Francesco Lazzeri Roma, 4 Luglio 2001 Reti MPLS e GMPLS Una sfida tecnologica Un caso di studio per la statistica del traffico Francesco Lazzeri Roma, 4 Luglio 2001 Legal Requirements Copyright Statement Use this statement for presentations where the information will be made public outside Marconi without restrictions. © [Insert year here] [Insert registered company name of the owner of this works e.g. Marconi Singapore Ltd. here]. The Copyright in this document belongs to [Insert registered company name of the owner of this works e.g. Marconi Singapore Ltd. here] and no part of this document should be used or copied without their prior written permission. Legal Statement Use this statement for presentations where the information is confidential and not for public dissemination. It should be used exclusively for use within Marconi and/or where any non-Marconi personnel, like a customer, to whom it is given are expected to treat it as confidential. The Copyright in this confidential document belongs to Marconi Communications Germany and no part of it should be used or copied without their prior written permission. To insert your Copyright or Legal Statement Go to ‘View’ in the top bar, scroll down and select ‘Header and Footer’. Click on ‘Slide’ and then click on ‘Footer’ to activate box. Insert the appropriate legal statement.

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’

Crescita storica di Internet Actual 1Tbps 100Gbps 1995 Projection 1987 Projection 10Gbps 1983 Projection 1Gbps 1980 Projection Source: Collected Industry Data 1980 1990 2000 2010  MPLS nasce per velocizzare il routing IP

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

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

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

MPLS : elementi base L’etichetta MPLS Protocolli di segnalazione 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

Label Switched Path Swap I/F IN: A Label In: Alfa Label Out: Beta I/F OUT: C B B A 172.14 C D C A 172.16.241.63 B A Swap I/F IN: A Label In: Beta Label Out: Gamma I/F OUT: D B A B A D C 172.15 172.10 C C Push I/F IN: A Dest: 172.16 Label Out: Alfa I/F OUT: B B B C 172.16.241.63 A C A D 172.16 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

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

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

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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

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)

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

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

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

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

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Modello di rete GMPLS all’interfaccia UNI OCT #1 LSP #1 LSP #1 ... UNI UNI ... LSP #n LSP #n Lambda Switch Lambda Switch W D M W D M LSR LSR 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

Merging di servizi differenti OCT #1 MPLS MPLS ... UNI UNI ... ATM ATM Lambda Switch Lambda Switch W D M W D M LSR LSR 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

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

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

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

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’

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

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’

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”)

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 50-100000 richieste al giorno sono gestibili se uniformemente distribuite, ma cosa succede se arrivano a burst ? Qual e’ la frequenza massima di richieste nel burst ?

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

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

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’

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

Impianto Dimostratore presentato a BT e al path provisioning restoration using shared bandwidth auto-discovery WEB-based client interface GMPLS Controller GMPLS Controller GMPLS Controller PMA32 PMA32 PMA32 PMA 32 GMPLS Controller PMA32

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

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