Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák

Átírás

1 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 1. alkalom (elıadás) február 9., szerda, IB.140, 8:15-10:00 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Dr. Vidács Attila Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

2 2

3 3

4 4

5 5

6 Elıadás és gyakorlat Szerdánként elıadás 14 alkalom Páros naptári azaz páratlan oktatási heteken csütörtökönként szemináriumok, melyeket a hallgatók tartanak! 7 alkalom Témákat válasszunk! (Holnap beszéljük meg) PPT és doc, kb 45 perc elıadás jut 1-2 fıre. 6

7 1. Introduction (Bevezetı) Increasingly more terminals (Egyre több végberendezés) Increasingly more Traffic (Forgalom) Increasingly more Network Capacity (Kapacitás) Increasingly more revenue (Nyereség) Revenue earned mostly by services, not by leasing network capacity 7

8 the number of IP addresses that have been assigned a name Hálózatba kötött munkaállomások száma július: 681,064, augusztus 213 8

9 (2009 dec) Germany: Hosts: 19,588,493 Growth speed: 4.13% People per hosts: 4.19 Hungary: Hosts: 1,637,265 Growth speed: % People per hosts: 6.03 Denmark: Hosts: 3,358,350 Growth speed: -2.84% People per hosts: 0.87 Netherlands: Hosts: 8,204,168 Growth speed: 9% People per hosts: 1.92 Italy: Hosts: 12,221,061 Growth speed: -6.99% People per hosts: 4.75 Total: Hosts: 106,247,471 Growth speed: -1.25% Web sites: 1,602,583 9

10 (2010 dec) Germany: Hosts: 17,349,965 Growth speed: -5.51% Web sites: 212,572 Hungary: Hosts: 2,659,564 Growth speed: 5.1% Web sites: 315,287 Denmark: Hosts: 3,618,545 Growth speed: -0.1% Web sites: 7,598 Netherlands: Hosts: 11,638,982 Growth speed: -3.02% Web sites: 148,785 Italy: Hosts: 15,593,354 Growth speed: % Web sites: 765,782 Total: ( Hosts: 130,972,222 Growth speed: -2.16% Web sites: 3,778,250 10

11 BIX: Budapest Internet Exchange) ( Prevent... loading international connections of the Internet service providers Provide platform for exchanging traffic between different Internet service providers 1 Gbps (full duplex) capacity to the BIX service access point at Budapest, XIII. Victor Hugo u ISzT (Internet Szolgáltatók Tanácsa - Council of Hungarian Internet Service Providers) There are several connection types to establish a new BIX connection as follows: 100 Mbps, Gigabit Ethernet port with SFP SX/LX optics 100 Mbps, Gigabit Ethernet port with SFP ZX optics 1 Gbps, Gigabit Ethernet port with SFP SX/LX optics 1 Gbps, Gigabit Ethernet port with SFP ZX optics 10 Gbps, 10GE port with XFP SR/LR optics 10 Gbps, 10GE port with XFP ER optics 11

12 - history BIX reached the 50Gbit/sec aggregated traffic. At 6th of September the BIX total aggregated traffic was 50.9Gbit/sec, and 8.2MPacket/s. With this traffic currently BIX is the biggest Internet exchange in the Central and East European region, and 5th in Europe New server for Today we have installed a new Dual Intel Xeon Processor based IBM server. From now, the webpage, and the on-line generated network statistic graphs displayed much faster ISZT BIX Node upgrades: One new CISCO Catalyst 6509 (SUP720) switch installed in the ISZT Node, so the BIX core now have two active switch. Between the core switches there is a 40Gbit/sec connection. Now the current member port capacity on the ISZT node is: 24x 10GE (XENPAK), 48x GE (SFP) and 96x FE (100BaseT) port The first IPv6 peering started on the BIX. The upgrade of the route servers and the Looking Glass page finished, now it supports the IPv6. The first two IPv6 members who has IPv6 peering are the Hungarnet and the ISZT. 12

13 current: 2011 feb BIX enlargement: Two new locations added to the BIX: From 1st september 2010 the same services are available in the new Dataneum and Dataplex co-location facility as in the current central location at Victor Hugo street. The tree sites form a fully redundant, geographically distributed core system under the management of ISZT. BIX members are free to join one or more PoPs in order to provide more reliability. For further information please use the contacts. 13

14 14

15 IPv4 Yearly Graph (1 day averages) Weekly Graph (30 minute averages) Forrás:

16 IPv4 1-Month and 3-Year Graph Forrás: 16

17 IPv6 Yearly Graph (1 day averages) Daily Graph (5 minute averages) Forrás: IPv4 150 Gbit/s!!! x több!!! 17

18 The maximum and minimum daily traffic volume on the IX backplane in bits per second. 18

19 19

20 Távközlési szolgáltatások fejlıdése Service Provision Technologies for Next Generation Communications Edited by: Kenneth J. Turner, Evan H. Magill, David J. Marples John Wiley & Sons,

21 Sávszélességéhes alkalmazások Peer-to-Peer (BitTorrent, és tömérdek más...) GRID, Cluster, Cloud SAN, osan (adattár) Audio and Video Broadcast (mősorszétosztás/szórás) VoD (video) (youtube.com), HDTV, 3DTV VoIP (beszéd) (skype, stb.) Twitter Facebook 21

22 Sávszélességéhes alkalmazások Peer-casting On-line gaming Web-Desktop/Office Web 2.0, Web 3.0 Semantic Web Service-Oriented Architecture (SOA) Network computing Virtualisation of resources and services Telemedicine (Távorvoslás) Distant Learning (Távoktatás) Video Conferencing (Videokonferencia) Stb. 22

23 23

24 HDTV variációk 1920 x 1080 HDTV 7680 x 4320 UHDTV (Super Hi-Vision or Ultra HD ) 4x, 4x 60 FPS (frames per second) September 29th, 2010 the NHK and BBC successfully broadcast a Super Hi-Vision signal from England to Japan. 20 minutes (requiring 4 terabytes) 24

25 Digital Broadcast Standards 25

26 HDTV magyarországon: Magyarországon jelenleg HD adást mőholdon, kísérleti rendszerben földfelszínen sugárzott csatornákon, illetve egyes kábelszolgáltatók által lehet nézni Magyar nyelvő HD csatornák Duna Televízió HD[1][2][3] HBO HD National Geograpic HD The History Channel HD m1 HD m2 HD ATV HD Filmbox HD Eurosport HD Spektrum HD DIGI sport HD Budapesten 2008 augusztus elejétıl kísérleti adásként DVB-T rendszerben az m1 HD minıségben vehetı. Ezzel egy idıben optikai kábelen elérhetıvé tették a kábeltévék számára is. 26

27 Capacity of all person-interfaces vs. Network capacity? Total bandwidth requirement: Population: Bandwidth per person: 10 9 bit/s Fiber capacity: bit/s/cable 10 3 fiber/cable 10 3 λ/fiber 10 9 bit/s/λ Each connection uses every 10-4 th link I.e., we have technology for enough capacity today 27

28 Capacity of all person-interfaces HTE hírlevél 2010 január 1 Index Napi 34 GigaByte Adatot fogyasztunk Az elmúlt 30 évben 350%-kal nıt a fogyasztásunk USA-ban (University of California eredményei) 5 óra TV 2.2 óra rádió 2 óra Internet 1 óra videojátékok 36 perc olvasás kép, hang, játákok, stb Eszerinnt 10 Gbit Ethernet / fı sem elég... 28

29 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 2. elıadás február 16., szerda, IB.140, 8:15-10:00 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Dr. Vidács Attila Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

30 Múlt órai kérdés BIX JPIX forgalom: Kié nagyobb? Érdekes, de kb ugyanaz... As of March 2009, Japan's population is 127,076,183,[1] making it the world's tenth most populated country. ( Gyakorlat: Hallgatói elıadások 30

31 MON-LHON Positioning OR: Access Metro Metro-Aggregation Metro-Core Core or Backbone OR: Metro Access First mile access Metro aggregation Core HORIZONTAL STRUCTURE Source: ITU-T: 31

32 Network Architecture Idáig jutottunk 1. órán, acces nem volt Access/Aggregation: LAN (Eth, GbE, 10GbE), xdsl, FTTx, PLC,... PON (EPON, GPON, ) DECT, GSM, HSCSD, GPRS, EDGE, 3G (UMTS), HSUPA/HSDPA, HSPA+, LTE, 4G... WLAN: WiFi (IEEE a,b,g) ( Wireless MAN: WiMAX (IEEE ) ( p2p microvawe, terrestrial, satelite, free space optics, etc. METRO: SDH, METRO Ethernet, ATM, MPLS, METRO Access/Aggregation: aggregate the traffic from access networks classical approaches (SONET/SDH aggregation rings, RPR, Full Ethernet, Pt2Pt Optical Ethernet) METRO Core: ROADM with CWDM or DWDM Transport (Backbone, Core) (ng)sdh/sonet, DW/OTN, ASON/ASTN, GMPLS (MPLS-TP)... 32

33 Circus viciosus 1. Content and Service Price! 3. Transport 2. Access 33

34 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 2. alkalom február 16., Szerda, IB.140, 8:15-10: Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Dr. Vidács Attila Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

35 Router (/'rautər/ in the USA and Canada, /'ru:tə/ in the UK and Ireland) Core and Edge Internet core link speeds are 10 Gbit/s (STM-64, OC-192, STS-192) 40 Gbit/s (STM-256, OC-768, STS-192) ISP: Internet Service Provider A company that offers its customers access to the Internet Interconnected physically, running BGP Autonomous System (AS) is a collection of connected IP routing prefixes under the control of one or more network operators that presents a common, clearly defined routing policy to the Internet, cf. RFC 1930, Section 3. PoP: an artificial demarcation point or interface point between communications entities ( Internet exchange points (IX, IXP, régen NAP: Network Access Point) colocation centres ( Single-Homing, Dual-Homing, Multi-Homing A multihomed Autonomous System is an AS that maintains connections to more than one other AS. 35

36 Colocation center a type of data centre where multiple customers locate network, server and storage gear and interconnect to a variety of telecommunications and other network service provider(s) with a minimum of cost and complexity. Most Internet exchange points provide colocation. Advanteges shared data centre infrastructure cheaper Lower latency faster access Greater bandwidth 36

37 Kiknek kell kolokációs központ? Major types of colocation customers are: Web commerce companies, who use the facilities for a safe environment and costeffective, redundant connections to the Internet Major enterprises, who use the facility for disaster avoidance, offsite data backup and business continuity Telecommunication companies, who use the facilities to interexchange traffic with other telecommunications companies and access to potential clients Követelmények: Hőtés, főtés, páratartalom, tőzvédelem, beléptetı rendszer, redundáns táp, statikus elektromosság védelem, stb. 37

38 Routers Provider Edge Router: Placed at the edge of an ISP network, it speaks external BGP (ebgp) to a BGP speaker in another provider or large enterprise Autonomous System (AS). Subscriber Edge Router: Located at the edge of the subscriber's network, it speaks ebgp to its provider's AS(s). It belongs to an end user (enterprise) organization. Inter-provider Border Router: Interconnecting ISPs, this is a BGP speaking router that maintains BGP sessions with other BGP speaking routers in other providers' ASes. Core router: A router that resides within the middle or backbone of the LAN network rather than at its periphery. 38

39 Edge Router From SOHO (Small Office Home Office) to Enterprise Routers 39

40 Core Router A core router is a router designed to operate in the Internet backbone, or core. able to support multiple telecommunications interfaces of the highest speed in use in the core Internet and must be able to forward IP packets at full speed on all of them. It must also support the routing protocols being used in the core. Core router manufacturers Alcatel-Lucent Avici Systems Cisco Systems Huawei Technologies Ltd. Juniper Networks Nortel Networks 40

41 Core Routers Source: Cisco CRS-1 16-Slot Single-Shelf System is a massively scalable routing system that integrates multiple POP functions while providing the service flexibility, continuous system operation, and system longevity of the Cisco CRS-1 platform in a full-height configuration. The Cisco CRS-1 16-Slot Single-Shelf System: Consists of a single, 16-slot, 40-Gbps-perslot line-card shelf for a total switching capacity of 1.2 Tbps Features a midplane design based on a linecard shelf built from a line-card chassis Protects investments by using modular services cards (MSCs) and physical layer interface modules (PLIMs) that are fully interchangeable across the CRS-1 product family Contains slots for 16 MSCs and eight fabric cards in the rear of the chassis, and 16 PLIMs, two route processors or additional distributed route processors, and two fan controllers in the front of the chassis Accommodates eight fabric cards in the rear of the chassis, which perform Stage 1, Stage 2, and Stage 3 switching, supporting service-intelligent fabric-based queuing and multicast replication 41

42 Core Routers Source: Terabit Switch cluster 3 configurations: 8003, a 3-slot chassis most commonly used for access or distribution / aggregation of switches; 8006, a 6-slot chassis for backbones of low density or high space premium; 8010, a 10-slot chassis for high availability and high scalability. 42

43 Transit vs. Peering Internet architektúra lényege Peering is voluntary interconnection of administratively separate Internet networks for the purpose of exchanging traffic between the customers of each network. The pure definition of peering is settlement-free or "sender keeps all" meaning that neither party pays the other for the exchanged traffic, instead, each derives revenue from its own customers. Two networks exchange traffic between each other's customers freely, and for mutual benefit. Transit provider: pay money (or settlement) to another network for Internet access (or transit) Only ISPs as customer Charge transit fee 43

44 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 3. elıadás február 22., szerda, IB.140, 8:15-10:00 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

45 Depeering Idáig jutottunk 2. elıadásunkon! peering is the voluntary and free exchange of traffic between two networks, for mutual benefit. If one or both networks believe that there is no longer a mutual benefit, they may decide to cease peering: this is known as depeering. Some of the reasons why one network may wish to depeer another include: A desire that the other network pay settlement, either in exchange for continued peering or for transit services. A belief that the other network is "profiting unduly" from the settlement free interconnection. Concern over traffic ratios, which related to the fair sharing of cost for the interconnection. A desire to peer with the upstream transit provider of the peered network. Abuse of the interconnection by the other party, such as pointing default or utilizing the peer for transit. Instability of the peered network, repeated routing leaks, lack of response to network abuse issues, etc. The inability or unwillingness of the peered network to provision additional capacity for peering. The belief that the peered network is unduly peering with your customers. Various external political factors (including personal conflicts between individuals at each network). 45

46 PEERING POLICY: Don t Abuse Peering _Dont_Abuse_Peering_Clauses.html The following are snippets of Peering Policy Clauses found in the Peering Rules of the Road - A Brief Study of Peering Policies study. Clauses were categorized and put into rough categories for comparison. Here are the clauses we categorized as Don t Abuse Peering Excerpts from Peering Polices Peers must not utilize any form of gateway of last resort or default route that is directed at Speakeasy. SpeakEasy Only send us traffic that destined for the prefixes we announce to you. Do not point default at us or use static routes to send us traffic that does not match the routes we announce to you. Hurricane Electric 2.6. Neither Network shall point default into or transit the other Network where that network has not advertised a route for the destination in question. AboveNet Each Internet Network must set next hop to be itself, the advertising router of the network. Each Internet Network will propagate such routes to its transit customers with its own router as next hop. Verizon Each Internet Network will restrict its advertisements to non-transit routes originating within the geographic region for which peering is established and will not propagate the received route announcements outside such region. Verizon note, more like keeping announcements in region... 46

47 Transit vs Peering ( 47

48 Tier 1, 2, 3 ISPs Source: api.ning.com 48

49 Tier 1, 2,

50 ISP hierarchy: Tier 1, Tier 2, Tier 3 Tier 1 networks are those networks that don't pay any other network for transit yet still can reach all networks connected to the Internet. A Tier 1 is constantly faced with customers trying to bypass it, and this is a threat to its business. (de-peering). ( A Tier 2 Network is an Internet service provider who engages in the practice of peering with other networks, but who still purchases IP transit to reach some portion of the Internet. Tier 3 is sometimes also used to describe networks who solely purchase IP transit from other networks (typically Tier 2 networks) to reach the Internet. Single or Dual Homing. (depeering) Nice maps at: 50

51 ISP hierarchy: Tier 1, Tier 2, Tier 3 Tier 1 networks usually have only a small number of peers (typically only other Tier 1s and very large Tier 2s), while Tier 2 networks are motivated to peer with many other Tier 2 and enduser networks. Thus a Tier 2 network with good peering is frequently much "closer" to most end users or content than a Tier 1. By definition, there are networks which Tier 1 networks have only one path to, and if they lose that path, they have no "backup transit" which would preserve their full connectivity. Some Tier 2 networks are significantly larger than some Tier 1 networks, and are often able to provide more or better connectivity. Only Tier 3 networks (who provide Internet access) are true "resellers", while many large Tier 2 networks peer with the majority or even vast majority of the Internet directly except for a small portion of the Internet which is reached via a transit provider. ( 51

52 Tier 1 Networks (2010 legelején) The 9 Tier 1 Networks ( The 10th Tier 1 Network? 52

53 Tier 1 Networks 1 évvel késıbben... The 12th Tier 1 Network? 53

54 -viewer-ipv4-top jpg 54

55 ISP osztályozás Kovács Tamás Majdán András a szolgáltatók Tier besorolása nem triviális Tier1 besorolás egyszerő megközelítése: o nagy forgalom o nagy kapacitás o széles vásárlókör o nagy számú AS a hálózatban Nem a méret a lényeg: hozzáférnek a teljes routing táblához 1 vagy 2 AS kontinensenként, ideális esetben 1 világszerte nemzetközi üvegszálas hálózat adatcsere vásárlókkal és peer-ekkel az egész világon 55

56 ISP osztályozás caida.org Kovács Tamás Majdán András CAIDA, the Cooperative Association for Internet Data Analysis, provides tools and analyses promoting the engineering and maintenance of a robust, scalable global Internet infrastructure. Saját szempontrendszer szerint rangsorolt ISP-k 56

57 ISP osztályozás caida.org Kovács Tamás Majdán András

58 ISP osztályozás caida.org Egy szkript segítségével kétféle módon végzik: degree based AS based Kovács Tamás Majdán András Metric Ases Description number of ASes in the customer cone (ASes that can be reached from a given AS by following c2p links first through to its customers, then on to its customers' customers, and so on) Prefixes number of unique prefixes announced by all ASes in the customer cone /24 number of unique /24 prefixes in the IP address space covered by the customer cone Degree number of unique ASes connected to this AS via any kind of links (p2c, c2p, p2p, or s2s) 58

59 Kovács Tamás Majdán András

60 Level3 Kovács Tamás Majdán András Nemrégiben a Renesys Észak-Amerika és Európa elsıszámú szolgáltatójának minısítette A világ legnagyobb, legfejlettebb Tier1 Telco hálózatát üzemelteti A Renesys az elsı 10 ázsai szolgáltató közé sorolta CAIDA az elsı számú ISPnek rangsorolta 60

61 Kovács Tamás Majdán András

62 Verizon Kovács Tamás Majdán András ben jött létre a Bell Atlantic és a GTE egyesülésével Globális IP hálózata 446 ezer mérföld 2700 város, 150 ország 6 kontinensen A hálózat sebessége OC-192 kategóriájú Az elsı 10 legnagyobb ISP szolgáltató közé tartozik. 62

63 Kovács Tamás Majdán András Forrás: isp-planet.com 63 63

64 Sprint Kovács Tamás Majdán András A világ egyik legnagyobb Tier1 hálózata A gerinchálózaton több AS hálózati kapcsolat, mint bármely másikon Nagysebességő összeköttetések (OC- 192/STM64) 1. számú ISP Ázsiában, 2. Európában, Észak- Amerikában

65 Sőrőbb virtuális vagy logikai topológia A probléma szemléltetése fizikai hálózat 2. virtuális utak rendszere 3. virtuális topológia 65

66 Pl. hullámhossz-rendszer segítségével 66

67 Horizontal and Vertical structure Horizontal: Transit: Acces/Aggregation Metro Core Tier3 Tier2 Tier1 Peering: Multi-Domain Peering Multi-Vendor Multi-Provider Multi-Service Multi-Region Vertical: Interconnection or Integration Multi-Provider Multi-Service Multi-Region 67

68 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 4. alkalom március 2., szerda, IB.140, 8:30-10:00 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

69 Függıleges Tagoltság: Többrétegő hálózatok Egy rétegő hálózat: Gyenge granularitás: 1 fényszál: 1-10 Tbit/s (DWDM: λ) 1 λ csatorna: 2.5 vagy 10 Gbit/s 1 STM-64: 64 x STM-1 További rétegek a finomabb granularitáshoz Több rétegő hálózat: Bonyolult vezérlés és Menedzsment (Control & Management) Útvonalválasztás (Routing) Forgalomterelés (TE: Traffic Engineering) Hibatőrıképesség (Resilience) Kétszerezett vagy többszörözött funkciók 69

70 Beszéd, adat, adattárolás és video a nyilvános szállítóhálózaton Forrás: E.H. Valencia, M. Scholten, Z. Zhu: GFP, IEEE Communications Magazine May 2002 * Fényszálon közvetlenül is 70

71 Többrétegő adatátviteli architektúra Forrás: M. Scholten, Z. Zhu, E.H. Valencia, J. Hawkins: GFP, IEEE Communications Magazine May

72 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 72

73 GMPLS/ASTN Dinamikus (Kapcsolt) és Többrétegő Dynamic (switched) & Multilayer IETF GMPLS: Generalised Multiprotocol Label Switching ITU-T ASTN: Automatic Switched Transport Network PSC L2 TSC λsc WBSC FSC (Packet Switching Capable, e.g., IP) (Layer 2 SC, e.g., GbEth) (TDM SC, e.g., SDH VC-4-4c) (Wavelength SC) (WaveBand SC) (Fiber SC) Számítógép hálózatok 25. alkalom vége. 73

74 Általánosított felülcimkézés Generalised Label Stacking Többrétegő architektúra Általánosított LSP-k Multilayer Architecture Generalised LSPs LSP λ fényszál fénykábel 74

75 Label Stacking or Swapping? Cimkecsere, vagy felülcímkézés? LSP4 LSP3 LSP2 LSP1 LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 75

76 MPLS történelem ATM MPOA MPLS MPLambdaS GMPLS T-MPLS MPLS-TP 76

77 MPLS MultiProtocol Label Switching (Többprotokollos címkekapcsolás) Egységes IP/MPLS kontroll Valamivel egyszerőbb mint ATM Csökkentett cimketér használat FEC révén (Forwarding Equivalence Class) Cimke lecserélés (Swapping) és többszintő felülcimkézés (Stacking) ATM-hez képest nem sok új Topológia-centrikus vagy forgalom-centrikus (vezérelt) QoS kérdések még nyitottak TE-t és VPN-t támogatja IPoMPLS: Peer Model! RSVP-TE CR-LDP 77

78 MPLS LER: Label Edge Router LSR: Label Switching Router FEC: Forwarding Equivalence Class LSP: Label Switched Path Label Swapping IP Router LER LSR 78

79 Label Stacking vagy Swapping? Ha vermelünk sok réteg lesz! Hierarchikus LSP beágyazás (encapsulation, embedding, nesting) LSP4 LSP3 LSP2 LSP1 LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 79

80 Az MPLS fejrész 32 bit = 4 byte ebbıl 20 bit a cimke Label Entry Label: Label Value, 20 bits Label Exp: Experimental Use bits Label Exp S S: Bottom of Stack bit TTL TTL: Time to Live bits 80

81 Az IP fejrész az MPLS fejrész Útvonalválasztás (routing) és adategység továbbítás (forwarding) VERS HLEN Service Type Total Length Identification Flags Fragment Offset TTL Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address Options Padding D a t a D a t a... D a t a 0 7 Label Label Label CoS S TTL 81

82 Routing, TE & Resilience manapság: Kliens-szerver megoldás Részben kézzel DP n+2 DP n+1 DP n DP n-1 MP n+2 CP n+2 MP n+1 CP n+1 MP n CP n MP n-1 CP n-1 client server client server client server 82

83 Routing, TE & Resilience vágy: Integrált, automatikus, elosztott! Függıleges együttmőködtetés vagy integrálás? DP n+2 DP n+1 MP CP DP n DP n-1 83

84 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 5. alkalom március 9., szerda, IB.140, 8:30-10:00 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

85 Vizsgaidıpontok? Max 3: (Május 11 szerda 8-10: Elıvizsga?) (Május 18 szerda 8-10 még pótlási hét) Május 25 szerda 8-10 Június 1 szerda 8-10 Június 8 szerda 8-10 (Június 15 szerda 8-10, esetleg) 85

86 Multi-Layer (Vertical) Interconnection Models (RFC 3717) Overlay Model The control of layers is independent Server-Client approach like classical IP over ATM or MPOA models optical layer can be statically configured Peer Model Interoperable control plane (e.g., Optical layer is also IP addressable) Augmented (Hybrid) Something between Hides confidential provider information Some information of one routing instance passed through the other E.g., IP addresses could be carried within the optical routing protocol 86

87 Vertical Integration: Multi-Layer Integrated Model The layers owned by the same operator Full interlayer information exchange possible (No interface needed in between) Can be operated by a single CP and a single MP Routing, TE, Resilience more complex MRN: Multi Region Network (Region: interconnected nodes of the same networking technology a bit misleading) 87

88 MLN/MRN Shiomoto, K., Papadimitriou, D., Le Roux, JL., Vigoureux, M., and D. Brungard, "Requirements for GMPLS-Based Multi-Region and Multi-Layer Networks (MRN/MLN)", RFC 5212, July In GMPLS, a switching technology domain defines a region, and a network of multiple switching types is referred to in this document as a multi-region network (MRN). Traffic Engineering Database (TED) Itt van minden infó, ami egy egységes GMPLS síkhoz kell Interface Switching Capability (ISC) - introduced in GMPLS to support various kinds of switching technology in a unified way [RFC4202] Virtual Network Topology (VNT) lower-layer FA-LSP létrehozása: static (pre-provisioned) vagy dynamic (triggered) (FA-LSP: Forwarding Adjacency Label Switched Path) 88

89 MLN/MRN Ed.: JL. Le Roux, D. Papadimitriou, "Evaluation of Existing GMPLS Protocols against Multi- Layer and Multi-Region Networks (MLN/MRN)", RFC 5339, September 2008 MIB modules model and control of GMPLS switches [RFC4803] control and report on the operation of the signaling protocol [RFC4802] a MIB module for managing TE links [RFC4220] (interesting for MLN!) Oki, E., Le Roux, J-L., and A. Farrel, "Framework for PCE-Based Inter- Layer MPLS and GMPLS Traffic Engineering", Work in Progress, June Miyazawa, M., Otani, T., Nadeau, T., and K. Kunaki, "Traffic Engineering Database Management Information Base in support of MPLS-TE/GMPLS", Work in Progress, July

90 Idaig jutottunk Március 9 Itt még egy pár többrétegő architektúra Majd többtartományos problémakör Március 16 Majd OPS, OBS, architektúra és technológia Március 23 és 30 (7. és 8. alkalom) Pityu Ethernet Április 6 (9. alkalom) MPLS-TP Április 13 és 20 (10. és 11. alkalom) Varga Pali Április 27 és május 4 (12. és 13. alkalom) Hozzáférések: PON, WiFi, WiMAX, stb. Május 11 (15. alkalom) Minden fogalom ami még kimaradt 90

91 Optikai architektúrák (kétrétegő) valami WDM felett: EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) OTDM (Optikai idıosztásos nyalábolás) OCDM (Optikai kódosztásos nyalábolás) OPS (Optikai csomag kapcsolás) 91

92 Elektronikai sebesség a szők keresztmetszet? Optika elektronika optika? Már nem az elektronika sebessége a szők keresztmetszet, hanem a fogyasztás! Legyen egyszerő, legyen olcsó: CAPEX + OPEX (beruházási és üzemeltetési költség együtt!) Ezért a hatékonyságból inkább áldozunk... Architektúrák: Alul : C/D WDM Fölötte (ebben az idıbeli sorrendben): EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) OTDM (Optikai idıosztásos nyalábolás) OCDM (Optikai kódosztásos nyalábolás) OPS (Optikai csomag kapcsolás) 92

93 1. EPS + WDM EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) IP csomagokat vagy Ethernet kereteket IP vagy Ethernet kapcsolóval, optikai interfésszel közvetlenül hullámhosszakon továbbítunk. Jelenleg is van, legfeljebb SDH/OTN van még közte Két vagy háromrétegő architektúra Egyszerő, viszonylag olcsó Forgalomkötegelés (traffic grooming) Ez az ami az MPLS-TP architektúrának is megfelel 93

94 WDM kapcsolás áramkörkapcsolás - térkapcsolás Egyszerő, olcsó, gyors sem kell legyen sok megoldás van már 94

95 EDFA és tsai

96 2 réteg: EPS + WDM Zöld? TDM λxc fibres wavelengths hybrid XC 96

97 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 97

98 2. OTDM + WDM Lassúbb elektronikus jelek bitjeibıl nagyon keskeny (rövid) optikai impulzusokat generálunk Ezeket kis késleltetéskülönbséggel ciklikusan idıben nyaláboljuk Bontás is így történik. Egyszerő, olcsó. Az egyes WDM csatornáknak így finomabb granularitást biztosítunk. Pl. fényszálanként 40 WDM csatorna WDM csatornánként 40 x 1 Gbit/s vagy 4 x 10 Gbit/s 98

99 OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 99

100 OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 100

101 3. OCDM + WDM - Osztott közeg - PON - Grooming: ütközés feloldás puffer nélkül! - Akár aszinkron is lehet!!! Egy OCDMA PON mőködési elve Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON

102 OCDMA Egy kód: Pl 16 bites chipre kódolunk egy bitet. Ortogánilás kód Térben (polarizáció, módus, fázis, stb. is ide értendı, fénysál, hullámhossz, stb.) Idı: Szinkron vagy aszinkron? 102

103 103

104 AWG: Arrayed Waveguide Grating Tömbös hullámvezetı rács Mőködési elv magyarázata: /A B.pdf 104

105 Arrayed waveguide grating AWG Great scalability Low losses Non reconfigurable It requires wavelength conversion Source: Robotiker, Andrea Bianco Redondo Networks 2008, Budapest C2V animation 105

106 Encoding / Decoding / Switching? 106

107 Egy bonyolultabb OCDMA példa Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON

108 OCDM + WDM: elınyök-hátrányok Vesztünk sávszélességet a CDM miatt!!! Nyerünk, mert egyszerő: Aszinkron a rendszer semmit sem kell szinkronizálni, késleltetni! Passzív a rendszer Nem kell puffer Tetszıleges granularitás!!! Mi jobb? (itt csak C-band!) 100 lambda x 10 OCDMA x 1Gbit/s vagy 10 lambda x 100 OCDMA x 1Gbit/s 108

109 4. OPS + WDM OPS: Tisztán optikai csomabgapcsolás: OPS (Optical Packet Switching) Alapfunkciók: Fejrészfeldolgozás Ütközés kezelés (pufferelés) Továbbítás/kapcsolás Vezérlés A fejrész hogyan lesz kódolva? Cím vagy Cimke? Stripping vagy swapping? (címke hámozás vagy csere?) Szétkapjuk a csomagot soros-párhuzamos átalakítással több hullámhosszra? 109

110 An Optical Packet Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 Figure KEOPS optical packet format (courtesy of [39]) 110

111 OPS általános architektúra (Forrás: Andrea Blanco Redondo, Robotiker, Networks 2008) 111

112 OPS: Optical Packet Switch (Optikai csomagkapcsoló) SNB: Strictly Non Blocking 12x12 3 fényszál 4 hullámhossz SPN: Shared Per Node TWC TWC: Tunable Wavelength Converter 4-4 megosztott hullámhossz átalakító MS-SPN: Multi-Stage Shared Per Node TWC Forrás: Carla Raffaelli, Michele Savi, ICTON 2007: Cost Comparison of All-Optical Packet Switches with Shared Wavelength Converters 112

113 Synchronous vs asynchronous Fix vs. Variable packet length Figure 16.9: Optical router architecture with (a) synchronous and fixed-length packet forwarding, and (b) asynchronous and variablelength packet forwarding Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press

114 Table 16.1: Optical switching technologies for OCS, OBS, and OPS. Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 PDL: Polarisation Dependent Loss 114

115 Table 16.2: Optical header (label) encoding technique comparisons. Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press

116 MultiGranular Switching Optical Circuit + Packet Switching Optical Migration Capable Networks with Service Guarantee Telenor project PS: Packet separator 116

117 OLS: LASAGNE Label Swapper and Packet Router (Optical Label Switching) 117

118 Label Stripping Belépés: többszörös felülcimkézés (Ingress Nodes: Stacking Labels (Source Routing)) Belsı csomópont: Cimke hámozás (Inner Nodes: Stripping Labels one-byone) Kilépés: Cimkék elfogytak (Egress Nodes: Bottom of Stack) Packet Label 3 Label 2 Label 1 Node 1 Packet Label 3 Label 2 Node 2 Packet Label 3 Node 3 Packet 118

119 Optikai memóriák (Forrás: Ken-ichi Kitayama, APOC 2008) Static Random Access Memory (SRAM), 119

120 Vízszintes Tagoltság: Többtartományos Hálózatok Két szempont: Access (Aggregation) Metro Core (Backbone, Transport) Vagy Több szolgáltató OSPF+BGP-4, obgp PNNI, opnni PCE: Path Computation Element 120

121 PCE: Path Computation Element Egy vahgy több PCE tartományonként PCEP TED: Traffic Engineering Database PCC1 PCC2 PCEP: PCE Communication Protocol PCC: Path Computation Client Tartományközi útvonalválasztás (Path Computation) Elosztottan Tartományok belsejét nem ismerjük! 2 módszer: RFC Vasseur, JP., Ayyangar, A., and R. Zhang, "A Per- Domain Path Computation Method for Establishing Inter-Domain Traffic Engineering (TE) Label Switched Paths (LSPs)", RFC 5152, February RFC A Backward Recursive PCE-based Computation (BRPC) Pro VSPT (Virtual Shortest Path Tree) April 2009 RFC Performance Analysis of Inter-Domain Path Computation, April 2009 PCE 121

122 Multi-Domain Path Computation (BRPC) 1/2 Forrás: Shinya Ishida, Yohei Iizawaa, Itaru Nishiokaa, Souichiro Arakia: Experimental Performance Evaluation of Inter-Domain Path Provisioning with Multiple PCEs, APOC

123 Multi-Domain Path Computation 2/2 Forrás: Shinya Ishida, Yohei Iizawaa, Itaru Nishiokaa, Souichiro Arakia: Experimental Performance Evaluation of Inter-Domain Path Provisioning with Multiple PCEs, APOC

124 ASON/ASTN Terminology Management Plane Management Plane Control Plane Client UNI CCI CC CC CC CC InterVendor I-NNI CC E-NNI CC IntraVendor I-NNI CC NMI-C NMI-T UNI Client Vertical interconnection / integration Two different vendors UNI: User to Network Interface NNI: Network to Network or Network Node Interface I-NNI: Interior NNI (Intra and Inter Vendor I-NNI) E-NNI: Exterior NNI User/Data/Transport/Forwarding Plane CC: Connection Controller CCI: Connection Controller Interface NMI: Network Managemnt Interface NMI-C: NMI for the CP NMI-T: NMI for the Transport Plane 124

125 Heterogén hálózatok: sok M mint Multi Divergens technológián alapuló konvergens hálózat? Heterogén technológián alapuló homogén hálózat? MS: Multiple Services with Different Traffic, QoS, QoR Requirements, multiple routing, multicasting solutions, MultiGranularity (Multi-Service, Multi-Rate, Multi-Quality, Multi- Routing) ML: Multiple Interconnected or Integrated Layers (Multi-Layer) Vertical Integration? MD: Multiple Domains (Multi-Domain) Horizontal Integration? Multiple Providers Multiple Vendors (interoperability) Multiple Technologies (Multi-Region / Multi-Technology) From wireless mobile to wireline fixed (FMC), electronic-optical, circuitpacket, computer/data and voice/telecom, etc. Unified Control and Management!!! 125

126 Circuit vs Packet Switching? Megannyiadszor... E.g.: SDH, OTN, ASON QoS For CBR traffic Poor granularity Peek rate allocation Allocated even if unused More wavelengths needed Slower provisioning Negligible transmission delay Együtt a kettıt!!! E.g.: IP, OBS, OPS QoS problems For VBR traffic Better granularity Statistical multiplexing Fewer wavelengths needed Fast provisioning Larger transmission delays 126

127 Global Information Infrastructure (GII) Next Generation Network (NGN) Source: ITU-T Y.2011 General principles and general reference Model for NGNs: Separating services and transport in NGN NGN Basic Reference Model (NGN BRM) Eg., Video Services (TV, movie, etc) Eg,, Data Services (e.g.,www, , etc) Eg.,Voice Telephony Services (audio, etc) NGN Services Management Plane Control Plane User Plane NGN Service Stratum Management Plane Control Plane User Plane NGN Transport NGN Transport Stratum 127

128 Szolgáltatás és annak szállítása elkülönül... Nem egy szép homogén hálózat építése már a cél! Hanem bármilyen részhálózatok újrahasznosítása, olcsó bıvítése, általános célra Bármilyen forgalom (szolgáltatás, tartalom) bármilyen hálózat felett! A hálózat már csak azért kell, hogy a szolgáltatások/szolgáltatók több hasznot termelhessenek... A cél szentesíti az eszközt! A hálózat csak csomagolása a szolgáltatásnak De minıségért (QoS) is felelıs