Introducción a WDM y DWDM 1
Curso de DoctoradoREDES ÓPTICAS DE
TELECOMUNICACIÓN
Capítulo 9. Internet óptica
Internet óptica1
REQUISITOS RED
•Demanda tráfico ESCALABLEESCALABLE
•Crecimiento difícil de predecirFLEXIBLEFLEXIBLE
RECONFIGURABLERECONFIGURABLE
•Distintos proveedores de servicios VERSÁTILVERSÁTIL
PROTECCIÓN Y RESTAURACIÓN
PROTECCIÓN Y RESTAURACIÓN •Más eficiente y
económico
Introducción
Introducción a WDM y DWDM 2
Internet óptica2
INTERNET ÓPTICAINTERNET ÓPTICA
versatilidad reconfiguración protección restauración
conexiones en malla
Internet óptico
Introducción
Internet óptica3
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?
Introducción a WDM y DWDM 3
Internet óptica4
Conmutación de paquetes: Internet Conmutación de paquetes: Internet opticaoptica
Router/encaminador Óptico
Sincronización, regeneración, contención ...
Internet óptica5
Conmutación de paquetes: Internet Conmutación de paquetes: Internet opticaoptica
RF label Recovery
and erasure
Wavelength conversion
Label re-writingFiber delay
Routing &Forwarding
Data
Clock
New λ
New SCMlabel
IP Payload IP Header
SCM LabelIP Payload IP Header
SCM Label@ λi
@ λj
Reloj, sincronismos¿Cómo convertir la longitud de onda?¿Cómo rescribir la etiqueta?
Introducción a WDM y DWDM 4
Internet óptica6
TECNOLOGÍAS
• DWDM
• OXCs • OADMs
Introducción
Internet óptica7
Conmutación de paquetes: Internet Conmutación de paquetes: Internet opticaoptica
Transmisión mediante paquetes ópticos procesados en dicho dominio en los routersLectura y procesado de la cabecera en dominio eléctrico
IP Payload IP Header OpticalLabel
Guard
IP Payload IP Header
OpticalLabel
λ
λ
Payload+label
Payload
label
¿Otra longitud de onda?
Introducción a WDM y DWDM 5
Internet óptica8
Conmutación de paquetes: Internet Conmutación de paquetes: Internet opticaoptica
Ingress edgeRouter with
AOLS interface
Egress edgeRouter with
AOLS interface
AOLS corerouter
AOLS corerouter
SourceNode
label
IP packet
Optical Label& packet at λi
Optical Label& packet at λj
DestinatNode
Optical AOLSCore Network
MPLS &Label Swapping
Conversión de λ
Filosofía de red:“No interacción capaseléctricas/ópticas”
Internet óptica9
IP FR ATM LL Circuit Switched
0
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Año
Tendencias del tráfico
0
500
1000
1500
1998 = 100
1998 1999 2000 2001 2002
Crecimiento de tráfico: 1998 - 2002
InternetOtros datosVoz
Integración de servicios
Introducción a WDM y DWDM 6
Internet óptica10
IP
ATM
WDM
SDH
Transporte aplicaciones y servicios.
Transporte. Monitorización y protección enlace.
Traffic engineering, QoS.
Capacidad.
Las redes de datos actuales tienen 4 capas (layer). Cada capa se administra independientemente de las demás.
Arquitectura de red actual
Epílogo: Evolución previsibleEpílogo: Evolución previsible
Internet óptica11
SONET/SDH
DWDM
CoreRouter(IP/MPLS)
n Eliminación del MUX
n Los requerimientos de tráfico IP alcanzan agregados SDH
n Los routers de próxima generación incluyeninterfaces SONET/SDH de alta velocidad
n Eliminación de la capa ATMv El MPLS (Multi-protocol Label Switching) en
routers proporciona ingeniería de tráfico sustituyendo las funciones ATM
v Se elimina la necesidad de gestionar 2 capas (IP y ATM)
CoreRouter(IP/MPLS)
MUX
SONET/SDH
DWDM
FR/ATM Switch
Evolución del backbone IP
Integración de servicios
Introducción a WDM y DWDM 7
Internet óptica12
¿Por qué tantas capas?MUX
Ajustes de velocidad entre losinterfaces del router/switch
SONET/SDHTime division multiplexing (TDM)Aislamiento de fallos Restauración (50ms)
DWDMGran ancho de banda
RouterConmutación paquetesMultiplexación y ganancia estadísticaConectividad total entre E/SRestauración (varios segundos)
ATM/Frame Relay switchesHardware avanzadoIngeniería de TráficoRestauración (sub-segundos)
Resultado:Integración de múltiples vendedoresMultiples protocolos de multiplexaciónIncremento de los costes
Integración de servicios
Internet óptica13
IP over WDM
Buscamos integrar IP lo más directamente sobre WDM
Interfaz entre WDM e IPNecesidad de encapsulaciónFuncionalidades que hasta ahora proveen ATM y SDH
Necesidad de definir una capa óptica estándar
Introducción a WDM y DWDM 8
Internet óptica14
SUB-CAPAS DE LA CAPA ÓPTICA
OPTICALOPTICAL
Optical Transmission Section
Optical Multiplex Section
Optical Channel
No se trata de unaNo se trata de unasola capa sino de 3sola capa sino de 3
Internet óptica15
Continuity SupervisionConnectivity SupervisionMaintenance InformationSignal Quality SupervisionAdaptation ManagementProtection ControlSubnetwork Connection
SupervisionManagement CommunicationsOther Comms Needs
OCh OMS OTS
? ? ?????
Management Capabilities
ITU-T G.872
REQUERIMIENTOS DEGESTIÓN A NIVEL DE RED
Introducción a WDM y DWDM 9
Internet óptica16
MODELO DE SERVICIOIP directamente sobre WDM
IPIPCLIENTESERVIDOR
Optical Transmission Section
Optical Multiplex Section
Optical Channel
IP entrega datagramasal servidor para sutransporte
El OCh ofrece servicioa ráfagas contínuasde datos
Para introducir IP en los canalesWDM se requiere una adaptación
Internet óptica17
Encapsulation
PDHSDH
Frame RelayGigabit Ethernet
SDLetc…
IPIP
Optical Transmission Section
Optical Multiplex Section
Optical Channel
NECESIDAD DE ENCAPSULACIÓN
Todo sobre IP e IP sobre todo
Introducción a WDM y DWDM 10
Internet óptica18
Partitioning/traffic mgmt
ATMMPLS
IPIP
Optical Transmission Section
Optical Multiplex Section
Optical Channel
Encapsulation
NECESIDAD DE ADECUACIÓN DEL TRÁFICO
Internet óptica19
• 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
TRANSPORTE IP/WDM
Introducción a WDM y DWDM 11
Internet óptica20
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.
Arquitectura de red
Internet óptica21
• 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
TRANSPORTE IP/WDM
IP sobre SDHIP sobre SDH
Introducción a WDM y DWDM 12
Internet óptica22
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.
• PPP no permite control de flujo: los routers tendrán que disponer de buffers mayores para lograr un throughput razonable.
Tal y como se define en las RFC 1619 y RFC 1662: en POS se usan específicamente tramas STS-3c (tres STS-1 concatenadas) con lo que se consigue un ancho de banda de 149.76Mbps.
Tal y como se define en las RFC 1619 y RFC 1662: en POS se usan específicamente tramas STS-3c (tres STS-1 concatenadas) con lo que se consigue un ancho de banda de 149.76Mbps.
Arquitectura de red
Internet óptica23
Desventajas de POS
• Principal problema: pérdida de la capacidad de gestión del QoSque 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 routerse 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.
Arquitectura de red
Introducción a WDM y DWDM 13
Internet óptica24
• 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
COMPARACIÓN
IP sobre ATMIP sobre ATM IP sobre SDHIP sobre SDH
Internet óptica25
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
Integración de servicios
Introducción a WDM y DWDM 14
Internet óptica26
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 Ethernet (802.3z), surge como extensión natural de las normas Ethernet 802.3 de 10 y 100 Mbps que promete, tanto en modo halfcomo full duplex, un ancho de banda de 1 Gbps, asegurando además la compatibilidad con todo el parque instalado Ethernet de 10 y 100 Mbps.La especificación de control de flujos asegurará la interoperatividad entre switches que soporten la norma y los más lentos de 10 y 100 Mbps actuales.
Gigabit Ethernet (802.3z), surge como extensión natural de las normas Ethernet 802.3 de 10 y 100 Mbps que promete, tanto en modo halfcomo full duplex, un ancho de banda de 1 Gbps, asegurando además la compatibilidad con todo el parque instalado Ethernet de 10 y 100 Mbps.La especificación de control de flujos asegurará la interoperatividad entre switches que soporten la norma y los más lentos de 10 y 100 Mbps actuales.
Arquitectura de red
Internet óptica27
Gigabit Ethernet• 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). Elementos funcionales del desarrollo de la tecnología GEN
Para el Internet óptico las soluciones útiles son las dos primeras.
Arquitectura de red
Introducción a WDM y DWDM 15
Internet óptica28
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 duplexsolamente requerirán una versión Fast Ethernet de alta velocidad.
Arquitectura de red
Internet óptica29
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:
n Soportar 10Gb/s Ethernet con 2 ó 3 veces el coste de Gigabit Ethernet.n Mantener el formato de trama de IEEE 802.3.n Satisfacer los requerimientos de IEEE 802.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 Especificar un nivel de acceso al medio independiente.n Sólo operación full-duplex.n Una capa MAC independiente de la velocidad para soportar 10Gb/s en LANy casi 10Gb/s en MANn Soportar infraestructura de cable ya existente así como la nueva infraestructura.
n Soportar 10Gb/s Ethernet con 2 ó 3 veces el coste de Gigabit Ethernet.n Mantener el formato de trama de IEEE 802.3.n Satisfacer los requerimientos de IEEE 802.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 Especificar un nivel de acceso al medio independiente.n Sólo operación full-duplex.n Una capa MAC independiente de la velocidad para soportar 10Gb/s en LANy casi 10Gb/s en MANn Soportar infraestructura de cable ya existente así como la nueva infraestructura.
Arquitectura de red
Introducción a WDM y DWDM 16
Internet óptica30
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.
Arquitectura de red
Internet óptica31
IPIP
WDMWDM
ALTERNATIVAS PARA IP/WDM
Introducción a WDM y DWDM 17
Internet óptica32
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 óptica33
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
Protocol).
Integración de servicios
Introducción a WDM y DWDM 18
Internet óptica34
WaveWrapperWaveWrapper
La idea es: Ya que vamos a hacer algo nuevo, hagámoslo lo más independiente posible Evitar equipamiento SDH + Transparencia
Internet óptica35
G.709: Estructura de la trama de datos
1 16 3824 4080
4
OVERHEAD
PAYLOAD
FEC
64 bytes 4X3808 bytes 4X256G.709
Introducción a WDM y DWDM 19
Internet óptica36
IP/GMPLS
IP/ MPLS
SONET/SDH
DWDM
Menor coste Menor coste de de equipamientoequipamiento y y operacionaloperacional
ATM
SONET/SDH
DWDM
IP/ GMPLS
Thin
SONET/SDH
DWDMConmutación óptica
IP
DWDM (D. W.)Conmutación óptica
MultiplexaciMultiplexacióón, n, ProtecciProteccióónn y y AdministraciAdministracióónn en en cada capacada capa
Un plano de control común para gestionar la red: GMPLS.
EpEpíílogo: Evolucilogo: Evolucióón previsiblen previsible
Internet óptica37
Modelo de dos capas
Transporte Óptico (OXCs,WDMs,TDMs,Long-haul’s,...)
Núcleo Óptico
Capa IP:•Servicios IP •Routers
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
Arquitectura de red
Introducción a WDM y DWDM 20
Internet óptica38
La estructura de control
Red Óptica
Subred Óptica Subred Óptica
OXC OXC OXCRed IP
Red IP
Otras Redes Otras Redes
ENNI ENNI
UNI UNI
UNI
UNI
INNI INNI INNI
Modelos de interconexión y servicios
Internet óptica39
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 lared bajo un entorno que ofrezca transparencia de servicio
• Optical layer (no es realmente un plano de control)
• Overlay• Peer• Augmented
Modelos de interconexión y servicios
Introducción a WDM y DWDM 21
Internet óptica40
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”
Modelos de interconexión y servicios
Internet óptica41
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
Modelos de interconexión y servicios
Introducción a WDM y DWDM 22
Internet óptica42
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
Modelos de interconexión y servicios
Internet óptica43
• 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.
Arquitectura de red
• 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.
Y como novedad...
Introducción a WDM y DWDM 23
Internet óptica44
EL PLANO DE CONTROL
Objetivo: construcción del plano de control para la capa óptica y definirla interacción entre la capa óptica y la capa IP.
Protocolos y algoritmos para el plano de control sobre la Internet óptica
GMPLS (MPLS generalizado)
-Info. sobre topología red-encaminamiento-señalización-protección y restauración
Introducción
Internet óptica45
Encaminamiento
•Encaminamiento integrado Peer ModelLas redes ópticas e IP ejecutan el mismo protocolo de encaminamiento.-OSPF (Open Shortest Path First)
•Encaminamiento integrado Peer ModelLas redes ópticas e IP ejecutan el mismo protocolo de encaminamiento.-OSPF (Open Shortest Path First)
•Encaminamiento de dominio específico Augmented ModelEl encaminamiento dentro de los dominios IP y óptico se realizanpor separado.-BGP (Border Gateway Protocol): IBGP y EBGP (Interno y Externo)
•Encaminamiento de dominio específico Augmented ModelEl encaminamiento dentro de los dominios IP y óptico se realizanpor separado.-BGP (Border Gateway Protocol): IBGP y EBGP (Interno y Externo)
•Encaminamiento overlay Overlay ModelSe implementa un modelo que permite a los routers registrary pedir direcciones externas.
•Encaminamiento overlay Overlay ModelSe implementa un modelo que permite a los routers registrary pedir direcciones externas.
Introducción a WDM y DWDM 24
Internet óptica46
Señalización
DireccionamientoCada OXC Una dirección IP
-Dirección IP única dentro de toda la red.-Pero además necesitamos conocer puerto concreto OXC:
protocolo GMPLS Etiquetas
*Bidireccionalidad caminos!
2 opciones de protocolos de señalización basados en MPLS:
•RSVP-TE (Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering)•CR-LDP (Constraint Routed-Label Distribution Protocol)
Internet óptica47
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 prefe-rentemente 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.
Arquitectura de red
Introducción a WDM y DWDM 25
Internet óptica48
Núcleo interno de red
• Más caracteristicas:
- Los enlaces de dicho nivel cubrirán distancias largas (enlaces ultra-long-haul).
- Las capacidades manejadas por los TeraPopdeberán 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.
Arquitectura de red
Internet óptica49
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.
Arquitectura de red
Introducción a WDM y DWDM 26
Internet óptica50
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 este nivel es posible que se use Gigabit Ethernet e incluso 10 GbE, ya que se considera que en un futuro estas tecnologías podrían estar tan extendidas y ser tan habituales como los cablemodems o ADSL lo son hoy en día.
-En este nivel es posible que se use Gigabit Ethernet e incluso 10 GbE, ya que se considera que en un futuro estas tecnologías podrían estar tan extendidas y ser tan habituales como los cablemodems o ADSL lo son hoy en día.
Arquitectura de red
Curso de DoctoradoREDES ÓPTICAS DE
TELECOMUNICACIÓN
MultiProtocol Label SwitchingMPLS
Introducción a WDM y DWDM 27
Internet óptica52
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 Necesidad de agregar nuevas Características a nuevas Características a
MPLSMPLS
Internet óptica53
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.
Introducción a WDM y DWDM 28
Internet óptica54
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.
MPMPλλS:S: Fruto de los esfuerzos de IETF y OIF. Fruto de los esfuerzos de IETF y OIF. Hasta la fecha sólo capaz de crear Hasta la fecha sólo capaz de crear conexiones ópticas sin funcionalidad conexiones ópticas sin funcionalidad de restauración.de restauración.
Internet óptica55
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.
Introducción a WDM y DWDM 29
Internet óptica56
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 óptica57
MultiProtocol Label Switching I
IntroducciónIntroducción
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)
Introducción a WDM y DWDM 30
Internet óptica58
MultiProtocol Label Switching II
Malentendidos con MPLSMalentendidos con MPLSNo es una tecnología para aprovechar el hardware ATM y no es “igual que ATM”
Y sin embargo aprovecha el HW ATM, eliminala necesidad del encaminamiento en el núcleo
y es capaz de ofrecer QoS en redes IP
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
Internet óptica59
MultiProtocolLabel Switching III
Carácterísticas Carácterísticas de MPLSde 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
Introducción a WDM y DWDM 31
Internet óptica60
n GMPLS es una extensión de MPLS
nGMPLS extiende a MPLS para soportar multiples tipos de conmutación (no sólo anivel de paquetes o celdas):
nConmutación TDM (SDH/SONET)
nConmutación por longitud de onda (Lambda)
nConmutación de fibras o puertos físicos
n Utiliza la tecnología existente y la futura (por ej. comutación de paquetes en eldominio óptico)
n Facilita la evolución paralela en el dominio IP y en la transmisión óptica
Generalized Multiprotocol Label Switching, GMPLS
Internet óptica61
Nodo desestima sugerencia
GMPLS. Extensiones en el enrutamiento
Info de enrutamiento de OSPF
Etiquetas unidireccionales
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 topologíade la red.CR-LDP aprovecha para sugerir las futuras etiquetas de respuesta
2. Nodos responden con etiquetas (aceptadas o no). Seestablece una única etiqueta por router y destino
#25
#214#53
#7#74
#98
#465
#25
#465
#25#98
#74#34
#53
#214#25
Introducción a WDM y DWDM 32
Internet óptica62
La extensiones de OSPF no seleccionarán siempre las rutas más cortas sino las óptimas
Misma etiqueta
Misma etiquetaMisma etiquetaLa diferencia con las conexiones tipo circuito virtual es que así se emplea tan sólo una única etiqueta por router y destino
Enlace
congestionado
Nodo de baja capacidad
La jerarquía en los LSP servirá para agrupar tráfico destinado a diferentes dominios. Se realiza mediante el apilamiento de etiquetas
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
ESCALABILIDAD vs GRANULARIDAD
GMPLS. Extensiones en el enrutamiento
Internet óptica63
LSP-LSCLSP-TDM
LSP-PSC
Agregado(Bundle)Fibra n
Fibra 1
Nube FSCNubeLSC
NubeTDM
NubePSC
LSPs Fibral LSPs
LSPsSlots
tiempo
(Multiplexación de LSPs de menor orden)
l LSPs
NubeLSC
NubeTDM
NubePSC
LSPsSlots
tiempo
LSPs de Paquetes(etiquetas explícitas) LSPs de Paquetes
(etiquetas explícitas)
(Demultiplexación de LSPs de menor orden)
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
n Etiquetas MPLS:
n cabecera de paquetes
n celdas
nEtiquetas GMPLS:
n Etiquetas MPLS
n slots tiempo
n longitudes de onda
n fibras
GMPLS. Extensiones en el enrutamiento
Introducción a WDM y DWDM 33
Internet óptica64
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 Mejora tiempos de restauración
n Minimiza la probabilidad de bloqueo en redes con limitaciones en la conversión de la longitud de onda
n Aceptación de la etiqueta sugerida
GMPLS. Extensiones en el enrutamiento
Internet óptica65
#216
D
#612D
#5D
#14
D
#99 D
#963D
#311D #462
D D
MultiProtocol Label Switching V
La información para la distribución deetiquetas viene proporcionada porinformación de routing
Orientación a la topología IOrientación a la topología I
Introducción a WDM y DWDM 34
Internet óptica66
#216
#612
#5#311
#14
#99
#963
#462
#963
#14
#99
#311
#311
#311
D
MultiProtocol Label Switching VI
Label Switched Path
Orientación a la topología IIOrientación a la topología II
Internet óptica67
MultiProtocol Label Switching VIII
• 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.
Escalabilidad de MPLS IEscalabilidad de MPLS I
• Para un LSR, la operación de unión resulta sencilla: ambos LSPsentrantes 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.
Introducción a WDM y DWDM 35
Internet óptica68
MultiProtocol Label Switching IX
• 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”.
Escalabilidad de MPLS IIEscalabilidad de MPLS II
Internet óptica69
MultiProtocol Label Switching X
• 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.
Escalabilidad de MPLS IIIEscalabilidad de MPLS III
• 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.
Introducción a WDM y DWDM 36
Internet óptica70
MultiProtocol Label Switching XI
Escalabilidad Escalabilidad TunellingTunelling
Principal aplicación: Principal aplicación: REDES PRIVADAS VIRTUALESREDES PRIVADAS VIRTUALES
Internet óptica71
MultiProtocol Label Switching XII
Traffic EngineeringTraffic Engineering
No es exactamente una característica sino una funcionalidad que ofrece MPLS
El objetivo de la ingeniería del tráfico es utilizarlos recursos de la red del modo más eficiente
posible para maximizar el rendimiento
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...
Introducción a WDM y DWDM 37
Internet óptica72
Ejemplo :
=
Constraint-based Routing
(enlaces con suficientes recursos)
&
AND
(enlaces de un tipo determinado)
&
AND
(enlaces con retardo menor de 200 ms)
Camino Explícito
Internet óptica73
MultiProtocol Label Switching XIII
INCONVENIENTESINCONVENIENTES VENTAJASVENTAJAS
Granularidad, MPLS sólo considera tráficos agregados
Modularidad
Orientación a la topología
Implementacionespropietarias
Envío simplificadoIngeniería del tráficoQoS en IP (excelente sinergia con DiffServ)Facilita la integración de IP sobre ATMElimina problemas de “n2” y “tasa de celda”
Introducción a WDM y DWDM 38
Internet óptica74
Interfaces de los routers más rápidos
Fabricantes ya hananunciado equipos demás de 100 longitudes de onda
2.5 Gbps y 10 Gbps en la actualidad, 40 Gbps?
Nº Longitudes de ondaDe 8 a 40 en pocos años⌧Capacidad incrementada por fibra
⌧Funciones avanzadas a nivel de longitud de onda, porejemplo conmutación de etiquetas (MPλS)
AONs TENDENCIAS I
Internet óptica75
• 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?)
AONs TENDENCIAS II
Introducción a WDM y DWDM 39
Internet óptica76
AONs TENDENCIAS III
• Nuevos protocolos adaptados a IP sobre WDM– Varios protocolos desarrollados específicamente para la
encapsulación & transporte de paquetes IP sobre un backboneWDM
– 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
Internet óptica77
Crecimiento del tráfico de paquetesUso eficiente de la transmisiónEncaminamiento dinámicoProtección eficienteTransparente a todos los clientes
Capacidad a bajo precio disponibleGranularidadElementos de red costososGestión complejaMultiplexación estadística en las capas más altasSuficiente transparencia al servicio disponible
¿Por qué?¿Por qué? ¿Por qué no?¿Por qué no?
CONMUTACIÓN FOTÓNICA
Introducción a WDM y DWDM 40
Internet óptica78
• 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
CONMUTACIÓN FOTÓNICA
Internet óptica79
Alternativas para la
conmutación fotónica
Utilización del ancho de banda
Latencia (Set-up)
Buffers ópticos
Proc./ Sinc.cabecera (por unid.
datos)
Adaptabilidad
(tráfico&fallos)
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
ComparaciónComparación
La diferencia está realmente aquí
CONMUTACIÓN FOTÓNICA
Introducción a WDM y DWDM 41
Internet óptica80
OBSOBS (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 óptica81
CCarga útil ópticamente transparente y cabecera con procesado electrónico
(Prototipos y demostradores)
BCarga útil transparente al servicio y cabecera de formato fijo
(Digital Wrapper)
AFormato fijo de la cabecera y la carga útil
(SDH, ATM, IP)
La carga útil y la cabecera pueden ser procesadas en común o por separado
D (Laboratorio)
Todo-óptico, carga útil y cabecera
PPS PPS (Photonic Packet Switching)
Introducción a WDM y DWDM 42
Internet óptica82
Cabecera sobreportadora RFo tono piloto
Carga útil
Carga útil sin tiempo de guarda
Guía de la cabecera
Carga útil Cabecera de longitud fija
Tiempo de guardade cabecera
Tiempo de guardade paquete
Paquetes asíncronos
Longitud de carga útil variable (ráfaga)
Canal TDM Asociado Cabeceras combinadasen una longitud de
onda trabajando como etiqueta óptica
Carga útil de la longitud de onda 1
Carga útil de la longitud de onda 2
Carga útil de la longitud de onda 3
Longitud de onda de cabeceras 0
PPS PPS (Photonic Packet Switching)
Internet óptica83
MPMPλλSS
• 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
Introducción a WDM y DWDM 43
Internet óptica84
WDM puede soportar LSPs MPLSLa etiqueta MPLS apunta a un canal en longitud de ondaOXCs 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 serviciosDiferentes rutas con diferente QoSImplementación de VPNs
MPMPλλSS
Internet óptica85
Redes todo ópticas
IWU
ATM
IWU
ATM
IWU
ATM
Paquetes
Nodo deconmutación depaquetes óptico
Introducción a WDM y DWDM 44
Internet óptica86
Redes todo ópticas
Internet óptica87
Calidad de servicio: DiffServ• IP+QoS : tres posibilidades...Mejora de la capacidad del enlace:
los routers IP controlan el ancho de banda del enlace enlaces WDM recurso compartidomultiplexado estadístico de los paquetes IP
QoS mediante encaminamiento en longitud de ondalos 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 IETFIntServ+RSPV: solución compleja y poco escalableDiffServ
DiffServ: consigue diferenciar niveles de servicio en una red de forma escalable, con diferentes prioridades. Emplea campo ToS (Type of Service) del paquete IP, octeto DS.
Aplicaciones de MPLS
Introducción a WDM y DWDM 45
Internet óptica88
• 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)• Funcionamiento
– Se extrae la clasificación del tráfico al extremo de la red y en el interior se procede según la PHB
– Si un nodo no soporte DiffServ aplica servicio normal Best Effort pero no rechaza la conexión
Dominio DS
Nodo fronteraEntrada DS
SLASLA
Nodos Interiores DS
Nodo fronteraSalida DS
Dominio DS
Conjunto de nodos DS que operan con una política común de provisión de servicios
Aplicaciones de MPLS: DiffServ
Internet óptica89
• 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
• Bloque marcador de los paquetes• Bloque conformador del tráfico• Bloque descartador de paquetes
Clasificador
Medidor
Marcador
Adaptación
DescartePaq.
Elementos de un nodo DS frontera de entrada
Aplicaciones de MPLS: DiffServ
Introducción a WDM y DWDM 46
Internet óptica90
• PHB se marca en el campo DSCP del byte DS
• 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.
CUPHB
DSCP: Differentiated Services CodePointPHB: Per-Hob Behavior
CU: Currently Unused
6 2
DSCP
Aplicaciones de MPLS: DiffServ
Internet óptica91
• 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 manualproblemas de crecimiento la gestión del QoS no se puede mantener extremo a extremo a lo largo de la red
Es un modelo topológivo superpuesto
Aplicaciones de MPLS: Redes Privadas Virtuales, VPNs
Introducción a WDM y DWDM 47
Internet óptica92
• 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
Aplicaciones de MPLS: VPNs