Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE … · menor paquete de datos IP, 64 bytes, debe ser partido en 2 celdas ATM. Esta partición irregular de los paquetes en las celdas suele dejarlas

Introducción a WDM y DWDM 1

Curso de DoctoradoREDES ÓPTICAS DE

TELECOMUNICACIÓN

Capítulo 9. Internet óptica

Internet óptica1

REQUISITOS RED

•Demanda tráfico ESCALABLEESCALABLE

•Crecimiento difícil de predecirFLEXIBLEFLEXIBLE

RECONFIGURABLERECONFIGURABLE

•Distintos proveedores de servicios VERSÁTILVERSÁTIL

PROTECCIÓN Y RESTAURACIÓN

PROTECCIÓN Y RESTAURACIÓN •Más eficiente y

económico

Introducción


Internet óptica2

INTERNET ÓPTICAINTERNET ÓPTICA

versatilidad reconfiguración protección restauración

conexiones en malla

Internet óptico

Introducción

Internet óptica3

Conmutación de paquetes

• En un futuro, la capa óptica podrá proporcionar servicio de conmutación de paquetes directamente en el dominio óptico.– Servicios de tipo circuito virtual / ¿orientado a conexión?– Servicios de tipo datagrama / ¿orientado sin conexión?– ¿Servicio burst switching / orientado a ... ?

• El estado de esta tecnología se encuentra en su infancia:– Lectura/borrado de cabeceras puede realizarse en el dominio

eléctrico dejando la carga en el óptico– No existen buffers/memorias óptic@s que no sean las puras líneas

de retardo– Muchas funciones de control del nodo requieren de una inteligencia

muy difícil de implementar en el dominio óptico• Estado actual de la normativa/protocolos?


Internet óptica4

Conmutación de paquetes: Internet Conmutación de paquetes: Internet opticaoptica

Router/encaminador Óptico

Sincronización, regeneración, contención ...

Internet óptica5


RF label Recovery

and erasure

Wavelength conversion

Label re-writingFiber delay

Routing &Forwarding

Data

Clock

New λ

New SCMlabel

IP Payload IP Header

SCM LabelIP Payload IP Header

SCM Label@ λi

@ λj

Reloj, sincronismos¿Cómo convertir la longitud de onda?¿Cómo rescribir la etiqueta?


Internet óptica6

TECNOLOGÍAS

• DWDM

• OXCs • OADMs

Introducción

Internet óptica7


Transmisión mediante paquetes ópticos procesados en dicho dominio en los routersLectura y procesado de la cabecera en dominio eléctrico

IP Payload IP Header OpticalLabel

Guard

IP Payload IP Header

OpticalLabel

λ

λ

Payload+label

Payload

label

¿Otra longitud de onda?


Internet óptica8


Ingress edgeRouter with

AOLS interface

Egress edgeRouter with

AOLS interface

AOLS corerouter

AOLS corerouter

SourceNode

label

IP packet

Optical Label& packet at λi

Optical Label& packet at λj

DestinatNode

Optical AOLSCore Network

MPLS &Label Swapping

Conversión de λ

Filosofía de red:“No interacción capaseléctricas/ópticas”

Internet óptica9

IP FR ATM LL Circuit Switched

0

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Año

Tendencias del tráfico

0

500

1000

1500

1998 = 100

1998 1999 2000 2001 2002

Crecimiento de tráfico: 1998 - 2002

InternetOtros datosVoz

Integración de servicios


Internet óptica10

IP

ATM

WDM

SDH

Transporte aplicaciones y servicios.

Transporte. Monitorización y protección enlace.

Traffic engineering, QoS.

Capacidad.

Las redes de datos actuales tienen 4 capas (layer). Cada capa se administra independientemente de las demás.

Arquitectura de red actual

Epílogo: Evolución previsibleEpílogo: Evolución previsible

Internet óptica11

SONET/SDH

DWDM

CoreRouter(IP/MPLS)

n Eliminación del MUX

n Los requerimientos de tráfico IP alcanzan agregados SDH

n Los routers de próxima generación incluyeninterfaces SONET/SDH de alta velocidad

n Eliminación de la capa ATMv El MPLS (Multi-protocol Label Switching) en

routers proporciona ingeniería de tráfico sustituyendo las funciones ATM

v Se elimina la necesidad de gestionar 2 capas (IP y ATM)

CoreRouter(IP/MPLS)

MUX

SONET/SDH

DWDM

FR/ATM Switch

Evolución del backbone IP



Internet óptica12

¿Por qué tantas capas?MUX

Ajustes de velocidad entre losinterfaces del router/switch

SONET/SDHTime division multiplexing (TDM)Aislamiento de fallos Restauración (50ms)

DWDMGran ancho de banda

RouterConmutación paquetesMultiplexación y ganancia estadísticaConectividad total entre E/SRestauración (varios segundos)

ATM/Frame Relay switchesHardware avanzadoIngeniería de TráficoRestauración (sub-segundos)

Resultado:Integración de múltiples vendedoresMultiples protocolos de multiplexaciónIncremento de los costes


Internet óptica13

IP over WDM

Buscamos integrar IP lo más directamente sobre WDM

Interfaz entre WDM e IPNecesidad de encapsulaciónFuncionalidades que hasta ahora proveen ATM y SDH

Necesidad de definir una capa óptica estándar


Internet óptica14

SUB-CAPAS DE LA CAPA ÓPTICA

OPTICALOPTICAL

Optical Transmission Section

Optical Multiplex Section

Optical Channel

No se trata de unaNo se trata de unasola capa sino de 3sola capa sino de 3

Internet óptica15

Continuity SupervisionConnectivity SupervisionMaintenance InformationSignal Quality SupervisionAdaptation ManagementProtection ControlSubnetwork Connection

SupervisionManagement CommunicationsOther Comms Needs

OCh OMS OTS

? ? ?????

Management Capabilities

ITU-T G.872

REQUERIMIENTOS DEGESTIÓN A NIVEL DE RED


Internet óptica16

MODELO DE SERVICIOIP directamente sobre WDM

IPIPCLIENTESERVIDOR



Optical Channel

IP entrega datagramasal servidor para sutransporte

El OCh ofrece servicioa ráfagas contínuasde datos

Para introducir IP en los canalesWDM se requiere una adaptación

Internet óptica17

Encapsulation

PDHSDH

Frame RelayGigabit Ethernet

SDLetc…

IPIP



Optical Channel

NECESIDAD DE ENCAPSULACIÓN

Todo sobre IP e IP sobre todo


Internet óptica18

Partitioning/traffic mgmt

ATMMPLS

IPIP



Optical Channel

Encapsulation

NECESIDAD DE ADECUACIÓN DEL TRÁFICO

Internet óptica19

• Métodos para transportar paquetes IP sobre una red WDM– Encapsulación de IP sobre WDM

• Pilas de capas existentes– IP sobre ATM sobre SDH sobre WDM– IP sobre ATM sobre WDM– IP sobre SDH sobre WDM POS (Packet Over Sonet)

• Tecnologías emergentes– IP sobre SDL sobre WDM– IP sobre Gigabit Ethernet sobre WDM

TRANSPORTE IP/WDM


Internet óptica20

IP sobre ATM

• Es orientado a la conexión y requiere el establecimiento de un circuito virtual para cada flujo de datos.

• Tamaño de celda ATM, 53 bytes, demasiado pequeño e incluso el menor paquete de datos IP, 64 bytes, debe ser partido en 2 celdas ATM. Esta partición irregular de los paquetes en las celdas suele dejarlas medio llenas.

• Ventaja: ancho de banda disponible a precios competitivos

• IP transportado sobre ATM presenta una carga útil del 80%, lo que puede ser aceptable en una red mixta de voz y datos (para las que está pensado ATM), pero no lo es en una red exclusiva IP, donde no está justificado esta pérdida del 20% del ancho de banda.

• Se usa entonces POS, protocolo que simplemente mapea los datos en el área de carga de las tramas Sonet/SDH.

Arquitectura de red

Internet óptica21

• SDH está totalmente estandarizado y aceptado• SDH presenta unas funcionalidades muy avanzadas:

OAM&P, monitorización, adecuación del tráfico• Adición de interfaces SDH a los routers del backbone• Se hace uso del protocolo PPP

TRANSPORTE IP/WDM

IP sobre SDHIP sobre SDH


Internet óptica22

POS • Entre protocolo IP y Sonet, la RFC 1619 fija el uso del protocolo PPP(Point to Point Protocol).

• PPP hace de enlace entre las dos, adaptando datos de una a otra, y sin ninguna capacidad de direccionamiento/enrutado, le falta además la posibilidad de ATM de conectar cualquier routers entre sí.

• Se establecen múltiples enlaces para poder soportar la eventual caída de uno de ellos.

• PPP no permite control de flujo: los routers tendrán que disponer de buffers mayores para lograr un throughput razonable.

Tal y como se define en las RFC 1619 y RFC 1662: en POS se usan específicamente tramas STS-3c (tres STS-1 concatenadas) con lo que se consigue un ancho de banda de 149.76Mbps.

Tal y como se define en las RFC 1619 y RFC 1662: en POS se usan específicamente tramas STS-3c (tres STS-1 concatenadas) con lo que se consigue un ancho de banda de 149.76Mbps.

Arquitectura de red

Internet óptica23

Desventajas de POS

• Principal problema: pérdida de la capacidad de gestión del QoSque aporta ATM.

• Este problema podría cobrar importancia cuando se extienda el uso de la telefonía IP y se requieran anchos de banda constantes que no sean bloqueados por el tráfico de datos.

• En POS la gestión del QoS ha de añadirse en el mismo nivel de IP, en el nivel de red. Aquí es donde entra MPLS: cada routerse usa además como switch, los paquetes llevan una cabecera que especificará una ruta óptimizada para consequir un determinado nivel de QoS. El único problema es el gran poder de procesado que se requiere en MPLS cuando se definen unas cuantas clases de servicio.

Arquitectura de red


Internet óptica24

• Gestión del ancho de banda• Control del flujo• Direccionamiento y

encaminamiento• Tolerancia a los fallos

• Mayor eficiencia (introduce menos bytes de cabecera)

• Sólo enlaces directos, ni direccionamiento ni encaminamiento

COMPARACIÓN

IP sobre ATMIP sobre ATM IP sobre SDHIP sobre SDH

Internet óptica25

IP sobre Gigabit Ethernet• Características :

– Costes de equipos menores que los de SDH– Es versátil, soporta los servicios proporcionados por IP– No está optimizado para tráfico de voz– Escalable, ha pasado de 1Mb/s a 1Gb/s, y a 10 Gb/s– No mantiene un QoS aceptable en caso de fallo en la red– Gestión más simple– Se producen pérdidas de paquetes

• Existen tendencias que sustituyen SDH por Gigabit Ethernet.• RPR (Resilient Packet Ring), protocolo para transportar datos IP,

vídeo y voz sobre topologías en anillo conseguir una capacidad de restauración de 50 ms como SDH



Internet óptica26

Gigabit Ethernet• La arquitectura de protocolos de los anillos MAN y LAN será

Gigabit Ethernet (muy probable). • Incluso a muy largo plazo esta es una de las opciones mejor

consideradas para llegar a la red de acceso. • Extiende las capacidades de la red tradicional Ethernet a 1000

Mbps.• Tecnología que surge como respuesta a las necesidades

crecientes de los usuarios. (El gran despliegue de LANs y las aplicaciones informáticas cada vez más complejas obligan a los usuarios a tener mayores anchos de banda para sus aplicaciones)

Gigabit Ethernet (802.3z), surge como extensión natural de las normas Ethernet 802.3 de 10 y 100 Mbps que promete, tanto en modo halfcomo full duplex, un ancho de banda de 1 Gbps, asegurando además la compatibilidad con todo el parque instalado Ethernet de 10 y 100 Mbps.La especificación de control de flujos asegurará la interoperatividad entre switches que soporten la norma y los más lentos de 10 y 100 Mbps actuales.

Gigabit Ethernet (802.3z), surge como extensión natural de las normas Ethernet 802.3 de 10 y 100 Mbps que promete, tanto en modo halfcomo full duplex, un ancho de banda de 1 Gbps, asegurando además la compatibilidad con todo el parque instalado Ethernet de 10 y 100 Mbps.La especificación de control de flujos asegurará la interoperatividad entre switches que soporten la norma y los más lentos de 10 y 100 Mbps actuales.

Arquitectura de red

Internet óptica27

Gigabit Ethernet• En modo half duplex conservará el

método de acceso al medio CSMA/CD típico de Ethernet.

• Productos iniciales se basarán en tecnología de señalización física de Fiber Channel (adaptada para operar con velocidades de 1 Gps).

• Como anteriores soluciones Ethernet, soportará diferentes medios físicos, con distintos valores máximos de distancia:

- Conexión fibra óptica multimodo (max. 500 metros)

- Y monomodo (máx. 3 Km) - Una conexión en cobre(máx. 25 m). Elementos funcionales del desarrollo de la tecnología GEN

Para el Internet óptico las soluciones útiles son las dos primeras.

Arquitectura de red


Internet óptica28

Cambios sobre CSMA/CD• Consisten en una característica llamada “extensión de

portadora” (Carrier extension).- Esta característica incrementa la longitud de un medio portador

sin alargar el tamaño mínimo de la trama Ethernet (64 bytes).

• Otra característica es la llamada “ráfagas de paquetes” (paquet bursting): permite mejorar la eficiencia en las operaciones con paquetes pequeños permitiendo la transmisión de múltiples paquetes sobre un único acceso a la red.

• Estas dos características mencionadas anteriormente solamente afectan al modo half duplex, las operaciones en full duplexsolamente requerirán una versión Fast Ethernet de alta velocidad.

Arquitectura de red

Internet óptica29

10 Gigabit Ethernet• Marzo 1999: en la IEEE constituido un grupo de trabajo (HSSG High

Speed Study Group), con la finalidad de desarrollar un estándar de 10 Gigabit Ethernet.

• Los objetivos principales de este grupo de trabajo son:

n Soportar 10Gb/s Ethernet con 2 ó 3 veces el coste de Gigabit Ethernet.n Mantener el formato de trama de IEEE 802.3.n Satisfacer los requerimientos de IEEE 802.n Mantener compatibilidad con el flujo IEEE 802.3x.n Mantener tamaño mín/máx de la trama como en el estándar IEEE 802.3.n Especificar un nivel de acceso al medio independiente.n Sólo operación full-duplex.n Una capa MAC independiente de la velocidad para soportar 10Gb/s en LANy casi 10Gb/s en MANn Soportar infraestructura de cable ya existente así como la nueva infraestructura.

n Soportar 10Gb/s Ethernet con 2 ó 3 veces el coste de Gigabit Ethernet.n Mantener el formato de trama de IEEE 802.3.n Satisfacer los requerimientos de IEEE 802.n Mantener compatibilidad con el flujo IEEE 802.3x.n Mantener tamaño mín/máx de la trama como en el estándar IEEE 802.3.n Especificar un nivel de acceso al medio independiente.n Sólo operación full-duplex.n Una capa MAC independiente de la velocidad para soportar 10Gb/s en LANy casi 10Gb/s en MANn Soportar infraestructura de cable ya existente así como la nueva infraestructura.

Arquitectura de red


Internet óptica30

10 Gigabit Ethernet• 10 Gigabit Ethernet es la versión "más rápida" de Ethernet

• Añade cambios significativos (no soporta operación. half-duplex).

• Ventaja: ofrece una solución de bajo coste para la demanda de ancho de banda siempre mayor. No sólo se proyecta bajo coste en las instalaciones, sino también es mínimo el coste de mantenimiento y gestión de la red, que podrían ser realizados por cuenta de administradores de red locales.

• Otra ventaja: permitirá un switching más rápido, debido a que utiliza el mismo formato de trama que Ethernet: más fácil integrabilidad de las LAN, MAN y WAN.

• Además no hay necesidad de fragmentación de paquetes, de reensamblado o de traducción de la dirección, eliminando así la necesidad de routers (mucho más lentos que switches).

• 10 Gigabit Ethernet no proporciona QoS, que será proporcionada en niveles superiores, por el protocolo MPLS.

Arquitectura de red

Internet óptica31

IPIP

WDMWDM

ALTERNATIVAS PARA IP/WDM


Internet óptica32


• Optical Internet: protocolos IP/MPLS + capa óptica

• Integración IP sobre WDM necesidad de capa óptica que realice las funciones de las capas utilizadas hasta ahora

• Tecnologías actuales de transporte IP sobre WDM– IP sobre SDH/SONET– IP sobre ATM– IP sobre Gigabit Ethernet– Tecnologías propietarias

• DTM (Dynamic Transfer Mode)• MAPOS (Multiple Access Protocol Over Sonet)• DPT ( Cisco Systems)• WaveWrapper (Lucent Technologies)

Internet óptica33

Alternativas propietarias• MAPOS o POL (Packet over Ligthwave)

– Conmutación de paquetes no orientado a la conexión. Es una extensión de POS/IP/PPP/SDH/WDM

• DTM (Dynmic Tranfer Mode)– Conmutación de circuitos dinámica (topología en anillo) que

proporciona transporte entre routers a través de canales, y permite el transporte óptico de información a altas velocidades. Proporciona cierta calidad de servicio.

• DPT(Cisco Systems)• Innovación de la tecnología IP+Optical (Cisco) que elimina

niveles de equipo innecesarios para conectar IP directamente con fibra óptica.

• Solución Packet Ring flexible y resistente,aplicación en MANs• Escalable • Restauración total del sistema en menos de 50 milisegundos• El DPT está basado en el protocolo SRP (Spatial Reuse

Protocol).



Internet óptica34

WaveWrapperWaveWrapper

La idea es: Ya que vamos a hacer algo nuevo, hagámoslo lo más independiente posible Evitar equipamiento SDH + Transparencia

Internet óptica35

G.709: Estructura de la trama de datos

1 16 3824 4080

4

OVERHEAD

PAYLOAD

FEC

64 bytes 4X3808 bytes 4X256G.709


Internet óptica36

IP/GMPLS

IP/ MPLS

SONET/SDH

DWDM

Menor coste Menor coste de de equipamientoequipamiento y y operacionaloperacional

ATM

SONET/SDH

DWDM

IP/ GMPLS

Thin

SONET/SDH

DWDMConmutación óptica

IP

DWDM (D. W.)Conmutación óptica

MultiplexaciMultiplexacióón, n, ProtecciProteccióónn y y AdministraciAdministracióónn en en cada capacada capa

Un plano de control común para gestionar la red: GMPLS.

EpEpíílogo: Evolucilogo: Evolucióón previsiblen previsible

Internet óptica37

Modelo de dos capas

Transporte Óptico (OXCs,WDMs,TDMs,Long-haul’s,...)

Núcleo Óptico

Capa IP:•Servicios IP •Routers

n Funciones de la capa IP de los routers:• Creación de servicios• Multiplexación y ganancia estadística• Conectividad total E/S• Ingeniería de tráfico• Restauración (10 ms)• Adaptación de las velocidades de

transmisión del abonado• Buffering y control de la congestión • Escalabilidad de Internet

n Funciones de la Capa de Transporte Óptica:• Proporcionar formatos adecuados• Aislamiento de fallos and sectioning• Restauración (10 ms)• Supervisión• Medio de transporte (DWDM) con gran

ancho de banda a coste eficiente• Grandes distancias de transmisión: enlaces

long haul• Distancias de transmisión metropolitanas

Arquitectura de red


Internet óptica38

La estructura de control

Red Óptica

Subred Óptica Subred Óptica

OXC OXC OXCRed IP

Red IP

Otras Redes Otras Redes

ENNI ENNI

UNI UNI

UNI

UNI

INNI INNI INNI

Modelos de interconexión y servicios

Internet óptica39

UNI• Draft UNI 1.0

– Gestión de conexiones bajo demanda– UNI-C y UNI-N– Plano de control: conjunto de funcionalidades que permiten

gestionar y controlar el tráfico, la topología y el estado de lared bajo un entorno que ofrezca transparencia de servicio

• Optical layer (no es realmente un plano de control)

• Overlay• Peer• Augmented



Internet óptica40

Modelos de interconexión

• Overlay Model– 2 planos de control separados

• Óptico e IP

– Espacios de direcciones distintos– Enrutado:

• Registros de direcciones IP y VPN

– “Service Providers, ISP”


Internet óptica41

Modelos de interconexión

• Augmented y Peer Model– 2 planos de control no separados– Espacio de direccionamineto común– Diferencia:

• Peer Model: conjunto único de comandos para la ejecución y el intercambio de información de control por la red

• Augmented Model: existen comandos distintos para cada nivel: habrá unos comandos que corresponden al nivel óptico y otros al nivel de datos

– Propietario Red=Proveedor



Internet óptica42

Modelos de interconexión/Funciones

• Establecimiento y mantenimientos de la topología de la red– Se platea reutilizar protocolos de tipo OSPF e IS-IS que

mantienen bases de datos con información de la topolog´´ia de la red para su establecimiento inicial y su mantenimientos

• Gestión de los caminos establecidos– Selección de caminos:Enrutamiento Restringido

(Constrained-based Routing (CR)) – Instanciación de caminos: RSVP o CR-LDP

• Restauración y activación de los caminos– MPLS


Internet óptica43

• Característica definitoria: está basada en sistemas DWDM.

• Otra característica: los enlaces se establecen a través de- las distintas longitudes de onda.- routers de alta capacidad, que sustituyen a los tradicionales

equipos de multiplexado y a los switches de ATM y SDH.

Arquitectura de red

• La capacidad de “optical multiplexing” de los sistemas DWDM, les permite soportar servicios totalmente diferentes en cada una de sus longitudes de onda.

• Las λ han sustituido a los canales de SDH y a los circuitos de ATM pero el resto de características, la configuración y el direccionamiento de estos sistemas sigue siendo el mismo.

Y como novedad...


Internet óptica44

EL PLANO DE CONTROL

Objetivo: construcción del plano de control para la capa óptica y definirla interacción entre la capa óptica y la capa IP.

Protocolos y algoritmos para el plano de control sobre la Internet óptica

GMPLS (MPLS generalizado)

-Info. sobre topología red-encaminamiento-señalización-protección y restauración

Introducción

Internet óptica45

Encaminamiento

•Encaminamiento integrado Peer ModelLas redes ópticas e IP ejecutan el mismo protocolo de encaminamiento.-OSPF (Open Shortest Path First)

•Encaminamiento integrado Peer ModelLas redes ópticas e IP ejecutan el mismo protocolo de encaminamiento.-OSPF (Open Shortest Path First)

•Encaminamiento de dominio específico Augmented ModelEl encaminamiento dentro de los dominios IP y óptico se realizanpor separado.-BGP (Border Gateway Protocol): IBGP y EBGP (Interno y Externo)

•Encaminamiento de dominio específico Augmented ModelEl encaminamiento dentro de los dominios IP y óptico se realizanpor separado.-BGP (Border Gateway Protocol): IBGP y EBGP (Interno y Externo)

•Encaminamiento overlay Overlay ModelSe implementa un modelo que permite a los routers registrary pedir direcciones externas.

•Encaminamiento overlay Overlay ModelSe implementa un modelo que permite a los routers registrary pedir direcciones externas.


Internet óptica46

Señalización

DireccionamientoCada OXC Una dirección IP

-Dirección IP única dentro de toda la red.-Pero además necesitamos conocer puerto concreto OXC:

protocolo GMPLS Etiquetas

*Bidireccionalidad caminos!

2 opciones de protocolos de señalización basados en MPLS:

•RSVP-TE (Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering)•CR-LDP (Constraint Routed-Label Distribution Protocol)

Internet óptica47

Nucleo interno de la red

• Formado por número reducido de nodos con capacidad elevada (TeraPops), que nunca superará el 10% de los POPs del núcleo de un ISP.

• Los TeraPops estan interconectados prefe-rentemente en una arquitectura mallada. POP (Point of Presence) se denomina al

punto de interconexión entre la red interna de un proveedor de servicios para internet (ISP) y sus clientes externos.

Arquitectura de red


Internet óptica48

Núcleo interno de red

• Más caracteristicas:

- Los enlaces de dicho nivel cubrirán distancias largas (enlaces ultra-long-haul).

- Las capacidades manejadas por los TeraPopdeberán ser de 10 a 40Tbps.

- Internamente, cada TeraPop consistirá en uno o más LSRs (Label Switch Router), switches ópticos y los correspondientes enlaces ópticos de largo alcance.

Arquitectura de red

Internet óptica49

Externamente al núcleo:

segundo nivel de jerarquía• Nucleo externo

compuesto por POPs de menor capacidad (GigaPops).

• Seguirán siendo enlaces de larga distancia, pero los nodos deberán soportar capacidades de hasta 10 Gbps.

Arquitectura de red


Internet óptica50

Externamente al núcleo: segundo nivel de jerarquía

• Caracteristicas:- De los nodos de estos anillos colgarán las redes

metropolitanas, cuya estructura puede ser muy diversa pero que en su mayoría adoptarán arquitecturas basadas en un anillo principal cuyos nodos volverán a ser GigaPops.

- De estos nodos colgarán otras redes metropolitanas de menor tamaño o redes de área local.

-En este nivel es posible que se use Gigabit Ethernet e incluso 10 GbE, ya que se considera que en un futuro estas tecnologías podrían estar tan extendidas y ser tan habituales como los cablemodems o ADSL lo son hoy en día.

-En este nivel es posible que se use Gigabit Ethernet e incluso 10 GbE, ya que se considera que en un futuro estas tecnologías podrían estar tan extendidas y ser tan habituales como los cablemodems o ADSL lo son hoy en día.

Arquitectura de red

Curso de DoctoradoREDES ÓPTICAS DE

TELECOMUNICACIÓN

MultiProtocol Label SwitchingMPLS


Internet óptica52

1. Contenidos

Estándares: Propuestas recientes centradas en la extensión de MPLS a las Redes Ópticas y aprovisionamiento de Conexiones Ópticas.

Expectativas: Redes Ópticas proporcionarán una Rápida capacidad de restauración competitiva con la de los anillos SONET.

Necesidad de agregar Necesidad de agregar nuevas Características a nuevas Características a

MPLSMPLS

Internet óptica53

2. Introducción

• WDM: Muy extendido en las actuales redes de transporte.

• OXCs, OADMs: El despliegue de estos elementos es el siguiente paso en el desarrollo de redes ópticas reconfigurables. Creación bajo demanda de ‘lightpaths’.

• Control Distribuido: … de los recursos ópticos. Último punto importante. Su consecución es crucial para lograr una red óptica reconfigurable. Muchas soluciones propietarias pero incompatibles entre ellas.


Internet óptica54

2. Introducción

• Plano de Control estándar: Operadores de telecomunicaciones, fabricantes de equipos y organismos de estandarización piensan que es imprescindible el desarrollo de un estándar para lograr compatibilidad de equipos.

• MPLS: Conjunto de protocolos usados en las redes IP para la configuración de conexiones. Se pretende su extensión a las redes ópticas.

MPMPλλS:S: Fruto de los esfuerzos de IETF y OIF. Fruto de los esfuerzos de IETF y OIF. Hasta la fecha sólo capaz de crear Hasta la fecha sólo capaz de crear conexiones ópticas sin funcionalidad conexiones ópticas sin funcionalidad de restauración.de restauración.

Internet óptica55

3. MPLS en redes IP

• Desarrollado en un principio para redes IP.

• Se usa principalmente para implementar conexiones virtuales o LSPs. Los paquetes asociados a un determinado LSP se identifican mediante etiquetas.

• Aplicaciones:• Ingeniería de tráfico.• VPNs.• QoS para distintos servicios.• RESTAURACIÓN.


Internet óptica56

3. MPLS en redes IP. LSR.

• Encargados de guiar los paquetes de manera correcta por los LSPs. Disponen de una tabla de reenvíos y de la información que proporciona cada paquete…

Internet óptica57

MultiProtocol Label Switching I

IntroducciónIntroducción

Se utiliza un encaminamiento salto a salto o por fuente para el establecimiento de las correspondencias etiqueta/FEC

Se emplea una etiqueta nativa del medio

Ofrece un transporte por sustitución de etiquetas multi-nivel (label swapping)


Internet óptica58

MultiProtocol Label Switching II

Malentendidos con MPLSMalentendidos con MPLSNo es una tecnología para aprovechar el hardware ATM y no es “igual que ATM”

Y sin embargo aprovecha el HW ATM, eliminala necesidad del encaminamiento en el núcleo

y es capaz de ofrecer QoS en redes IP

No es un desarrollo que pretenda eliminar el encaminamiento IP y no es “sólo para redes IP”

Así mismo tampoco es una solución para ofrecer QoS en IP

Internet óptica59

MultiProtocolLabel Switching III

Carácterísticas Carácterísticas de MPLSde MPLS

Está orientado a la topología

Separa las funcionalidades de encaminamiento y expedición

Permite una Ingeniería del tráfico gracias al encaminamiento basado en limitaciones o explícito

Resulta altamente escalable gracias a que permite convergencia y anidación de etiquetas


Internet óptica60

n GMPLS es una extensión de MPLS

nGMPLS extiende a MPLS para soportar multiples tipos de conmutación (no sólo anivel de paquetes o celdas):

nConmutación TDM (SDH/SONET)

nConmutación por longitud de onda (Lambda)

nConmutación de fibras o puertos físicos

n Utiliza la tecnología existente y la futura (por ej. comutación de paquetes en eldominio óptico)

n Facilita la evolución paralela en el dominio IP y en la transmisión óptica

Generalized Multiprotocol Label Switching, GMPLS

Internet óptica61

Nodo desestima sugerencia

GMPLS. Extensiones en el enrutamiento

Info de enrutamiento de OSPF

Etiquetas unidireccionales

1. OSPF informa a todos los nodos cada nueva petición de conexión inundando y determina la ruta óptima (no siempre será la más corta).Todos los nodos dispondrán la misma base de datos de la topologíade la red.CR-LDP aprovecha para sugerir las futuras etiquetas de respuesta

2. Nodos responden con etiquetas (aceptadas o no). Seestablece una única etiqueta por router y destino

#25

#214#53

#7#74

#98

#465

#25

#465

#25#98

#74#34

#53

#214#25


Internet óptica62

La extensiones de OSPF no seleccionarán siempre las rutas más cortas sino las óptimas

Misma etiqueta

Misma etiquetaMisma etiquetaLa diferencia con las conexiones tipo circuito virtual es que así se emplea tan sólo una única etiqueta por router y destino

Enlace

congestionado

Nodo de baja capacidad

La jerarquía en los LSP servirá para agrupar tráfico destinado a diferentes dominios. Se realiza mediante el apilamiento de etiquetas

Los LSP’s que converjan a un enlace apilarán sus etiquetas estableciendo una jerarquía de etiquetas. La etiqueta de orden superior será común para ambos

ESCALABILIDAD vs GRANULARIDAD


Internet óptica63

LSP-LSCLSP-TDM

LSP-PSC

Agregado(Bundle)Fibra n

Fibra 1

Nube FSCNubeLSC

NubeTDM

NubePSC

LSPs Fibral LSPs

LSPsSlots

tiempo

(Multiplexación de LSPs de menor orden)

l LSPs

NubeLSC

NubeTDM

NubePSC

LSPsSlots

tiempo

LSPs de Paquetes(etiquetas explícitas) LSPs de Paquetes

(etiquetas explícitas)

(Demultiplexación de LSPs de menor orden)

Los LSPs pueden establecerse desde cualquier nivel de la jerarquía pero siempre deben comenzar y terminar en interfaces del mismo tipo. Nodos podrán ver de este modo como

adyacentes a nodos remotos

n Etiquetas MPLS:

n cabecera de paquetes

n celdas

nEtiquetas GMPLS:

n Etiquetas MPLS

n slots tiempo

n longitudes de onda

n fibras



Internet óptica64

n Establecimiento de LSPs bidireccionales:

No se trata de establecer 2 LSP’s unidireccionales

Se establece el LSP upstream y se sugiere es downstream. Este podrá aceptarse o no.

n Reduce los tiempos de establecimiento del LSP (anticipa la configuración de los nodos upstream)

n Mejora tiempos de restauración

n Minimiza la probabilidad de bloqueo en redes con limitaciones en la conversión de la longitud de onda

n Aceptación de la etiqueta sugerida


Internet óptica65

#216

D

#612D

#5D

#14

D

#99 D

#963D

#311D #462

D D

MultiProtocol Label Switching V

La información para la distribución deetiquetas viene proporcionada porinformación de routing

Orientación a la topología IOrientación a la topología I


Internet óptica66

#216

#612

#5#311

#14

#99

#963

#462

#963

#14

#99

#311

#311

#311

D

MultiProtocol Label Switching VI

Label Switched Path

Orientación a la topología IIOrientación a la topología II

Internet óptica67

MultiProtocol Label Switching VIII

• LSPs con un único punto de salida y que compartan un camino interno común, pueden unirse para formar un arbol multipunto a punto de destino.

Escalabilidad de MPLS IEscalabilidad de MPLS I

• Para un LSR, la operación de unión resulta sencilla: ambos LSPsentrantes realizarán una operación estándar de conmutación de etiquetas, pero ambas conmutaciones darán como resultado la misma etiqueta de salida, es decir los LSPs (o las etiquetas que los denotan si se prefiere) confluyen en algún punto de ese arbol.


Internet óptica68

MultiProtocol Label Switching IX

• Para permitir que los LSPs crucen uno o varios sistemas autónomos durante el tránsito, la arquitectura MPLS proporciona mecanismos para encapsular un LSP inter-dominio entre dos routers de borde a través de un LSP intra-dominio, a este concepto se le denomina “jerarquía”.

Escalabilidad de MPLS IIEscalabilidad de MPLS II

Internet óptica69

MultiProtocol Label Switching X

• Dos o más LSPs pueden agregarse (si comparten una porción de su camino)añadiendo tan sólo una nueva etiqueta en la pila de etiquetas de cada LSP, se produce así una agregación de los LSPs en un único LSP túnel.

Escalabilidad de MPLS IIIEscalabilidad de MPLS III

• Los LSPs agregados pueden terminarse en cualquier punto, resultando en una desagregación del tráfico. El mecanismo de pila de etiquetas permite el encapsulado de LSPs para su enlace o anidación a cualquier nivel.


Internet óptica70

MultiProtocol Label Switching XI

Escalabilidad Escalabilidad TunellingTunelling

Principal aplicación: Principal aplicación: REDES PRIVADAS VIRTUALESREDES PRIVADAS VIRTUALES

Internet óptica71

MultiProtocol Label Switching XII

Traffic EngineeringTraffic Engineering

No es exactamente una característica sino una funcionalidad que ofrece MPLS

El objetivo de la ingeniería del tráfico es utilizarlos recursos de la red del modo más eficiente

posible para maximizar el rendimiento

Permite distribuir el tráfico sobre la red empleando caminos más seguros o menos utilizados, mejorando de este modo el comportamiento de la red haciéndola más eficiente, optimizando su uso, etc...


Internet óptica72

Ejemplo :

=

Constraint-based Routing

(enlaces con suficientes recursos)

&

AND

(enlaces de un tipo determinado)

&

AND

(enlaces con retardo menor de 200 ms)

Camino Explícito

Internet óptica73

MultiProtocol Label Switching XIII

INCONVENIENTESINCONVENIENTES VENTAJASVENTAJAS

Granularidad, MPLS sólo considera tráficos agregados

Modularidad

Orientación a la topología

Implementacionespropietarias

Envío simplificadoIngeniería del tráficoQoS en IP (excelente sinergia con DiffServ)Facilita la integración de IP sobre ATMElimina problemas de “n2” y “tasa de celda”


Internet óptica74

Interfaces de los routers más rápidos

Fabricantes ya hananunciado equipos demás de 100 longitudes de onda

2.5 Gbps y 10 Gbps en la actualidad, 40 Gbps?

Nº Longitudes de ondaDe 8 a 40 en pocos años⌧Capacidad incrementada por fibra

⌧Funciones avanzadas a nivel de longitud de onda, porejemplo conmutación de etiquetas (MPλS)

AONs TENDENCIAS I

Internet óptica75

• Desplazamiento del encaminamiento a las capas más bajas– Implementación del mecanismo de forwarding en el nivel de

enlace de datos cuando sea posible– El encaminamiento en el nivel físico (p.ej. en longitud de onda)

minimizaría el retardo debido al procesado

• Menos conversión de protocolos entre particiones de la red– Ahorros potenciales en los costes de la red– Menos complejidad de la red Gestión + sencilla

• En esta línea se contempla la extensión de Gigabit Ethernet de entornos LAN a MAN (y WAN?)

AONs TENDENCIAS II


Internet óptica76

AONs TENDENCIAS III

• Nuevos protocolos adaptados a IP sobre WDM– Varios protocolos desarrollados específicamente para la

encapsulación & transporte de paquetes IP sobre un backboneWDM

– Soluciones propuestas:• Propietarias (Cisco: DPT, Lucent: SDL, Wavewrapper) • Abiertas (MAPOS, LAPS)

• Conmutación fotónica de paquetes/etiquetas– Existen multitud de desarrollos e investigación en esta línea en

todo el mundo

Internet óptica77

Crecimiento del tráfico de paquetesUso eficiente de la transmisiónEncaminamiento dinámicoProtección eficienteTransparente a todos los clientes

Capacidad a bajo precio disponibleGranularidadElementos de red costososGestión complejaMultiplexación estadística en las capas más altasSuficiente transparencia al servicio disponible

¿Por qué?¿Por qué? ¿Por qué no?¿Por qué no?

CONMUTACIÓN FOTÓNICA


Internet óptica78

• Conmutación fotónica de circuitos– Retardo de set-up = Round-trip time – Nº limitado de longitudes de onda Conectividad limitada– No adecuado para tráfico a ráfagas y sesiones de corta duración

• Conmutación fotónica de paquetes/celdas– La carga útil y su cabecera son enviadas conjuntamente– Necesidad de almacenar la carga útil mientras se procesa la

cabecera– Elevada cabecera de control debido al pequeño tamaño de el

paquete/celda

• Conmutación fotónica de ráfagas ópticas (OBS)– Combina lo mejor de las dos alternativas anteriores al tiempo que

evita sus inconvenientes


Internet óptica79

Alternativas para la

conmutación fotónica

Utilización del ancho de banda

Latencia (Set-up)

Buffers ópticos

Proc./ Sinc.cabecera (por unid.

datos)

Adaptabilidad

(tráfico&fallos)

Disponibilidad

de la tecnología

Circuito

Baja

Alta

No Requeridos

Baja

Baja

Total

Paquete/ Celda

Alta

Baja

Requeridos

Alta

Alta

Laboratorio y

prototipos

Ráfaga

Media

Baja

No requeridos

Media

Media

Casi total

ComparaciónComparación

La diferencia está realmente aquí



Internet óptica80

OBSOBS (Optical Burst Switching)

• Se ejecutaría sobre los OXCs WDM • Emplearía una longitud de onda de control dedicada entre las

entidades IP– Para los paquete de control de encaminamiento

• Para enviar datos, primeramente un paquete de control establece una conexión– Reserva unidireccional basada en el tiempo de offset

• Entonces, la ráfaga de datos se encamina a través de las entidades IP intermedias más adecuadas– Se reduce la latencia y la carga de procesado en los routers IP

• Se trata de un acercamiento muy similar a MPLS

Internet óptica81

CCarga útil ópticamente transparente y cabecera con procesado electrónico

(Prototipos y demostradores)

BCarga útil transparente al servicio y cabecera de formato fijo

(Digital Wrapper)

AFormato fijo de la cabecera y la carga útil

(SDH, ATM, IP)

La carga útil y la cabecera pueden ser procesadas en común o por separado

D (Laboratorio)

Todo-óptico, carga útil y cabecera

PPS PPS (Photonic Packet Switching)


Internet óptica82

Cabecera sobreportadora RFo tono piloto

Carga útil

Carga útil sin tiempo de guarda

Guía de la cabecera

Carga útil Cabecera de longitud fija

Tiempo de guardade cabecera

Tiempo de guardade paquete

Paquetes asíncronos

Longitud de carga útil variable (ráfaga)

Canal TDM Asociado Cabeceras combinadasen una longitud de

onda trabajando como etiqueta óptica

Carga útil de la longitud de onda 1



Longitud de onda de cabeceras 0

PPS PPS (Photonic Packet Switching)

Internet óptica83

MPMPλλSS

• Work in progress de la IETF• Aprovechamiento del plano de control para TE

desarrollado para MPLS en las AONs– Aprovecha sinergia entre:

• Separación planos de control y de datos• Similitudes entre OXCs y LSRs• Similitudes entre LSPs y caminos ópticos• Similitud de asignación de etiquetas y asignación de longitudes de

onda


Internet óptica84

WDM puede soportar LSPs MPLSLa etiqueta MPLS apunta a un canal en longitud de ondaOXCs dinámicos bajo plano de control de MPLS:⌧establecimiento de un LSP ≡ reconfiguración de un OXC

Solución posible: etiqueta MPLS = λ¿Cuantas λ se necesitan?⌧Las longitudes de onda se reutilizan en los nodos de la red⌧40 longitudes de onda por fibra resultaría adecuado

Empleo de λs para la diferenciación de serviciosDiferentes rutas con diferente QoSImplementación de VPNs

MPMPλλSS

Internet óptica85

Redes todo ópticas

IWU

ATM

IWU

ATM

IWU

ATM

Paquetes

Nodo deconmutación depaquetes óptico


Internet óptica86

Redes todo ópticas

Internet óptica87

Calidad de servicio: DiffServ• IP+QoS : tres posibilidades...Mejora de la capacidad del enlace:

los routers IP controlan el ancho de banda del enlace enlaces WDM recurso compartidomultiplexado estadístico de los paquetes IP

QoS mediante encaminamiento en longitud de ondalos routers IP son evitados en el dominio óptico por medio de los OXCs

QoS por medio de conmutación de etiquetas(MLPS)Modelo DiffServ del IETF

Modelos IETFIntServ+RSPV: solución compleja y poco escalableDiffServ

DiffServ: consigue diferenciar niveles de servicio en una red de forma escalable, con diferentes prioridades. Emplea campo ToS (Type of Service) del paquete IP, octeto DS.

Aplicaciones de MPLS


Internet óptica88

• Características– Consigue diferenciar niveles de servicio en una red de forma escalable– Ofrece interoperabilidad con nodos que no soporten el modelo– Clasificación y agregación de tráfico– Los paquetes se clasifican y marcan para recibir un tratamiento

específico por salto en la ruta, llamadas PHBs (per Hop Behaviour)– Se extrae la clasificación del tráfico al extremo de la red (nodos

frontera) y en el interior se procede según la PHB ( en cada nodo)• Funcionamiento

– Se extrae la clasificación del tráfico al extremo de la red y en el interior se procede según la PHB

– Si un nodo no soporte DiffServ aplica servicio normal Best Effort pero no rechaza la conexión

Dominio DS

Nodo fronteraEntrada DS

SLASLA

Nodos Interiores DS

Nodo fronteraSalida DS

Dominio DS

Conjunto de nodos DS que operan con una política común de provisión de servicios

Aplicaciones de MPLS: DiffServ

Internet óptica89

• Bloque clasificador de paquetes: selecciona paquetes en base a:– Clasificador de Agregados de Comportamiento (BA): selecciona

paquetes basándose exclusivamente en el campo DS– Clasificador MultiCampo (MF): se basa en varios campos

• Bloque medidor de tráfico (SLAs, TCAs):– SLA, Acuerdo de Nivel de Servicio: especifica el servicio que

recibirá el usuario– TCA, Acuerdo de Acondicionamiento de Tráfico: especifica reglas

de clasificación, perfiles de tráfico, marcado, descarte, y adaptación aplicable a los flujos de tráfico

• Bloque marcador de los paquetes• Bloque conformador del tráfico• Bloque descartador de paquetes

Clasificador

Medidor

Marcador

Adaptación

DescartePaq.

Elementos de un nodo DS frontera de entrada



Internet óptica90

• PHB se marca en el campo DSCP del byte DS

• Grupos de PHBs– Assured Forwarding (Reenvío Asegurado)

• Diferentes niveles de seguridad de reenvío de paquetes IP en un dominio DS

– Expedited Forwarding (Reenvío Expedito)• Implementa servicio de extremo a extremo de bajas pérdidas, baja

latencia, y baja variación de retardo, a través de dominios DS• Servicio Premium (solo un nivel de calidad)• Ejemplos: vídeoconferencia, voz sobre IP.

CUPHB

DSCP: Differentiated Services CodePointPHB: Per-Hob Behavior

CU: Currently Unused

6 2

DSCP


Internet óptica91

• VPN: conexiones realizadas sobre una infraestructura compartida, con niveles de seguridad y funciones equivalentes a las de una red privada

• Tipos:– VPN tradicional, sobre Frame relay o ATM– IP VPN Túnel sobre IP : asociación permanente entre dos

extremos• Los túneles IP se establecen de dos maneras: protocolo IPSec del

IETF(nivel 3) o encapsulamiento de paquetes privados (IP u otros) sobre una red pública IP de un NSP(nivel 2)

• Inconvenientes:conexiones punto a punto (PVCs ó túneles)configuración manualproblemas de crecimiento la gestión del QoS no se puede mantener extremo a extremo a lo largo de la red

Es un modelo topológivo superpuesto

Aplicaciones de MPLS: Redes Privadas Virtuales, VPNs


Internet óptica92

• VPN basada en MPLS conexiones IP a una “nube común” o VPNs que se implementan mediante los caminos LSPs creados por el mecanismo de intercambio de etiquetas MPLS

• Diferencia: la información de los usuarios se transporta gracias al mecanismo de intercambio de etiquetas, que no ve para nada el proceso de routing IP

• Ventajas:– modelo “acoplado” la red MPLS conoce la existencia de las

PVCs– más sencilla– una conexión nueva afecta

un solo router – QoS de extremo extremo– utiliza ingeniería de tráfico

Aplicaciones de MPLS: VPNs

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Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE … · menor paquete de datos IP, 64 bytes, debe ser partido en 2 celdas ATM. Esta partición irregular de los paquetes en las celdas suele dejarlas