Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/vitmm130/ Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 6. alkalom (4. CT elıadás) 2012. Március 12., hétfı, IB.138, 10:15-11:45 http://opti.tmit.bme.hu/~cinkler/hsza/ Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu BME TMIT Tel: 1861, IE.319B TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
Vizsgaidıpontok? Max 3: (Május 16? szerda 10-12) Május 23 szerda 10-12 Május 30 szerda 10-12 (Június 6 szerda 10-12) 70
Sőrőbb virtuális vagy logikai topológia A probléma szemléltetése 1. 2. 3. 1. fizikai hálózat 2. virtuális utak rendszere 3. virtuális topológia 71
Pl. hullámhossz-rendszer segítségével 72
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
Függıleges Tagoltság: Többrétegő hálózatok Egy rétegő hálózat: Gyenge granularitás: 1 fényszál: 1-10 Tbit/s (DWDM: 100-200 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
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
Többrétegő adatátviteli architektúra Forrás: M. Scholten, Z. Zhu, E.H. Valencia, J. Hawkins: GFP, IEEE Communications Magazine May 2002 76
Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 77
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
Általánosított felülcimkézés Generalised Label Stacking Többrétegő architektúra Általánosított LSP-k Multilayer Architecture Generalised LSPs LSP λ fényszál fénykábel 79
Label Stacking or Swapping? Cimkecsere, vagy felülcímkézés? Más technológiákkal! LSP4 LSP3 LSP2 LSP1 LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 80
MPLS történelem ATM MPOA MPLS MPLambdaS GMPLS T-MPLS MPLS-TP 81
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
MPLS LER: Label Edge Router LSR: Label Switching Router FEC: Forwarding Equivalence Class LSP: Label Switched Path Label Swapping IP Router LER LSR 83
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
Az MPLS fejrész 32 bit = 4 byte ebbıl 20 bit a cimke 0 1 2 3 4 5 6 7 +-+-+-+-+-+-+-+-+ Label Entry Label: +-+-+-+-+-+-+-+-+ Label Value, 20 bits Label Exp: Experimental Use +-+-+-+-+-+-+-+-+ 3 bits Label Exp S S: Bottom of Stack +-+-+-+-+-+-+-+-+ 1 bit TTL TTL: Time to Live +-+-+-+-+-+-+-+-+ 8 bits 85
Az IP fejrész az MPLS fejrész Útvonalválasztás (routing) és adategység továbbítás (forwarding) 0 8 16 31 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
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
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
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
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
MLN/MRN www.ietf.org/rfc/rfc5212.txt 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 2008. 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
MLN/MRN www.ietf.org/rfc/rfc5339.txt 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 2008. 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 2008. 94
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
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
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
WDM kapcsolás áramkörkapcsolás - térkapcsolás Egyszerő, olcsó, gyors sem kell legyen sok megoldás van már 99
EDFA és tsai http://www.mrfiber.com/images/wideband_edfa-big.gif http://www.fibotec.com/fileadmin/layouts/bilder/edfa.jpg http://img.zdnet.com/techdirectory/_edfa.gif http://www.egfiberoptics.dk/useruploadimages/edfa.jpg 100
2 réteg: EPS + WDM Zöld? TDM λxc fibres wavelengths hybrid XC 101
Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 102
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
OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 104
OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 105
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 2007 106
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
108
AWG: Arrayed Waveguide Grating Tömbös hullámvezetı rács Mőködési elv magyarázata: www.c2v.nl/products/software/support/files /A1998003B.pdf 109
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
Encoding / Decoding / Switching? 111
Egy bonyolultabb OCDMA példa Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON 2007 112
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