Redes ópticas IP

3 de Diciembre 2004 Catedra Telefónica

Redes ópticas IP

Javier Aracil

Universidad Autónoma de Madrid

[email protected]


Contenido

• Evolución de la Internet hacia la Internet Óptica

• IP sobre SONET• IP sobre WDM:

– Soluciones estáticas– Soluciones dinámicas: OBS y OPS


El origen de la Internet

IP host

Edge IP router

Enlaces de baja velocidad y con pérdidas

Trunk IP router


Arquitectura de protocolos (I)TCP/UDP

IP

LLC

MAC

PHY

LLC

MAC

PHY

IP

NET

MAC

PHY

HOST ROUTER


Internet actual

IP host

Router IP de acceso

Backbone de alta velocidad (ATM/FR)

Router IP de backbone


Arquitectura de protocolos (III)TCP/UDP

IP

LLC

MAC

PHY

LLC

MAC

PHY

IP

AAL 5

LLC/SNAP

PHY

HOST ROUTER

ATM

SONET


Internet óptica - 1ª Generación

IP host

IP router de acceso

Troncal SONET

ADM

ADM

ADM

ADM

Gigabit IP router


NGI (1ª Generación)

Static lightpath network

SONET reconfigurable network

IP


Arquitectura de protocolos

TCP/UDP

IP

LLC

MAC

PHY

LLC

MAC

PHY

IP

PPP

PHY

HOST ROUTER

SONET


Contenido





IP sobre SONET - Ventajas

• Mayor eficiencia (la sobrecarga de ATM para tamaños de paquetes IP típicos es de 25%)

• Soporte OAM

• Soporta velocidades de hasta OC-48 (ATM SAR es dificil a esa velocidad)


IP over SONET - Desventajas

• SONET tiene únicamente granularidad de tributarios.

• SONET es para canales de voz y no de datos.

• Es necesario scrambling adicional por encima de la capa SONET


Packet over SONET (RFC 1662/2615)

Flag Addr Ctrl Prot IP Dat FCS Flag

0x7E 0xFF 0x03 FCS (16 or 32 bits (AAL5))

• Transmissión:IP PPP FCS generation Byte stuffing (escape flags) Scrambling (line clock) SONET/SDH framing• Recepción:SONET/SDH framing Descrambling Byte destuffing FCS detection PPP IP

16 bits

PPP Frame


Eficiencia de POS• Velocidad 2404 Mbps (OC-48)

• Sobrecarga de POS (16 bytes FEC, sin stuffing) = 7 bytes

Net data rate for OC-48 POS

0

500

1000

1500

2000

2500

TCP/UDP payload size

Mb

ps POS

ATM


Prestaciones necesarias en el router

• Tamaño de paquete pequeño Mas de 5 Mpps a tasas OC-48

• Para un tamaño de paquete IP de 300 bytes la tasa que se puede obtener es de 2.035 Gbps

PPS at line rate OC-48

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

TCP/UDP payload

PP

S (

x 1

E6)

PPS (x1E6)


Problemas de POS

• El scrambler de SONET utiliza una secuencia pseudoaleatoria de 7 bits

• Es facil encontrar el periodo (90 datagramas de MTU de Ethernet!)

• Se pueden provocar alarmas LoS/LoF Caida del enlace

• Necesidad de scrambling adicional


Problema de POS• Flag de delineacion de HDLC = Ox7e se

debe “escapar” a Ox7d Ox7e• Se puede incrementar de modo artificial el

tamaño del datagrama• Como resultado se puede alterar el

mecanismo de scheduling.• CONCLUSION: HDLC por encima de

velocidades OC-48 no es tan facil• Otras propuestas: Simplified Data Link de

Lucent (DETROIT chipset)


PPP over SDL - RFC 2823 (Experimental)

• Sincronización similar a I.432 ATM HEC delineation (HUNT PRESYNC SYNC).

• Los datos se pasan por un scrambler x^43+1• Existe la posibilidad de set-reset scrambler

independiente de los datos de usuario

Header CRC PPP Packet SDL CRCLength

16 bits 16 bits 32 bits


IP sobre Gigabit Ethernet

• Gigabit Ethernet es un modo de transferencia que se usa sobretodo en el acceso

• Tecnología Full-duplex technology sobre monomodo, multimodo u STP (1000BASE-X encoding 8B/10B)

• Es simple y eficiente pero no permite reserva de ancho de banda (as SONET/ATM)


50 m 62.5 m 10 m MM MM SM

1000BASE-SX 525 m. 260 m. N/A1000BASE-LX 550 m. 550 m. 3000 m.Limitations de nivel físico, no MAC

IP sobre Gigabit Ethernet

Point-to-point Hub


Gigabit Ethernet y DWDM

• Soluciones “Inverse multiplexing” para dar 10 Gbps

OC-192 / 10 GbE4 x OC-48 / 8 x 1 GbE

• Ejemplos: Avici´s composite links, Lucent´s Gigachannel, HP´s SpectraLAN

• Trabajo en la actualidad en el 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3 Higher Speed Study Group)


IP sobre SONET frente a IP sobre WDM

• IP sobre SONET añade sobrecarga a nivel físico que no es necesaria para transporte asíncrono de datos.

• SONET permite mayor granularidad en asignación de ancho de banda (por encima de lightpath)

• En algunos casos como links de muy alta velocidad entre routers puede ser conveniente pero normalmente se necesita una mayor granularidad


Contenido





Next Generation Optical Internet - 2ª Generación?

IP host

IP router de acceso

Troncal óptico dinámico

WDMrouter

WDMrouter

WDMrouter

WDMrouter Lightpath


NGI - 2ª Generacion

Dynamic lightpath network

IP


Arquitectura de ProtocolosTCP/UDP

IP

LLC

MAC

PHY

LLC

MAC

PHY

IP

WDM-AAL

HOST EDGE ROUTER

WDM


Funcionalidad WDM AAL

• Delimitación y sincronización de trama

• Encapsulación multiprotocolo (LLC)

• Señalización para asignación dinámica de recursos (dynamic lightpath/optical burst)

• FEC


Ejemplo de WDM AAL : Digital Wrappers (Lucent)

• Monitorización, FEC y protección en la capa óptica independiente de la señal de entrada.

Och OAM

FECSONET/ATM/SDL/IP/GbE/PDH


WDM Routers

WDM

WDM RELAY

BACKBONE WDM ROUTER

WDM


Resumen• WDM estático:

– Canales en paralelo1

1

1

1

– Muchos caminos para un solo salto

• WDM dinámicoAsignación dinámica de ancho de banda a nivel óptico. ¿Es esto posible?


Contenido





Paquetes por flujo WWW

83% de los flujos tienen menos de 10 paquetes


Caracterización de flujos WWW Bytes

80% de los flujos tienen menos de 7 Kbytes


Caracterización de flujos WWW Duración

80% de los flujos tienen menos de 15 segundos


“Burstiness” de los flujos WWW

Los flujos tienen menos de 1 - 2 paquetes a la tasa de pico


Comparación con la voz

ON-OFF source (voice)

TCP Connection


Resumen

• Hoy en dia el tráfico de Internet se compone de muchas conexiones cortas de WWW

• Rafagas cortas (1-2 paquetes) por conexión (interleaving, dinámica de TCP)


A dia de hoy :

• Configuraciones estáticas

• “Lightpath labeling”:

WRN WRN

WRN WRN WRN

IP GSR

WRN: Wavelength Routing Node


Lighpath labeling (MPS)

Optical Layer

IP

Misma etiqueta de entrada/salida

Etiquetas de entrada/salida diferentes


Optical Burst Switching (OBS)Una idea de investigación

• Un burst (ráfaga) es de longitud variable– Eficiencia alta

• Paquete de control se envia fuera de banda (control)– Reserva BW (data y configura switches

• La ráfaga se envia despues de un offset – Llega cuando el switch está configurado y no

hay necesidad de buffering


Packet (a) vs. Burst (b) Switching

Incomingfibers

Fixed-length(but unaligned) FDL’s

Synchronizer

Header

Payload

Setup

Header recognition,processing, and generation

Switch1

B

C

DNewheaders

2

1

2 2

1

(a)

A

Switch

2

1 1

2

(b)

O/E/O

Control packet processing(setup/bandwidth reservation)

2 2

1 1

Controlpackets

Data bursts

Controlwavelengths

A

B

C

D

Datawavelengths

Offset time


Nodo Optical Burst Switching

Muchos canales de datos comparten uno de control. Las ráfagas siempre permanecen en el dominio óptico!!


Nodo Optical Packet Switching

Procesado óptico no disponible. Necesita conversión O/E/O de la cabecere en cada (cientos de ellas en cada fibra)


Nodo con Wavelength Routing

Granularidad de wavelength. Sin ganancia estadística


Labeled OBS (LOBS) [Qiao, 2000]

• Extensión de GMPLS a redes OBS, – Los CPs llevan información de las etiquetas

• No es MPS: – No asocia con una etiqueta– Soporta granularidad sub- y multiplexación estadística

• Temas abiertos!– Enrutamiento y asignación de wavelength para LOBS

paths– Protección y reparación


Labeled Optical Burst Switching

Physical Layer

LOBS (MPLS) layer provisions OBS services.This includes burst assembly, WDM topology andresource dissemination, survivability, etc.

IP layer performs layer threefunctions (e.g., addressing, routing)

Optional monitoring “sub-layer” for faultdetection. This may or may not use data-framing (e.g., for control channel). LOBSlayer performs all recovery actions.

Electroniclayer

Opto-electroniclayer

Opticallayer

Monitoring layer (optional)

IP

LOBS (MPLS)

Physical layer performs functions for burstswitching, wavelength conversion, burstdelay/buffering, optical amplification, etc.


Conclusiones

• Las redes ópticas IP se encuentran en sus comienzos: conmutación de wavelengths

• El modo de transferencia (previsible) es a ráfagas: OBS (datos optico y control electrónico)

• El modo de transferencia objetivo es OPS (datos+control óptico).

Redes ópticas IP

Documents

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