplexati, si aggiungono bit extra che tengono conto dei clock non allineati

I bitrate definiti non sono multipli di DS0, ma leggermente superiori

Es. DS1 = 1.544 Mbps, ma 24 x 64 kbit/s = 1.5 Mbps

Difficoltà di estrarre flussi a basso bitrate da flussi ad elevato bitrate

Necessità di demultiplexare completamente il flusso

Uso di stack di multiplexer/demultiplexer

Poco affidabile, costoso, molta elettronica

Sonet/SDH è sincrono

Tutti i clock sincronizzati a un master clock I bitrate sono multipli di DS0, non serve bit stuffing

Riduzione del costo di mux/demux

Estrazione di un flusso a basso bitrate dal flusso Sonet/SDH in un colpo solo!!

Progetto di Sonet ADM è molto semplice


Es. Estrazione di un segnale DS1 da un segnale DS4

(a) Demultiplazione nel caso PDH

(b) Demultiplazione in Sonet/SDH


2) Management

Gestione semplificata della rete

Monitoraggio delle prestazioni

Identificazione del tipo di traffico e di connessione

Identificazione dei guasti

Canale dedicato per trasmissione informazioni di gestione della rete

Tutte caratteristiche di Sonet/SDH, PDH molto carente

3) Interoperabilità

PDH non definiva un formato standard di trasmissione

Difficile collegare dispositivi di diverse case Diverse codifiche, interfacce ottiche

Sonet/SDH definiscono interfacce ottiche standard Interoperabilità tra dispositivi di diversi costruttori

4) Affidabilità della rete

Sonet/SDH: topologie, protocolli e tecniche di protezione per reti ad elevata affidabilità (ripristino entro 60 ms)

PDH: tempi di ripristino da secondi a minuti

Sonet/SDH – Multiplexing (1)

Sistema di multiplexing sofisticato

Implementazione in circuiti integrati VLSI

Sonet e SDH simili, ma terminologia diversa

Spieghiamo Sonet, evidenziando le differenze in SDH

Sonet: bitrate di base 51.84 Mbps

Synchronous Transport Signal level-1 (STS-1)

STS-N: segnale a bitrate N volte superiore

Interleaving dei byte di N STS-1, frame per frame


I clock di tutti i segnali sono sincronizzati

Bit stuffing non necessario

Estrazione dei flussi a basso rate senza totale demux

STS è un segnale elettrico

E molto spesso esiste solo nei dispositivi Sonet

Interfaccia ottica con gli altri dispositivi

Segnale ottico trasmesso è STS con scrambling

Eliminazione lunghe sequenze di 1 e 0

Il ricevitore applica descrambling e demodula

Al segnale elettrico STS-N corrisponde l’interfaccia ottica OC-N (Optical Carrier-N)

Es. ad STS-3 corrisponde OC-3, ad STS-12 OC-12…

SDH: bitrate di base 155 Mbps

Synchronous Transport Module-1 (STM-1)

Termine usato per segnale sia ottico che elettrico


Sonet

Bitrate scelti per la trasmissione dei più comuni segnali asincroni (DS1 e DS3)

SDH

Bitrate scelti per la trasmissione dei più comuni segnali PDH (E1, E3, E4)

Struttura del frame Sonet

Transport Overhead

Payload

Contenuto nel Synchronous Payload Envelope (SPE)

SPE contiene byte di Path Overhead, inseriti alla sorgente ed estratti solo dal destinatario

Es. bytes di path trace, identificano l’SPE e sono usati per verificare la connessione


Uso di puntatori per indicare il payload nel frame

SPE non ha un punto di partenza fisso nel frame

Tutti i clock derivati da un’unica sorgente

Piccole variazioni transitorie di frequenza sono possibili

Piccole differenze di fase tra il segnale entrante e quello uscente

Soluzione: si permette al payload di shiftare avanti o indietro nel frame

Niente bit stuffing o buffering, ma molta elettronica per gestire i puntatori

Puntatore nel Transport Overhead (Line Overhead) indica il byte di partenza del SPE

Sonet/SDH – Tributari virtuali (1)

Necessità di mappare in frame STS-1 flussi non Sonet a bitrate minore (es. DS1)

Uso di tributari virtuali (VT)

Ogni VT progettato con banda sufficiente per trasmettere un payload diverso

Sonet, 4 VT di dimensioni diverse

VT1.5: 1.5 Mbps, segnali DS1

VT2: 2 Mbps, segnali E1

VT3: 3 Mbps, segnali DS1C

VT6: 6 Mbps, segnali DS2

VT composto da

VT SPE: VT Synchronous Payload Envelope

VT Path Overhead e VT pointer


VT group

Aggregazione di VT in gruppi, 4 possibilità

4 x VT1.5

3 x VT2

2 x VT3

1 x VT6

Sonet STS-1 SPE

Interleaving di 7 VT group e byte di Path Overhead

VT SPE può fluttuare all’interno dell’STS-1 SPE

VT pointer (2 bytes), indica l’inizio del VT SPE


Necessità di mappare flussi non Sonet ad alto bitratein STS-1 SPE per trasporto Sonet Flussi da router IP o switch ATM trasportati con Sonet

STS-Nc (c sta per “concatenated”) Segnale con payload locked, cioé non può essere

demultiplexato in flussi a bassa velocità

Es. segnale ATM a 150 Mbps trasmesso su Sonet Utilizzo di segnale STS-3c

Mapping definito per molte classi di segnali ATM, IP, FDDI…

SDH: stessa filosofia, terminologia diversa VC (virtual containers) invece di VT

VC-11 (DS1), VC-12 (E1), VC-2 (E2), VC-3 (E3 e DS3), VC-4 (E4)

VC-11, VC-12 e VC-2 multiplexati in VC-3 e VC-4

VC-3 e VC-4 multiplexati per formare STM-1

Sonet/SDH – Schema multiplexing

Sonet/SDH – Frame STS-1 (1)

Frame STS-1

Durata 125 μs (8000 frames/s)

Per analogia agli 8 kHz del segnale PCM

Indipendente dal bitrate del segnale Sonet

9 righe per 90 colonne, ogni cella 1 byte

In tutto 810 bytes, payload + overhead

(9 x 90 x 8) bit/frame x 8000 frames/s = 51.84 Mbps

Trasmissione bytes riga per riga, da sinistra a destra, si trasmette per primo il MSB

Prime 3 colonne per Transport Overhead

Section Overhead e Line Overhead

Le altre colonne per STS-1 SPE

La cui prima colonna contiene il Path Overhead

Sonet/SDH – Frame STS-1 (2)

Struttura del frame STS-1

Sonet/SDH – Frame STS-N (3)

Frame STS-N

Interleaving dei bytes degli N STS-1 frames

Transport Overhead nelle prime 3N colonne

N set di bytes di overhead, 1 per ogni STS-1

Allineamento con il frame

Payload nelle restanti 87N colonne

Non serve allineamento con il frame

Frame STS-Nc

Simile a STS-N, ma il payload nelle 87N colonne non può essere demultiplexato da Sonet

STS payload pointer indica frame concatenato

1 solo set di bytes di overhead

Payload intatto dal mittente al destinatario

Sonet/SDH – Frame STS-N (4)

Struttura del frame STS-N

Sonet/SDH – Infrastruttura (1)

3 tipi di configurazioni per reti Sonet

Punto-punto

Usata nelle prime reti installate, ancora utile per talune applicazioni

I nodi sono chiamati Terminal Mux (TM), o Line Terminating Equipment (LTE)

Lineare con ADM

Add/Drop di flussi a basso bitrate

Multiplexer add/drop (ADM)

Es. OC-48 ADM, add/drop flussi OC-12 e OC-3

ADM inseriti tra TM creano configurazione lineare

Anello

Sempre più usata: elevata affidabilità

Semplice, link alternativo in caso di guasto

Sonet/SDH – Infrastruttura (2)

Sonet/SDH – Reti ad anello

Dispositivi Sonet ADM configurabili come…

Ring ADM, linear ADM, TM

Anelli Sonet composti da ADM

Multiplexing, demultiplexing, protezione da guasti

Anelli di backbone

OC-12/OC-48/OC-192 (ma si va verso i 40 Gbps)

Overlay di anelli, ognuno a diversa lunghezza d’onda

Architettura BLSR (Bidirectional Line-Switched Ring)

2 fibre (BLSR/2) o 4 fibre (BLSR/4) per anello

Connessioni tra multipli central office (CO)

Anelli di accesso

OC-3/OC-12

Architettura UPSR (Unidirectional Path-Switched Ring)

1 fibra per anello

Connessioni tra utenti e nodo hub nel CO

Sonet/SDH – DCS (1)

DCS (Digital CrossConnect)

Componente base della rete Sonet

Gestisce tutte le risorse di trasmissione

DCS sostituisce patch panels manuali nei CO

Centinaia/migliaia di porte

Migliaia di flussi DS1/DS3 ingestibili a mano

Interconnessione automatizzata sotto controllo software, più mux/demux e controllo prestazioni

Gestione di flussi PDH, Sonet e SDH

Grooming del traffico

Aggregazione del traffico con simile tipologia, QoS, destinazione

Include mux/demux di flussi a basso bitrate

Sonet/SDH – DCS (2)

Tipologie di DCS

Classificati in base alla granularità del grooming

Narrowband DCS

Grooming a livello di flussi DS0

Wideband DCS

Grooming a livello di flussi DS1

Broadband DCS

Grooming a livello di flussi DS3 (STS-1)

Optical DCS (OXC)

Grooming a livello di STS-48, lunghezza d’onda…

DCS completamente ottico

Interfacce dal bitrate di grooming fino a bitrate superiori

Es. broadband DCS interfacce da DS3 a OC-48



Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS


Gigabit Ethernet

RPR

IP (1)

IP (Internet Protocol)

La più usata tecnologia per reti WAN ad oggi

Protocollo di rete per Internet e Intranet

Servizio connectionless

Può lavorare su molti livelli data-link diversi

Ethernet, token ring, PPP, HDLC

È uno dei motivi del successo di IP

Protocolli di trasporto

TCP (Transmission Control Protocol)

Connection oriented

FTP, Telnet, HTTP…

UDP (User Datagram Protocol)

Connectionless

Trasporto di semplici messaggi

Streaming, NFS, SNMP

IP (2)

IP over WDM

Mappatura di IP sullo strato ottico

IP over ATM over Sonet (a)

Pacchetti IP mappati in celle ATM, codificati in frame Sonet trasmessi su un canale WDM

Packet over Sonet, POS (b)

Pacchetti IP mappati in frame PPP, codificati in frame Sonet trasmessi su un canale WDM

IP over Gigabit Ethernet (c)

10 GE come MAC, Pacchetti IP codificati in frame 10 GE trasmessi su un canale WDM

Instradamento (1)

Pacchetti IP hanno lunghezza variabile Ma dimensione massima 65535 bytes

Router IP elemento chiave della rete Internet

Meccanismo di routing Ogni router ha una tabella di routing

Una o più voci per ogni router destinazione

Indica il nodo adiacente a cui passare il pacchetto

Il router cerca nell’header del pacchetto l’indirizzo della destinazione, quindi instrada in base alla tabella

Gestione delle tabelle di routing cruciale per la rete

Protocolli di routing

Instradamento (2)

Protocolli di routing intra-domain

Es. protocollo OSPF (Open Shortest Path First)

Ogni router campiona lo stato dei nodi adiacenti

In caso si rilevi una variazione di stato

Flooding del link state a tutti i nodi della rete

Modifica di tutte le tabelle di routing in base alle nuove informazioni

Tutti i nodi conoscono la topologia corrente

Il flooding deve essere “intelligente”

Link state vecchio può arrivare dopo uno nuovo

Numero di sequenza per ogni link state

Si scartano link state con numero di sequenza vecchio

Link state generati periodicamente

Alcuni potrebbero infatti andare persi

Instradamento (3)

Pacchetti link state danno ad ogni router una visione globale della rete

Il router calcola quindi il cammino ottimo tra sé e gli altri router e memorizza il nodo successivo per ogni destinazione

Algoritmo di Dijkstra

Impossibile che ogni router mantenga la topologia dell’intera Internet

Divisione di Internet in Autonomous Systems (AS)

Protocollo intra-domain (es. OSPF) all’interno dell’AS

Protocollo inter-domain per routing tra AS

Es. protocollo BGP (Border Gateway Protocol)

Quality of Service QoS

IP offre servizio “best effort”

Pacchetti percorrono cammini diversi, ritardi diversi, consegna non in sequenza, in caso di congestione pacchetti eliminati

Forte domanda per QoS in reti IP

Diff-Serv (Differentiated Services)

Pacchetti raggruppati in classi, indicate nell’header

Classi diverse, trattamento diverso dai router

Pacchetti EF (Expedited Forwarding)

Code distinte, consegna rapida

Assured Forwarding (AF)

Indica la priorità di eliminazione del pacchetto

Diff-Serv affronta il problema della QoS, ma non può dare garanzie end-to-end

Es. non si può dire a priori se c’è banda sufficiente per un nuovo flusso di traffico real time



Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS


Gigabit Ethernet

RPR

MPLS

MPLS (Multi-Protocol Label Switching)

Richiesta stringente di QoS end-to-end in reti IP

Fornitura di servizi distinti per classi

Distinzione tra diversi tipi di traffico

MPLS strato tra IP e livello data-link (livello 2.5)

Reti MPLS basate sul concetto di label switching

Label indicano percorso e attributi dei servizi

All’ingresso della rete, processing dei pacchetti

Selezione e applicazione della label opportuna

I router interni leggono la label, applicano i servizi richiesti in modo appropriato e instradano

Instradamento in base al contenuto della label

Analisi e classificazione di pacchetti solo all’ingresso

Uscita della rete: eliminazione label e invio a destinazione

MPLS – Label switching (1)

Percorso di un pacchetto lungo la rete Step 1: classica costruzione tabelle di routing

Algoritmo OSPF, partecipano anche i router MPLS

Protocollo LDP (Label Distribution Protocol)

Usa le tabelle di routing per determinare le label tra nodi adiacenti

Creazione di LSP (Label Switching Paths) preconfigurati

Step 2: un pacchetto arriva in ingresso alla rete

Edge Label Switching Router (LSR)

LSR determina servizio di livello 3 (QoS)

LSR applica una label e instrada il pacchetto

Step 3: ad ogni nodo, LSR legge la label, la sostituisce con una nuova (da tabella) e instrada

Step 4: in uscita, Edge LSR elimina la label e instrada al destinatario

MPLS – Label switching (2)

MPLS – Vantaggi (1)

Paradigmi rete MPLS

Creazione LSP ed instradamento separati

Creazione LSP come funzione di controllo della rete

Hardware ottimizzato per l’instradamento

Entrambe le funzioni completamente hardware

Label switching molto più semplice del routing IP

Numero di pacchetti al secondo elaborabile maggiore

Concetto di percorso in rete IP

IP instrada senza conoscere connessione end-to-end

MPLS permette di specificare percorsi per pacchetti

Ottimizzazione banda, prevenzione congestione, QoS…

Concetto di QoS end-to-end in rete IP

Possibilità di riservare banda per un LSP

Distinzione tra LSP in base al tipo di traffico

MPLS – Vantaggi (2)

Maggiore affidabilità in caso di guasti

Definizione di 2 LSP tra gli stessi nodi

Commutazione rapida in caso di guasto

Routing IP molto inefficiente e lento in casi simili

Creazione di Reti Private Virtuali (VPN)

MPLS-based IP VPN

Reti IP connectionless in gradi di garantire sicurezza e QoS attraverso classi di servizio

Metodo comodo ed efficiente per ridurre i costi per estendere una LAN da intranet a extranet

Classificazione e instradamento del traffico per tipo

Voce, video, e-mail…

Il traffico di ogni VPN è trasportato da un set di LSP

Una sola infrastruttura supporta molte VPN, risulta semplice aggiungere o cancellare VPN

Architettura per servizi IP di prossima generazione

MPLS - Applicazioni

Classi di servizio (CoS)

Fornitura QoS ad hoc per ogni CoS

Es. garanzia massimo ritardo consegna per una CoS

Streaming video

Ingegnerizzazione del traffico

Controllo dei percorsi per evitare congestione della rete

Invio dati Houston – Singapore

OSPF sceglie il link diretto

E lo congestiona alla lunga

MPLS può usare il link secondario

Ottimo utilizzo della banda

GMPLS – cenni (1)

Generalized MPLS

Estensione di MPLS per switching a livello di pacchetto, TDM, lunghezza d’onda, fibra

Uso di etichette a tutti i livelli

Problemi con reti ottiche e TDM

Dispositivi non progettati per estrarre ed elaborare le etichette

Allocazione della banda solo in unità discrete

Enormi quantità di dati e risorse da gestire

Configurare DCS e OXC è time-consuming

Gestione dei fault (es. 50 ms Sonet)

GMPLS – cenni (2)

Esempio

Router IP connessi a reti metro Sonet

Reti metro connesse attraverso DWDM

GMPLS – cenni (3)

Etichetta generalizzata

Riferita a pacchetto, time-slot, lunghezza d’onda, oppure fibra



Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS


Gigabit Ethernet

RPR

Storage-Area Networks (1)

SAN (Storage Area Networks) Reti per connessione tra computer e periferiche

Utili per enti con datacenter di grandi dimensioni

Elemento chiave è uno switch elettronico

Connessioni riconfigurabili tra i dispositivi

Connessioni a commutazione di circuito

In passato, SAN limitate a edifici o campus

Oggi SAN estese a livello metro, o anche long haul

Affidabilità contro guasti disastrosi (backup)

Delocalizzazione dei datacenter (meno costi)

Storage-Area Networks (2)

Bitrate tipicamente tra 200 Mbps e 1 Gbps su fibra

Bitrate non molto elevati, punto chiave per lo strato ottico è il numero di connessioni

Da centinaia a migliaia di link tra datacenter

Principali tecnologie SAN

ESCON (Enterprise Serial Connection)

Fibre Channel

HIPPI (High Performance Parallel Interface)

Utilizzo di codifica di linea per trasmissione su fibra

Data rate (Mbytes/s) vs. transmission rate (Mbaud/s)

Fibre Channel

Standard sviluppato verso la fine degli anni ’90

Stesse applicazioni di ESCON, porte di I/O su periferiche e computer, switch elettronico

Ad oggi è largamente diffuso

Standard prevede una grande varietà di bitrate

A partire dalla versione “full speed” a 100 Mbytes/s

Versione a ¼ di velocità (25 Mbytes/s)

Versione a 400 Mbytes/s

Codifica di linea (8, 10) come in ESCON

Utilizzo di interfacce sia in rame che in fibra

Rame fino a 100 Mbytes/s, fibra oltre



Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS


Gigabit Ethernet

RPR

10 Gigabit Ethernet (1)

Quasi tutto il traffico Internet ha origine ed è destinato a reti Ethernet

Basso costo, affidabilità, semplicità di installazione

Evoluzione di Ethernet (nata 25 anni fa) verso le esigenze delle moderne reti a pacchetto

Standard 10 Gigabit Ethernet

Estensione dei protocolli IEEE 802.3 al bitrate 10 Gbps e ad applicazioni su link WAN (IEEE 802.3ae)

Piena compatibilità con le versioni precedenti IEEE 802.3

10 GE mantiene l’architettura Ethernet tradizionale…

E’ un protocollo di livello 1 e 2

Necessità di un MAC (Media Access Control)

Formato e dimensioni dei frame

Ma continua l’evoluzione in termini di bitrate e distanza


Una sola differenza tra Ethernet e 10 GE

10 GE tecnologia full-duplex

Non serve il protocollo CSMA-CD

Architettura del protocollo IEEE 802.3ae

Livello data-link

Livello fisico (PHY)

PCS

PMA + PMD


MAC connesso al livello fisico (PHY) attraverso un’ interfaccia indipendente dal mezzo (XGMII)

Livello fisico suddiviso in 3 sottolivelli

PMD (Physical Media Dependent)

Fornisce la connessione fisica al mezzo

Es. i transceiver sono PMDs

PMA (Physical Medium Attachment)

PCS (Physical Coding Sublayer)

Fornisce codifica (es. 64B/66B) e multiplexing

Due tipi diversi di PHY

LAN PHY

WAN PHY

Simile a LAN PHY, ma il PCS permette la connessione con Sonet STS-192

10 Gigabit Ethernet - PMD

IEEE 802.3ae definisce 4 PMD

PMD seriale a 1310 nm, fibra monomodale su massima distanza 10 km

PMD seriale a 1550 nm, fibra monomodale su massima distanza 40 km

PMD seriale a 850 nm, fibra multimodale su massima distanza 300 m

PMD WWDM (Wide-Wave WDM) a 1310 nm, fibra monomodale su massima distanza 10 km o multimodale su massima distanza 300 m

10 Gigabit Ethernet - Vantaggi

Ethernet base è la tecnologia più usata per LAN

Richiesta di banda sempre crescente

Convergenza di reti dati e voce su Ethernet

10 GE supporta bitrate fino a 10 Gbps su distanze fino a 40 km

Fibre multimodali

Fibre monomodali

Distanza portata da 5 a 40 km

Uso di sorgenti VCSEL

In generale, possibilità di usare ottica a basso costo

Scelta naturale per espansione delle Ethernet esistenti

Ethernet facilmente interoperabile con 10 GE

Conoscenza di base e gestione molto simili

Disponibilità di prodotti standard da più venditori

10 Gigabit Ethernet – Applicazioni (1)

Pacchetto lascia il server attraverso una connessione 10 GE short-haul, si muove grazie a una rete DWDM e arriva ad un PC connesso a una porta GE

Niente conversione di protocollo o re-framing

Connessione tra server

Soluzioni proprietarie

Alti costi, difficile gestione e manutenzione

Fibre Channel

Standardizzato ma costoso, bassa interoperabilità, non molto conosciuto dal personale

10 Gigabit Ethernet

Ottima soluzione per interconnessione tra server

Offre banda più che sufficiente (10 Gbps)

Singolo server ha banda sufficiente per rimpiazzarne molti

Basso tempo di latenza, cruciale per clustering


LAN

Garanzia di maggiore banda su distanze maggiori

Supporto di fibre multimodali e monomodali

Possibilità di scegliere ad hoc la locazione di server e datacenter nel raggio di 40 km

Backbone 10 GE short-haul su fibra multimodale per connessioni switch-switch e server-switch

Costi molto bassi, elevate prestazioni

Bassa congestione dei link, bassa latenza


MAN/SAN

Ottima soluzione per backbone di reti metro

Uso di fibra SMF, link fino a 40 km che possono raggiungere tutti i clienti in città

WAN

Link ad elevate prestazioni tra switch/router collegati a reti Sonet/SDH

Interfaccia WAN PHY

LAN connesse da Sonet/SDH attraverso DWDM



Sonet/SDH

ATM

IP

MPLS


Gigabit Ethernet

RPR

RPR (1)

RPR (Resilient Packet Ring)

Migrazione delle reti packet-based da LAN a MAN

Traffico dati sempre maggiore, difficoltà per trasporto su reti Sonet/SDH ottimizzate per voce

Soluzione: reti a pacchetto anche in reti metro

Ethernet gestisce in modo ottimo pacchetti IP

10 GE ha la velocità necessaria per reti metro

Tuttavia…

Buona parte delle MAN installate sono ad anello

Alta affidabilità, veloce restoration (< 60 ms)

Ethernet non adatta a reti ad anello

Manca il MAC adatto a gestire l’anello!

Ethernet sprovvista di meccanismi di protezione

RPR (2)

Necessità di una nuova tecnologia che…

Sfrutti al meglio le caratteristiche degli anelli

Mantenendo i vantaggi del trasporto a pacchetto

RPR tecnologia emergente per trasporto in reti metropolitane

Supporto efficiente degli anelli (come Sonet)

Recovery veloce da guasti (come Sonet)

Semplicità, efficienza (come Ethernet)

Gestione equa delle risorse

Gestione dei problemi di congestione della rete

Sonet Metro Ring

Anello configurazione naturale per Sonet/SDH

Sonet nato per commutazione di circuito punto-punto

Molti svantaggi nel trasporto di dati su Sonet Circuiti fissi

Banda sprecata se il circuito non è utilizzato

Spreco di banda per mesh logiche

Difficile ed inefficiente creare mesh logiche

Pessima gestione del traffico multicast

Un circuito e un pacchetto per ogni destinatario

Spreco di banda per protezione

Tipicamente il 50%

Ethernet Metro Ring

Ethernet usa in modo efficiente la banda disponibile

Ma non usa in modo efficiente la topologia ad anello

Nessun sistema di protezione efficiente dell’anello

Protezione Ethernet solo a livello di link, e molto lenta

500 ms contro i 50 ms di Sonet

Gestione non equa del mezzo condiviso

Equità solo a livello di link…

Che non si traduce in equità globale

Ethernet sta sull’anello… ma non lo sa…

Diagramma logico in figura

Resilient Packet Ring (1)

Filosofia RPR

Il problema della gestione del mezzo condiviso si risolve a livello MAC

RPR (IEEE 802.17)

Nuovo protocollo MAC per reti metro ad anello

Architettura Packet ADM (Add/Drop Mux)

Confronto tra Packet ADM e switch Ethernet

Rete Ethernet composta da link punto punto

Accodamento e instradamento ad ogni nodo

Ogni nodo elabora il traffico entrante al rate di linea

Oltre i 10 Gbps, l’approccio non è più valido

Resilient Packet Ring (2)

RPR ha la nozione di traffico di transito

Il traffico non destinato al nodo passa senza essere accodato

Il MAC ha 3 funzioni

Add: inserimento di nuovo traffico

Drop: prelievo di parte del traffico

Pass: transito senza elaborazione

Percorso di transito parte del mezzo trasmissivo

L’anello RPR è un mezzo continuo condiviso dai nodi

Architettura Packet ADM non elabora il traffico in transito

Elevata scalabilità a bitrate elevati

Resilient Packet Ring – Vantaggi (1)

Versatilità a livello fisico

RPR definisce solo uno standard per il MAC

Al livello 1 si può avere Ethernet, Sonet, DWDM…

Affidabilità

Meccanismo di recovery efficiente: “ring wrap”

In caso di guasto, si raggiunge la destinazione percorrendo l’anello in senso opposto


Gestione equa della banda

Anello condiviso molto sensibile allo sfruttamento esagerato di alcuni utenti

Necessario garantire divisione equa della banda…

A livello globale di anello, non link per link!

Impossibile sia in Sonet che in Ethernet

Sonet sottoutilizza le risorse, Ethernet non equo

Meccanismo di feedback in RPR

Monitoraggio del traffico (compito del MAC)

Dati sul traffico a tutti i nodi

Le sorgenti modificano il traffico di conseguenza

La non equità di Ethernet nella gestione della banda peggiora aumentando il numero di nodi!


Gestione del traffico multicast

Packet ring configurazione ideale

Solo una copia del pacchetto circola per la rete

Fornitura del servizio semplificata

Tempi di attivazione elevati per reti Sonet

Es. DS1, DS3 richiedono settimane

Attivazione immediata in anelli RPR

Anello mezzo condiviso, tutti i nodi hanno visione globale della capacità della rete

Resilient Packet Ring - Applicazioni

RPR utile ogniqualvolta si trasportano dati su anelli in fibra

Es. Metro Service Provider, rete di accesso DSL

Un singolo anello RPR serve edifici multipli nell’area

Alta affidabilità (< 50 ms), facile drop ai nodi

Banda suddivisa equamente tra gli utenti

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