Távközlő hálózatok és szolgáltatások Optikai Gerinchálózati (Transzport) Technikák Második rész (2./2) Cinkler Tibor BME TMIT 2016. május 17. Kedd 12:15-13:45 K.234
2D MEMS: Micro Electro-Mechanical Systems Mikro elektro-mechanikai rendszerek két dimenziós 2
3D MEMS a 3D tükröcskék Forrás: Lucent 3
3D MEMS Működési elv Electrical Cables Input MEMS Array Input Optical Fiber Bundle Electrical Cables Output MEMS Array Hermetic Enclosure Forrás: Lucent Output Optical Fiber Bundle 4
Buble-switch: Buborék kapcsoló Forrás: Agilent 5
Egyéb kapcsoló és rendező megoldások Iránycsatoló (Directional Cuppler) Prisma Switch Thermo-optical Liquid Chrystal Accusto-optical Piezo-electric... Liquid Cell to Rotate Polarization Beam Displacer - Voltage + Liquid Crystal Input 1 Input 2 +V Electrodes LiNbO 3 Output 1 Output 1 Lead Zirconate Titanate (PZT) Polymer Lithium niobate (LiNbO3) 6 Bacteriorhodopsin
Többrétegű optikai hálózatok 7
Optikai hálózatok fejlődési mérföldkövei Optikai Hálózati Funkcionalitás statikus dinamikus többrétegű Mesh Networks: OTN Ring Networks Point to Point WDM Links csomagkapcs Optical Packet Switching Optical Burst Switching Multilayer Switching: ASTN Wavelength Switching: ASON 1995 2000 idő 8
Többrétegű optikai hálózatok Egy rétegű hálózat: Gyenge granularitás: 1 fényszál: 1-10 Tbit/s (DWDM: 100-200 λ) 1 λ csatorna: 10 vagy 100 Gbit/s 1 STM-64 (10 Gbit/s): 64 x STM-1 (155 Mbit/s) További rétegek a finomabb granularitáshoz Több rétegű hálózat: Bonyolult vezérlés és Menedzsment (Control & Management) Útvonalválasztás (Routing) Forgalomterelés (TE: Traffic Engineering) Hibatűrőképesség (Resilience) Kétszerezett vagy többszörözött funkciók 9
Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 10
GMPLS/ASTN Dinamikus (Kapcsolt) és Többrétegű Dynamic (switched) & Multilayer IETF GMPLS: Generalised Multiprotocol Label Switching ITU-T ASTN: Automatic Switched Transport Network PSC L2 TSC SC 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) 11
Általánosított felülcimkézés Generalised Label Stacking Többrétegű architektúra Általánosított LSP-k Multilayer Architecture Generalised LSPs LSP fényszál fénykábel 12
Cimkecsere, vagy felülcímkézés, vagy cimkehámozás? Label Stacking or Swapping or Stripping? LSP4 LSP LSP3 G.709 LSP2 λ LSP1 fényszál LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 13
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 14
Routing, TE & Resilience jövő? : Integrált, automatikus, elosztott! Függőleges együttműködtetés vagy integrálás? DP n+2 DP n+1 MP CP DP n DP n-1 15
MPLS MPLS-TP 16
MPLS és MPLS-TP MultiProtocol Label Switching: Többprotokollos Címkekapcsolás Mérés volt ebből Egységes IP/MPLS vezérlősík ATM-re hasonlít, de egyszerűbb (Asynchronous Transfer Mode) Cimkekapcsolás (csere, felülcimkézés, hámozás) Virtuális utak mentén (Cimkekapcsolt út: LSP) TE: Forgalomterelés (Traffic Engineering) VPN: Virtuális magánhálózat (Virtual Private Network) MPLS-TP: szállítási profil az MPLS-hez 17
MPLS fejrész: 32 bit Fejrészr: 32 bit = 4 byte Címke: 20 bit 0 1 2 3 4 5 6 7 +-+-+-+-+-+-+-+-+ Label Entry Label: +-+-+-+-+-+-+-+-+ Label Value, 20 bits Label Exp: Experimental Use +-+-+-+-+-+-+-+-+ 3 bits (CoS) Label Exp S S: Bottom of Stack +-+-+-+-+-+-+-+-+ 1 bit TTL TTL: Time to Live +-+-+-+-+-+-+-+-+ 8 bits cinkler(o)tmit.bme.hu 18
Az IP és az MPLS Fejrész Útvonalválasztás és Továbbítás Routing and 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 cinkler(o)tmit.bme.hu 19
MPLS LER: Label Edge Router (perem cimkekapcsoló) Útvonalválasztás és cimkterjesztés Routing and Label Distribution LSR: Label Switching Router (cimkekapcsoló) Továbbítás és cimkecsere Forwarding and Label Swapping LER IP Router FEC: Forwarding Equivalence Class továbbítási egyenlőségi osztály LSP: Label Switched Path cimkekapcsolt út LSR 20
MPLS: Hogyan működik? LSP Forwarding Table (továbbítási táblázat) címke fel if 7, label 18 if 9, label 18 if 17, label 22 if 19, label 22 if 321, label 3 if 45, label 3 címke le LER Számértékek nem kellenek vizsgára! if 9 LSR if 17 label 18 LER if 7 IP Router label 22 LSR if 19 if 321 label 3 if 45 LER 21
MPLS-TP: szállítási profil az MPLS-hez MPLS-TP (ITU-T és IETF öszefogás) MultiProtocol Label Switching Transport Profile vagy Transport-Profile for MPLS Valami az SDH/OTN és IP/MPLS között SDH/OTN jellegű: áramkörök, OAM, menedzsment, védelem IP/MPLS jellegű: vezérlősík, csomagok, útvonalválasztás Ethernet keretek szállítására CGE: Carrier-Grade Ethernet CCE: Carrier-Class Ethernet PTT: Packet Transport Technologies Konkurencia: IEEE PBB-TE Provider Backbone Bridging Traffic Engineering 22
Hálózatok védelme és rendelkezésre állása (Protection and Availability) Alapfogalmak Feladatok Funkciók Technikák 23
Hálózatok ellenségei? DRCN 2013 Budapest, cinkler@tmit.bme. 24
És még kettő... 25
Védelem, hibatűrés Védelmi és helyreállítási mechanizmusok Magas rendelkezésre állás (Availability) A= ((0.9999 - ) 0.99999 0.999999) A = üzemi idő egy év alatt / egy év A = 1 - MTTR / MTBF MTTR: Mean Time To Repair MTBF: Mean Time Between Failures Elemek sorosan csökkenti a rendelkzésre állást Elemek párhuzamosan növeli a rendelkzésre állást Védelem drágább üzeminél! CAPEX + OPEX 1:1 Hozzárendelt védelem mégis használatban 26
Mire terjed ki a védelem? Szakasz (Link) Szegmens (Segment / Span) Végtől-végig / út (End-to-end / Path) 27
Hozzárendelt vagy megosztott? Dedicated vs. Shared Protection Üzemi utak Working Paths 5 3 4 5 3 4 Védelmi utak Protection Paths 3 4 Dedicated: 3+4+5=12 Shared: Max{3,4,5}=5 Dedicated: 3+4+5=12 Shared: Max{3+4, 5} = 7 DEDICATED: - More resources needed + Higher availability + Simpler to calculate SHARED: + Less resources needed - Single failure at time assumed: Lower availability 28
Optikai Hálózatok Jövője 29
Jövő? Optikai Csomagkapcsolás? OOFDM / Nyquist WDM? Chaining/Orchestration, Slicing, Sharing, SDN/NFV (VNF), Cloud 30
* Optikai hálózatok fejlődési mérföldkövei Optikai Hálózati Funkcionalitás statikus dinamikus többrétegű Mesh Networks: OTN Ring Networks Point to Point WDM Links csomagkapcs Optical Packet Switching Optical Burst Switching Multilayer Switching: ASTN Wavelength Switching: ASON 1995 2000 idő 31
OBS/OPS Photonic Time Slot Switching (időrés kapcsolás) Optical Flow / Burst / Packet Switching (OFS / OBS / OPS) (Folyam / Börszt / Csomag kapcsolás) Börsztös forgalomra (rövid ideig nagy sávszélesség) - nincs idő összeköttetés-felépítésre - nem érdemes lefoglalva tartani az erőforrásokat 32
* Egy OBS hálózati példa. Border Node control-chanel.. Core Node ofset OBS network data-chanel. OBS link Source: COST 266 WDM alapú átvitel Pufferek a peremen Börsztképezés a peremen Külön vezérlőcsatorna Torlódáskor Újraküldés Más hullámhossz Deflection (eltérítés) Pufferelés 33
OPS: Optikai csomag (időrés) kapcsolás Vezérlés fejrész alapján Optikai jelfeldolgozás még alig van O átvitel E vezérlés O/E + el. ctrl Guard Time (védőidő) Csomagok közt Fejrész és rakomány közt Payload Guard Time Header time Payload Header Payload Guard Time time 35
* Switched Delay Lines (SDL) Kapcsolt késleltető vonal Optikai puffer helyett Csillapítás Erősítés Legfeljebb néhány időrésre Slow Light? T T T 2x2 2x2 2x2 2x2 T T T 2x2 2x2 2x2 2x2 36
Jövő? Optikai Csomagkapcsolás? Egyelőre NEM! OOFDM / Nyquist WDM? Chaining/Orchestration, Slicing, Sharing, SDN/NFV (VNF), Cloud 37
Rugalmas spektrumú hálózatok (O-OFDM) OFDM: Orthogonal Frequency-Division Multiplexing O-OFDM: Optical OFDM SpectrumElasticMukherjee_06148192_002.pdf G. Zhang, M. De Leenheer, A. Morea, B. Mukherjee A Survey on OFDM-Based Elastic Core Optical Networking IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS Ahol már használták: IEEE 802.11 a/g WiFi WiMAX LTE DAB és DVB DSL 38
Hogyan működik az OFDM? Többhordozós moduláció Minden hordozó kissebességű adatot visz Míg WDM nagy táv kellett a csatornák között OFDM-nél átlapolódhatnak az ortogonalitás miatt WDM és O-OFDM jelek spektruma 39
O-OFDM Source: G. Zhang, M. De Leenheer, A. Morea, B. Mukherjee: A Survey on OFDM-Based Elastic Core Optical Networking, IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS, 2012 6/40
Útvonalválasztás és spektrumallokáció S 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 4 A 3 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 D B 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 2 SABD: 7 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 SBD: 6 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 41
Ortogonalitás Amikor egy segédhordozó spektruma csúcsosodik, akkor a többi segédhordozónak 0 pontja van - itt mintavételezünk Ortogonalitás Hatékony spektrumhasználat 42
Időtartományban 43
Hagyományos és Spektrum-rugalmas 45
Nyquist WDM az OOFDM inverze OOFDM -1 http://www.hhi.fraunhofer.de/en/fields-ofcompetence/photonic-networks-and-systems/researchtopics/optical-core-networks/optical-transportnetworks/ofdm-nyquist-wdm.html Nyquist wavelength-division multiplexing (N-WDM), is based on the use of optical pulses having an almost rectangular spectrum, with bandwidth ideally equal to the Baud-rate. (http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5471215&tag=1) 47
O-OFDM és Nyquist WDM O-OFDM: Időben szögletes - frekvenciában sin(x)/x Segédvivők frekvenciatartományban ortogonálisak (Subcarriers orthogonal in the frequency domain) Jobb spektrális hatásfok (Better spectral efficiency) N-WDM: Frekvenciában szögletes - időben sin(x)/x Forrás: I.P. Kaminov: Optical Fiber Telecommunications, systems and networks, Elsevier 2013 48
Jövő? Optikai Csomagkapcsolás? OOFDM / Nyquist WDM? Chaining/Orchestration, Slicing, Sharing, SDN/NFV (VNF), Cloud 49
Új hálózati irányzatok (trendek) Slicing (Szeletelés) Hálózati erőforrások (szolgáltatások) felbontása (vágása) kisebb egységekre, részekre Chaining and Orchestration (Összefűzés és összehangolás) Kisebb egységekből nagyon gyorsan összeállítható funkciók, szolgáltatások Sharing (Megosztás) A hálózati infrastruktúra bármely részének megosztása SDN/NFV (VNF) Software Defined Network / Network Function Virtualisation (Virtualized Network Functions) Szoftver-definiált hálózat / Hálózati funkció virtualizálása (Virtualizált hálózati funkciók) Nem ugyanazon a vason fut ami kapcsol, hanem egy virtuális gépen Cloud (Felhő) A virtuális gép lehet bárhol, sőt lehet bármelyik Műszaki- és Mérnök-Informatikusok előnyben! Itt is! 50
51