Эволюция транспортной инфраструктуры оператора связи: Cisco Carrier Packet Transport

Эволюция транспортной инфраструктуры оператора связи: Cisco Carrier Packet Transport

Андрей Идлис Системный Инженер-консультант

Аннотация

•  В докладе представлено решение Cisco Carrier Packet Transport, предназначенное для построения транспортной инфраструктуры оператора связи, основанной на технологии MPLS-TP. В презентации освещены вопросы миграции традиционных транспортных сетей операторов связи на транспортные сети нового поколения, построенные на базе пакетных технологий. Подробно рассказано о технологии MPLS-TP – какие задачи решаются на базе этой технологии, в какой части она опирается на существующие возможности MPLS, как реализуются функции OAM, как решаются задачи управления, провиженинга и обеспечения отказоустойчивости сетей на базе MPLS-TP и как осуществляется взаимодействие сетей MPLS и MPLS-TP. Также, слушатели познакомятся с архитектурой решения Cisco CPT, его компонентами и функциональными возможностями, узнают, как применять решение Cisco CPT для построения транспортных сетей оператора связи.

Содержание

•  Эволюция транспортной архитектуры ... •  Обзор технологии MPLS-TP •  Решение Cisco Carrier Packet Transport •  Функционал •  Сценарии использования •  Заключение

•  Появление и быстрое развитие новых пакетных приложений и сервисов:

§  IP Video, VoIP, Mobile Data §  L2 и L3 VPN

§  Новые возможности получения дохода для оператора §  Новые требования к сетевой инфраструктуре оператора

•  Эволюция: §  Необходимость замены устаревшего оборудования и сетей §  Конвергенция сетевой инфраструктуры и сервисов §  Гибкие скорости передачи и статистическое мультиплексирование полосы §  Удовлетворение растущих потребностей за меньшие деньги

Зачем переходить на пакетные технологии?

TDM Transport Packet Data Network

Connection mode Connection oriented Connectionless (кроме TE)

OAM In-band Out-of-band (кроме PW, TE)

Обеспечение резервирования Data Plane Control plane

Эффективность использования

полосы Фиксированная полоса Статистическое

мультиплексирование

Скорость передачи Жесткая иерархия Гибкие скорости

QoS Один класс обслуживания Механизмы QoS

Packet Transport

Взять лучшее из двух миров

Обзор технологии MPLS-TP

Цели разработки стандартов MPLS-TP

Адаптировать технологию MPLS для внедрения в традиционных транспортных сетях обеспечивающей операционный уровень аналогичный существующим технологиям (SONET/SDH) Расширить технологию MPLS для поддержки паркетных сервисов с уровнем предсказуемости, надежности и функциями OAM аналогичными существующим в традиционных транспортных сетях

•  MPLS-TP – MPLS Transport Profile §  Расширение и подмножество протокола MPLS §  Connection-oriented транспорт на базе MPLS, использующий привычные «транспортному цеху» механизмы OAM и защиты

Плоскость коммутации §  Стандартная MPLS коммутация §  Bidirectional P2P и P2MP LSP §  Стандартные PW (SS-PW, MS-PW)

Плоскость управления §  Статический провиженинг с помощью NMS §  Опционально GMPLS §  Опционально LDP для динамических PW

OAM §  In-band OAM channel (GACH) §  Connectivity Check (CC): proactive (BFD) §  Connectivity Verification (CV): reactive (BFD) §  Alarm Suppression and Fault Indication with AIS (новые механизмы), RDI (BFD), and Client Fault Indication (CFI) §  Performance monitoring, proactive and reactive (новые механизмы)

Отказоустойчивость §  <50ms переключение на основе OAM (без динамической плоскости управления) §  1:1, 1+1, 1:N path protection §  Linear protection §  Ring protection

Что такое MPLS-TP

Working LSP

PE PE Protected LSP

NMS для управления сервисами*

CE CE

MPLS-TP LSP (Static или Dynamic)

Pseudowire

Client Signal

In-band OAM (e2e и для каждого

сегмента) Section Section

*или динамический Control Plane

Connection Oriented, предопределенные рабочий и резервный LSP Транспортный туннель с защитой 1:1, которая активируется интегрированными средствами OAM, без участия Control Plane Cтатический провиженинг с помощью NMS или динамический control plane

Компоненты MPLS-TP

•  Статическая конфигурация LSP

•  Bidirectional - двунаправленный

•  Co-routed (LSP «туда» и «обратно» по одному и тому же маршруту)

•  In-band Generic Associated Channel (G-ACh)

•  Ultimate hop popping (explicit/implicit null не используется)

•  Балансировка по равнозначным путям (ECMP) не поддерживается

•  Понятие Tunnel – контейнер для LSP MPLS-TP LSP

G-ACh MPLS-TP Tunnel

Label Switched Path

•  In-band OAM (fate sharing)

•  OAM в сети MPLS-TP должен работать в отсутствии динамических протоколов управления

•  Фокус на управление производительностью и отказами (fault and performance management)

•  OAM независим от канальных технологий (Ethernet, SDH, etc.)

•  ОАМ независим от сервисов (PW, etc.)

Принципы работы OAM в MPLS-TP

•  MPLS-TP OAM сообщения передаются через generic associated channel (G-ACh)

•  G-ACh является расширением концепции VCCV (RFC 5085) •  G-ACh Label (GAL) – специальная метка (13) для обозначения OAM пакетов •  G-ACh используется для реализации Network Management функций TMN в

MPLS-TP (OAM, automatic protection switching (APS), signaling communication channel, management communication channel, etc)

ACH OAM

Payload

GAL Label

Associated Channel Header Generic Associated Channel Label (GAL)

PW Associated Channel Header (ACH)

ACH OAM

Payload

Label PW Label

0 0 0 1 Version

RFC 5586

RFC 5085

LSP

G-ACh

PW G-ACh

Reserved Channel Type

MPLS Generic Associated Channel

Задачи OAM

Функция Описание Continuity Check

Проактивное детектирование проблем и нарушений SLA

Connectivity Verification ..and Path Trace

Реактивная локализация проблем

Alarm Suppression / Fault Notification

Распространение алармов, предотвращение шторма алармов

Performance Monitoring Delay and loss measurements

Проактивное определение нарушений SLA

Функция Описание Инструмент

Continuity Check Проверка коммутации трафика по LSP BFD

Connectivity Verification Проверка связанности двух узлов

BFD (proactive)

LSP Ping (on-demand)

Diagnostic Tests Диагностика (например, заворот трафика - loop) New

Route Tracing Проверка пути коммутации трафика LSP Ping

Lock Instruct Инициация блокировки на удаленном MEP (только тестовый/OAM трафик обрабатывается) Новый механизм

Lock Reporting Информирование MEP об административных блокировках Новый механизм

Alarm Reporting Информирование MEP об отказах Новый механизм

Remote Defect Indication Информирование удаленного MEP об отказах BFD

Client Failure Indication Передача сообщений об отказах между MEP PW Status

Packet Loss Measurement Измерение процента потерь пакетов Новый механизм

Packet Delay Measurement One-way / two-way delay Новый механизм

IETF

Механизмы OAM

•  Проверка связанности между двумя узлами

•  Bidirectional Forwarding Detection (BFD) поверх G-ACh без IP/UDP заголовков

•  Асинхронный режим BFD •  LSP в состоянии UP если BFD сессия в состоянии UP

•  RDI (remote defect indication) функция выполняется при помощи поля «Diagnostics» в BFD заголовке

BFD CC (Interval x Multiplier)

BFD CC (Interval x Multiplier)

Bi-directional, co-routed MPLS-TP LSP

BFD (Down)

BFD (Init)

BFD (Up/Poll)

BFD (Up/Final) BFD (Up)

BFD (Up) BFD (Up) BFD (Up)

P1 PE1 PE2 P2

Проактивный Continuity Check (CC)

•  Извещение об аварии •  Генерируется локальным узлом и отправляется удаленному узлу

•  Отправляется в направлении, противоположном неисправности

•  Используется существующее поле «diagnostics» протокола BFD

– 0 - No Diagnostic – 1 - Control Detection Time Expired – 3 - Neighbor Signaled Session Down – 4 - Forwarding Plane Reset – 5 - Path Down – 7 - Administratively Down

•  Причина последнего изменения состояния BFD сессии


BFD (Up / 0) BFD (Up / 0)

P1 PE1 PE2 P2

Oper Up

Oper Up

X

X

BFD (Up / 0) BFD (Up / 0) X BFD (Up / 0) X

BFD (Down / 1) BFD (Down / 3) X

BFD (Down / 1) BFD (Init / 3)

BFD (Down / 1) X

Remote Defect Indication

Односторонний Black hole

RDI

RDI

Односторонняя неисправность

LDI

Неисправность линка

LDI LDI

Shutdown линка

LDI LKR

Oper Down

Oper Down

Oper Down

Oper Down

Oper Down

Oper Up

Oper Up

Oper Up

Oper Down

AdminDown

Oper Down

Oper Down

Oper Down

Oper Down

Oper Down

Oper Down

MPLS-TP LSP Data link

X X

X

X

X X

Информирование о неисправностях

•  Используется LSP Ping поверх G-ACh •  Пакеты LSP Ping с использованием IP/

UDP инкапсуляции, как в сетях IP/MPLS •  Не требуется поддержка IP маршрутизации

•  Ответ всегда отправляется через G-ACh

•  Запросы генерируются только end point •  End point и mid point может отвечать •  Для трассировки пути используется механизм MPLS TTL

•  Определены новые FEC для static LSP и static pseudowire

•  LSP Ping работает независимо от состояния LSP (up/down)


LSP Ping Echo Request

TTL=255

P1 PE1 PE2 P2

LSP Ping Echo Reply TTL=255

LSP Ping Echo Request

TTL=255 LSP Ping Echo Reply TTL=255

Connectivity Verification (CV) и Route Tracing

•  Два независимых пути: working и protect между двумя узлами

•  Защита 1:1 в режиме revertive •  Эквивалентно механизму path

protection в IP/MPLS •  Переключение может быть инициировано:

– Получение AIS/LDI, LKR – Административно (lockout) – Локальная авария (LOS) – Revertive таймер (wait-to-restore)

•  Функция Lockout – pre-standard

PE1 PE2

P2

P1

Working LSP (Up, Active)

Protect LSP (Up, Standby)

PE1 PE2

P2

P1

Working LSP (Down, Standby)

Protect LSP (Up, Active)

Working LSP (Up, Active)

Protect LSP (Up, Standby)

Working LSP (Down, Standby)

Protect LSP (Up, Active)

Нормальное состояние

Неисправность

Linear Protection (1:1)

MPLS-TP MPLS-TP IP/MPLS

Агрегация Доступ Ядро Агрегация Доступ

•  L2 сервис поверх multi-segment pseudowire (MS-PW) через MPLS-TP и IP/MPLS инфраструктуру

•  S-PE соединяет статический PW (MPLS-TP) и динамический PW (IP/MPLS)

•  Статические LSP и статические PW в сети MPLS-TP domain uses static LSP as PSN tunnel and static PW segment

•  Динамические LSP (LDP или RSVP-TE) и динамические PW в сети IP/MPLS

T-PE S-PE S-PE S-PE

Static PW Static Tunnel

Signaled PW Signaled Tunnel

Static PW Static Tunnel

MPLS-TP и IP/MPLS

Cisco Packet Transport (CPT)

Mobile Backhaul

FTTX & TDM

CPT 600

CPT 200

Fixed config satellite 44xGE, 4x10GE

Hardware Unique satellite architecture HA: SSO, ISSU, MDR Active-Standby Control Plane

6 slots (480G) Up to 352 ports

2 slots (160G) Up to 176 ports

Software MPLS-TP, 802.1ad, H-QoS, E-OAM, MPLS OAM, Sync-E, 1588, LAG, REP, MVR,IGMPv3

Ethernet Services

MPLS-TP

DWDM

Ethernet

OTN

Industry’s first, standards-based, unifying packet transport

CPT 50 CPT 50

CPT 50 CPT 50

Cisco Carrier Packet Transport

Aggregation Pre-Aggregation Access CPT 600 CPT 200 CPT 50

Satellite - hub and spoke, mesh, rings*

240G 80G 40G

24*10GE 8*10GE 44GE + 4 10GE E1/T1 via RAD SFPs

MPLS-TP, IP/MPLS, EVC MPLS-TP, IP/MPLS, EVC MPLS-TP, IP/MPLS, EVC

ANSI/ETSI Sync-E, 1588 ( HW ready), SW after FCS*



CPT 600 6 RU

CPT 200 2 RU

CPT 50 1 RU

ITEMP

Cisco Carrier Packet Transport

Umbrella Element Mgmt. Cisco ANA

Mgmt by Satellite Discovery Protocol

Central Unit

Packet Intelligent by Packet Modules: • VLAN Handling • L2/MPLS forwarding • L2 Security • MPLS Control Plan • SNMP • ……

80KM 80KM

Inter chassis Connectivity by 10G Ethernet I/F (colored and Grey)

10GBaseF

Satellite Chassis 1GE; GPON, 10G EPON

Satellite Chassis 1GE; GPON, 10G EPON

Packet Forwarding by Satellite Chassis: • L2 QoS • VLAN Handling • MPLS PWE • Auto Inband Channel Mgmt. • .... Media Adaptation • ITU-T G.984.x • IEEE 802.3x 1:1, ring или

mesh

Uplink: • ETH 10G Tunable • ETH 10G Grey/DWDM

CPE CPE

Connection According: • Gigabit Ethernet 802.3x • GPON ITU-T G.984.x • 10G EPON IEEE 802.3av

Концепция Cisco Carrier Packet Transport

Carrier Packet Transport 600

Два блока питания DC или AC

Блок вентиляторов

Два контроллера • Резервирование источников синхронизации (Stratum 3)

• Резервирование базы данных конфигурации

Сменный LCD • Управление корзиной • Резервирование базы данных

Electronic Connection Unit

Bits In/Out Timing, External Alarm, USB, EMS

Packet Transport Module

• 4x10GE UNI/NNI/Satellite Inter-Connect

Cable Guide и AirFilter

Packet Transport Fabric • 2x10GE UNI/NNI/Satellite Inter-Connect • 2x10GE G.709 Enabled • 256G Active-Active Switch Fabric


Контроллер • Резервирование источников синхронизации (Stratum 3)

• Резервирование базы данных конфигурации

Packet Transport Fabric • 2x10GE UNI/NNI/Satellite Inter-Connect • 2x10GE G.709 Enabled • 256G Active-Active Switch Fabric

Cable Guide и AirFilter

Сменный LCD и блок вентиляторов

• Управление корзиной • Резервирование базы данных

Electronic Connection Unit

Bits In/Out Timing, External Alarm, USB, EMS

Блок питания DC или AC


Блок питания AC, -24vDC, -48vDC

44xGE/FE UNI • Лицензирование портов • GE and FE SFP available

Сменная панель вентиляторов • Redundant Fans • ToD/PSS • Bits Out

4x10G Inter-Connect Ports • Автоматическое обнаружение и провижининг

Температурный режим: • -40C to +65C Operational Temperature • -40C to +70C Storage Temperature

Category Feature

Interface 2 port 10GE XFP (OTN enabled) 2 port 10GE SFP+

HW building blocks

Switching fabric Packet processor Traffic Manager Route Processor CPU

Switching Capacity

256G

System Level Service Scale

16K Point-to-Point EVC 4K Point-to-Multipoint EVC with 8K members 16K Point-to-Point EoMPLS psuedowires 2K multicast Groups 8K Policers 2-rate 3-color (2R3C) 64K Queues (3-level H-QoS) 256K MAC address

Route Processer

Distributed forwarding plane architecture Dual RP to provide an active-active switch fabric

Category Feature

Interface 4 port 10GE SFP+

HW building blocks

Packet Processor Traffic Manager Distributed OS CPU

Local Switching Capacity

40G


4K Point-to-Point EVC 4K Point-to-Multipoint EVC with 8K members 4K Point-to-Point EoMPLS psuedowires 2K multicast Groups 8K Policers 2-rate 3-color (2R3C) 64K Queues (3-level H-QoS) 256K MAC address

Category Feature

Interface 44 ports 10/100/1000Mbps SFP 4 ports 10Gbps SFP+

HW Building Blocks

Packet Processor Distributed OS CPU

Local Switching Capacity

40G


4K Point-to-Point EVC 4K Point-to-Multipoint EVC with 8K members 4K Point-to-Point MPLS-TP Circuits 2K multicast Groups 8K Policers 2-rate 3-color (2R3C) 64K Queues (3-level H-QoS) 256K MAC address

Shelf Standard

1RU ANSI / ETSI

Power AC 80/240v 60Hz DC -48v @ 10Amps DC -24v @ 10Amps 200 Watts

Timing Output

RJ-45 IEEE 1588v2 Time of Day output

Линейные карты

Архитектура решения CPT

Passive Backplane ONS 15454-M6 (non blocking 600G)

Switching Fabric

LC0 LC1

Memory

Perf. CPU

Memory

Perf CPU

SAT 1

Opt. Memory

Opt. CPU

Shelf Cont. Time&Clocking

Shelf Cont. Time&Clocking

Active – Standby

SAT 0

Opt. Memory

Opt. CPU

Multicast Replication CoS Scheduler / HW Queues

Switching Fabric

Active – Active

Active – Standby

Power Supply

Power Supply

Active – Active

CG HA

CG HA

CG HA

PPU PPU PPU PPU

Opt. Memory

Opt. CPU

Opt. Memory

Opt. CPU

1:1 config w/ 40GE Throughput 2:1 w/ Redundant 10GE uplinks

4:1 config Non-Redundant uplinks

CO

Remote Access Location

CPT: варианты подключения

EoMPLS VPLS

L2, ELINE L2, ELAN

STB

STB

MPLS-TP P2P Corporate

Corporate

Business

Residential

Business

Residential

MPLS-TP P2MP

L2, ETREE

H-QoS

Flexible VLAN

Translation 1:1, 1:2 2:1, 2:2

Push/Pop (1/2) IEEE 802.1ad

OAM

Сервисные уровни CPT

Services

Сценарии применения CPT

IP MPLS Service Core

GW (Internet)

Ethernet Based Service Core

TDM Based Service Core

CPT CPT

CPT

CPT

Cisco CPT Metro Core / Aggregation

DWDM

Triple Play

Ethernet Service

Mobile (BTS)

Business TDM Premium Service

Non Premium Service

Применение 1 Миграция от EoSDH к пакетным сервисам

MPLS Core

IP/MPLS Service Edge

L3 Services

L3 Services

L2 Services

Core Agg Acc

MPLS-TP

MPLS-TP

Применение 2 Сервисы для Residential FTTX

•  Синхронизация: Sync-E, 1588v2

BSC

BTS

FE FE

Voice & Data

BSC / RNC

BTS

eNB

IP/MPLS Core

Circuit Network MPLS-TP

MME S- GW / P-GW

Mobile Backhaul

IP/ATM/TDM

IP

Применение 3 Сеть агрегации для мобильных операторов

NGMWR

CPT-600 Network

MPLS-TP Domain

Ethernet Service Networs Island 1

Ethernet Services Network Island 2

Ethernet Services Network Island 3

IP MPLS Network Island 1

IP MPLS Network Island 2

Attachment circuit (AC), LSP, or PW segment PW, PW segment, or LSP MPLS transport (MPLS, MPLS-TP) LSP tunnel

Client Network Transport Server Network

(e.g. Metro/Medium Haul. Long Haul)

UNI

DWDM

Client Network

UNI

Применение 4 Транспортная сеть MPLS-TP

Aggregation MPLS-TP Network

MPLS-TP Aggregation!

IP/MPLS Core

Core!

Business

Corporate

Residential

STB

2G/3G/4G Node

RBS

GE/Legacy/Utility Satellite

PON Satellite

GE Satellite CPT

CPT

Access Metro Core

Any Access Technology Mapped into MPLS-TP

Legacy

Utility

IP/MPLS!

CPT

End to End CTC/ANA/Cisco PRIME Management

Aggregation Node!

Access Node!

Pseudowire over MPLS-TP

MPLS-TP

L3VPN

7600, ASR 9K

IP/MPLS Domain

CRS-1/3

Distributed Architecture

Aggregation Node

Cisco CPT: общая архитектура

Заключение

•  Миграция к полностью пакетным сетям неизбежна •  MPLS-TP обладает всеми необходимыми характеристиками для построения транспортных сетей нового поколения

•  Платформа Cisco CPT позволяет упростить эксплуатацию транспортной пакетной сети

•  Cisco CPT поддерживает DWDM, MPLS-TP и MPLS, что позволяет оказывать сервисы L1/L2 на единой платформе

•  Cisco CPT – надежная и эффективная платформа операторского класса

•  Единая система управления, контролирующая весь процесс создания сервиса от А до Я

Спасибо! Просим Вас заполнить анкеты. Ваше мнение очень важно для нас!