Redes Opticas
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Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE TELECOMUNICACIÓN Capítulo 9. Internet óptica Introducción REQUISITOS RED •Demanda tráfico mm ESCALABLE ESCALABLE •Crecimiento difícil de predecir •Distintos proveedores de servicios PROTECCIÓN PROTECCIÓNYY RESTAURACIÓN RESTAURACIÓN Internet óptica Introducción a WDM y DWDM FLEXIBLE FLEXIBLE RECONFIGURABLE RECONFIGURABLE VERSÁTIL VERSÁTIL •Más eficiente y económico 1 1 Introducción INTERNET ÓPTICA versatilidad reconfiguración protección restauración conexiones en malla Internet óptico Internet óptica 2 Conmutación de paquetes • En un futuro, la capa óptica podrá proporcionar servicio de conmutación de paquetes directamente en el dominio óptico. – Servicios de tipo circuito virtual / ¿orientado a conexión? – Servicios de tipo datagrama / ¿orientado sin conexión? – ¿Servicio burst switching / orientado a ... ? • El estado de esta tecnología se encuentra en su infancia: – Lectura/borrado de cabeceras puede realizarse en el dominio eléctrico dejando la carga en el óptico – No existen buffers/memorias óptic@s que no sean las puras líneas de retardo – Muchas funciones de control del nodo requieren de una inteligencia muy difícil de implementar en el dominio óptico • Estado actual de la normativa/protocolos? Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 3 2 Conmutación de paquetes: Internet optica Router/encaminador Óptico Sincronización, regeneración, contención ... 4 Internet óptica Conmutación de paquetes: Internet optica New λ Data Clock Routing & Forwarding New SCM label @ λj @ λi SCM Label IP Payload IP Header SCM Label RF label Recovery and erasure Fiber delay Wavelength conversion Label re-writing IP Payload IP Header Reloj, sincronismos ¿Cómo convertir la longitud de onda? ¿Cómo rescribir la etiqueta? Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 5 3 Introducción TECNOLOGÍAS • DWDM • OXCs • OADMs 6 Internet óptica Conmutación de paquetes: Internet optica Transmisión mediante paquetes ópticos procesados en dicho dominio en los routers Lectura y procesado de la cabecera en dominio eléctrico Payload+label IP Payload IP Header Guard Optical Label λ Payload Optical Label IP Payload IP Header λ label ¿Otra longitud de onda? Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 7 4 Conmutación de paquetes: Internet optica MPLS & Label Swapping Optical Label & packet at λi label Source Node AOLS core router Optical Label & packet at λj IP packet Filosofía de red: “No interacción capas eléctricas/ópticas” Egress edge Router with Ingress edge Router with AOLS interface AOLS interface Destinat Node AOLS core router Optical AOLS Core Network Conversión de λ Internet óptica 8 Integración de servicios Tendencias del tráfico Crecimiento de tráfico: 1998 - 2002 1500 1000 500 0 1998 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Año IP FR ATM 1999 2000 2001 2002 Internet Otros datos LL Circuit Switched Voz Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 1998 = 100 9 5 Epílogo: Evolución previsible Arquitectura de red actual Las redes de datos actuales tienen 4 capas (layer). Cada capa se administra independientemente de las demás. IP Transporte aplicaciones y servicios. ATM Traffic engineering, QoS. SDH Transporte. Monitorización y protección enlace. Capacidad. WDM Internet óptica 10 Integración de servicios Evolución del backbone IP Core Router n Eliminación del MUX (IP/MPLS) FR/ATM Switch MUX n Los requerimientos de tráfico IP alcanzan agregados SDH n Los routers de próxima generación incluyen interfaces SONET/SDH de alta velocidad Eliminación de la capa ATM v El MPLS (Multi-protocol Label Switching) en routers proporciona ingeniería de tráfico SONET/SDH sustituyendo las funciones ATM v Se elimina la necesidad de gestionar 2 capas (IP y ATM) n DWDM Internet óptica Introducción a WDM y DWDM Core Router (IP/MPLS) SONET/ SDH DWDM 11 6 Integración de servicios ¿Por qué tantas capas? Router MUX Conmutación paquetes Ajustes de velocidad entre los interfaces del router/switch Multiplexación y ganancia estadística SONET/SDH Conectividad total entre E/S Time division multiplexing (TDM) Restauración (varios segundos) Aislamiento de fallos ATM/Frame Relay switches Restauración (50ms) Hardware avanzado DWDM Ingeniería de Tráfico Gran ancho de banda Restauración (sub-segundos) Resultado: Integración de múltiples vendedores Multiples protocolos de multiplexación Incremento de los costes Internet óptica 12 IP over WDM Buscamos integrar IP lo más directamente sobre WDM Interfaz entre WDM e IP Necesidad de encapsulación Funcionalidades que hasta ahora proveen ATM y SDH Necesidad de definir una capa óptica estándar Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 13 7 SUB-CAPAS DE LA CAPA ÓPTICA Optical Channel OPTICAL Optical Multiplex Section Optical Transmission Section No se trata de una sola capa sino de 3 14 Internet óptica REQUERIMIENTOS DE GESTIÓN A NIVEL DE RED Management Capabilities Continuity Supervision Connectivity Supervision Maintenance Information Signal Quality Supervision Adaptation Management Protection Control Subnetwork Connection Supervision Management Communications Other Comms Needs OCh OMS ? ? ? ? ? ? OTS ? ITU-T G.872 Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 15 8 MODELO DE SERVICIO IP directamente sobre WDM IP entrega datagramas al servidor para su transporte IP CLIENTE SERVIDOR El OCh ofrece servicio a ráfagas contínuas de datos Optical Channel Optical Multiplex Section Optical Transmission Section Para introducir IP en los canales WDM se requiere una adaptación Internet óptica 16 NECESIDAD DE ENCAPSULACIÓN PDH SDH Frame Relay Gigabit Ethernet SDL etc… IP Encapsulation Optical Channel Optical Multiplex Section Todo sobre IP e IP sobre todo Optical Transmission Section Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 17 9 NECESIDAD DE ADECUACIÓN DEL TRÁFICO IP Partitioning/traffic mgmt Encapsulation ATM MPLS Optical Channel Optical Multiplex Section Optical Transmission Section Internet óptica 18 TRANSPORTE IP/WDM • Métodos para transportar paquetes IP sobre una red WDM – Encapsulación de IP sobre WDM • Pilas de capas existentes – IP sobre ATM sobre SDH sobre WDM – IP sobre ATM sobre WDM – IP sobre SDH sobre WDM ¨ POS (Packet Over Sonet) • Tecnologías emergentes – IP sobre SDL sobre WDM – IP sobre Gigabit Ethernet sobre WDM Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 19 10 Arquitectura de red IP sobre ATM • Es orientado a la conexión y requiere el establecimiento de un circuito virtual para cada flujo de datos. • Tamaño de celda ATM, 53 bytes, demasiado pequeño e incluso el menor paquete de datos IP, 64 bytes, debe ser partido en 2 celdas ATM. Esta partición irregular de los paquetes en las celdas suele dejarlas medio llenas. • Ventaja: ancho de banda disponible a precios competitivos • IP transportado sobre ATM presenta una carga útil del 80%, lo que puede ser aceptable en una red mixta de voz y datos (para las que está pensado ATM), pero no lo es en una red exclusiva IP, donde no está justificado esta pérdida del 20% del ancho de banda. • Se usa entonces POS, protocolo que simplemente mapea los datos en el área de carga de las tramas Sonet/SDH. 20 Internet óptica TRANSPORTE IP/WDM IP sobre SDH • SDH está totalmente estandarizado y aceptado • SDH presenta unas funcionalidades muy avanzadas: OAM&P, monitorización, adecuación del tráfico • Adición de interfaces SDH a los routers del backbone • Se hace uso del protocolo PPP Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 21 11 Arquitectura de red POS • Entre protocolo IP y Sonet, la RFC 1619 fija el uso del protocolo PPP (Point to Point Protocol). • PPP hace de enlace entre las dos, adaptando datos de una a otra, y sin ninguna capacidad de direccionamiento/enrutado, le falta además la posibilidad de ATM de conectar cualquier routers entre sí. • Se establecen múltiples enlaces para poder soportar la eventual caída de uno de ellos. Tal Talyycomo comose sedefine defineen enlas lasRFC RFC 1619 1619yyRFC RFC1662: 1662:en enPOS POSse seusan usan específicamente específicamentetramas tramasSTS-3c STS-3c • PPP no permite control de flujo: los (tres (tresSTS-1 STS-1concatenadas) concatenadas)con conlolo routers tendrán que disponer de que buffers mayores para lograr un quese seconsigue consigueun unancho anchode de banda throughput razonable. bandade de149.76Mbps. 149.76Mbps. Internet óptica 22 Arquitectura de red Desventajas de POS • Principal problema: pérdida de la capacidad de gestión del QoS que aporta ATM. • Este problema podría cobrar importancia cuando se extienda el uso de la telefonía IP y se requieran anchos de banda constantes que no sean bloqueados por el tráfico de datos. • En POS la gestión del QoS ha de añadirse en el mismo nivel de IP, en el nivel de red. Aquí es donde entra MPLS: cada router se usa además como switch, los paquetes llevan una cabecera que especificará una ruta óptimizada para consequir un determinado nivel de QoS. El único problema es el gran poder de procesado que se requiere en MPLS cuando se definen unas cuantas clases de servicio. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 23 12 COMPARACIÓN IP sobre ATM IP sobre SDH • Gestión del ancho de banda • Control del flujo • Direccionamiento y encaminamiento • Tolerancia a los fallos • Mayor eficiencia (introduce menos bytes de cabecera) • Sólo enlaces directos, ni direccionamiento ni encaminamiento Internet óptica 24 Integración de servicios IP sobre Gigabit Ethernet • Características : – Costes de equipos menores que los de SDH – Es versátil, soporta los servicios proporcionados por IP – No está optimizado para tráfico de voz – Escalable, ha pasado de 1Mb/s a 1Gb/s, y a 10 Gb/s – No mantiene un QoS aceptable en caso de fallo en la red – Gestión más simple – Se producen pérdidas de paquetes • Existen tendencias que sustituyen SDH por Gigabit Ethernet. • RPR (Resilient Packet Ring), protocolo para transportar datos IP, vídeo y voz sobre topologías en anillo conseguir una capacidad de restauración de 50 ms como SDH Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 25 13 Arquitectura de red Gigabit Ethernet • La arquitectura de protocolos de los anillos MAN y LAN será Gigabit Ethernet (muy probable). • Incluso a muy largo plazo esta es una de las opciones mejor consideradas para llegar a la red de acceso. • Extiende las capacidades de la red tradicional Ethernet a 1000 Mbps. • Tecnología que surge como respuesta a las necesidades crecientes de los usuarios. (El gran despliegue de LANs y las aplicaciones informáticas cada vez más complejas obligan a los usuarios a tener mayores anchos de banda para sus aplicaciones) Gigabit Gigabit Ethernet Ethernet (802.3z), (802.3z), surge surge como como extensión extensión natural natural de de las las normas normas Ethernet Ethernet 802.3 802.3 de de 10 10 yy 100 100 Mbps Mbps que que promete, promete, tanto tanto en en modo modo half half como como full full duplex duplex,, un un ancho ancho de de banda banda de de 11 Gbps, Gbps, asegurando asegurando además además lala compatibilidad compatibilidad con con todo todo elel parque parque instalado instalado Ethernet Ethernet de de 10 10 yy 100 100 Mbps. Mbps. La que La especificación especificación de de control control de de flujos flujos asegurará asegurará lala interoperatividad interoperatividad entre entre switches switches 26 que soporten yy100 Mbps Internet óptica soportenlalanorma normayylos losmás máslentos lentosde de10 10 100 Mbpsactuales. actuales. Arquitectura de red • Gigabit Ethernet • • - Elementos funcionales del desarrollo de la tecnología GEN - En modo half duplex conservará el método de acceso al medio CSMA/CD típico de Ethernet. Productos iniciales se basarán en tecnología de señalización física de Fiber Channel (adaptada para operar con velocidades de 1 Gps). Como anteriores soluciones Ethernet, soportará diferentes medios físicos, con distintos valores máximos de distancia: Conexión fibra óptica multimodo (max. 500 metros) Y monomodo (máx. 3 Km) Una conexión en cobre(máx. 25 m). Para el Internet óptico las soluciones útiles son las dos primeras. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 27 14 Arquitectura de red Cambios sobre CSMA/CD • Consisten en una característica llamada “extensión de portadora” (Carrier extension). - Esta característica incrementa la longitud de un medio portador sin alargar el tamaño mínimo de la trama Ethernet (64 bytes). • Otra característica es la llamada “ráfagas de paquetes” (paquet bursting): permite mejorar la eficiencia en las operaciones con paquetes pequeños permitiendo la transmisión de múltiples paquetes sobre un único acceso a la red. • Estas dos características mencionadas anteriormente solamente afectan al modo half duplex, las operaciones en full duplex solamente requerirán una versión Fast Ethernet de alta velocidad. Internet óptica 28 Arquitectura de red 10 Gigabit Ethernet • Marzo 1999: en la IEEE constituido un grupo de trabajo (HSSG High Speed Study Group), con la finalidad de desarrollar un estándar de 10 Gigabit Ethernet. • Los objetivos principales de este grupo de trabajo son: Soportar Soportar10Gb/s 10Gb/sEthernet Ethernetcon con22óó33veces veceselelcoste costede deGigabit GigabitEthernet. Ethernet. Mantener el formato de trama de IEEE 802.3. Mantener el formato de trama de IEEE 802.3. n Satisfacer los requerimientos de IEEE 802. n Satisfacer los requerimientos de IEEE 802. n Mantener compatibilidad con el flujo IEEE 802.3x. n Mantener compatibilidad con el flujo IEEE 802.3x. n Mantener tamaño mín/máx de la trama como en el estándar IEEE 802.3. n Mantener tamaño mín/máx de la trama como en el estándar IEEE 802.3. n Especificar un nivel de acceso al medio independiente. n Especificar un nivel de acceso al medio independiente. n Sólo operación full-duplex. n Sólo operación full-duplex. n Una capa MAC independiente de la velocidad para soportar 10Gb/s en LAN n Una capa MAC independiente de la velocidad para soportar 10Gb/s en LAN yycasi casi10Gb/s 10Gb/sen enMAN MAN n Soportar infraestructura n Soportar infraestructura de de cable cable ya ya existente existente así así como como lala nueva nueva 29 infraestructura. infraestructura. Internet óptica n n n n Introducción a WDM y DWDM 15 Arquitectura de red 10 Gigabit Ethernet • 10 Gigabit Ethernet es la versión "más rápida" de Ethernet • Añade cambios significativos (no soporta operación. half-duplex). • Ventaja: ofrece una solución de bajo coste para la demanda de ancho de banda siempre mayor. No sólo se proyecta bajo coste en las instalaciones, sino también es mínimo el coste de mantenimiento y gestión de la red, que podrían ser realizados por cuenta de administradores de red locales. • Otra ventaja: permitirá un switching más rápido, debido a que utiliza el mismo formato de trama que Ethernet: más fácil integrabilidad de las LAN, MAN y WAN. • Además no hay necesidad de fragmentación de paquetes, de reensamblado o de traducción de la dirección, eliminando así la necesidad de routers (mucho más lentos que switches). • 10 Gigabit Ethernet no proporciona QoS, que será proporcionada en niveles superiores, por el protocolo MPLS. 30 Internet óptica ALTERNATIVAS PARA IP/WDM IP WDM Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 31 16 Integración de servicios • Optical Internet: protocolos IP/MPLS + capa óptica • Integración IP sobre WDM necesidad de capa óptica que realice las funciones de las capas utilizadas hasta ahora • Tecnologías actuales de transporte IP sobre WDM – IP sobre SDH/SONET – IP sobre ATM – IP sobre Gigabit Ethernet – Tecnologías propietarias • DTM (Dynamic Transfer Mode) • MAPOS (Multiple Access Protocol Over Sonet) • DPT ( Cisco Systems) • WaveWrapper (Lucent Technologies) Internet óptica 32 Integración de servicios Alternativas propietarias • • • MAPOS o POL (Packet over Ligthwave) – Conmutación de paquetes no orientado a la conexión. Es una extensión de POS/IP/PPP/SDH/WDM DTM (Dynmic Tranfer Mode) – Conmutación de circuitos dinámica (topología en anillo) que proporciona transporte entre routers a través de canales, y permite el transporte óptico de información a altas velocidades. Proporciona cierta calidad de servicio. DPT(Cisco Systems) • Innovación de la tecnología IP+Optical (Cisco) que elimina niveles de equipo innecesarios para conectar IP directamente con fibra óptica. • Solución Packet Ring flexible y resistente,aplicación en MANs • Escalable • Restauración total del sistema en menos de 50 milisegundos • El DPT está basado en el protocolo SRP (Spatial Reuse 33 Protocol). Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 17 WaveWrapper La idea es: Ya que vamos a hacer algo nuevo, hagámoslo lo más independiente posible ¨ Evitar equipamiento SDH ¨ + Transparencia 34 Internet óptica G.709: Estructura de la trama de datos 1 4 G.709 16 O V E R H E A D 64 bytes 3824 PAYLOAD 4X3808 bytes Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 4080 F E C 4X256 35 18 Epí Epílogo: Evolució Evolución previsible Un plano de control común para gestionar la red: GMPLS. Multiplexació Multiplexación, Protecció Protección y Administració Administración en cada capa IP ATM IP/ MPLS SONET/SDH SONET/SDH DWDM DWDM IP/ GMPLS Thin SONET/SDH IP/GMPLS DWDM DWDM (D. W.) Conmutación óptica Conmutación óptica Menor coste de equipamiento y operacional Internet óptica 36 Arquitectura de red Modelo de dos capas Capa IP: •Servicios IP •Routers Núcleo Óptico Transporte Óptico (OXCs, WDMs,TDMs,Long-haul’s,...) n Funciones de la capa IP de los routers: • Creación de servicios • Multiplexación y ganancia estadística • Conectividad total E/S • Ingeniería de tráfico • Restauración (10 ms) • Adaptación de las velocidades de transmisión del abonado • Buffering y control de la congestión • Escalabilidad de Internet n Funciones de la Capa de Transporte Óptica: • Proporcionar formatos adecuados • Aislamiento de fallos and sectioning • Restauración (10 ms) • Supervisión • Medio de transporte (DWDM) con gran ancho de banda a coste eficiente • Grandes distancias de transmisión: enlaces long haul • Distancias de transmisión metropolitanas Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 37 19 Modelos de interconexión y servicios La estructura de control Red IP UNI OXC INNI Red IP UNI OXC INNI Subred Óptica OXC INNI Subred Óptica ENNI ENNI Red Óptica UNI UNI Otras Redes Otras Redes Internet óptica 38 Modelos de interconexión y servicios UNI • Draft UNI 1.0 – Gestión de conexiones bajo demanda – UNI-C y UNI-N – Plano de control: conjunto de funcionalidades que permiten gestionar y controlar el tráfico, la topología y el estado de la red bajo un entorno que ofrezca transparencia de servicio • Optical layer (no es realmente un plano de control) • Overlay • Peer • Augmented Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 39 20 Modelos de interconexión y servicios Modelos de interconexión • Overlay Model – 2 planos de control separados • Óptico e IP – Espacios de direcciones distintos – Enrutado: • Registros de direcciones IP y VPN – “Service Providers, ISP” Internet óptica 40 Modelos de interconexión y servicios Modelos de interconexión • Augmented y Peer Model – 2 planos de control no separados – Espacio de direccionamineto común – Diferencia: • Peer Model: conjunto único de comandos para la ejecución y el intercambio de información de control por la red • Augmented Model: existen comandos distintos para cada nivel: habrá unos comandos que corresponden al nivel óptico y otros al nivel de datos – Propietario Red=Proveedor Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 41 21 Modelos de interconexión y servicios Modelos de interconexión/Funciones • Establecimiento y mantenimientos de la topología de la red – Se platea reutilizar protocolos de tipo OSPF e IS-IS que mantienen bases de datos con información de la topolog´´ia de la red para su establecimiento inicial y su mantenimientos • Gestión de los caminos establecidos – Selección de caminos:Enrutamiento Restringido (Constrained-based Routing (CR)) – Instanciación de caminos: RSVP o CR-LDP • Restauración y activación de los caminos – MPLS Internet óptica 42 Arquitectura de red • Característica definitoria: está basada en sistemas DWDM. • Otra característica: los enlaces se establecen a través de - las distintas longitudes de onda. - routers de alta capacidad, que sustituyen a los tradicionales equipos de multiplexado y a los switches de ATM y SDH. Y como novedad... • La capacidad de “optical multiplexing” de los sistemas DWDM, les permite soportar servicios totalmente diferentes en cada una de sus longitudes de onda. • Las λ han sustituido a los canales de SDH y a los circuitos de ATM pero el resto de características, la configuración y el direccionamiento de estos sistemas sigue siendo el mismo. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 43 22 EL PLANO DE CONTROL Introducción Objetivo: construcción del plano de control para la capa óptica y definir la interacción entre la capa óptica y la capa IP. GMPLS (MPLS generalizado) -Info. sobre topología red -encaminamiento -señalización -protección y restauración Protocolos y algoritmos para el plano de control sobre la Internet óptica Internet óptica 44 Encaminamiento •Encaminamiento •Encaminamiento integrado integrado t t Peer Peer Model Model Las Las redes redes ópticas ópticas ee IP IP ejecutan ejecutan el el mismo mismo protocolo protocolo de de encaminamiento. encaminamiento. -OSPF -OSPF (Open (Open Shortest Shortest Path Path First) First) •Encaminamiento •Encaminamiento de de dominio dominio específico específico t t Augmented Augmented Model Model El El encaminamiento encaminamiento dentro dentro de de los los dominios dominios IP IP yy óptico óptico se se realizan realizan por por separado. separado. -BGP -BGP (Border (Border Gateway Gateway Protocol): Protocol): IBGP IBGP yy EBGP EBGP (Interno (Interno yy Externo) Externo) •Encaminamiento •Encaminamiento overlay overlay t t Overlay Overlay Model Model Se implementa un modelo que Se implementa un modelo que permite permite aa los los routers routers registrar registrar yy pedir direcciones externas. pedir direcciones externas. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 45 23 Señalización 2 opciones de protocolos de señalización basados en MPLS: •RSVP-TE (Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering) •CR-LDP (Constraint Routed-Label Distribution Protocol) Direccionamiento Cada OXC st Una dirección IP -Dirección IP única dentro de toda la red. -Pero además necesitamos conocer puerto concreto OXC: protocolo GMPLS t Etiquetas *Bidireccionalidad caminos! Internet óptica 46 Arquitectura de red Nucleo interno de la red • Formado por número reducido de nodos con capacidad elevada (TeraPops), que nunca superará el 10% de los POPs del núcleo de un ISP. • Los TeraPops estan interconectados preferentemente en una arquitectura mallada. POP (Point of Presence) se denomina al punto de interconexión entre la red interna de un proveedor de servicios para internet (ISP) y sus clientes externos. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 47 24 Arquitectura de red Núcleo interno de red • Más caracteristicas: - Los enlaces de dicho nivel cubrirán distancias largas (enlaces ultra-long-haul). - Las capacidades manejadas por los TeraPop deberán ser de 10 a 40Tbps. - Internamente, cada TeraPop consistirá en uno o más LSRs (Label Switch Router), switches ópticos y los correspondientes enlaces ópticos de largo alcance. Internet óptica 48 Arquitectura de red Externamente al núcleo: segundo nivel de jerarquía • Nucleo externo compuesto por POPs de menor capacidad (GigaPops). • Seguirán siendo enlaces de larga distancia, pero los nodos deberán soportar capacidades de hasta 10 Gbps. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 49 25 Arquitectura de red Externamente al núcleo: segundo nivel de jerarquía • Caracteristicas: - De los nodos de estos anillos colgarán las redes metropolitanas, cuya estructura puede ser muy diversa pero que en su mayoría adoptarán arquitecturas basadas en un anillo principal cuyos nodos volverán a ser GigaPops. - De estos nodos colgarán otras redes metropolitanas de menor tamaño o redes de área local. -En -En este este nivel nivel es es posible posible que que se se use use Gigabit Gigabit Ethernet Ethernet ee incluso 10 GbE, ya que se considera que en un futuro incluso 10 GbE, ya que se considera que en un futuro estas estas tecnologías tecnologías podrían podrían estar estar tan tan extendidas extendidas yy ser ser tan tan habituales habituales como como los los cablemodems cablemodems oo ADSL ADSL lo lo son son hoy hoy en en día. día. Internet óptica 50 Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE TELECOMUNICACIÓN MultiProtocol Label Switching MPLS Introducción a WDM y DWDM 26 1. Contenidos Estándares: Propuestas recientes centradas en la extensión de MPLS a las Redes Ópticas y aprovisionamiento de Conexiones Ópticas. Expectativas: Redes Ópticas proporcionarán una Rápida capacidad de restauración competitiva con la de los anillos SONET. Necesidad de agregar nuevas Características a MPLS Internet óptica 52 2. Introducción • WDM: Muy extendido en las actuales redes de transporte. • OXCs, OADMs: El despliegue de estos elementos es el siguiente paso en el desarrollo de redes ópticas reconfigurables. Creación bajo demanda de ‘lightpaths’. • Control Distribuido: … de los recursos ópticos. Último punto importante. Su consecución es crucial para lograr una red óptica reconfigurable. Muchas soluciones propietarias pero incompatibles entre ellas. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 53 27 2. Introducción • Plano de Control estándar: Operadores de telecomunicaciones, fabricantes de equipos y organismos de estandarización piensan que es imprescindible el desarrollo de un estándar para lograr compatibilidad de equipos. • MPLS: Conjunto de protocolos usados en las redes IP para la configuración de conexiones. Se pretende su extensión a las redes ópticas. MPλ MPλS: Fruto de los esfuerzos de IETF y OIF. Hasta la fecha sólo capaz de crear conexiones ópticas sin funcionalidad de restauración. Internet óptica 54 3. MPLS en redes IP • Desarrollado en un principio para redes IP. • Se usa principalmente para implementar conexiones virtuales o LSPs. Los paquetes asociados a un determinado LSP se identifican mediante etiquetas. • Aplicaciones: • Ingeniería de tráfico. • VPNs. • QoS para distintos servicios. • RESTAURACIÓN. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 55 28 3. MPLS en redes IP. LSR. • Encargados de guiar los paquetes de manera correcta por los LSPs. Disponen de una tabla de reenvíos y de la información que proporciona cada paquete… Internet óptica 56 MultiProtocol Label Switching I Introducción Se utiliza un encaminamiento salto a salto o por fuente para el establecimiento de las correspondencias etiqueta/FEC Se emplea una etiqueta nativa del medio Ofrece un transporte por sustitución de etiquetas multi-nivel (label swapping) Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 57 29 MultiProtocol Label Switching II Malentendidos con MPLS No es una tecnología para aprovechar el hardware ATM y no es “igual que ATM” No es un desarrollo que pretenda eliminar el encaminamiento IP y no es “sólo para redes IP” Así mismo tampoco es una solución para ofrecer QoS en IP Y sin embargo aprovecha el HW ATM, elimina la necesidad del encaminamiento en el núcleo y es capaz de ofrecer QoS en redes IP Internet óptica 58 MultiProtocolLabel Switching III Carácterísticas de MPLS Está orientado a la topología Separa las funcionalidades de encaminamiento y expedición Permite una Ingeniería del tráfico gracias al encaminamiento basado en limitaciones o explícito Resulta altamente escalable gracias a que permite convergencia y anidación de etiquetas Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 59 30 Generalized Multiprotocol Label Switching, GMPLS n GMPLS es una extensión de MPLS GMPLS extiende a MPLS para soportar multiples tipos de conmutación (no sólo a nivel de paquetes o celdas): n n Conmutación TDM (SDH/SONET) n Conmutación por longitud de onda (Lambda) n Conmutación de fibras o puertos físicos Utiliza la tecnología existente y la futura (por ej. comutación de paquetes en el dominio óptico) n n Facilita la evolución paralela en el dominio IP y en la transmisión óptica 60 Internet óptica GMPLS. Extensiones en el enrutamiento 1. OSPF informa a todos los nodos cada nueva petición de conexión inundando y determina la ruta óptima (no siempre será la más corta). Todos los nodos dispondrán la misma base de datos de la topología de la red. CR-LDP aprovecha para sugerir las futuras etiquetas de respuesta #25 #214 2. Nodos responden con etiquetas (aceptadas o no). Se establece una única etiqueta por router y destino #25 #214 #7 #53 #53 #465 #74 #465 #74 #34 #25 #98 #25 Nodo desestima sugerencia #98 Info de enrutamiento de OSPF Internet óptica Etiquetas unidireccionales Introducción a WDM y DWDM 61 31 GMPLS. Extensiones en el enrutamiento Los LSP’s que converjan a un enlace apilarán sus etiquetas estableciendo una jerarquía de etiquetas. La etiqueta de orden superior será común para ambos La jerarquía en los LSP servirá para agrupar tráfico destinado a diferentes dominios. Se realiza mediante el apilamiento de etiquetas Misma etiqueta La diferencia con las conexiones tipo circuito virtual es que así se emplea tan sólo una única etiqueta por router y destino Misma etiqueta Misma etiqueta ESCALABILIDAD vs GRANULARIDAD Enlace ionado congest Nodo de baja capacidad La extensiones de OSPF no seleccionarán siempre las rutas más cortas sino las óptimas 62 Internet óptica GMPLS. Extensiones en el enrutamiento nEtiquetas n Etiquetas MPLS: n cabecera de paquetes n celdas GMPLS: n Etiquetas MPLS n slots tiempo n longitudes de onda n fibras Los LSPs pueden establecerse desde cualquier nivel de la jerarquía pero siempre deben comenzar y terminar en interfaces del mismo tipo. Nodos podrán ver de este modo como adyacentes a nodos remotos Nube PSC Nube TDM Nube LSC Nube FSC Fibra 1 Fibra n Nube LSC Nube TDM l LSPs LSPs Slots tiempo Nube PSC Agregado (Bundle) LSP-PSC LSPs de Paquetes (etiquetas explícitas) LSPs Slots tiempo LSP-TDM LSP-LSC l LSPs LSPs Fibra (Multiplexación de LSPs de menor orden) Internet óptica Introducción a WDM y DWDM LSPs de Paquetes (etiquetas explícitas) (Demultiplexación de LSPs de menor orden) 63 32 GMPLS. Extensiones en el enrutamiento n Establecimiento de LSPs bidireccionales: No se trata de establecer 2 LSP’s unidireccionales Se establece el LSP upstream y se sugiere es downstream. Este podrá aceptarse o no. n Reduce los tiempos de establecimiento del LSP (anticipa la configuración de los nodos upstream) n Aceptación de la etiqueta sugerida n Mejora tiempos de restauración n Minimiza la probabilidad de bloqueo en redes con limitaciones 64 en la conversión la longitud de onda Internetde óptica MultiProtocol Label Switching V Orientación a la topología I #216 D #963 #14 #612 D D #99 #5 D D D D D #462 #311 La información para la distribución de etiquetas viene proporcionada por información de routing Internet óptica Introducción a WDM y DWDM D 65 33 MultiProtocol Label Switching VI Orientación a la topología II #216 #14 #311 #99 #311 #963 #311 #963 D #462 #14 #612 #311 #5 #99 Label Switched Path Internet óptica 66 MultiProtocol Label Switching VIII Escalabilidad de MPLS I • LSPs con un único punto de salida y que compartan un camino interno común, pueden unirse para formar un arbol multipunto a punto de destino. • Para un LSR, la operación de unión resulta sencilla: ambos LSPs entrantes realizarán una operación estándar de conmutación de etiquetas, pero ambas conmutaciones darán como resultado la misma etiqueta de salida, es decir los LSPs (o las etiquetas que los denotan si se prefiere) confluyen en algún punto de ese arbol. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 67 34 MultiProtocol Label Switching IX Escalabilidad de MPLS II • Para permitir que los LSPs crucen uno o varios sistemas autónomos durante el tránsito, la arquitectura MPLS proporciona mecanismos para encapsular un LSP inter-dominio entre dos routers de borde a través de un LSP intra-dominio, a este concepto se le denomina “jerarquía”. Internet óptica 68 MultiProtocol Label Switching X Escalabilidad de MPLS III • Dos o más LSPs pueden agregarse (si comparten una porción de su camino) añadiendo tan sólo una nueva etiqueta en la pila de etiquetas de cada LSP, se produce así una agregación de los LSPs en un único LSP túnel. • Los LSPs agregados pueden terminarse en cualquier punto, resultando en una desagregación del tráfico. El mecanismo de pila de etiquetas permite el encapsulado de LSPs para su enlace o anidación a cualquier nivel. Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 69 35 MultiProtocol Label Switching XI Escalabilidad ¨ Tunelling Principal aplicación: REDES PRIVADAS VIRTUALES Internet óptica 70 MultiProtocol Label Switching XII Traffic Engineering No es exactamente una característica sino una funcionalidad que ofrece MPLS Permite distribuir el tráfico sobre la red empleando caminos más seguros o menos utilizados, mejorando de este modo el comportamiento de la red haciéndola más eficiente, optimizando su uso, etc... El objetivo de la ingeniería del tráfico es utilizar los recursos de la red del modo más eficiente posible para maximizar el rendimiento Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 71 36 Constraint-based Routing Ejemplo : (enlaces con suficientes recursos) AND (enlaces de un tipo determinado) AND (enlaces con retardo menor de 200 ms) & & Camino Explícito = 72 Internet óptica MultiProtocol Label Switching XIII VENTAJAS INCONVENIENTES Granularidad, MPLS sólo considera tráficos agregados Orientación a la topología Envío simplificado Ingeniería del tráfico QoS en IP (excelente sinergia con DiffServ) Implementaciones propietarias Facilita la integración de IP sobre ATM Elimina problemas de “n2” y “tasa de celda” Internet óptica Introducción a WDM y DWDM Modularidad 73 37 AONs TENDENCIAS I Interfaces de los routers más rápidos 2.5 Gbps y 10 Gbps en la actualidad, 40 Gbps? Nº Longitudes de ondaKK De 8 a 40 en pocos años Fabricantes ya han anunciado equipos de más de 100 longitudes de onda ⌧Capacidad incrementada por fibra ⌧Funciones avanzadas a nivel de longitud de onda, por ejemplo conmutación de etiquetas (MPλS) Internet óptica 74 AONs TENDENCIAS II • Desplazamiento del encaminamiento a las capas más bajas – Implementación del mecanismo de forwarding en el nivel de enlace de datos cuando sea posible – El encaminamiento en el nivel físico (p.ej. en longitud de onda) minimizaría el retardo debido al procesado • Menos conversión de protocolos entre particiones de la red – Ahorros potenciales en los costes de la red – Menos complejidad de la red ¨ Gestión + sencilla • En esta línea se contempla la extensión de Gigabit Ethernet de entornos LAN a MAN (y WAN?) Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 75 38 AONs TENDENCIAS III • Nuevos protocolos adaptados a IP sobre WDM – Varios protocolos desarrollados específicamente para la encapsulación & transporte de paquetes IP sobre un backbone WDM – Soluciones propuestas: • Propietarias (Cisco: DPT, Lucent: SDL, Wavewrapper) • Abiertas (MAPOS, LAPS) • Conmutación fotónica de paquetes/etiquetas – Existen multitud de desarrollos e investigación en esta línea en todo el mundo 76 Internet óptica CONMUTACIÓN FOTÓNICA ¿Por qué? ¿Por qué no? Crecimiento del tráfico de paquetes Uso eficiente de la transmisión Encaminamiento dinámico Protección eficiente Transparente a todos los clientes Capacidad a bajo precio disponible Granularidad Elementos de red costosos Gestión compleja Multiplexación estadística en las capas más altas Suficiente transparencia al servicio disponible Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 77 39 CONMUTACIÓN FOTÓNICA • Conmutación fotónica de circuitos – Retardo de set-up = Round-trip time – Nº limitado de longitudes de onda ¨ Conectividad limitada – No adecuado para tráfico a ráfagas y sesiones de corta duración • Conmutación fotónica de paquetes/celdas – La carga útil y su cabecera son enviadas conjuntamente – Necesidad de almacenar la carga útil mientras se procesa la cabecera – Elevada cabecera de control debido al pequeño tamaño de el paquete/celda • Conmutación fotónica de ráfagas ópticas (OBS) – Combina lo mejor de las dos alternativas anteriores al tiempo que evita sus inconvenientes 78 Internet óptica CONMUTACIÓN FOTÓNICA Comparación Alternativas para la conmutación fotónica Utilización Latencia del ancho (Set-up) de banda Buffers ópticos Proc./ Sinc. cabecera Adaptabilidad (por unid. (tráfico&fallos) datos) Disponibilidad de la tecnología Circuito Baja Alta No Requeridos Baja Baja Total Paquete/ Celda Alta Baja Requeridos Alta Alta Laboratorio y prototipos Ráfaga Media Baja No requeridos Media Media Casi total La diferencia está realmente aquí Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 79 40 OBS (Optical Burst Switching) • Se ejecutaría sobre los OXCs WDM • Emplearía una longitud de onda de control dedicada entre las entidades IP – Para los paquete de control de encaminamiento • Para enviar datos, primeramente un paquete de control establece una conexión – Reserva unidireccional basada en el tiempo de offset • Entonces, la ráfaga de datos se encamina a través de las entidades IP intermedias más adecuadas – Se reduce la latencia y la carga de procesado en los routers IP • Se trata de un acercamiento muy similar a MPLS Internet óptica 80 PPS (Photonic Packet Switching) La carga útil y la cabecera pueden ser procesadas en común o por separado Formato fijo de la cabecera y la carga útil A (SDH, ATM, IP) Carga útil transparente al servicio y cabecera de formato fijo B (Digital Wrapper) Carga útil ópticamente transparente y cabecera con procesado electrónico C (Prototipos y demostradores) Todo-óptico, carga útil y cabecera D (Laboratorio) Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 81 41 PPS (Photonic Packet Switching) Canal TDM Asociado Carga útil Cabecera de longitud fija Cabecera sobre portadora RF o tono piloto Cabeceras combinadas en una longitud de onda trabajando como etiqueta óptica Longitud de onda de cabeceras 0 Tiempo de guarda de cabecera Tiempo de guarda de paquete Carga útil Guía de la cabecera Paquetes asíncronos Carga útil de la longitud de onda 1 Carga útil de la longitud de onda 2 Carga útil sin tiempo de guarda Carga útil de la longitud de onda 3 Longitud de carga útil variable (ráfaga) Internet óptica 82 MPλS • Work in progress de la IETF • Aprovechamiento del plano de control para TE desarrollado para MPLS en las AONs – Aprovecha sinergia entre: • • • • Separación planos de control y de datos Similitudes entre OXCs y LSRs Similitudes entre LSPs y caminos ópticos Similitud de asignación de etiquetas y asignación de longitudes de onda Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 83 42 MPλS WDM puede soportar LSPs MPLS La etiqueta MPLS apunta a un canal en longitud de onda OXCs dinámicos bajo plano de control de MPLS: ⌧establecimiento de un LSP ≡ reconfiguración de un OXC Solución posible: etiqueta MPLS = λ ¿Cuantas λ se necesitan? ⌧Las longitudes de onda se reutilizan en los nodos de la red ⌧40 longitudes de onda por fibra resultaría adecuado Empleo de λs para la diferenciación de servicios Diferentes rutas con diferente QoS Implementación de VPNs 84 Internet óptica Redes todo ópticas ATM IWU ATM Paquetes IWU IWU Nodo de conmutación de paquetes óptico ATM Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 85 43 Redes todo ópticas Internet óptica 86 Aplicaciones de MPLS • IP+QoS : tres posibilidades... Calidad de servicio: DiffServ Mejora de la capacidad del enlace: los routers IP controlan el ancho de banda del enlace enlaces WDM recurso compartido multiplexado estadístico de los paquetes IP QoS mediante encaminamiento en longitud de onda los routers IP son evitados en el dominio óptico por medio de los OXCs QoS por medio de conmutación de etiquetas(MLPS) Modelo DiffServ del IETF Modelos IETF IntServ+RSPV: solución compleja y poco escalable DiffServ DiffServ: consigue diferenciar niveles de servicio en una red de forma escalable, con diferentes prioridades. Emplea campo ToS (Type of 87 Service) del paquete IP, octeto InternetDS. óptica Introducción a WDM y DWDM 44 Aplicaciones de MPLS: DiffServ • Características – Consigue diferenciar niveles de servicio en una red de forma escalable – Ofrece interoperabilidad con nodos que no soporten el modelo – Clasificación y agregación de tráfico – Los paquetes se clasifican y marcan para recibir un tratamiento específico por salto en la ruta, llamadas PHBs (per Hop Behaviour) – Se extrae la clasificación del tráfico al extremo de la red (nodos frontera) y en el interior se procede según la PHB ( en cada nodo) Dominio DS • Funcionamiento Conjunto de nodos DS que operan con una política común de provisión de servicios – Se extrae la clasificación del tráfico al extremo de la red Dominio DS y en el interior se procede según la PHB – Si un nodo no soporte DiffServ aplica servicio normal Best Effort pero no Nodo frontera Nodo frontera Entrada DS Salida DS rechaza la conexión Nodos Interiores DS SLA SLA 88 Internet óptica Aplicaciones de MPLS: DiffServ • Bloque clasificador de paquetes: selecciona paquetes en base a: – Clasificador de Agregados de Comportamiento (BA): selecciona paquetes basándose exclusivamente en el campo DS – Clasificador MultiCampo (MF): se basa en varios campos • Bloque medidor de tráfico (SLAs, TCAs): – SLA, Acuerdo de Nivel de Servicio: especifica el servicio que recibirá el usuario – TCA, Acuerdo de Acondicionamiento de Tráfico: especifica reglas de clasificación, perfiles de tráfico, marcado, descarte, y adaptación aplicable a los flujos de tráfico Medidor • Bloque marcador de los paquetes • Bloque conformador del tráfico • Bloque descartador de paquetes Adaptación Paq. Clasificador Internet óptica Introducción a WDM y DWDM Marcador Elementos de un nodo DS frontera de entrada Descarte 89 45 Aplicaciones de MPLS: DiffServ • PHB se marca en el campo DSCP del byte DS 6 2 PHB CU DSCP DSCP: Differentiated Services CodePoint PHB: Per-Hob Behavior CU: Currently Unused • Grupos de PHBs – Assured Forwarding (Reenvío Asegurado) • Diferentes niveles de seguridad de reenvío de paquetes IP en un dominio DS – Expedited Forwarding (Reenvío Expedito) • Implementa servicio de extremo a extremo de bajas pérdidas, baja latencia, y baja variación de retardo, a través de dominios DS • Servicio Premium (solo un nivel de calidad) • Ejemplos: vídeoconferencia, voz sobre IP. Internet óptica 90 Aplicaciones de MPLS: Redes Privadas Virtuales, VPNs • VPN: conexiones realizadas sobre una infraestructura compartida, con niveles de seguridad y funciones equivalentes a las de una red privada • Tipos: – VPN tradicional, sobre Frame relay o ATM – IP VPN Túnel sobre IP : asociación permanente entre dos extremos • Los túneles IP se establecen de dos maneras: protocolo IPSec del IETF(nivel 3) o encapsulamiento de paquetes privados (IP u otros) sobre una red pública IP de un NSP(nivel 2) • Inconvenientes: conexiones punto a punto (PVCs ó túneles) configuración manual problemas de crecimiento la gestión del QoS no se puede mantener extremo a extremo a lo largo de la red 91 Es un modelo topológivo superpuesto Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 46 Aplicaciones de MPLS: VPNs • VPN basada en MPLS conexiones IP a una “nube común” o VPNs que se implementan mediante los caminos LSPs creados por el mecanismo de intercambio de etiquetas MPLS • Diferencia: la información de los usuarios se transporta gracias al mecanismo de intercambio de etiquetas, que no ve para nada el proceso de routing IP • Ventajas: – modelo “acoplado” la red MPLS conoce la existencia de las PVCs – más sencilla – una conexión nueva afecta un solo router – QoS de extremo extremo – utiliza ingeniería de tráfico Internet óptica Introducción a WDM y DWDM 92 47
