Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE TELECOMUNICACIÓN. Capítulo 9. Internet óptica

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1 Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE TELECOMUNICACIÓN Capítulo 9. Introducción REQUISITOS RED Demanda tráfico Crecimiento difícil de predecir ESCALABLE FLEXIBLE RECONFIGURABLE Distintos proveedores de servicios VERSÁTIL PROTECCIÓN Y RESTAURACIÓN Más eficiente y económico 1

2 Introducción INTERNET ÓPTICA versatilidad reconfiguración protección restauración conexiones en malla Internet óptico 2 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? 3

3 Conmutación de paquetes: Internet optica Router/encaminador Óptico Sincronización, regeneración, contención... 4 Conmutación de paquetes: Internet λi IP Payload SCM Label IP Header Data Clock RF label Recovery and erasure Routing & Forwarding Fiber delay New λ New SCM label Wavelength conversion Label λj IP Payload SCM Label IP Header Reloj, sincronismos Cómo convertir la longitud de onda? Cómo rescribir la etiqueta? 5

4 Introducción TECNOLOGÍAS DWDM OXCs OADMs 6 Conmutación de paquetes: Internet optica Transmisión mediante paquetes ópticos procesados en dicho dominio en los routers Lectura y procesado de la cabecera en dominio eléctrico Payload+label IP Payload IP Header Optical Label Guard λ IP Payload Optical Label IP Header Payload label λ Otra longitud de onda? 7

5 Conmutación de paquetes: Internet optica MPLS & Label Swapping Source Node Optical Label & packet at λi label IP packet AOLS core router Optical Label & packet at λj Filosofía de red: No interacción capas eléctricas/ópticas Ingress edge Router with AOLS interface AOLS core router Egress edge Router with AOLS interface Destinat Node Optical AOLS Core Network Conversión de λ 8 Integración de servicios Tendencias del tráfico Crecimiento de tráfico: = Año IP FR ATM LL Circuit Switched Internet Otros datos Voz 9

6 Epílogo: Evolución previsible Arquitectura de red actual Las redes de datos actuales tienen 4 capas (layer). Cada capa se administra independientemente de las demás. IP ATM SDH WDM Transporte aplicaciones y servicios. Traffic engineering, QoS. Transporte. Monitorización y protección enlace. Capacidad. 10 Integración de servicios Evolución del backbone IP Core Router n (IP/MPLS) FR/ATM Switch Eliminación del MUX n n Los requerimientos de tráfico IP alcanzan agregados SDH Los routers de próxima generación incluyen interfaces SONET/SDH de alta velocidad MUX n Eliminación de la capa ATM v El MPLS (Multi-protocol Label Switching) en routers proporciona ingeniería de tráfico SONET/SDH sustituyendo las funciones ATM v Se elimina la necesidad de gestionar 2 capas (IP y ATM) DWDM Core Router (IP/MPLS) SONET/ SDH DWDM 11

7 Router Conmutación paquetes Integración de servicios Multiplexación y ganancia estadística Conectividad total entre E/S Restauración (varios segundos) ATM/Frame Relay switches Hardware avanzado Ingeniería de Tráfico Restauración (sub-segundos) Por qué tantas capas? MUX Ajustes de velocidad entre los interfaces del router/switch SONET/SDH Time division multiplexing (TDM) Aislamiento de fallos Restauración (50ms) DWDM Gran ancho de banda Resultado: Integración de múltiples vendedores Multiples protocolos de multiplexación Incremento de los costes 12 IP over WDM Buscamos integrar IP lo más directamente sobre WDM Interfaz entre WDM e IP Necesidad de encapsulación Funcionalidades que hasta ahora proveen ATM y SDH Necesidad de definir una capa óptica estándar 13

8 SUB-CAPAS DE LA CAPA ÓPTICA Optical Channel OPTICAL Optical Multiplex Section Optical Transmission Section No se trata de una sola capa sino de 3 14 REQUERIMIENTOS DE GESTIÓN A NIVEL DE RED Management Capabilities Continuity Supervision Connectivity Supervision Maintenance Information Signal Quality Supervision Adaptation Management Protection Control Subnetwork Connection Supervision Management Communications Other Comms Needs ITU-T G.872 OCh OMS OTS??????? 15

9 MODELO DE SERVICIO IP directamente sobre WDM CLIENTE SERVIDOR IP Optical Channel Optical Multiplex Section IP entrega datagramas al servidor para su transporte El OCh ofrece servicio a ráfagas contínuas de datos Optical Transmission Section Para introducir IP en los canales WDM se requiere una adaptación 16 NECESIDAD DE ENCAPSULACIÓN IP Encapsulation Optical Channel Optical Multiplex Section PDH SDH Frame Relay Gigabit Ethernet SDL etc Todo sobre IP e IP sobre todo Optical Transmission Section 17

10 NECESIDAD DE ADECUACIÓN DEL TRÁFICO IP Partitioning/traffic mgmt Encapsulation Optical Channel ATM MPLS Optical Multiplex Section Optical Transmission Section 18 TRANSPORTE IP/WDM 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 19

11 Arquitectura de red 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. 20 TRANSPORTE IP/WDM IP sobre SDH 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 21

12 Arquitectura de red POS Entre protocolo IP y Sonet, la RFC 1619 fija el uso del protocolo PPP (Point to Point Protocol). Tal Tal y como se se define en en las las RFC RFC 1619 y RFC RFC 1662: en en POS POS se se usan usan específicamente tramas STS-3c (tres (tres STS-1 concatenadas) con con lo lo que que se se consigue un un ancho de de banda de de Mbps. 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. 22 Arquitectura de red Desventajas de POS Principal problema: pérdida de la capacidad de gestión del QoS que 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 router se 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. 23

13 COMPARACIÓN IP sobre ATM Gestión del ancho de banda Control del flujo Direccionamiento y encaminamiento Tolerancia a los fallos IP sobre SDH Mayor eficiencia (introduce menos bytes de cabecera) Sólo enlaces directos, ni direccionamiento ni encaminamiento 24 Integración de servicios 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 25

14 Arquitectura de red 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 de las las normas Ethernet de de y Mbps que que promete, tanto en en modo half half como full full duplex, un un ancho de de banda de de 1 Gbps, asegurando además la la compatibilidad con con todo todo el el parque instalado Ethernet de de y Mbps. La La especificación especificación de de control control de de flujos flujos asegurará asegurarála la interoperatividad interoperatividad entre entre switches switchesque 26 que soporten soporten la la norma norma y y los los más más lentos lentos de de Internet y y óptica Mbps Mbpsactuales. Arquitectura de red 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) Elementos funcionales del desarrollo de la tecnología GEN - Una conexión en cobre(máx. 25 m). Para el Internet óptico las soluciones útiles son las dos primeras. 27

15 Arquitectura de red 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 duplex solamente requerirán una versión Fast Ethernet de alta velocidad. 28 Arquitectura de red 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 n 10Gb/s Ethernet con con 2 ó 3 veces veces el el coste coste de de Gigabit Ethernet. n Mantener n el el formato de de trama de de IEEE IEEE n Satisfacer n los los requerimientos de de IEEE IEEE n Mantener n compatibilidad con con el el flujo flujo IEEE IEEE 802.3x. n Mantener n tamaño mín/máx de de la la trama como como en en el el estándar IEEE IEEE n Especificar n un un nivel nivel de de acceso al al medio independiente. n Sólo n Sólo operación full-duplex. n Una n Unacapa MAC MAC independiente de de la la velocidad para para soportar 10Gb/s en en LAN LAN y casi casi 10Gb/s en en MAN MAN n Soportar n infraestructura de de cable cable ya ya existente así así como como la la nueva infraestructura. 29

16 Arquitectura de red 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. 30 ALTERNATIVAS PARA IP/WDM IP WDM 31

17 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) 32 Integración de servicios 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). 33

18 WaveWrapper La idea es: Ya que vamos a hacer algo nuevo, hagámoslo lo más independiente posible Evitar equipamiento SDH + Transparencia 34 G.709: Estructura de la trama de datos G O V E R H E A D PAYLOAD F E C 64 bytes 4X3808 bytes 4X256 35

19 Epílogo: Evolución n previsible Un plano de control común para gestionar la red: GMPLS. Multiplexación, Protección y Administración en cada capa IP ATM IP/ MPLS IP/ GMPLS SONET/SDH SONET/SDH Thin SONET/SDH IP/GMPLS DWDM DWDM DWDM Conmutación óptica DWDM (D. W.) Conmutación óptica Menor coste de equipamiento y operacional 36 Arquitectura de red Núcleo Óptico Modelo de dos capas Capa IP: Servicios IP Routers Transporte Óptico (OXCs, WDMs,TDMs,Long-haul s,...) n Funciones de la capa IP de los routers: n Funciones de la Capa de Transporte Óptica: Creación de servicios Proporcionar formatos adecuados Multiplexación y ganancia estadística Aislamiento de fallos and sectioning Conectividad total E/S Restauración (10 ms) Ingeniería de tráfico Supervisión Restauración (10 ms) Medio de transporte (DWDM) con gran Adaptación de las velocidades de ancho de banda a coste eficiente transmisión del abonado Grandes distancias de transmisión: enlaces Buffering y control de la congestión long haul Escalabilidad de Internet Distancias de transmisión metropolitanas 37

20 Modelos de interconexión y servicios La estructura de control Red IP UNI OXC OXC OXC INNI INNI INNI Red IP UNI Subred Óptica Subred Óptica ENNI ENNI UNI Red Óptica UNI Otras Redes Otras Redes 38 Modelos de interconexión y servicios 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 la red bajo un entorno que ofrezca transparencia de servicio Optical layer (no es realmente un plano de control) Overlay Peer Augmented 39

21 Modelos de interconexión y servicios 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 40 Modelos de interconexión y servicios 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 41

22 Modelos de interconexión y servicios 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 42 Arquitectura de red 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. Y como novedad... 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. 43

23 EL PLANO DE CONTROL Introducción Objetivo: construcción del plano de control para la capa óptica y definir la interacción entre la capa óptica y la capa IP. GMPLS (MPLS generalizado) -Info. sobre topología red -encaminamiento -señalización -protección y restauración Protocolos y algoritmos para el plano de control sobre la 44 Encaminamiento Encaminamiento integrado Peer Model Las redes ópticas e IP ejecutan el el mismo protocolo de encaminamiento. -OSPF (Open Shortest Path First) Encaminamiento de dominio específico Augmented Model El encaminamiento dentro de los dominios IP y óptico se realizan por separado. -BGP (Border Gateway Protocol): IBGP y EBGP (Interno y Externo) Encaminamiento overlay Overlay Model Se implementa un modelo que permite a los routers registrar y pedir direcciones externas. 45

24 Señalización 2 opciones de protocolos de señalización basados en MPLS: RSVP-TE (Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering) CR-LDP (Constraint Routed-Label Distribution Protocol) Direccionamiento Cada OXC Una dirección IP -Dirección IP única dentro de toda la red. -Pero además necesitamos conocer puerto concreto OXC: protocolo GMPLS Etiquetas *Bidireccionalidad caminos! 46 Arquitectura de red 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. 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. Los TeraPops estan interconectados preferentemente en una arquitectura mallada. 47

25 Más caracteristicas: Arquitectura de red Núcleo interno de red - Los enlaces de dicho nivel cubrirán distancias largas (enlaces ultra-long-haul). - Las capacidades manejadas por los TeraPop deberán 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. 48 Arquitectura de red 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. 49

26 Arquitectura de red 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 es posible que se se use Gigabit Ethernet e incluso 10 GbE, ya ya que se se considera que en en un un futuro estas tecnologías podrían estar tan extendidas y ser tan habituales como los los cablemodems o ADSL lo lo son hoy en en día. 50 Curso de Doctorado REDES ÓPTICAS DE TELECOMUNICACIÓN MultiProtocol Label Switching MPLS

27 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 nuevas Características a MPLS 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. 53

28 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. MPλS: Fruto de los esfuerzos de IETF y OIF. Hasta la fecha sólo capaz de crear conexiones ópticas sin funcionalidad de restauración 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. 55

29 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 56 MultiProtocol Label Switching I Introducción 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) 57

30 MultiProtocol Label Switching II Malentendidos con MPLS No es una tecnología para aprovechar el hardware ATM y no es igual que ATM 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 Y sin embargo aprovecha el HW ATM, elimina la necesidad del encaminamiento en el núcleo y es capaz de ofrecer QoS en redes IP 58 MultiProtocolLabel Switching III Carácterísticas de 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 59

31 Generalized Multiprotocol Label Switching, GMPLS n GMPLS es una extensión de MPLS ngmpls extiende a MPLS para soportar multiples tipos de conmutación (no sólo a nivel 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 el dominio óptico) n Facilita la evolución paralela en el dominio IP y en la transmisión óptica 60 GMPLS. Extensiones en el enrutamiento 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 topología de la red. CR-LDP aprovecha para sugerir las futuras etiquetas de respuesta #214 #214 #7 #34 Nodo desestima sugerencia #25 #25 2. Nodos responden con etiquetas (aceptadas o no). Se establece una única etiqueta por router y destino #98 #53 #53 #98 #74 #74 #25 #465 #465 #25 Info de enrutamiento de OSPF Internet Etiquetas óptica unidireccionales 61

32 GMPLS. Extensiones en el enrutamiento 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 Misma etiqueta Misma etiqueta La diferencia con las conexiones tipo circuito virtual es que así se emplea tan sólo una única etiqueta por router y destino Misma etiqueta ESCALABILIDAD vs GRANULARIDAD Enlace congestionado La extensiones de OSPF no seleccionarán siempre las rutas más cortas sino las óptimas Nodo de baja capacidad 62 GMPLS. Extensiones en el enrutamiento netiquetas GMPLS: n Etiquetas MPLS: n Etiquetas MPLS n cabecera de paquetes n slots tiempo n celdas n longitudes de onda n fibras 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 Nube PSC Nube TDM Nube LSC Fibra 1 Fibra n Nube FSC Agregado (Bundle) Nube LSC Nube TDM Nube PSC LSPs de Paquetes (etiquetas explícitas) LSPs Slots tiempo l LSPs LSP-PSC LSP-LSC LSPs Fibra LSP-TDM l LSPs LSPs Slots tiempo LSPs de Paquetes (etiquetas explícitas) (Multiplexación de LSPs de menor orden) (Demultiplexación de LSPs de menor orden) 63

33 GMPLS. Extensiones en el enrutamiento 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 Aceptación de la etiqueta sugerida 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 64 en la conversión Internet de óptica la longitud de onda MultiProtocol Label Switching V Orientación a la topología I #216 D #612 D #5 D #14 D #99 D #963 D D D #462 #311 La información para la distribución de etiquetas viene proporcionada por información de routing 65 D

34 MultiProtocol Label Switching VI Orientación a la topología II #216 #14 #99 #963 #311 #311 #311 #14 #963 #462 D #612 #5 #99 #311 Label Switched Path 66 MultiProtocol Label Switching VIII Escalabilidad de MPLS I 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. Para un LSR, la operación de unión resulta sencilla: ambos LSPs entrantes 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. 67

35 MultiProtocol Label Switching IX Escalabilidad de MPLS II 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. 68 MultiProtocol Label Switching X Escalabilidad de MPLS III 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. 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. 69

36 MultiProtocol Label Switching XI Escalabilidad Tunelling Principal aplicación: REDES PRIVADAS VIRTUALES 70 MultiProtocol Label Switching XII Traffic Engineering No es exactamente una característica sino una funcionalidad que ofrece MPLS 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... El objetivo de la ingeniería del tráfico es utilizar los recursos de la red del modo más eficiente posible para maximizar el rendimiento 71

37 Constraint-based Routing Ejemplo : (enlaces con suficientes recursos) (enlaces de un tipo determinado) (enlaces con retardo menor de 200 ms) AND AND & & = Camino Explícito 72 MultiProtocol Label Switching XIII INCONVENIENTES Granularidad, MPLS sólo considera tráficos agregados Orientación a la topología Implementaciones propietarias VENTAJAS Modularidad Envío simplificado Ingeniería del tráfico QoS en IP (excelente sinergia con DiffServ) Facilita la integración de IP sobre ATM Elimina problemas de n 2 y tasa de celda 73

38 AONs TENDENCIAS I Interfaces de los routers más rápidos 2.5 Gbps y 10 Gbps en la actualidad, 40 Gbps? Nº Longitudes de onda De 8 a 40 en pocos años Capacidad incrementada por fibra Fabricantes ya han anunciado equipos de más de 100 longitudes de onda Funciones avanzadas a nivel de longitud de onda, por ejemplo conmutación de etiquetas (MPλS) 74 AONs TENDENCIAS II 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?) 75

39 AONs TENDENCIAS III Nuevos protocolos adaptados a IP sobre WDM Varios protocolos desarrollados específicamente para la encapsulación & transporte de paquetes IP sobre un backbone WDM 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 76 CONMUTACIÓN FOTÓNICA Por qué? Crecimiento del tráfico de paquetes Uso eficiente de la transmisión Encaminamiento dinámico Protección eficiente Transparente a todos los clientes Por qué no? Capacidad a bajo precio disponible Granularidad Elementos de red costosos Gestión compleja Multiplexación estadística en las capas más altas Suficiente transparencia al servicio disponible 77

40 CONMUTACIÓN FOTÓNICA 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 78 CONMUTACIÓN FOTÓNICA Comparación Alternativas para la conmutación fotónica Utilización del ancho de banda Latencia (Set-up) Circuito Baja Alta Buffers ópticos Proc./ Sinc. cabecera (por unid. datos) Adaptabilidad (tráfico&fallos) Disponibilidad de la tecnología No Requeridos Baja Baja Total Paquete/ Celda Alta Baja Requeridos Alta Alta Laboratorio y prototipos Ráfaga Media Baja No requeridos Media Media Casi total La diferencia está realmente aquí 79

41 OBS (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 80 PPS (Photonic Packet Switching) La carga útil y la cabecera pueden ser procesadas en común o por separado A Formato fijo de la cabecera y la carga útil (SDH, ATM, IP) B C Carga útil transparente al servicio y cabecera de formato fijo (Digital Wrapper) Carga útil ópticamente transparente y cabecera con procesado electrónico (Prototipos y demostradores) Todo-óptico, carga útil y cabecera D (Laboratorio) 81

42 PPS (Photonic Packet Switching) Canal TDM Asociado Carga útil Cabecera de longitud fija Cabecera sobre portadora RF o tono piloto Cabeceras combinadas en una longitud de onda trabajando como etiqueta óptica Tiempo de guarda de cabecera Tiempo de guarda de paquete Paquetes asíncronos Carga útil Guía de la cabecera Longitud de onda de cabeceras 0 Carga útil de la longitud de onda 1 Carga útil de la longitud de onda 2 Longitud de carga útil variable (ráfaga) Carga útil sin tiempo de guarda Carga útil de la longitud de onda 3 82 MPλS 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 83

43 MPλS WDM puede soportar LSPs MPLS La etiqueta MPLS apunta a un canal en longitud de onda OXCs 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 servicios Diferentes rutas con diferente QoS Implementación de VPNs 84 Redes todo ópticas ATM IWU ATM IWU ATM Paquetes Nodo de conmutación de paquetes óptico IWU 85

44 Redes todo ópticas 86 Aplicaciones de MPLS IP+QoS : tres posibilidades... Calidad de servicio: DiffServ Mejora de la capacidad del enlace: los routers IP controlan el ancho de banda del enlace enlaces WDM recurso compartido multiplexado estadístico de los paquetes IP QoS mediante encaminamiento en longitud de onda los 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 IETF IntServ+RSPV: solución compleja y poco escalable DiffServ 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. 87

45 Aplicaciones de MPLS: DiffServ 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) Dominio DS Funcionamiento Conjunto de nodos DS que operan con una política común de provisión de servicios Se extrae la clasificación del tráfico al extremo de la red Dominio DS 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 SLA Nodo frontera Entrada DS Nodos Interiores DS 88 SLA Nodo frontera Salida DS Aplicaciones de MPLS: DiffServ 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 Medidor Bloque conformador del tráfico Bloque descartador de paquetes Paq. Clasificador Marcador Adaptación Descarte Elementos de un nodo DS frontera de entrada 89

46 Aplicaciones de MPLS: DiffServ PHB se marca en el campo DSCP del byte DS 6 2 PHB CU DSCP 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. DSCP: Differentiated Services CodePoint PHB: Per-Hob Behavior CU: Currently Unused 90 Aplicaciones de MPLS: Redes Privadas Virtuales, VPNs 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 manual problemas de crecimiento la gestión del QoS no se puede mantener extremo a extremo a lo largo de la red Es un modelo topológivo superpuesto 91

47 Aplicaciones de MPLS: VPNs 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 92

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