Reti Fotoniche (Optical Networks) Fabio Neri Politecnico di Torino neri@polito.it

1. Reti Fotoniche (Optical Networks) Fabio Neri Politecnico di Torino neri@polito.it www.tlc-networks.polito.it 011 564 4076

2. Indice (II) • Esempi di reti ottiche di seconda generazione: • reti broadcast-and-select • anelli WDM • reti wavelength routing • Progetto di topologia logica e routing di cammini ottici • Cenni alle reti d’accesso • Commutazione ottica di pacchetti • Architetture di protocolli per reti ottiche • Cenni a gestione e affidabilità

3. Standardizzazione • ITU-T (International Telecommunications Union - ITU - Telecommunications Standardization Sector) e ANSI • G.872 “Architecture of optical transport networks” • G.ASON, “Architecture for the Automatic Switched Optical Network”, in fase di sviluppo • G.893 “Broadband Passive Optical Network” • IETF (Internet Engineering Task Force) • MPLS, MPlS, G-MPLS, IPO (IP over Optical) • OIF (Optical Internetworking Forum) • OIF UNI (User-Network Interface) 1.0 • Host Interoperability Demo (@Supercomm 2001) • ODSI (Optical Domain Service Interconnect)

4. ITU-T G.681 e G.872 OTN (Optical Transport Network) • Livello del canale ottico (optical channel - OC), comprendente i sottolivelli di canale (lightpath), sezione di multiplazione (mux/demux su un link) e sezione di amplificazione. channel channel connessione multiplex section multiplex section multiplex section amplifier section amplifier section amplifier section amplifier section WDM node WDM node WDM node amplificatore

5. Architetture di protocolli • Visto l’enorme successo di Internet, i protocolli dominanti negli strati alti delle architetture di rete sono applicativi Internet (WWW, e-mail, file transfer, ecc.) di tipo client-server, TCP o UDP a livello trasporto, per controllare e multiplare end-to-end i flussi di informazione, e IP come protocollo di rete. • Tra router IP Internet prevede sottoreti (LIS) a pacchetto, che possono essere realizzate con tecnologie diverse. All’interno di una sottorete possiamo avere funzionalità di commutazione (p. es. switch Ethernet, commutatori ATM, commutatori Frame Relay, ecc.).

6. 7 applicat. Internet applicat. Internet applicat. Internet applicat. 6 present. 5 session 4 transport TCP TCP TCP 3 network IP IP IP 2 data link data link ATM subnet 1 physical SDH WDM WDM OSI Basic Reference Model Internet Protocol Suite IP over WDM IP/ATM/SDH/WDM Architetture di protocolli

7. Duplicazione di funzionalità • IP, ATM, Frame Relay, SONET/SDH, WDM possono essere considerate tecnologie di commutazione che coesistono nelle reti attuali, pur introducendo significative sovrapposizioni di funzionalità, in quanto ciascuna tecnologia offre alcune caratteristiche specifiche: • IP: compatibilià con il mondo Internet - efficiente utilizzo delle risorse • ATM (o Frame Relay): ingegnerizzazione della rete - controllo del traffico - qualità del servizio • SONET/SDH: framing e sincronizzazione - gestione della rete - protezione da guasti - ampia disponibilità dispositivi • WDM: larga banda - insensibilità al bit-rate • switched Ethernet: alta velocità a basso costo in ambito locale

8. Modelli Peer e Overlay • Modello “overlay”: • router IP e OXC appartengono a due domini amministrativi diversi; si definiscono delle UNI (User-Network Interface) • la topologia della OTN non è nota all’esterno • i protocolli di segnalazione e instradamento sono diversi • i router IP possono richiedere la creazione di connessioni ottiche • Modello “peer-to-peer”: • stesso dominio amministrativo; router IP e OXC direttamente connessi • piena conoscenza della topologia • stessi protocolli di segnalazione e instradamento • i router IP possono richiedere connessioni ottiche con altri router • Modello “augmented”: • simile a overlay, ma con lo scambio sulle UNI di informazioni di routing

9. Modelli Peer-to-peer e Overlay Sonet UNI Sonet IP OXC overlay model UNI UNI OXC IP OXC UNI UNI IP (IP)OXC IP IP (IP)OXC IP IP (IP)OXC peer-to-peer model IP

10. IP over ATM over SDH OADM switch ATM router IP ATM introduce notevoli overhead (> 20%) e impone un paradigma a circuiti virtuali che mal si combina con IP

11. IP over ATM over SDH IP datagram PAD+CRC celle ATM (delimitazione con HEC) AAL5 trame SDH

12. Architetture di protocolli • Anche se alcune delle funzionalità viste possono essere inglobate in IP e lo strato ottico WDM è necessario per affrontare l’aumento di banda, serve comunque un livello 2 (data link) tra IP e WDM per delimitare le unità dati, garantire la sincronizzazione e fornire un controllo degli errori. Possibilità: • Gbit Ethernet • SONET/SDH e light-SONET • Optical Channel Digital Wrapper, attualmente draft per lo standard ITU-T G.709 • PPP over Simple Data Link (SDL), adattamento del Point-to-Point Protocol (PPP) a sistemi WDM • …

13. Protocolli di livello collegamento • Gbit Ethernet: compatibile con le reti locali; codifica 8B/10B poco efficiente; bassi costi; supporto alla gestione assente; 10 GbE? • PPP+HDLC: incapsulamento multiprotocollo; Link Control Protocol per gestire il collegamento; Network Control Protocol per gestire diversi livelli rete; controllo d’errore; delimitazione con flag e stuffing • SONET/SDH: controllo del jitter; gestione allarmi; protezione guasti; costi (ancora) elevati; dispositivi consolidati

14. OCh OAM OCh payload FEC Digital Wrapper: ITU-T G.709 IP SDH FDDI Eth. SDL ATM PDH • Funzionalità: • delimitazione delle unità dati • controllo delle prestazioni dello strato ottico • Forward Error Correction • protezione dell’anello e ripristino lunghezza d’onda per lunghezza d’onda

15. Qualità del servizio • Protocolli: • Integrated Services (IS) con Resource Reservation Protocol (RSVP) • Differentiated Services (DiffServ) • Constraint-Based Routing • Multi-Protocol Label/Lambda Switching (MPLS / MPlS) • Parametri: • banda (throughput) • probabilità di perdita • ritardio medio • variabilità del ritardo (jitter) • ritardo massimo

16. tabella tabella tabella MPLS / MPlS • Deriva dalle esperienze ATM e di IP su ATM, introducendo una nozione di circuito virtuale. • L’operazione base di commutazione, invece del “longest prefix match”, è una commutazione di etichetta (label). • Le etichette di ingresso e di uscita sono memorizzate in una opportuna tabella al momento della creazione del circuito virtuale. rimuovi etichetta rete MPLS MPLS edge edge MPLS aggiungi etichetta MPLS

17. MPLS / MPlS • Gli instradamenti (LSP: Label-Switched Path) sono decisi alla sorgente. • Esiste un protocollo di segnalazione (LDP: Label Distribution Protocol) per allocare le etichette. • Implica un passaggio da un paradigma “soft-state” ad un paradigma “hard-state”. • Permette l’ingegnerizzazione del traffico e la costruzione di reti private virtuali (VPN: Virtual Private Network) • Forza una separazione tra piano di controllo e piano di utente. • Sono previste funzionalità di aggregazione delle etichette (grooming) e gerarchie di etichette. • Nel caso MPlS le etichette sono delle lunghezze d’onda.

18. G-MPLS • G-MPLS è una proposta IETF per estendere MPlS in modo da costituire un piano di controllo in grado di supportare diverse tecnologie di commutazione: tempo, spazio, l, pacchetti. • Si prevedono tre piani: piano di trasporto, piano di controllo, piano di gestione. • Sono stati recentemente stilati diversi draft IETF su G-MPLS. • E’ previsto un Link Management Protocol (LMP): • Control Channel Maintenance • Link Property Correlation • Link Connectivity Verification • Fault Management

19. Architetture di protocolli 7 applicat. Internet applicat. Internet applicat. 6 present. 5 session 4 transport TCP TCP 3 network IP IP 2 data link MPLS subnet 1 physical OChDW WDM OSI BRM Internet Protocol Suite IP over WDM

20. ITU-T G.ASON: Automatically Switched Optical Network ASON control plane OCC NMI-A OCC OCC OCC Management NNI IrDI_NNI NMI-T UNI CCI User signaling Clients Clients e.g. IP, e.g. IP, OXC OXC OXC ATM, ATM, TDM IrDI TDM Optical Transport Network OCC: Optical Connection Controller UNI: User Network Interface CCI: Connection Control Interface NNI: ASON control Node Node Interface IrDI: Inter Domain Interface NMI: Network Management Interface

21. ITU-T G.ASON • L’architettura prevede tre piani: trasporto, controllo e gestione. I canali di controllo e gestione possono essere “in-band” o “out-of-band”. • Sono previste connessioni: permanenti, semi-permanenti e commutate • Sono previste tecniche di protezione a livello ottico. • Nel piano di controllo si gestiscono procedure di controllo di ammissione delle chiamate, di “policing”, di instradamento dinamico

22. CHP controllo trasporto burst Optical Burst Switching (OBS) • Proposta intermedia tra commutazione di pacchetto e commutazione di circuito, che sfrutta la separazione tra piano di controllo e piano di trasporto, o tra header e payload dei pacchetti. • Il “burst” è un insieme di bit di informazione (un “pacchettone”), assemblato ai bordi (edge) della rete e instradato in modo trasparente nel piano di trasporto. Viene preceduto di un tempo D di offset, tipicamente inferiore ad un ritardo di propagazione, da una richiesta di allocazione (Control Header Packet - CHP) inviata nel piano di controllo.

23. Optical Burst Switching (OBS) • Tale richiesta viene elaborata e instradata prima dell’arrivo del burst, preparando con debito anticipo gli apparati di commutazione. In caso di conflitti non risolubili vengono bloccati sia la richiesta (prima) sia il burst (dopo), evitando l’utilizzo di memorie per la risoluzione di contese. • La parte di controllo dei commutatori riserva con anticipo le risorse necessarie allo smaltimento del burst, implementando strategie di scheduling tra le richieste di burst non ancora transitati. • E’ possibile supportare diverse classi di servizio sia ritardando burst di classe inferiore, sia assegnando offset D maggiori alle classi di servizio più pregiate, in modo che vengano schedulate nei nodi prima di altre classi di servizio.