Reti Fotoniche(Optical Networks)

Fabio NeriPolitecnico di Torino

neri@polito.itwww.tlc-networks.polito.it

011 564 4076

Indice (II)Indice (II)

Esempi di reti ottiche di seconda generazione: reti broadcast-and-select anelli WDM reti wavelength routing

Progetto di topologia logica e routing di cammini ottici

Cenni alle reti d’accesso

Commutazione ottica di pacchetti

Architetture di protocolli per reti ottiche

Cenni a gestione e affidabilità

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.).

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

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

IP over ATM over SDHIP over ATM over SDH

OADM switchATM

routerIP

ATM introduce notevoli overhead (> 20%)e impone un paradigma a circuiti virtuali che mal si combina con IP

IP over ATM over SDHIP over ATM over SDH

IP datagram

PAD+CRC

celle ATM(delimitazione con HEC)

trame SDH

AAL5

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• …

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

Optical Burst Switching (OBS)Optical Burst Switching (OBS)

Proposta intermedia tra commutazione di pacchetto e commutazione di circuito, che sfrutta la separazione tra piano di controllo e piano di trasporto, o tra header e payload dei pacchetti.

Il “burst” è un insieme di bit di informazione (un “pacchettone”), assemblato ai bordi (edge) della rete e instradato in modo trasparente nel piano di trasporto. Viene preceduto di un tempo di offset, tipicamente inferiore ad un ritardo di propagazione, da una richiesta di allocazione (Control Header Packet CHP) inviata nel piano di controllo.

burst

CHP controllo

trasporto

Optical Burst Switching (OBS)Optical Burst Switching (OBS)

Tale richiesta viene elaborata e instradata prima dell’arrivo del burst, preparando con debito anticipo gli apparati di commutazione. In caso di conflitti non risolubili vengono bloccati sia la richiesta (prima) sia il burst (dopo), evitando l’utilizzo di memorie per la risoluzione di contese.

La parte di controllo dei commutatori riserva con anticipo le risorse necessarie allo smaltimento del burst, implementando strategie di scheduling tra le richieste di burst non ancora transitati.

E’ possibile supportare diverse classi di servizio sia ritardando burst di classe inferiore, sia assegnando offset maggiori alle classi di servizio più pregiate, in modo che vengano schedulate nei nodi prima di altre classi di servizio.