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Reti MPLS e GMPLS Una sfida tecnologica Un caso di studio per la statistica del traffico Francesco Lazzeri Roma, 4 Luglio 2001.

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1 Reti MPLS e GMPLS Una sfida tecnologica Un caso di studio per la statistica del traffico Francesco Lazzeri Roma, 4 Luglio 2001

2 Agenda Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi : –Impianto sperimentale (“Dimostratore”) –Studi simulativi –Collaborazioni con l’Universita’

3 Crescita storica di Internet Projection 1983 Projection 1987 Projection 1995 Projection Actual 1Gbps 10Gbps 100Gbps 1Tbps Source: Collected Industry Data  MPLS nasce per velocizzare il routing IP

4 MPLS : IP connection-oriented MPLS IP Hop-by-Hop Source Routing Conventional Routers Label Switch Router Label Switched Path Traffic Engineering DiffServ VPNs

5 Cos’e’ l’MPLS? Il Multi-protocol Label Switching (MPLS) e’ una tecnologia che permette la configurazione end-to-end e il controllo ottimizzato di una generica rete di telecomunicazioni E’ una tecnica di commutazione connection-oriented basata su IP –Connection-Oriented : affidabilita’, scalabilita’ e QoS –IP : compatibilita’ con la base installata Inizialmente implementato per IP su ATM Esteso in seguito ad altre tecnologie, incluso SDH, SONET e WDM Sviluppato da IETF ed MPLS forum –Moltissime RFC ancora in stato draft, <10 approvati Il “Building block” e’ il “label switch router” (LSR) –Un LSR puo’ essere basato su router IP o su switch ATM

6 C3 C1 C2 Path per C1 <> C3 Path per C2 <> C3 I path "Lunghi” sono sotto-utilizzati Il problema dell’ iper-aggregazione I protocolli di Routing creano un solo "Shortest Path"

7 MPLS : elementi base L’etichetta MPLS –Un’etichetta (LABEL) e’ un breve identificatore di lunghezza fissa, usato per identificare un insieme di pacchetti IP, solitamente con significato solo locale –32 bit con 4 campi (20 bit : label, 3 riservati, 1 stacking, 8 TTL) Protocolli di segnalazione –permette all’ LSRs (Label Switched Router) di implementare un path, noto come LSP (Label Switched Path) dal LSR di input all’ LSR di output Protocolli di routing estesi –distribuiscono la topologia e dati sulla disponibilita’ di risorse

8 Label Switched Path A C A A A A A A B B B B B B B C C C C C C D D D Push I/F IN: A Dest: Label Out: Alfa I/F OUT: B Swap I/F IN: A Label In: Alfa Label Out: Beta I/F OUT: C Swap I/F IN: A Label In: Beta Label Out: Gamma I/F OUT: D Swap I/F IN: B Label In: Gamma Label Out: Delta I/F OUT: C Pop I/F IN: A Label In: Delta I/F OUT: D

9 C3 C1 C2 LSP C1 <> C3 LSP C2 <> C3 Traffic engineering con MPLS

10 Fibre Application SDH / SONET IP PoA IP ATM PoA - Packet over ATMPoW - Packet over WDM GE - Gigabit Ethernet PoS - Packet over SDH WDM GE PoS Digital Wrapper PoW MPLS Protocol Layering

11 Agenda Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi : –Impianto sperimentale (“Dimostratore”) –Studi simulativi –Collaborazioni con l’Universita’

12 Cos’e il GMPLS? Il GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) e’ l’applicazione del control plane MPLS alla rete di trasporto Il GMPLS cambia il paradigma di gestione della rete di trasporto : da centralizzato a distribuito. Il GMPLS e’ un concetto di networking, non solo una (delle tante) funzionalita’ Ambiguita’ nella terminologia: GMPLS  ASTN  ASON

13 GMPLS : a che serve ? Maggior velocita’ ed efficienza nella fornitura di servizi di rete Ottimizzazione delle risorse di rete tramite traffic engineering Possibilita’ di avere elevata disponibilita’ anche in reti mesh, senza preallocazione della banda di protezione (riduzione costi) –Fast restoration Nuovi servizi a valore aggiunto: –Dial-up circuit provisioning –Optical Virtual Private Networks (OVPN) –Supporto per DiffServ, sia a livello di rete di trasporto che dati Interoperabilita’ tra reti multi-vendor Interoperabilita’ tra reti multi-operatore Interoperabilita’ tra reti multi-tecnologia (Dati e Trasporto)

14 Oggi: Circuito configurato da NMS NMS compie tutte le operazioni di circuit provisioning Il Traffic Engineering viene gestito manualmente OXC NMS OADM OXC OADM OXC

15 Nuovo concetto GMPLS: Processi distribuiti Segnalazione: UNI sul bordo, NNI nella rete NMS continua a controllare e monitorare la rete OXC OADM OXC NMS OADM (O)-UNI NNI

16 GMPLS : due architetture alternative Lambda Switch Lambda Switch Lambda Switch calcola il path I Router non hanno visibilita’ del path dentro il dominio di trasporto Overlay Model Lambda Switch Lambda Switch Peer-to-Peer Model LSR calcola il path I Router hanno “peer protocol visibility” dei nodi dentro il dominio di trasporto

17 One Control - End to End IP Packets Cells Frames MPLS Control Plane VPI/VCI /DLCI/ Label Lambda VPI/VCI /DLCI/ Label IP Packets Cells Frames Label Copyright © 2000 The MPLS Forum

18 Agenda Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi : –Impianto sperimentale (“Dimostratore”) –Studi simulativi –Collaborazioni con l’Universita’

19 Modello di rete GMPLS all’interfaccia UNI Lambda Switch Lambda Switch WDMWDM WDMWDM LSR LSP #1 LSP #n LSP #1 LSP #n LSR implementa una funzione di “path merge”( ) Piu’ LSP sono mappati in un flusso PoS o GE o Lambda Richieste UNI per set-up/tear-down di circuiti basate sullo stato di utilizzo delle risorse Separazione fisica tra pacchetti di controllo e pacchetti dati OCT #1... UNI

20 Merging di servizi differenti Lambda Switch Lambda Switch WDMWDM WDMWDM LSR MPLS ATM MPLS ATM OCT #1... UNI Lambda Switch implementa (in un modello overlay): Admission control e policing delle richieste UNI (potrebbero venire accodate) Calcolo path all’interno della rete di trasporto Generazione della segnalazione Coordinamento con LSR client

21 Peculiarita’ della rete di trasporto Cambia la prospettiva –Il forwarding non e’ un problema –E’ un problema il traffico di routing e segnalazione Dimensioni delle reti Granularita’ dei circuiti utilizzabili in una rete di trasporto Multi layering Limitazioni di connettivita’ degli apparati –Mancanza di lambda/time-slot interchange –Matrici di connessione non quadrate Impairment ottici e necessita’ di rigenerazione Necessita’ di interoperare con reti “legacy” Interoperabilita’ con NMS

22 Conseguenze Algoritmi di routing applicati a grosse reti –Necessita’ di un accurato partizionamento delle reti per migliorare la scalabilita’ La relativa scarsita’ dei canali disponibili facilita problemi di “glare”, quando il “churn” di richieste sulle interfacce e’ elevato –Necessita’ di politiche di allocazione delle risorse che minimizzino i conflitti –Necessita’ di procedure di crankback intelligenti La creazione dinamica di transiti porta modifiche significative alla topologia della rete

23 Conseguenze Algoritmi di routing multi-metrica con constraint –NP-completi –Sono perseguibili soluzioni trattabili ma sub-ottime Difficolta’ nella sommarizzazione e nel riporto delle informazioni da parte dei protocolli di routing –Maggior impatto del traffico di routing –Maggior quantita’ di informazioni nelle tabelle di routing Necessita’ di ottimizzare piu’ risorse –Occupazione dei link –Numero e posizione dei rigeneratori OEO Gestione centralizzata da NMS, almeno per parti della rete

24 Agenda Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi : –Impianto sperimentale (“Dimostratore”) –Studi simulativi –Collaborazioni con l’Universita’

25 Evoluzione del piano di controllo NMS Step 1 - NMS Evolution Improvement and enhancement of present NMS logically centralised solution Service Initiation e.g. EDI, UNI NMS Step 2 - NE Evolution De-centralised intelligence: fast provisioning and re-routing/protection Scalability Interoperability Service Initiation e.g. EDI, UNI

26 Agenda Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi : –Impianto sperimentale (“Dimostratore”) –Studi simulativi –Collaborazioni con l’Universita’

27 Rilevanza della statistica del traffico Traffico in arrivo - richieste di instaurazione/rilascio circuiti dovute a : –Richieste manuali effettuate da NMS (PVC ed SPVC) –Richieste automatiche effettuate da dispositivi client (SVC) –Eventi spontanei che provocano riconfigurazione di circuiti Caratterizzazione statistica del traffico in arrivo –Distribuzione geografica (traffico locale, traffico passante) –Distribuzione statistica del “churn” (quanto e’ bursty ?) Tempo di servizio. Dipende da : –Velocita’ nel calcolo del path da parte del LER –Velocita’ nella propagazione della segnalazione –Concorrenza con altre richieste (“glare”)

28 Rilevanza della statistica del traffico La fattibilita’ delle varie soluzioni dipende dalla statistica del traffico. E’ necessario predire tale statistica: –per definire se una soluzione e’ adeguata –per poter scegliere la soluzione migliore Statistiche differenti in funzione del tipo di servizio –Leased lines –Video on demand –Internet Non e’ tanto importante il numero di richieste, quanto la loro distribuzione – richieste al giorno sono gestibili se uniformemente distribuite, ma cosa succede se arrivano a burst ? –Qual e’ la frequenza massima di richieste nel burst ?

29 Problemi Non ci sono esperienze significative su GMPLS –Mancano i dati misurati sul campo –Oggi la frequenza di arrivo delle richieste di servizio verso la rete di trasporto e’ trascurabile -> gestione manuale –Difficolta’ nel predire la statistica di traffico indotta da nuovi tipi di servizio. “Per non sbagliare” si stanno sviluppando soluzioni complesse, in grado di supportare churn molto elevati, ma... –Limitazioni nei tempi di risposta degli apparati di trasporto –Limitazioni nella banda disponibile per la segnalazione –Esistenza di reti “legacy” Relazione tra statistica di traffico della rete a pacchetto e statistica del traffico in input alla rete di trasporto –Differenze tra i modelli peer-to-peer e overlay

30 Argomenti di ricerca Modellazione del churn –Identificazione e caratterizzazione statistica dei servizi offerti –Contributo e caratteristiche dei vari tipi di servizio Modellazione dei tempi di servizio Analisi degli scenari di rete –Tramite simulazione –Tramite verifca sperimentale del modello Risultati –Utilizzabilita’ canali di segnalazione embedded per GMPLS –Campo di applicazione della soluzione centralizzata –Verifica della scalabilita’ delle soluzioni distribuite

31 Agenda Introduzione all’ MPLS Introduzione al GMPLS Problematiche della rete di trasporto Soluzioni Impatto della statistica del traffico sull’efficacia delle soluzioni Attivita’ di ricerca in Marconi : –Impianto sperimentale (“Dimostratore”) –Studi simulativi –Collaborazioni con l’Universita’

32 Attivita’ di Marconi su MPLS/GMPLS Fondatore dell’ MPLS Forum Attiva in : –OIF –IETF –ITU-T MPL(abel)S inter-vendor working dimostrato sulla piattaforma ASX GMPLS/MPL(ambda)S trials di apparati fotonici con BT In corso attivita’ di studio e sviluppo con i seguenti obiettivi: –Soluzione GMPLS centralizzata, per coprire i prodotti attuali –Soluzione GMPLS distribuita per coprire i prodotti fotonici e la nuova generazione di cross-connect e ADM –Tools per network design and optimisation

33 Impianto Dimostratore presentato a BT e al PMA32 GMPLS Controller GMPLS Controller GMPLS Controller GMPLS Controller path provisioning restoration using shared bandwidth auto-discovery WEB-based client interface

34 Simulatore di rete di trasporto Simula tutti gli apparati Marconi, facilmente estendibile Simulazione di reti DWDM ed SDH con limitazioni reali Modellazione ad eventi : tiene conto dei principali contributi al tempo di trasmissione dei pacchetti Tracciamento eventi a vari livelli di dettaglio Simulazione del real-time : misure dei tempi di risposta Possibilita’ di generare pacchetti reali da inviare in rete per alimentare altri simulatori o reti di test Potente linguaggio di descrizione reti Generatori automatici di reti Generazione automatica di traffico in input : primitiva

35 Collaborazione con Universita’ di Pisa Rete mista comprendente apparati Marconi DWDM, IP e ATM Test plant e dimostratore di tecnologia Sperimentazione di: –IPv6 –MPLS e GMPLS control plane –MPLS forwarding –Fast rerouting e restoration –Traffic engineering –Virtual Private Networks Traffico reale


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