Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák

Átírás

1 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 6. alkalom (4. CT elıadás) Március 12., hétfı, IB.138, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu BME TMIT Tel: 1861, IE.319B TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

2 Vizsgaidıpontok? Max 3: (Május 16? szerda 10-12) Május 23 szerda Május 30 szerda (Június 6 szerda 10-12) 70

3 Sőrőbb virtuális vagy logikai topológia A probléma szemléltetése fizikai hálózat 2. virtuális utak rendszere 3. virtuális topológia 71

4 Pl. hullámhossz-rendszer segítségével 72

5 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 73

6 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 74

7 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 75

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

9 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 77

10 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. 78

11 Általánosított felülcimkézés Generalised Label Stacking Többrétegő architektúra Általánosított LSP-k Multilayer Architecture Generalised LSPs LSP λ fényszál fénykábel 79

12 Label Stacking or Swapping? Cimkecsere, vagy felülcímkézés? Más technológiákkal! LSP4 LSP3 LSP2 LSP1 LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 80

13 MPLS történelem ATM MPOA MPLS MPLambdaS GMPLS T-MPLS MPLS-TP 81

14 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 82

15 MPLS LER: Label Edge Router LSR: Label Switching Router FEC: Forwarding Equivalence Class LSP: Label Switched Path Label Swapping IP Router LER LSR 83

16 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 84

17 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 85

18 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 86

19 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 87

20 Routing, TE & Resilience vágy: Integrált, automatikus, elosztott! Függıleges együttmőködtetés vagy integrálás? DP n+2 DP n+1 MP CP DP n DP n-1 88

21 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 91

22 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) 92

23 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) 93

24 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

25 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) 96

26 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) 97

27 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 98

28 WDM kapcsolás áramkörkapcsolás - térkapcsolás Egyszerő, olcsó, gyors sem kell legyen sok megoldás van már 99

29 EDFA és tsai

30 2 réteg: EPS + WDM Zöld? TDM λxc fibres wavelengths hybrid XC 101

31 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 102

32 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 103

33 OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 104

34 OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 105

35 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

36 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? 107

37 108

38 AWG: Arrayed Waveguide Grating Tömbös hullámvezetı rács Mőködési elv magyarázata: /A B.pdf 109

39 Arrayed waveguide grating AWG Great scalability Low losses Non reconfigurable It requires wavelength conversion Source: Robotiker, Andrea Bianco Redondo Networks 2008, Budapest C2V animation 110

40 Encoding / Decoding / Switching? 111

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

42 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 113