Arquitectura de Redes Propietarias

© K.-D. Hackbarth GIT/UC 2009

Arquitectura de Redes Propietarias8. Capitulo

Redes de Transporte físico(NG-SDH/SONET)

K.-D. HackbarthDepartamento de Ingeniería de Comunicaciones

Grupo de Ingeniería TelemáticaVersión 13.12.2009

© Universidad de Cantabria


Contenido

1. Desde SDH hacia NG-SDH

• Situación actual • Camino hacía la NG-SDH• Generic Frame Procedure• Virtual concatenation• Link capacity adjustment scheme• Migración desde SDH hacia NG-SDH• Conclusiones 2. Tendencias en redes ópticas

• Evolución del modelo • GMPLS • Tendencias en conmutadores de paquetes ópticos


Situación actual I

En la parte de la 2-3 milla las operadores sustituyen su infraestructuras basando en ATM por nuevos equipos basando en Ethernet

Este cambio requiere también una evolución de la tecnología SDH/SONET hacía un nueva tecnóloga denominado NG-SDH/SONET

ATM• Ventajas

– proporciona QoS mediante tipos de servicios como CBR, VBRrt, VBRnr, ABS– VPN, virtual túnel para servicios a otros operadores (wholesale), e.g. Bitstream

Access) – Tecnología madura con Standard ITU ATM-Forum – Optimo para servicios hasta un bando de ancha STM-1– Soporte para ingeniería de trafico – Tecnología “carrier grade”

• Inconvenientes – Alto CAPEX (equipos caros) – Eficiencia reducida en el ancho de banda – No suporta multicast y broadcast– Escalables reducido para alta banda de ancho – No hay interfase nativo con los clientes


Situación actual II

Ethernet Ventajas • Interfase nativo con la mayoría de los clientes • Suporte multi- y braodcast• Bajo CAPEX (equipos y tarjetas baratas) • VPN, virtual túnel for wholesale (e.g. Bitstream Access) • Tecnología madura con Standard IEEE 802.X• Alta escalabilidad 10, 100 Mbps 1,10Gb

Inconvenientes • Suporte QoS solamente al nivel estocásticos (esquema de

prioridades) mediante tipos de servicios como CBR, VBRrt, VBRnr, ABS

• Tecnología todavía no carrier grade ?• Problemas en caso de topología malladas (STP, FSTP)


Situación actual III

• La situación actual de tecnología SDH se basa en un diseño que proporciona – Transporte de corrientes de tasas altas hasta 2.5 o 10 Gbps– Granularidad que se compone de un esquema de multiplexación

por cuatro unidades inferior (heredado del concepto de la JDP Europea) resultando modules de transporte STM-N con N= 1,4,16, (64)

– Altos valores de parámetros de rendimiento (QoS, fiabilidad, robustece)

– Mecanismos de protección, restauración y re-enrutamiento – Evolución hacia tecnología ópticas (OC-X X=3,12,48,192) – Sincronismo mediante una red de sincronización


Camino hacía la NG-SDH I

• La tecnología SDH/SONET tiene unas deficiencias que debe superar la NG-SDH/SONET – Granularidad no encaja con nuevas demandas sobre todo desde

“Carrier Ethernet”– Ineficaz en el uso de banda ancha en el caso de altos

variaciones de trafico – No proporciona sobrecarga para la monitorización de caminos

de luz (lightpath) – No proporciona gestión de ondas ópticas (wavelength

management) – Suporte limitado en topologías (punto-punto, bus o anillo) – Altos costes CAPEX sobre todo para aplicaciones de datos


Camino hacía la NG-SDH II

• De las deficiencias de la SDH/SONET resultan las exigencias para NG-SDH– Suporte para nuevas topologías como anillo compartido – Suporte para diferentes estructuras lógicas como punto-punto y

mallado completo sobre anillos físico basado en WCM o DWCM – Suporte para amplias tasas (incremento de la granularidad) – Suporte para Wavelength management– Permitir convergencia de servicios, voz, Ethernet, FR, IP etc. – CAPEX reducidos sobre todo para redes de tamaño menor


Camino hacía la NG-SDH III

Para la NG-SDH/SONET se han definido varios nuevos protocolos, los más importantes son:

• Protocolo GFP– Adaptación de servicios de datos sobre las “payloads” de SDH de forma

flexible, robusta y con reducida sobrecarga (overhead). • Protocolo VCAT

– Mecanismo para que las señales ocupen varios contenedores SDH virtuales no contiguos ajustados a su ancho de banda, en vez de un único contenedor de tamaño bastante superior.

• Protocolo LCAS– Permite la reconfiguración dinámica de los contenedores virtuales que

transportan los datos. • Protocolo RPR

– Protocolo de nivel 2 para proporcionar un servicio de transmisión paquetes no orientado a la conexión entre elementos de un anillo SDH.


Camino hacía la NG-SDH IV

Esquema de la NG-SDH con sus correspondientes capas lógica


Generic Frame Procedure I

• La GFP se basa en el concepto de concatenación virtual y entonces amplia el concepto de la JDS limitado a concatenación continuo

• Definido en el estándar ITU G.7041 • Adaptación de múltiples servicios sobre las “payloads”

de SDH• Se puede interpretar como una multiplexación inversa • Protocolo de nivel 1 flexible, robusto, overhead limitado • Preserva información MAC y entonces soporta múltiples

protocolos nivel 2• Dos tipos de servicios : GFP-T (Transparente) y GFP-F

Basado en Tramas)


Generic Frame Procedure II

• Concatenación continúo versus concatenación virtual

– en la concatenación continua una “tributario” a la SDH es mapeadoocteto por octeto de trama en un correspondiente contenedor virtual con una velocidad superior que a su vez se mapea en la correspondiente STM-N, ejemplo un señal E1 se mapea en un CV1 etc.

– Si el tributario no llena el correspondiente CV el resto de los octetos no se usan (excepción mapeo de ATM) lo que reduce el grado de uso de las capacidades proporcionado por la trama

– Con la concatenación se consigue que las tramas SDH/SONET se enrutan por un camino fijo desde el origen hasta su destino

0,42VC4-16c1GB Ethernet

0,67VC4100 MB Ethernet

0,2VC-310MB Ethernet

Grado de uso

CVTipo de red


Generic Frame Procedure III

• En la concatenación virtual la carga del señal de la capa lógica se puede distribuir por varios CV y los CV pueden transportarse en diferentes tramas STM-N

• En el destino se deben recoge las diferentes tramas des-encapsular el señal y recomponer el señal original

• Como el señal se enruta en varios VC que a su vez se asocian a diferentes STM-N los CV pueden llegar al destino con diferencias temporales (differential delay).

• Como consecuencia los CV deben memorarse hasta que todos los CV correspondiente a un señal han llegado

0,95VC-4-7vc1GB Ethernet

1.00V-32-2vc100 MB Ehternet

0,92VC-12-5vc10MB Ethernet

Grado de uso CVTipo de red


Generic Frame Procedure IV

Concatenation continues versus virtual

Source J.M. Caballero Trends Communicacion 2005


Generic Frame Procedure V

• GFP define dos modos de adaptación de la señal lógico a la trama GFP – Mapeo de tramas (GFP-F)

que se orienta de encapsular tramas de la capa dos como Ethernet, PPP

– Mapeo transparente (GFP-T) que es una encapsulación al nivel físico y es optimizado para la encapsulación de señales de la capa 1 para protocolos 8B/10B como “fiber channel, ESCON

Payload FCS

Client playload variable or fixed

Payload Header

Header Core HEC)

Header (PLI)

PLI Playload length indicaterHEC Head error control FCS Frame check sequence

General GFP frame


Generic Frame Procedure VI

• Formato de la trama GFP:– Core Header– Payload Header– Payload Area.


Generic Frame Procedure VII

GFP-F (Frames, Tramas) GFP-T (Transparente)

Característica Soportada GFP-F GFP-T

Transparente a códigos de control de trama 8B10B NO SI Optimización de Ancho de Banda SI NO Permite Monitorización de Cada Trama SI NO Minimiza la Latencia para Servicios Sensibles al Retardo NO SI Permite Opcionalmente Corrección de Errores NO SI Permite Compartir el Canal de Transmisión Entre Varios Clientes SI SI

� Sólo mapea los bytes a transmitir

� Sólo soporta protocolos de tramas

� Dependiente del protocolo

� Uso eficiente del Ancho de Banda

� Mapea toda la señal en tramas

� Tramas GFP de tamaño fijo

� Independiente de la señal

� Baja latencia

� Implementación Sencilla


Generic Frame Procedure VIII

Playload FCS 4 FCS 4

PAD

MAC client payload

Length/type 2

Client payload field X= 0…65535Sourse address 6

Payload Header X= 4..64Destination address 6

Core HEC LSM Start of frame 1

Core HEC MSBPreamble 7

PLI LSB

PLI MSB

Encapsulación de la trama Ethernet into GFP-F


VCAT I

• Hasta ahora, las unidades básicas que se han utilizado: STS-1/VC-4


VCAT II

• CONCATENACIÓN CONTInUA: unión de varios payloads de STS-1/VC-3/VC-4 que se van a transportar y enrutar como una única unidad a través de la red.


VCAT III

Virtual Concatenation• Definido en el estándar ITU G.707 • Protocolo de nivel 1 para que las señales ocupen varios contenedores SDH

virtuales no contiguos • Ancho de banda ajustado al de la señal a transportar • Los contenedores pueden transportarse de forma independiente por la red

y ser reensamblados en el destino• Uso eficiente de la red: flexibilidad para trazar rutas, apura la capacidad

existente, granularidad al asignar ancho de banda

Servicio Soportado Tasa Binaria Nominal

Eficiencia Concat. Contigua

Eficiancia VCAT

Fast Ethernet 100 Mbps 65% 98% Gigabit Ethernet 1 Gbps 40% 92% ESCON 160 Mbps 26% 78% Fibre Channel 850 Mbps 34% 92% Fibre Channel 2 1.7 Gbps 68% 92%


VCAT IV

EJEMPLO: Se requiere transmitir un STS-3, pero no se puede agregarlo a la red porque no existe un número de STS-1/VC-3 contiguos suficiente. Con la concatenación virtual el problema se resolvería:


LCAS I

• Link Capacity Adjust Scheme• Definido en el estándar ITU G.7042• Como un mecanismo de control de capacidad, LCAS permite la

adicción o reducción de la capacidad del payload para conseguir la capacidad requerida por la aplicación.


LCAS II

• Características:– Se encarga de añadir o eliminar ancho de banda adicional a un

“circuito VCAT” automáticamente en tiempo real, sin afectar a los datos cursados.

– Permite re-configuración dinámica de los contenedores virtuales.– Opera de forma simétrica y asimétrica (diferentes velocidades

en los dos sentidos de transmisión del circuito).– Aprovisiona automáticamente ancho de banda en función de la

demanda del usuario o del estado de la red.

• Beneficios:– Ancho de banda bajo demanda– Calidad de servicio– Coste de actualización de la red mínimo– …


Migración SDH hacia NG-SDH I

• La migración no requiere que el equipamiento SDH/SONET se sustituye

• Los equipos que proporcionan las funciones adicionales de la NG-SDH/SONET se ponen por encima del los equipos existentes

• La NG-SDH/SONET permite una integración optima de las señales de todas los capas lógicas



Migración SDH hacia NG-SDH II

Equipment de multiservice provision platform MSPP

Equipment de multiservice transport platform MSTP



Migración SDH hacia NG-SDH III

Esquema de integrar SDG/SONET into NG-SDH/SONET



Conclusiones I

• SONET/SDH fue una inversión muy grande para los proveedores de servicios y nos van a deshacer de la red.

• GFP convierte en eficiente para el transporte de datos una red que originalmente estaba destinada para circuitos de 64Kbps.

• VCAT reajusta las capacidades a valores adecuados para protocolos de datos.

• LCAS permite ajustes de capacidad transparentes al usuario.


Conclusiones II

• NG SDH helps to provide the right SLA to Ethernet services• Transport for high definition audio and video• High speed data for Internet or other networks• Fast bandwidth management to satisfy requirements• Integration under the same architecture circuit and packet networks


Conclusiones III


2. TENDENCIAS EN REDES OPTICAS


Evolución del modelo I

Fig. 1. Evolución del modelo de capas.Fig. 1. Evolución del modelo de capas.


Evolución del modelo II

10-40 Gbit/s10 Gbit/sCapacidad por canal

0,4 nm (50 GHz)0,8 nm (100 GHz)Espaciado entre canales

cooled DFBcooled DFBTipo de láser

>1 Tbit/s100-1000 Gbit/sCapacidad de la fibra

C, L, SC, LEspectro utilizado

80-16032-80Canales por fibra

DWDMlargo alcance

DWDMMAN/WAN

Comparativa entre tecnologías WDM según el tipo de aplicaciónComparativa entre tecnologías WDM según el tipo de aplicación


OTN-I

• La ITU ha especificado una serie de señales de transporte óptico• Permite similar como en la JDS controlar una contribución óptica

OPU-Cliente • La OPDU se enruta vía un camino óptico (ODU)• El camino óptico se compone de sesiones ópticos (OUT)


OTN-II


OTN-III

• La base del OTN es una trama óptica (Optical Transport Network Model OTM)

• El OTM al nivel óptico es comparable con el STM al nivel eléctrico de la JDS

• La parte más importante es la introducción de corrección de errores el nivel FEC


OTN-IV

4*ODU2eODU3e144,57097464*10,3125255/236OTU3e1

10GEODU2e11,095727810,3125255/237OTU2e

STM-256ODU343,018413639,81312255/236OTU3

STM-64ODU210,70922539,95328255/237OTU2

STM-16ODU12,666057142,48832255/238OTU1

PayloadODU-Typetotal bitratepayloadrateoverhaed

MultiplerOTN-Type


OTN-V

• Hay diferentes formas de encapsular IP sobre la fibra– En el caso de NG-SDH hay dos mecanismo de restauracion de

caminos • Mediante MPLS/GMPLS al nivel IP• Mediante los mecanismos de la JDS

– El el caso que se encapsula directamente en OTN • Solamente mediante las cabezas de la OTN dentro de los routers IP

– Si se encapsula directamente en un lamda• mediante GMPLS


GMPLS I

Exploración de recursos: se obtiene información acerca de los recursos de red tales como conectividad o capacidad de los enlaces. Los mecanismos utilizados para diseminar esta información de estado se basan en una extensión del Internet Gateway Protocol (IGP).

Selección de ruta: se utiliza para seleccionar una ruta apropiada a través de la red óptica inteligente (ASON) en base a unas ciertas restricciones impuestas por el entorno y las limitaciones de la capa física.

Gestión de ruta: incluye distribución de etiquetas, así como establecimiento, mantenimiento y terminación de ruta. Estas funciones se realizan por medio de un protocolo de señalización extendido como ResourceReservation Protocol for Traffic Engineering (RSVP-TE) o Constraint-routed Label Distribution Protocol (CR-LDP).

ESTABLECIMIENTO DE UN CANAL


GMPLS II

Conmutador PSS configurado para múltiples tipos de tráfico

Conmutador PSS configurado para múltiples tipos de tráfico

Jerarquía de interfaces conmutados de GMPLS

Jerarquía de interfaces conmutados de GMPLS


Tendencias en conmutadores de paquetes ópticos I

Figura 16 esquema temporal de una ráfaga ópticaFigura 16 esquema temporal de una ráfaga óptica

Con velocidades de modulación de 10 Gbit/s y 40 Gbit/s, en una única ráfaga se pueden transportar ficheros completos que pueda querer descargar o enviar un elemento servidor, lo que abre la puerta a la simplificación de los protocolos de transporte TCP, que a su vez redunda en una mayor eficiencia y simplicidad de los elementos terminales de red periférica


Tendencias en conmutadores de paquetes ópticos II

conmutador de paquetes ópticosconmutador de paquetes ópticos


Tendencias en conmutadores de paquetes ópticos III

reencaminamiento en base a conversiones en longitud de onda y reencaminadores fijos reencaminamiento en base a conversiones en longitud de onda y reencaminadores fijos


Referencias I

• SDH Tutorial, The International Engineering Consortium, www.iec.org

• Migration to Next Generation SDH, Jose Maria Caballero, TrendCommunication

• [Mannie-04]: E. Mannie, Ed. Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Architecture Request for Comments: 3945 October 2004, http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3945.txt

• ITU-T G.805, G.709

• Converge IP ND DWDM Layers in Core Network, Cisco white paper, 2007, http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/routers/ps5763/prod_white_paper0900aecd80395e03.html

• [Perrin-09]: Building the Next Generatio Packet-Optical Switching Network, White Paper Heavy Reading for Ciena, September 2009,

www.heavyreading.com


Referencias II

• Evolution of optical packet transport, white paper L.M. Ericsson- August 2009

• G. Barlow A G.709 Optical Transport Network Tutorial, www.jdsu.com• The Value of OTN for Network Convergence and IP/Ethernet Migration,

White paper Ciena 2006• Evolution to optical packet transport, White paper L.M. Ericsson, 2009 • MPLS in Optical Networks An analysis of the features of MPLS and

Generalized MPLS and their application to Optical Networks, with reference to the Link Management Protocol and Optical UNI. http://www.dataconnection.com

• Shukla-07]: V. Shukla et. All, Next Generation Optical Network-Enabling Dynamic Bandwidth Services, Proc. of the National FiberOptic Engineers Conference (NFOEC), Anaheim, CA, March 25, 2007, http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=NFOEC-2007-NWB3

• [Tomic-04]: S. Tomic, et. al. ASON und GMPLS-Overview and Comparision, Photonic Network Communication Vol 7 Nr.2 2004

• [VDE-06]: VDE-ITG, ed. Optical Transport Networks (OTN) Technical Trendsand Assessment, ITG-Postitionspapier, VDE 2006, http://www.vde.com/de/fg/ITG/Aktuelles/Documents/MCMS/ITGPosipapOTN1.pdf

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