Upload
sommer-gayer
View
119
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 1
Die Technik der NetzeSeminar
Teil 8: Baukasten (1)
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 2
Seminarprogramm
(1) Einführung – Wir bauen ein Netz(2) Übersicht über TK-Netze(3) Mobilfunk – Was steckt hinter meinem Händi(4) Internet – Das Netz der Netze(5) WiMAX – auch ein mobiles Netz(6) Geht das auch etwas allgemeiner, oder müssen wir jede
Implementierung kennen? – Netzarchitekuren (7) Sicherheit im Netz – Verfügbarkeit, Integrität, Vertraulichkeit(8) Kontron - Baukasten Teil 1
Beispiel: VoIP Call Server; Media Server: Netzdesign, Systemdesign; ATCA Baukasten; TCA Baukasten;
(9) Kontron - Baukasten Teil 2Anwendungen; Anwendungsprofile; Musterkonfigurationen; Validierungstools; System Validation Kits für ATCA und TCA
(10) Die Zukunft der Netze
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 3
Beispiel: Call Server
Funktionen,Bemessungsgrössen,
Systemdesign
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 4
Öffentliche Netze: SIP Call Server
IP Network(Carrier)
PSTN
Call Server/Gateway Controller
Media Server
PLMN
Trunking GW
Trunking GW/Signalling Gateway
Call Server• control call sessions (SIP call control)• control Media Server & Gateways
Media Servers• announcements• customised tunes• conferences• voice mail• streaming media• trunking gateways
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 5
Call Server: Transaktionen Funktion:
Transaktionen für Anrufe (SIP Transaktionen) Verbindung aufbauen, Verbindung auflösen, Ticket zur Abrechnung
generieren Proportionen (Designvorgabe):
1 Mio Teilnehmer (subscribers) 500 Bytes Daten pro Teilnehmer (Teilnehmerprofil in der Datenbank)
Verkehrsmodell (Erfahrungswert): 4 Anrufe pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde Hauptverkehrsstunde = Bemessungsgrösse Messwert: BHCA = Busy Hour Call Attempts (Transaktionen pro
Stunde) Transaktionen im Call Server:
Bei 1 Mio Teilnehmer: 4 Millionen BHCA 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde, bei ca. 4000 Sekunden/Stunde)
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 6
Call Server: Throughput
Throughput (Verkehrsdurchsatz in bit/s): Pro Transaktion: 3 Nachrichten mit 10 kBit Länge pro Nachricht 1000 Transaktionen pro Sekunde 30 Mbit/s throughput für Signalisierung (control traffic)
Datenbank: 500 Bytes pro Teilnehmer für Call States und Teilnehmerprofil
(location, presence, service setiings, …) 500 MByte Datenbank (Arbeitsspeicher & Disk)
Systemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer
Prozessor
1000 tps (bei 80%
Systemauslastung)
SIP-Nachrichten SIP-Nachrichten
Round Trip Delays?
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 7
Call Server: ModellSystemmodell
Eingangspuffer Ausgangspuffer
Prozessor
1000 tps (bei 80%
Systemauslastung)
SIP-Nachrichten SIP-Nachrichten
Daten 500 MB
30 MBit/s
Nichtfunktionale Eigenschaften: Verfügbarkeit (Redundanz, Kapselung, …) Sicherheit Konventionen bzgl. Bauweise (Environmental, Thermal, …)
Arbeitsspeicher
Storage Disks
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 8
Call Server: Organisation der DatenSystemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer
Prozessor
Wieviele gleichzeitig aktive Sessions? Aktive Sessions = Transaktionen pro Sekunde x Dauer der Transaktion Telefonanruf: 100 Sekunden 1000 tps x 100 s = 100.000 aktive Sessions 500 Bytes per Session (Teilnehmerprofil) => 50 MB
Cache
Arbeitsspeicher (flüchtig)
Disks (persistent)
Daten:Datenbank,Dateisystem,Betriebssystem
Speichern,Laden,Paging
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 9
Call Server: Nichtfunktionale Eigenschaften
Verfügbarkeit: 2x Redundanz (Designvorgabe)
Storage: Disks in RAID Konfiguration (z.B. RAID1)
Prozessor: Cluster-Konfiguration mit 2x
Prozessoren Datenbank im Arbeitsspeicher Synchronistion des Arbeitsspeichers
im Cluster Switch-over und Fail-over mit
gleichen IP-Adressen
processor
storage
Network
client
synch
RAID
switch
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 10
Systemdesign - Zusammenfassung Beispiel: Call Server (SIP-Server) Funktionale Anforderungen - Vorgaben
1 Mio Teilnehmer (subscribers) 500 kBytes Daten pro Teilnehmer (Teilnehmerprofil in der Datenbank)
Verkehrsmodell (Erfahrungswert): 4 Anrufe pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde 3 Nachrichten (in und out) pro SIP Transaktion 10 kBits pro Nachricht
Systemanforderungen: 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde) 30 Mbit/s Troughput für Call Control (SIP-Nachrichten) 500 MBytes Datenbank für Teilnehmerprofile
Nichtfunktionale Anforderungen: Redundante Disks Redundante Prozessoren (Cluster)
Systemdesign?Systemdesign?
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 11
Von der Architektur zum System?
Wieviele Prozessoren denn nun?Was sonst?
Wieviele Prozessoren denn nun?Was sonst?
processor
storage
Network
client
synch
RAID
switch
?
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 12
Call Server: Benchmarks Benchmarks über SIP-Transaktionen
2 Dual-Core Xeon
2 Single-Core Xeon
Prozessor: 2 Dual-Core Xeon LV 2 GHz 4 GB memory
1500 tps (at 80% load) Test Set-up:
Linux Red Hat on System Under Test
Radvision SIP Server Toolkit
Sample SIP Transactions (see next page)
Source: Intel, http://download.intel.com/design/telecom/papers/9936.pdf
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 13
Call Server: Benchmarks (Mustertransaktion)
SIP-Transaktionen
2 Dual Core Xeon2GHz, … memory
2 Xeon 2GHz
Benchmarks & Systemdesign
Benchmarks & Systemdesign
Source: Intel
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 14
Call Server: Benchmarks (Testsystem) Systems under Test
2 Dual Core Xeon2GHz, … memory
2 Xeon 2GHz
Source: Intel
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 15
Call Server in CompactPCI
Systemkomponenten: 4x CP6012 Processor (Intel Single-Core Xeon @2GHz, 4GB memory) 2x CP6923 GbE Switch Plus hard disks & disk controllers
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 16
Call Server in ATCA
Profile: Call Server/Gateway Controller/IMS-CSCF
1 Mio subscribers 1000 tps (4 Mio BHCA), 30 Mbit/s throughput of control traffic 500 MB of subscriber profiles & state info No data traffic (user plane is handled by
gateways) Components:
2x Switch Hubs 2x CPU Blades (2x Xeon
Dual-Core @ 2GHz, 4 GB) Hard Disk Modules (AMCs) Redundant configuration
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 17
Call Server in TCA
Profile: Call Servers/Gateway Controllers/IMS-CSCF: 1 Mio subscribers 1000 tps (4 Mio BHCA), 30 Mbit/s throughput of control traffic 500 MB of subscriber profiles & state info
Components: 2x Switches (Micro Carrier Hubs, MCH) 6x PrAMC (Pentium M @1.8 GHz, 2GB) Hard disk AMCs Redundant configuration
MC
H
MC
H
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
RedundantSubsystem
CP
U
CP
U
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 18
GymnastikNetzdesign -
Media Streaming
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 19
Media Streaming
RAN(2G/3G/WiMAX)
BSBSC/AC
Wireline Access Network(DSL/CaTV)
DSLAM/NAS
AAA
“triple play”
Life TV/local TV
Video/AudioOn demand
Media Controller/Call Server
Media ServerMedia Server
• Media Streaming• conferences• IVR/VXML
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 20
Media Streaming im Mobilnetz36 Mio Teilnehmer1 Transaktion (Video)
pro Teilnehmer in der Haupt-verkehrsstunde
400 Teilnehmer pro Funkzelle
AG1: 10 ZellenAG2: 20 AG1
Video Streams:128 kbit/s3 Minuten Dauer
Media Server(Video Server)
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 21
Media Streaming im Mobilnetz - Fragen
Wie gross ist der Verkehr für Video-Streaming pro Funkzelle?
Wieviele Transaktionen pro Sekunde (für Anfragen und Abspielen von Videos) muss der Media-Server bedienen?
Welchen Verkehr (bit/s) muss der Media-Server bewältigen (gleichzeitig abgespielte Videos)?
Bonus-Stretch (Einschätzung): Funkzelle: Wie passt dieser Verkehr (Frage 1) zur Kapazität
gängiger Mobilfunkstandards? Media-Server: Würde man diese Menge an Verkehr (Frage 3)
mit einem einzigen System bedienen wollen? Media-Server: Kann man diese Art Server parallelisieren?
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 22
GymnastikSystemdesign -Media Server
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 23
Media Server – Systemarchitektur
1000 tps (4 Mio. BHCA, video requests per hour) 23 Gbits/s of traffic storage capacity 1000 GB (40.000 videos)
Anwendungsprofil: 1 Mio. Teilnehmer Verkehrsmodell: 4 Transaktionen pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde 128 kbit/s video x 3 Minutes Dauer pro Video = 23 Mbit pro Video (~ 3 MB)
Fragen: Transaktionen? Durchsatz? Speicherkapaziät
für 350.000 Videos? Systemarchitektur?
Benchmarks?Benchmarks?
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 24
Media Server - Systemkonfiguration
ATCA Konfiguration (Muster): 6 slot system Network I/F: 4x 10GbE on
hub switches CPU power: 4 ATCA CPU
boards with 2x SAS disks Spare capacity: 4 AMC slots
on hub switches Options:
DSP for signal STM-1 or E1/T1 Interface
AMCs for Signalling or Trunking GW
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 25
Media Server – SystemkonfigurationM
CH
MC
H
MC
HM
CH
CP
UC
PU
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
ProcessorSubsystem
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
CP
U
StorageSubsystem
2x 10 GbE uplinks for network interconnection 2x 10 GbE uplinks to interconnect both tiers 1 GbE as basic fabric is NOT sufficient (total 23 Gbps
throughput to be distributed to processors) Special backplane design for storage subsystem
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 26
IPTV over Cable, DSL and Mobile Networks
IP Network
BroadbandMedia Server
Life TV/Local TV
Video/AudioOn Demand
RAN(3G/WiMAX)
RNC/AC
Node B/BTS
GGSN/HA
DSLAM
STB
DSL
CMTS
STB
CaTV
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 27
Media Server - Requirements
Processor
Physical memory
Disks
Traffic in Traffic out
12 Gbps
(0.64 Gbps)10 Gbps
(0.64 Gbps)
250 GB (5000 videos)
(80 GB)
200.000 Subscribers
30 tps
180 s per transaction
5000 parallel sessions
25 GB (10% of active sessions)
(8GB)
Wireless Networks
128 kbps per session
640 Mbps total traffic
Wireline Networks
2 Mbps per session
10 Gbps total traffic
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 28
Media Server – Systems Architecture
IP Network
Hubs
SessionProcessors
Uplinks (10GbE)
Media Processors (DSP) transcoding
Fabric (GbE)
Main Controllers
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 29
Media Server – Sample Configuration
Main Controller
MediaProcessor
SessionProcessor
Uplinks (10GbE)
Uplinks (10GbE)
Uplinks (GbE)
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 30
ATCA BaukastenModule,
Systemschnittstellen,Konfigurations-möglichkeiten
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 31
ATCA Systemkomponenten
ATCA
Power & Management
Rear Transition Modules
Systemschnittstellen
AMC
Advanced Mezzanine Cards(Module für ATCA-Boards)
ATCA Boards
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 32
ATCA Connectors & Channels
One connector provides 40 signal pairs
10 rows/ base channels
5 fabric channels
1 Row = 4 signal pairs
1 Base Channel = 1 Row (2 ports,
1 GbE port on 4 signal pairs)
1 Fabric Channel = 2 Rows (4
ports, 1x 10GbE port)
Signal pair
1 Row =
Base Channel
Differential signals
1
2
…
10
1 Fabric Channel
Connector
1 Two-Pair Port
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 33
ATCA Backplane (Zone 2 only)
2 hub slots for hub boards16 slots total
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 34
ATCA Backplane - Fabric
2 hub boards
Fabric capacity
30 rows per hub node (signals to offer & distribute)
30 rows per node board (signals to collect/distribute)
14 nodes in full shelf systems
Full-shelf dual-hub configurations:
28 rows (14 channels) per hub to distribute => dual star
Leaves 28 rows of capacity per node board to mesh
Reduced-slot backplanes, e.g 5-slot chassis:
28 rows (14 channels) per hub to distribute to 3 node
boards
Allows 3 x4 stars per hub (e.g. 10GbE) + 2 rows
Leaves 2 rows per node to mesh
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 35
ATCA Backplane – 5 slot chasis (zone 2)
2 hub slots for hub boards
Basic Capacity 14 rows to distribute per hub node
3 nodes in 5 shelf config.
Used for GbE to node boards with
spare capacity (dual star)
Fabric capacity 30 rows per hub node (signals to
offer & distribute)
30 rows per node
Allows for example 4x10 GbE from
each hub to each node (dual star)
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 36
Beispiel: AdvancedTCA Boards AT8001 – First CPU blade with AMC support
LV XEON 2.8GHz @ 800MHz FSB Dual Gigabit Fabric and Base Interface Dual AMC support
AT8020 – Next generation CPU blade Dual Xeon Dual Core 2.0GHz 16GB Memory Dual AMC support Flexible Fabric Interface
AT890X – Next generation Hub Board Supports 14 and 16 slots (NEBS & ETSI shelves)
Fabric Interface switch on piggyback Comprehensive Layer 2 & 3 protocol support 2 AMC expansion slots
AT8400 – AdvancedMC Carrier Most advanced carrier board in market! 4 AMC slots, multi functional
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 37
AMCs
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 38
AMC Connectors & Ports
85 contacts per connector side thereof 28 GND & 9 power
leaves 48 differential signals (Tx+, Tx-)
and (Rx+, Rx-) or 24 signal pairs
One connector side provides (basic side) 24 signal pairs (Tx+/- and Rx+/-)
12 ports.
Extended connector (both sides) Total of 48 signal pairs
Total of 24 ports
Signal pair
Port
Differential signals
1 side of AMC connector
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 39
Beispiel: AdvancedMCs (1)
AM4001/2 – Processor module Intel Pentium-M (Dothan) CPU up to 2 GHz Up to 4 GByte DDR-II memory (PC400) w/ ECC PICMG AMC.0, AMC.1, .2 and .3 compliant Allows for both, GbE OR PCI-Express as Fabric I/O
AM4500/20 – SATA/SAS module SATA = High capacity up to 100GB 2.5” HDD drive, 7x24 hrs SAS = High reliability 1.500.000 MTBF
AM4300- QUAD GbE module 4 x 10/100/1000Base-T ports Ports can be individually routed via IPMI to Virtual LAN 802.3q VLAN tagging
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 40
Beispiel: AdvancedMCs (2)
AM4010 – Next Generation processor module Next generation Intel CPU Unique Memory Latest competitive Server Chipset
AM4100 – PowerPC processor module State of the art Freescale PowerPC processor 32 MB Boot-Flash (NOR) + up to 1 GB NAND Flash
AM4310 – GbE Uplink Redundant Interlink of multiple ATCA chassis Converts dual 10GbE / XAUI ports on AMC connector to
10 GbE XFI with dual XFP connectors XFP hot pluggable connectors
AM4330 - IPSec Hifn HIPP-II 8155 IPSec encryption controller Min. host CPU interaction & max. system performanc Multi-protocol packet processing for security protocols
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 41
AMC Port Mapping
Connecto
r
Region
AMC
Port #Signal Conventions
0123
Common
Options
Fat
Pipes
Extended
Fat
Pipes
AMC.2 1000Base-BX
AMC.2 1000Base-BX
AMC.3 SAS
AMC.3 SAS
AMC.1 x4
PCI-E
AMC.4 x4
SRIO
AMC.2
10GBase-BX4
AMC.21000Base-
BX…
AMC.21000Base-
BXAMC.21000Base-
BXAMC.21000Base-
BXAMC.21000Base-
BXAMC.21000Base-
BXAMC.21000Base-
BXAMC.21000Base-
BX
4
5
6
7
8
9
10
11
AMC.4 x4
SRIO
AMC.2
10GBase-BX4
D
G
MCH Fabric #
A
B
E
F
…2/D
2/G
2/E
2/F
2/A
2/B
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 42
TCA BaukastenAMCs direkt an der
Backplane,Konfigurations-möglichkeiten
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 43
MicroTCA Systemkomponenten
Functions Backplane Shelf Mngt. & Switches
AMCAMC MCH
Pow
erPower Supply
IPM
I
12
2
…
1
MCMC
MCMC
Mgnt.
Mgnt.
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 44
MicroTCA Backplane
MCH MCHMax. 12 slots
Fabrics A + B (Common Options: IPMI,
Clocks, Control, Data & Disks)
Fabrics D/E/F/G (Fat Pipes, e.g 4x GbE, PCI, …)
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 45
Beispiel: TCA Backplane Netz
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MCH2
GbE port 1 to MCH2(12 sots)
GbEport 0 to MCH1(12 slots)
GbE port 8 to MCH1(12 slots)
Backplane Options:different systems (e.g. PCIe) on ports
4-7 (not through SCOPE MCH)
Basic MCH port count:• 12 GbE ports for AMC ports 0/1• 2x 10 GbE uplinks on front plate
GbE port 9 to MCH2(12 slots)
Extended MCH port count:• 12 GbE ports for fabric (AMC ports 8/9) • option: further 12 GbE ports for fabric (AMC ports 10/11)
Extended MCH
Basic MCH
MCH12x 10GbE uplinks
2x 10GbE uplinks
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 46
Das nächste Mal (Teil 9)
Der Kontron-Baukasten (2) Anwendungen Anwendungsprofile Musterkonfigurationen Validierungstools System Validation Kits für ATCA
und TCA
Presentation Title
Kontron Communications
Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 47
Ende Teil 8