Presentazione PPT

Tecnologie ottiche in
GARR-X
Ugo Monaco, Alessandro
Pancaldi, Maurizio Scarpa
GARR
WORKSHOP GARR_08
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
Ringraziamenti
• Gli autori di questa presentazione ringraziano tutte
le persone, colleghi e non, che hanno contribuito
in modo diretto o indiretto ai contenuti di questo
tutorial. Un ringraziamento particolare va a
Fabrizio Ferri che ha avviato il lavoro su queste
tematiche WORKSHOP GARR_08 Monaco, Pancaldi,
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Obiettivi e premesse
• Obiettivi del tutorial
– Presentare e condividere l’esperienza maturata finora
durante la progettazione della nuova infrastruttura di
rete GARR-X
– Fornire risposte a domande del tipo:
•
•
•
•
Cosa e’ una rete WDM? … di cosa si compone?
Come viene gestita?
… ma funziona davvero!? :)
Quali servizi saranno disponibili?
– Affrontare alcuni dettagli relativi alla fibra ottica,
all'architettura di rete e alle funzionalità degli apparati
WDM e dei relativi sistemi di controllo e gestione
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Obiettivi e premesse
• Alcune premesse
– GARR-X e’ il progetto per l’evoluzione
dell’infrastruttura e dei servizi della rete
GARR
– Nell’ambito di questo progetto e’ stato
effettuato uno scouting tecnologico
– In questo tutorial si approfondiranno alcuni
aspetti chiave della tecnologia ottica in reti
WDM
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Agenda
1. La fibra ottica (il filo)
–
–
–
–
Trasmissione in fibra ottica
Componenti fondamentali
Problemi nella trasmissione in fibra
Formato dei segnali
2. Gli apparati (l’acciaio)
–
–
–
Componenti e blocchi funzionali
Protezione ottica
Hardware dei sistemi DWDM
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Agenda
3. Il sistema di gestione (il telecomando)
–
–
–
–
Rete di gestione (DCN)
Canale di gestione (OSC)
Software di gestione (OSS)
Piano di controllo automatico (GMPLS o
ASON/ASTN)
4. Costruiamo la rete (il lego)
–
–
–
–
–
Design
Planning
Tecniche di multiplazione
Interazione fra livelli di rete
Connessioni utilizzatori
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TECNOLOGIE OTTICHE IN
GARR-X
1 – La fibra ottica
A. Pancaldi – M. Scarpa – U. Monaco
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La fibra ottica - agenda
• Il filo
– fibra ottica
• struttura meccanica, sezioni, dimensioni, tubo
• tipologie SM e MM, standard ITU G.65x (solo cenni e rimando)
• connettori
– WDM
• diodo laser in tx e fotorilevatore in rx (SFP, XFP), schemi a blocchi,
caratteristiche (lunghezza d'onda, potenza ottica, SM e MM, modulazione
RZ e NRZ (dopo piu' articolate), finestra in ricezione, OSNR)
• multiplazione di lunghezza d'onda: mux, demux (descrizione, elemento
passivo), su quale tipi di fibra e su quali bande no su MM, quante? limiti
tecnologici e di banda dei segnali (vedi modulazione), griglia ITU-T, CWDM
e DWDM
• problemi nella trasmissione WDM, attenuazione, ASE, CD, PMD, FWM e
rigenerazione+ tipologie di fibre e dettagli (vedi slide Alain)
• trasporto dei bit sui segnali multiplati a lunghezza d'onda, richiamo
modulazione e 40G, struttura dei segnali colorati G.709 (cosa e' l'OTH, basic
da estendere dopo apparati), FEC (codice di rilevazione e correzione, chi la
fa e come funziona nel G.709, pre/post FEC, guadagno di codifica, standard
e enhanced)
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La storia
• La trasmissione guidata dei segnali ottici a
distanza e’ stata osservata nella metà del
XIX secolo da diversi fisici
Jean Daniel Colladon
Jacques Babinet
John Tyndall
• Tale fenomeno si basa sul principio della
riflessione totale interna
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La riflessione totale
• … o quasi !!!
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La riflessione totale
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La riflessione totale
• La rilessione totale (senza il quasi)
– Un’onda elettromagnetica incidente sulla superfice di
interfaccia tra due mezzi
• in parte prosegue il suo percorso deviandolo al di là della
superficie - onda rifratta
• in parte torna nella direzione da cui proveniva - onda riflessa
– L’angolo di riflessione e’ pari
all’angolo di incidenza
– L’angolo di rifrazione e’ definito
legge di Snell e dipende dai
valori degli indici di rifrazione n1
e n2 dei materiali
• n e’ pari al rapporto tra la velocita’
di propagazione dell’onda nel
mezzo e quello nel vuoto (c)
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La riflessione totale
• Se n1>n2 allora per valori dell’angolo di
incidenza maggiori a un valore critico
(angolo critico), non si ha onda rifratta, ma
solo quella riflessa  riflessione totale
interna
n2
n1>n2
n2
core
cladding
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La fibra ottica
Jacket: guaina protettiva, solitamente materiale plastico
Buffer: rivestimento primario, conferisce rigidità e
oscura la fibra, solitamente materiale resinoso
Cladding: partecipa alla propagazione, assorbe onde evanescent
Stesso materiale del core con indice di rifrazione minore (<1%)
Core: mezzo dove avviene riflessione totale, materiale
plastico o vetroso (silice o altri), diametro variabile 8-65 μm
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Cono di accettazione
• Per sfruttare il
fenomeno della
riflessione totale, è
necessario che l’onda
e.m., o il raggio
luminoso, venga
introdotto ad una
estremità entro un
certo angolo di
accettazione della
fibra
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Fibre singolo/multi modo
• Quanti raggi con angolo di incidenza
diverso possono propagarsi
contemporaneamente in fibra (ogni raggio
e’ detto “modo”)?
– Il numero e’ FINITO e si può calcolare
teoricamente
– Dipende anche dal diametro d del core della
fibra
• 4 μm < d < 10 μm  fibra single-mode
• d > 10 μm  fibra multi-mode
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Fibra ottica
• Single-mode: si propaga un solo
fascio luminoso
• Multi-mode: si propagano più fasci
contemporaneamente (diversi
angoli)
– Step-index fiber: variazione brusca
dell’indice di rifrazione
– Graded-index fiber: variazione
graduale dell’indice di rifrazione
n1 n2
125μm
n1 n2
125μm
n
8-10μm
n
50-62.5μm
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Single vs Multi mode
• Qual e’ la migliore?
– … dipende
Impulso in
uscita
Multi
mode
claddingin
Impulso
ingresso core
Multi
mode
Single
-mode
Effetti della
dispersion
e modale
Single
mode
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Single vs Multi mode
• Le fibre multi-mode presentano lo svantaggio della
dispersione modale … i modi seguono percorsi diversi
all’interno della fibra e arrivano a destinazione in istanti
diversi
 allargamento nel tempo dell’impulso luminoso
all’uscita della fibra
Questo fenomeno è più contenuto nelle fibre graded-index in
quanto i modi che percorrono percorsi più lunghi hanno velocità
maggiore (indice n minore vicino al cladding)
• Inoltre le single-mode hanno un processo di produzione
più semplice (meno materiale drogante per il core) e
presentano un’attenuazione minore
• Nei sistemi ottici ad alta capacità e lunga distanza viene
utilizzata esclusivamente fibre single-mode
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Single vs Multi-mode
• … ma le fibre single-mode non sono perfette:
per esempio, giunti e connettori sono più critici nelle fibre
single-mode in ragione del diametro inferiore del core
Mancato allineamento
alla giunzione…
…ma anche tanti
altri problemi
nell’interconnessione
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Fibre ottiche single/multi-mode
• Lo standard ISO/IEC 11801 riporta quattro
tipi di fibre ottiche:
– Multi-mode
• OM1 (50 o 62.5 /125)
• OM2 (50 o 62.5 /125)
• OM3 (50/125)
– Single-mode
• OS1 (8-10/125)
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Protezione dei cavi
• I rivestimenti delle fibre ottiche possono
essere di due tipi:
– Tight o rivestimento “stretto” (indoor): la fibra
è fissata rigidamente al rivestimento
secondario (diametro esterno 600μm o
900μm)
– Loose o rivestimento “lasco” (outdoor): la fibra
ottica risiede all’interno di un tubo rigido (circa
2mm di diametro) ed e’ immersa in una
gelatina tamponante (per la protezione nei
confronti dell’umidità)
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Alcuni standard
• TIA/EIA-598 stabilisce un codice di colore per
guaina protettiva della fibra, di solito:
Arancione per multi-mode
Giallo per single-mode
• EAI/TIA-568 definisce
parametri ottici della
fibra (es. attenuazione,
ecc.)
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Cavi multifibra
Tight cable
Loose cable
Codice di colore TIA/EIA-598
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Connettori
• Esistono diversi tipi di connettori per i cavi in
fibra ottica che differiscono per:
– Materiale e forma, meccanismo di aggancio, tipo di
fibra, dimensione, forma e materiale della boccola
(ferrule), singola/doppia fibra, perdita di inserzione
(Insertion Loss), perdita di riflessione (Return Loss),
ecc.
– Alcuni esempi:
• SC (Subscriber Connector / Standard Connector)
– plastica, quadrato, aggancio a pressione
• LC (Lucent Connector / Local Connector )
– plastica, quadrato, aggancio a pressione
• ST (Straight Tip)
– metallo, tondi, con innesto a baionetta
• FC (Ferrule Connector)
– metallo, tondi con innesto a vite
• MT-RJ (Mechanical Transfer Registered Jack )
WORKSHOP
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Monaco,
– plastica,
rettangolare,
termina
duePancaldi,
fibre
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Connettori
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Connettori
Boccola (Ferrule)
Diametro 2.5mm
(SC, ST,
ecc.) o 1.25mm
(LC)
Circa 8°
Air Gap
PC
Physical Contact
UPC
Ultra PC
APC
Angled PC
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Connettori
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Connettori
• Per ogni tipologia di connettore esiste un
documento standard di riferimento denominato
TIA-604-xx (Fiber Optic Connector
Intermateability Standard - FOCIS xx) dove il
codice xx identifica una certa tipologia di
connettore
• Esiste un codice di colore (TIA/EIA-568 ) anche
per i connettori (se il connettore è di metallo fa
riferimento il colore del calzino)
– Beige per fibre multi-mode
– Blu per fibre single-mode
– Verde per connettori APC (Angled PC)
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Tipologie di fibre
• ITU-T ha pubblicato diversi standard che descrivono le
caratteristiche geometriche, meccaniche e trasmissive delle fibre
ottiche
• Attualmente esistono 15 standard diversi per le fibre singolo modo
• Nell’ambito di ogni standard il mercato offre una pletora di fibre
commerciali
• Alcuni standard permettono differenze tra i parametri trasmissivi che
possono risultare significative in alcuni contesti (per esempio, le
fibre G.655)
ITU-T G.651
fibre
ITU-T G.652 A, B, C ,D
fibre!)
ITU-T G.653 A, B
optical fibre
ITU-T G.654 A, B, C WORKSHOP GARR_08
mode optical fibreScarpa
Multi-Mode optical
Single-mode optical fibre (Standard
Dispersion-shifted single-mode
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Cut-off shifted single-
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Trasmissione in fibra ottica
e WDM
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Introduzione
• La trasmissione in fibra ottica può
coinvolgere un singolo segnale (singolo
canale), oppure diversi segnali
contemporaneamente (multi-canale con
multiplazione di lunghezza d’onda)
• Alcuni componenti e caratteristiche sono
comuni ad entrambe le modalità
• Iniziamo con la trasmissione singolo
canale
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Sorgenti di luce
• Componenti impiegate per generare il segnale luminoso
– LED (i primi utilizzati per la trasmissione in fibra)
• Lenti, spettro relativamente ampio, luce poco focalizzata, ovvero
cono di illuminazione ampio  elevata perdita di accoppiamento
con la fibra (10-20dB in fibre multi-mode e fino a 30 dB in singlemode)
– Laser (successivi ai LED e con prestazioni superiori)
• Superano limiti dei LED e sono un fattore abilitante della tecnologia
DWDM
• Esistono diverse tipologie di laser (per es., Fabry-Perot, Distributed
Feedback (DFB) lasers, Distributed Bragg Reflector (DBR) laser,
ecc.) con diverse caratteristiche
• Alcuni parametri fondamentali
– Lunghezza d’onda (colore) del segnale ottico emesso
– Potenza ottica
– Ampiezza dello spettro
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Fotorilevatori
• Trasformano segnale luminoso in segnale elettrico
• Sono dei fotodiodi con funzionamento opposto rispetto ai
LED
• Sono dispositivi che hanno una finestra di ricezione
ampia (lo stesso fotorilevatore e’ in grado di convertire
segnali luminosi a diverse lunghezze d’onda)
• Esistono diverse categorie
– Positive-Intrinsic-Negative (PIN) diode, corrente proporzionale
alla potenza luminosa
– Avalanche PhotoDiode (APD), extra-guadagno di corrente, ma
piu’ rumore
• Alcuni parametri fondamentali
– Sensibilità (minima potenza ottica ricevuta per raggiungere
determinate prestazioni)
– Tolleranza alla dispersione
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Quali colori scegliere?
• Come identificare le lunghezze d’onda da
utilizzare nei sistemi DWDM
• Chi decide quali colori (valori della λ) e quanti
(distanza tra le λ) utilizzare?
I vincoli derivano da …
?
– La fibra ottica  es., minimi dell’attenuazione
– I laser e i fotorilevatori  ampiezza dei segnali,
formati di modulazione
… ma anche da
– Gli amplificatori  efficienza di amplificazione
– Gli utilizzatori  bit rate dei segnali da trasportare
(larghezza dello spettro dei segnali)
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Quali colori scegliere?
1500 THz
200 nm
750THz
400nm
UV
450THz
750nm
Visibile
l=c/f
xWDM
IR
O
E
S
1260 nm
Attenuazione
nella fibra ottica
850 nm
1310 nm
C
L
U
1675 nm
1550 nm
dB / km
4
3
2
1
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Amplificatori
• Il segnale luminoso viene attenuato durante la
propagazione nella fibra  amplificatori ottici possono
essere utilizzati per estendere la portata del segnale
luminoso
• Gli amplificatori ottici si basano sul principio
dell’emissione stimolata
• Esistono due categorie di
amplificatori ottici
– Amplificatori laser a semiconduttore
(Semiconductor Optical Amplifier –
SOA)
– Amplificatori a fibra drogata con terre
rare, per esempio Erbium Doped
Fiber Amplifier - EDFA
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Amplificatori
• Alcuni parametri:
– Guadagno di amplificazione
– Finestra di lavoro
– Il rumore ASE (Amplified Spontaneous
Emission)
– La potenza di saturazione
• Utilizzo degli amplificatori
– Booster
– In-Line Amplifier (ILA)
– Preamp
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Come modulare il segnale?
• Come e’ possibile far trasportare alla luce un
flusso di bit? …  introducendo delle variazioni
sistematiche sul segnale luminoso sulla base dei
bit da trasportare = MODULAZIONE
• Il modo più semplice … modulazione a due livelli
dell’ampiezza del segnale luminoso
 On/Off Keying (OOK)
– Due livelli di potenza luminosa “On” e “Off” sono
associati ai bit “1” e “0”
– La modulazione può essere fatta direttamente sul
laser oppure in modo indiretto (tramite un modulatore
esterno)
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On/Off Keying
• Diverse modi per pilotare il segnale luminoso
– Non Return to Zero (NRZ): ad ogni “1”
corrisponde il valore “On” di potenza luminosa
per tutto il tempo di bit
NRZ
RZ
– Return to Zero (RZ): ad ogni “1” corrisponde il
valore “On” di potenza luminosa per un periodo
limitato del tempo di bit (1/2 o 1/3)
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Altre modulazioni
• Phase Shift Keying (PSK): la variazione sistematica e’
realizzata sulla fase del segnale luminoso e non
sull’ampiezza
– Quadrature PSK (QPSK): i valori di fase ammessi (simboli della
costellazione) sono 4
• A ogni simbolo sono associati due bit
• Con 10 Giga simboli al secondo posso trasportare 20 Giga bit al
secondo
– Differential QPSK (DQPSK)
• Invece di associare ad ogni coppia di bit una coppia di valori di fase
assoluti (per es., 11 corrisponde a [+45°, +45°]) si modula la fase in
funzione delle variazioni dei bit '00', '01', '11', '10' con 0°, 90°, 180°, 90° (per es., da 00 a 01 si varia la fase di 90°)
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Altre modulazioni
– 2-POL QPSK o PMD-QPSK
• Il segnale luminoso e’ composto da due
componenti elettromagnetiche ortogonali (campo
elettrico e campo magnetico) che possono essere
separate
• Ogni componente può essere modulata QPSK in
modo indipendente dall’altra  il numero di bit al
secondo trasportati e’ il doppio rispetto alla
modulazione QPSK = 2x20 Giga bit al secondo =
40 Giga bit al secondo
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Da singolo a multi canale
• Vantaggi della trasmissione ottica singolo
canale:
– Trasparenza dei segnali client trasportati
– Trasmissione a lunga distanza (grazie alla riflessione
totale interna alla fibra)
• Ma presenta come svantaggio:
– Utilizzo poco efficiente della capacita’ complessiva della fibra
ottica  si potrebbe multiplare a divisione di tempo (TDM) piu’
segnali client su un singolo segnale colorato  ma
all’aumentare del bit rate del segnale colorato insorgono
problemi notevoli di trasmissione
• La soluzione e’ nella multiplazione di lunghezza d’onda
(Wavelength Division Multiplexing - WDM)
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Cosa e’ il WDM
• Wavelenght Division Multiplexing
– Trasmissione di più segnali ottici multiplati a divisione
di lunghezza d’onda (frequenza)
Spetto del segnale
ottico in uscita
Spetto del segnale
ottico in ingresso
l3
f.o.
f.o.
f.o.
l1 , l2 ,l3, l4
Demultiplexer
l2
f.o.
f.o.
Multiplexer
l1
l1
f.o.
l2
f.o.
f.o.
l3
l4
l4
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Mux / DeMux
• Per realizzare un sistema
multicanale occorrono
multiplatori e demultiplatori ottici
• Sono componenti passivi in
grado di de/multiplare i segnali
colorati caratterizzati da diverse
lunghezze d’onda
• La de/multiplazione può avvalersi
dei seguenti componenti
– Filtri di Fabry Perot
– Reticoli: di Bragg, in fibra, in schiere
di fibra ottica (AWG)
– Filtri acusto-ottici
– Interferometri Mach-Zehnder
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Griglia ITU-T
• ITU-T ha definito una griglia
di frequenza standard per i
sistemi WDM
– Raccomandazione G.694.2
(CWDM grid)
• Coarse WDM - bande O, E,
S, C e L
• spaziatura dei canali a 20 nm
= 18 canali
– Raccomandazione G.694.1
(DWDM grid)
• Dense WDM - bande S, C e
L
• spaziatura a 12.5 GHz (0.12
nm), 25 GHz (0.2 nm), 50
GHz (0.4 nm) e 100 GHz (0.8
nm)  per esempio 80-96
canali a 50 GHz
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PPrroobblleemii
ttrraassmiissssiivvii ddeellllee
ffiibbrree ootttttiiicchhee
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Problemi trasmissivi nelle fibre ottiche
• Attenuazione
• Accumulo del rumore generato dagli amplificatori ottici
(ASE, Amplified Spontaneous Emission)
• Effetti non lineari della fibra:
– Dispersione
• Dispersione cromatica
• Dispersione di polarizzazione (PMD)
–
–
–
–
–
Miscelazione a quattro onde (FWM)
Automodulazione di fase (SPM)
Modulazione di fase incrociata (XPM)
Retrodiffusione stimolata di Brillouin (SBS)
Diffusione stimolata di Raman (SRS)
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Diagramma a occhio
• Diagramma utile per visualizzare il
degradamento dei segnali in fibra
NRZ
Soglia di decisione per gli 1
Soglia di decisione per gli 0
Zona grigia
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Attenuazione
•
Riduzione del livello di potenza ottica all’aumentare della distanza (lineare)
Potenza
ottica
•
≈
0
lontano
km
E’ funzione della lunghezza d’onda (non tutte le lambda sono attenuate dello stesso
fattore) e dovuta alla struttura molecolare della fibra, giunzioni e connettori
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Attenuazione: contromisure
• Amplificare il segnale dopo un certo numero di km con Optical
Amplifier (OA)
– per esempio con OA a fibra attiva drogata con Erbio – EDFA, oppure a
pompa Raman
Potenza
ottica
Prima della
amplificazione
Dopo la
amplificazione
OA
•
... ma gli OA non sono solo “buoni”
– Amplified Spontaneous Emission (ASE), rumore
autogenerato che amplificato si somma al segnale
utile (degrada il rapporto segnale rumore ottico OSNR
in uscita)
– causano l’insorgenza di effetti ottici non lineari nella
fibra ottica
– comportano l’accumulo degli effetti dispersivi
(dispersione cromatica, CD, e di polarizzazione,
PMD)
– Presentano un guadagno NON costante sulle
lunghezze d’ona sulle quali possono lavorare [per
esempio, gli EDFA operano tra 1530 e 1565 nm]
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Dispersione Cromatica (CD)
• Allargamento nel tempo del segnale ottico all’aumentare
della distanza (lineare) e del bit rate (quadratica)
– La velocità di propagazione nella fibra e’ funzione della l
– Si misura in ps/(km*nm)
t
t
– La deformazione introduce errori nella decodifica del segnale
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Dispersione Cromatica (CD): contromisure
• Compensazione della CD con:
– Predistorzione del segnale nel
tempo per compensare effetti
– Dispersion Compensating
Module (DCM o DCF):
introducono una compensazione
circa opposta alla dispersione
presentata dalla fibra
• Le DCM sono tipicamente
inserite nei siti di amplificazione
• … neanche i DCM sono solo
“buoni”
– introducono attenuazione
aggiuntiva ed effetti non lineari
(maggiori se si compensa
esattamente la dispersione
cromatica)
WORKSHOP
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– compensazione
non omogenea
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Dispersione modale (Polarization Modal
Dispersion)
• Allargamento del segnale ottico nel tempo all’aumentare
della distanza (radice quadrata)
– si misura in ps/√km
y
Direzione di propagazione
z
Ey
nx
Ex
ny
Impulso che entra nella fibra
Impulso si allarga in uscita dalla fibra
• E’ dovuta alla differente velocità di gruppo
sugli assi del Core dovuti ad ovalità della
fibra (processo di produzione, posa della
fibra, stress esterni)
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Dispersione modale (Polarization Modal Dispersion)
• Gli effetti della
PMD sono piu’
severi
all’aumentare del
bit rate
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Polarization Modal Dispersion: contromisure
• E’ un effetto non deterministico e variabile nel
tempo
• Possibili contromisure:
– Fibra di alta qualità (geometria perfetta)
– Posa/installazione della fibra “delicata”
– Dispersione cromatica non nulla (la CD controbilancia
la PMD)
– Rigenerazione 3R del segnale
– Moduli configurabili di compensazione della PMD
(non ancora commerciali)
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Four Wave Mixing (FWM)
• Intermodulazione dei segnali in
fibra e degradazione dell’OSNR
• Maggiore in condizioni di bassa
dispersione cromatica e canali
equispaziati
• Dovuto dalla dipendenza non
lineare dell’indice di riflessione
dall’intensità del campo elettrico
– È la stessa causa di altri effetti non
desiderati (SPM e XPM)
• Contromisure:
– Utilizzare fibra con CD non nulla
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Rigenerazione del segnale ottico
• Le 3R: Reamplifing + Reshapig + Retiming
Segnale trasmesso
Segnale attenuato
Segnale rigenerato 1R = Reamplifing
Segnale rigenerato 2R = Reamplifing + Reshaping
Segnale rigenerato 3R = Reamplifing + Reshapig + Retiming
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Tipologie di fibre singolo modo
• G.652: Non-Dispersion-Shifted Fiber (NDSF) o Standard SingleMode Fiber (SMF o SSMF)
– CD nulla in band O (1310 nm)
• Corning SMF-28 e SMF-28e (G.652.C Low Water Peak NDSF e G.652.D Low
Water Peak NDSF con bassa PMD), Lucent SMF, Pirelli AllWave, Alcatel ESMF, Draka Comteq BendBright
• G.653: Dispersion-Shifted Fiber (DSF)
– CD nulla in banda C (1550 nm)
• Corning SMF/DS, Lucent DSF
• G.654: Cut-Off Shifted Fibre
– attenuazione ridotta in banda C e core ampio (applicazioni sottomarine)
• Corning Vascade EX1000,
• G.655: Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZ-DSF)
– CD quasi nulla in band C e L
• Lucent TrueWave® Classic, Lucent TrueWave Plus, Lucent TrueWave RS
(Reduced Slope), Corning LS, Corning LEAF® (Large Effective Area Fiber),
Alcatel TeraLight™
• G.656: Non–Zero Dispersion-Shifted Fiber for Wideband Optical
Transport
– come G.655 ma CD contenuta anche in band S
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CD nelle diverse fibre
• L’attenuazione in banda C e’ contenuta per tutte le fibre
• La differenza fondamentale risiede nel valore di CD
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Standard ITU-T G.65x
• G.652
–
–
–
–
G.652.A
G.652.B
G.652.C
G.652.D
G.652.A
meno PMD
G.652.B
G.652.C
meno attenuazione
G.652.D
• G.653
– G.653.A
– G.653.B
G.653.A
G.653.B
meno PMD
• G.654
– G.654.A
– G.654.B
– G.654.C
G.652.A
meno PMD
piu’ CD
G.652.C
meno PMD
G.652.B
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Standard ITU-T G.65x
• G.655
G.655.A
– G.655.A
– G.655.B
– G.655.C
– G.655.D
– G.655.E
differenti valori
di CD
G.655.E
G.655.D
G.655.A
G.655.B
G.655.C
• G.656
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Parametri tipici fibre ITU-T
G.65x
ITU-T
Standar
d
Nome
G.652.A
Standard Single
Mode Fiber
(SMF)
G.652.C
Low Water Peak
SMF
G.653
DispersionShifted Fiber
(DSF)
G.654
Loss Minimized at
1550 nm
G.655
Attenuazion
e
tipica @1550
Valori CD
tipica @1550 nm
Applicabilita’
0.25dB/km
17 ps/(nm*km)
Adatta per DWDM
0.25dB/km
17 ps/(nm*km)
Adatta per CWDM
Adatta per DWDM
0.25dB/km
0 ps/(nm*km)
NON adatta per
CWDM
NON adatta per
DWDM
0.17dB/km
//
Poco adatta per
DWDM
nm
Non-Zero
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DispersionScarpa 0.25dB/km
4.5 ps/(nm*km)
Adatta per DWDM
Shifted Fiber (NZ63 / 234
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Altre considerazioni sulle
fibre
• Le fibre commerciali conformi allo standard
G.652 hanno caratteristiche molto simili tra loro
mentre le G.655 sono MOLTO diverse (lo
standard G.656 ha ridotto la variabilita’
ammessa delle caratteristiche trasmissive)
• In linea di principio e’ difficile stabilire quali tra
G.655 e G.652 siano migliori in assoluto
– Alcuni vendor consigliano G.652 altri G.655
– Nell’ambito della G.652 sono da evitare le fibre di
produzione pre 1990 a causa del valore elevato di
PMD (fino a 1ps/√km), quelle di produzione recente
hanno valori di PMD inferiori a 0.2 o 0.1ps/√km
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Altre considerazioni sulle
fibre
• Esistono installazioni in campo che
utilizzano tratte (span) con fibra mista
G.652 e G.655 giuntata (sono comunque
configurazioni sconsigliate):
– In questo caso ci possono essere problemi di
riflessione alla giunzione (critici nel caso di
doppia giunzione, con la distanza inferiore
alla decina di kilometri  rumore coerente nel
verso del segnale)
– Due spezzoni con fibra G.655 diversa
possono generare gli stessi problemi di
spezzoni con fibra G.655 e G.652
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G.709 “Interfaces for the Optical Transport
Network”
• Standard ITU-T che definisce la struttura logica dei
segnali multiplati nella Optical Transport Network
• In G.709 è definita una struttura gerarchica ottica
denominata Optical Transport Hierarchy (OTH) analoga
a quella SDH nel dominio elettrico
• I segnali che trasportano i dati sulle varie lunghezze
d’onda si chiamano Optical Transport Unit k (OTUk e’ il
cugino dell’STM/OC-x)
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G.709 “Interfaces for the Optical Transport
Network”
• Unità dati e trama
della G.709
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G.709 “Interfaces for the Optical Transport
Network”
• I vari vendor di apparati DWDM hanno
adottato lo standard G.709 per la struttura
dei segnali colorati con alcune
“personalizzazioni”  nella quasi totalità
dei casi e’ impossibile l’interoperabilità a
questo livello
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• Extra informazione che
viene trasportata insieme ai
dati ed utilizzata per
rilevazione e correzione
degli errori (in ricezione del
segnale)
• I segnali G.709 (OTUk)
utilizzano un FEC basato
su codici Reed-Solomon RS 255,239 (ITU-T G.975)
BER
Foreward Error Correction (FEC)
PRX (dBm)
– Overhead circa pari a 6%
• A parità di potenza ottica
ricevuta (OSNR) il FEC
introduce un guadagno di
codifica (misurato in dB)
Quindi per ottenere un dato
BER (per es., 10-12) utilizzando
il FEC posso ricevere un
segnale ottico più debole
rispetto al caso di segnale
senza FEC
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Foreward Error Correction (FEC)
• Attenzione a quando si parla di BER e FEC nell’ambito
di segnali G.709
– Gli apparati DWDM sono in grado di registrare il BER dei segnali
colorati (lato rete) e di quelli grigi (lato client)
– La misura del BER viene realizzata dal modulo che implementa
il FEC
• BER pre-FEC e’ derivato dal numero di errori rilevati sul segnale in
ingresso al modulo (stima la qualità della linea)
• BER post-FEC e’ derivato dal numero di errori rilevati, ma non
corretti dal modulo di FEC (stima la qualità del servizio offerto al
client)
– Esistono delle configurazione di errore che non sono rilevate dal
meccanismo di FEC (la misura del BER non e’ esatta)
– Un test sul valore esatto del BER non può essere fatto se non
tramite la conoscenza esatta al ricevitore del segnale trasmesso
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Foreward Error Correction (FEC)
• In molti casi i vendor hanno sviluppato meccanismi di
FEC più evoluti rispetto a quello base standard …
– In questi casi si parla di Super FEC, Enhanced FEC, ecc.
– Alcuni di questi sono basati su meccanismi sempre proposti in
ambito ITU-T, mentre altri sono proprietari
• La capacità di correzione dei FEC implementati ha un
comportamento a gradino
– fino un valore critico di BER per-FEC (per es., 10-3) il valore di
BER post-FEC rimane molto basso (per es., 10-18) – errori
corretti
– se il BER pre-FEC supera il valore critico, il modulo non riesce a
correggere gli errori e il BER post-FEC cresce sostanzialmente
• Un’elevata PMD può causare burst di errori che possono
mettere in crisi il modulo di FEC
– La PMD di una fibra potrebbe crescere per esempio in seguito
ad uno stress meccanico della fibra (il peschereccio che
aggancia una fibra sottomarina, raffiche di vento molto forte su
fibra sospesa, grosse variazioni di temperatura, ecc.)
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Qualche “riflessione”
• Il mondo dell’ottica e’ piu’ ANALOGICO degli altri e
quello del DWDM e’ almeno ANALOGICO 2
– La maggior parte delle soluzioni commerciali non funzionano
PnP, ma richiedono configurazione e tuning puntuale
(networking all’uncinetto!!)
• Una rete DWDM puo’ essere un sogno:
– capacita’ illimitata
– flessibilita’ e trasparenza nell’erogazione dei servizi
– riduzione dei costi incrementali
... ma si puo’ trasformare in un incubo se non sono
disponibili meccanismi automatici e robusti per il
(ri)configurazione/gestione degli apparati e dei servizi
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TECNOLOGIE OTTICHE IN
GARR-X
2 – Gli apparati DWDM
A. Pancaldi – M. Scarpa – U. Monaco
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Topologia lineare puntopunto
• Configurazione punto-punto tra due apparati in
configurazione terminale di linea (Line Terminal - LT)
LT
LT
Segnale di linea (colorato)
Segnale client (grigio)
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Blocchi funzionali di un LT
• Nodo terminale (Line
Terminal - LT)
– N interfacce client
– 1 interfaccia rete
– Interfacce di
gestione
Sistema DWDM
GESTIONE
Transponder
MUX
• MUX/DEMUX
Transponder
•
•
booster
– Converte
Multipla/demultipla
segnale i
client in colorati
segnali
segnalesulla
ottico LATO
colorato
fibra
ottica
e vv.
CLIENT
– Opera 2R o 3R sui
segnalieottici
client
Pre-amp
Booster
– Amplificano i segnali
Muxponder
ottici in trasmissione e
– ricezione
Multipla a divisione di
rispettivamente
tempo piu’ segnali
client in un segnale
ottico colorato
CLIENT
LATO
RETE
RETE
Pre-amp
DEMUX
Muxponder
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Transponder
• Effettua una traslazione del segnale ottico utente
convertendolo in una frequenza compatibile con la griglia ITUT
• Modulazione e potenza ottica devono essere compatibili con
trasmissioni a lunga distanza
conversione
O-E-O
dall’apparato utente
(segnale ottico)
Ricevitore
wideband
ITU-T
3R
Trasmettitore
lk
Transponder
(850/1310)nm
In
Out
(15xx) nm
Out
In
Transponder rappresentazione schematica
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Transponder
Accettato un solo tipo di
segnale (es 1GE, 10GE, STM-16)
FIXED
Tramite SFP intercambiabili e’
possibile variare il tipo di client
SFP
Protocol Aware: Accetta una serie
di segnali client predefiniti (FC,GE,
LATO CLIENT
Segnale client
FICON, ESCON, DVB, …)
MULTIRATE
Transponder
Agnostico: Si aggancia alla
frequenza di bit impostata
(possibile trasportare frame rate
qualunque 1,324 G)
Sensibilita’ (RX)
Tolleranze (PMD, CD, …)
Potenza (TX)
Ottiche
OPTICS
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Trama
Parametri Ottici
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Transponder
Laser configurabile da remoto
TUNABLE
XFP colorati intercambiabili
LATO RETE
Transponder
Configurabilita’
FIXED
Lunghezza d’onda ITU-T fissa
NRZ
Codifica di linea NRZ
RZ
Codifica di linea RZ
OTU
OTU1(2.5G) OTU2(10G) – OTU3(40G)
SONET/SDH
STM-16/64/256 (2.5/10/40 G)
OPTICS
Sensibilita’ (RX)
Tolleranze (PMD, CD, …)
Potenza (TX)
Codifica di linea
Trama
Parametri Ottici
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Muxponder
• TDM Multiplexer + Transponder = Muxponder
• Dispositivo in grado di multiplare N segnali client in un solo
segnale lato rete a più alto bit rate (Es. 9x1GE  1x10GE)
dall’apparato utente
Ricevitore
wideband
conversione
O-E e E-O
3R
(segnale ottico)
dall’apparato utente
Ricevitore
wideband
conversione
O-E e E-O
3R
(segnale ottico)
dall’apparato utente
dall’apparato utente
Ricevitore
wideband
Ricevitore
wideband
conversione
O-E e E-O
TDM
MUX
DMX
conversione
O-E e E-O
3R
ITU-T
Trasmettitore
lk
3R
conversione
O-E e E-O
3R
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Muxponder
Utilizzando un muxponder e’ possibile estrarre il traffico multiplato
solamente nei nodi terminali
NON E’ SDH !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
1xSTM-16
1xSTM-16
1xSTM-16
1xSTM-16
1xSTM-64
1xSTM-64
1xSTM-64
1xSTM-16
1xSTM-16
1xSTM-16
1xSTM-16
Muxponder rappresentazione schematica
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Multiplexer - Demultiplexer
• Moduli che realizzano la multiplazione /demultiplazione
dei segnali colorati alle diverse lunghezze d’onda
• I Mux generalmente hanno almeno:
– n-porte in ingresso ognuna in grado di accettare SOLO
uno specifico segnale colorato ad una certa lunghezza
d’onda
– 1 porta in uscita che trasporta tutti i segnali colorati
multiplati verso il booster
• Alcune caratteristiche importanti:
– Spaziatura tra i canali, per es., 100GHz, 50GHz, 25GHz,
ecc.
– Numero diWORKSHOP
canali, per
es., 4,Monaco,
8, 16,Pancaldi,
40
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Scarpa
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Multiplexer - Demultiplexer
Mux e demux … quanti moduli sono per
ogni “via” (linea lato rete)?
• Il mux e il demux relativi alla stessa “via” di un apparato possono
essere integrati nello stesso modulo hardware, oppure
corrispondere a due moduli hardware separati
• Per permettere una crescita graduale del numero di canali multiplati
dallo stesso apparato (startup con pochi canali e poi eventuali
upgrade), i mux/demux possono essere organizzati in modo
gerarchico:
– uno o più mux/demux verso la linea di rete lavorano su bande di
lunghezze d’onda (con più canali all’interno della stessa banda)
– altri mux/demux si occupano di mu/demultiplare i singoli segnali colorati
nelle bande di cui sopra
• Per le configurazioni con spaziatura dei canali inferiore a 50GHz
(per es. 2.5 GHz) viene spesso utilizzato un modulo detto interleaver
in grado di accoppiare opportunamente due pettini a frequenza
maggiore (per es., 50GHz) e realizzare la spaziatura richiesta
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Multiplexer - Demultiplexer
• I Multiplexer e Demultiplexer possono essere integrati
all’interno dello stesso dispositivo oppure essere separati
TX
RX
TX
CLIENT
RX
TX
•
•
•
RX
IN
IN
OUT
•
•
•
BOOSTER
MUX
SEGNALE OTTICO COMPOSITO
TX
RX
Transponders
IN
OUT •
•
•
DMX
PREAMP
OUT
MUX/DEMUX
Mux e Demux Integrati
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Multiplexer - Demultiplexer
• Nella rete WDM e’ spesso necessario ragionare in modo
unidirezionale distinguendo tra TX ed RX (IN e OUT)
MUX
TX
RX
TX
CLIENT
RX
TX
RX
IN
IN
BOOSTER
OUT
•
•
•
MUX
•
•
•
SEGNALE OTTICO COMPOSITO
TX
RX
Transponders
IN
OUT •
•
•
DMX
PREAMP
OUT
DEMUX
Mux e Demux Separati
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Booster, pre-amp e ILA
• Booster: amplifica il segnale multiplato da trasmettere in
linea
• Pre-amp: amplifica il segnale multiplato ricevuto dalla
linea
• In Line Amplifier (ILA): amplifica il segnale multiplato
ricevuto in ingresso e lo ritrasmette in uscita
• Il valore di guadagno può essere configurato
manualmente oppure regolato da un meccanismo
automatico
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• Operano su finestre di banda dell’ordine di 100nm
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Booster, pre-amp e ILA
• Valori di guadagno tipici sono 20-30dB e potenza di
uscita pari a 20-25dBm
• Alcuni moduli di amplificazione sono costituiti da due
stadi ed e’ possibile accedere alla stadio intermedio (per
esempio, per inserire un modulo di compensazione della
dispersione)
• Sono spesso integrati sugli stessi moduli hardware
• Per gli ILA i vendor a volte realizzano degli chassis ridotti
per rispetto a quelli utilizzati nei nodi terminali o ROADM
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Topologia punto-punto 2 nodi
DWDM
Due nodi in configurazione Line Terminal
•
• Calcolo della distanza massima dato il bit rate dei segnali di linea
Sistema DWDM A
Sistema DWDM B
D = 210 km
E’ possibile trasmettere
a questa distanza ?
Quali sono i fenomeni
vincolanti?
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
87 / 234
Topologia punto-punto 2 nodi
DWDM
Due nodi in configurazione Line Terminal
•
• Calcolo della distanza massima dato il bit rate dei segnali di linea
D = 210 km
Sistema DWDM A
Sistema DWDM B
EDFA
EDFA
DCM
EDFA
EDFA
DCM
200 km
70 km
Vincolo della
Vincolo dell’attenuazione
dispersione cromatica
Mettere un amplificatore
 Mettere un modulo di compensazione prima di 200 km
ogni 70 km
WORKSHOP GARR_08
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88 / 234
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
Topologia punto-punto con add/drop
intermedio
• Per topologie più complesse possono servire altri componenti
R/OADM
LT
LT
• OADM 2 vie
l in pass-through ottico
– Optical Add/Drop
Multiplexer
l in add/drop
?
• Reconfigurable
OADM (ROADM) 2
vie
– R sta per:
riconfigurazione
della potenza ottica
delle varie lambda
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
89 / 234
OADM / ROADM 2 vie
• Esistono diverse implementazioni dell’OADM / ROADM 2 vie
O EO
O EO
O EO
O EO
XC
patch
Fixed OADM
O EO
O EO
Wavelength
Blocker
WB
O EO
O EO
XC
ROADM con 3R
ROADM ibrido
ROADM con WB
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
90 / 234
Fixed OADM
• Patch tra mux e demux delle due
vie (east and west) per i canali in
pass-through ottico
patch
• Patch tra mux/demux di una
stessa via con trasponder per i
canali in add-drop
Fixed OADM
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
91 / 234
ROADM con 3R
O EO
O EO
XC
O EO
O EO
• Mux, demux e transponder cablati con
una matrice di commutazione elettrica
(per es., una matrice SDH)
• La matrice può essere integrata
nell’apparato o fornita tramite un
apparato esterno (soluzione più
comune)
ROADM con 3R
– Se la matrice non e’ integrata e’
necessario utilizzare una coppia di
transponder per ogni segnale multiplato
in fibra anche se NON si vuole fare adddrop (il transponder opera la
conversione O-E e E-O per
l’interconnessione dell’apparato WDM
con quello SDH)
– Se la matrice e’ integrata, essa deve
operare sul backplane per
interconnettere i moduli mux/demux
GARR_08
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delle varie vie eWORKSHOP
i trasponder
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
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ROADM ibrido
O EO
XC
O EO
O EO
• Il pass-through dei segnali ottici
viene solitamente realizzato
tramite patch
O EO
• Soluzione ibrida che supera
alcune limitazioni della precedente
 scarica la matrice di
commutazione
ROADM ibrido
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
93 / 234
ROADM con WB
• Utilizza un componente detto
Wavelenght Blocker (WB) capace di
bloccare il passaggio di alcune
lunghezze d’onda
• Il WB integra due coppie mux/demux
(una per via) e dei Variable Optical
Amplifier (VOA) utilizzati per bloccare i
canali oppure equalizzare la potenza tra
i canali (per es., utilizza tecnologia a
cristalli liquidi)
• Il WB e’ configurabile da remoto
• I transponder vengono generalmente
collegati a filtri splitter/coupler che
spillano il segnale da terminare
all’esterno del WB può essere
necessario intervento manuale per
riconfigurazione
Wavelength
Blocker
WB
ROADM con WB
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
94 / 234
Equalizzazione potenza
ottica
• L’utilizzo di nodi add/drop comporta la presenza di
circuiti ottici che percorrono cammini diversi, ma che
condividono alcuni tratti di fibra  la potenza dei segnali
ottici deve essere opportunamente equalizzata
• Ogni vendor ha sviluppato meccanismi proprietari per
l’equalizzazione della potenza ottica dei segnali
• Questi meccanismi sono implementati all’interno dei
moduli di amplificazione (ILA, booster e pre-amp),
transponder/muxponder, e/o necessitano di moduli
specializzati realizzati ad-hoc
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
95 / 234
Equalizzazione potenza
ottica
• I meccanismi hanno l’obiettivo di:
– Equalizzare la potenza di tutti i segnali multiplati all’interno della
fibra, indipendentemente da dove questi vengono
generati/instradati/terminati, ad un valore sufficiente ad
assicurare un certo OSNR ai ricevitori (e che permetta il corretto
funzionamento di tutti i sistemi intermedi)
– Reagire dinamicamente a variazioni della potenza dei segnali
dovuti a setup di nuovi circuiti, reinstradamento a causa di
guasti, interruzioni
• Questi meccanismi si basano su misure di potenza ottica
realizzate dagli apparati stessi e operano in due
modalità:
– A ciclo aperto: misurazione ed equalizzazione della potenza dei
segnali in un punto a un certo valore target (per es., negli ILA)
– A ciclo chiuso (con feedback): il transponder ricevitore comunica
ai sistemi precedenti di variare la potenza di lancio del segnale
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
96 / 234
Topologia ad anello con sbraccio
•
ROADM n-vie (n> 2) implementa le funzionalità di Optical CrossConnect OXC
Dalla trasmissione ottica (multiplazione ottica) alle reti ottiche (commutazione ottica)
ROADM
ROADM
3-vie
ROADM
ROADM
ROADM
•
ROADM n-vie (n>2)
– Instradamento ottico della lambda
riconfigurabile  lambda-routing
– Si basa su un componente detto WSS che
utilizza la tecnologia MEMS (microspecchietti mobili) per selezionare la porta
di uscita di un lambda
Wavelength
Selective
Switch
WSS
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
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WSS
• Il componente fondamentale:
Wavelength Selective Switch WSS
– WSS 1xN: è in grado di commutare
ogni lunghezza d’onda proveniente
dalla porta di ingresso verso una
delle N porte in uscita
– WSS Nx1: è in grado di commutare
ogni lunghezza d’onda proveniente
da una delle N porte in ingresso
verso la porta di uscita
– Oggi in commercio fino a 1x9 con
spaziatura a 50GHz
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
98 / 234
WSS
• Durante la con/riconfigurazione dello switching di un segnale
dalla porta di ingresso verso quella di uscita il WSS può
inserire potenza luminosa anche in altre porte di uscita
 in questi casi il WSS NON E’ HITLESS
Output port
WSS NON HITLESS
Output port
WSS HITLESS
1D MEMS
2D MEMS
Input port
Input port
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
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WSS
• Come utilizzare il WSS?
– In uscita sulla linea per selezionare quali segnali
provenienti dalle altre vie rilanciare (WSS Nx1)
• Configurazione detta broadcast-and-select (ogni
WSS riceve il broadcast di tutti i segnali in ingresso
dalla altre vie)
– In questo modo qualsiasi segnale in ingresso su una
porta può essere reinstradato in ottico su una
qualsiasi delle altre
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
100 / 234
ROADM 3 vie
• Un WSS Nx1 in trasmissione per ogni via del nodo
• Il segnale ricevuto su ogni via e’ trasmesso in broadcast su
tutti i WSS relativi alle altre vie e terminato anche sul demux
locale
R
X
R
X
R
X
R
X
WSS
R
X
R
X
TX TX TX TX
R
X
TX TX TX TX
North
R
X
to east
to west
to north
to west
WSS
East
to north
West
WSS
to east
R
X
R
X
R
X
R
X
TX TX TX TX
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
101 / 234
Configurazioni ROADM n vie
• La configurazione precedente ha i seguenti
svantaggi:
– Non permette di modificare da remoto il colore di un
trasponder senza intervenire manualmente
sull’apparato (spostare le patch tx/rx del transponder
sulle nuove porte del mux/demux)  NON E’
COLORLESS
– Non permette di modificare da remoto la linea di
uscita di un segnale in add/drop (destinato a un
transponder locale)  NON E’ DIRECTIONLESS
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
102 / 234
ROADM in configurazione colorless
• IDEA: utilizzare il WSS come demux colorless
– Demux degli RX  WSS 1xN
– Mux dei TX  Coupler colorless (o power combiner) con porte in
ingresso indipendenti dal colore del segnale (equivalente a WSS Nx1)
R
X
TX TX TX TX
R
X
R
X
TX TX TX TX
R
X
to east
to west
to north
R
X
R
X
WSS
R
X
WSS
R
X
Coupler
Coupler
North
WSS
to west
WSS
East
to north
West
WSS
to east
WSS
R
X
R
X
R
X
Coupler
R
X
TX TX TX TX
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
103 / 234
ROADM in configurazione directionless
TX TX TX TX
R
X
to east
to west
to north
R
X
TX TX TX TX
R
X
Coupler
R
X
R
X
WSS
R
X
WSS
R
X
Coupler
Per directionless si deve configurare un blocco di add/drop dei segnali interconnesso
alle diverse vie allo stesso modi degli altri WSS di linea (blocco costituito da WSS
1xN e Nx1)
North
R
X
•
WSS
to west
WSS
East
to north
West
WSS
to east
WSS
Coupler
WSS
R
X
R
X
R
X
R
X
WSS
R
X
R
X
R
X
R
X
TX TX TX TX
Coupler
TX TX TX TX
Add/Drop
directionless
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
104 / 234
Alcuni limiti del WSS
• L’utilizzo dei blocchi WSS introduce alcuni svantaggi
oltre a
– I WSS possono introdurre distorsioni dei segnali in transito tali
da limitare il numero WSS attraversabili in cascata (poi il
segnale deve essere rigenerato)
– I moduli che integrano i blocchi WSS occupano circa 3 o 4
volte lo spazio occupato da un modulo transponder 
l’ingombro di un nodo con le 3-LESS cresce molto al crescere
del numero di vie e al numero di add/drop
• Il vantaggio principale risiede nella possibilita’ di gestire
in modo flessibile (con riconfigurazioni da remoto)
topologie comunque magliate e non solo anelli 
questo per esempio, apre la strada a strategie di
protezione del traffico piu’ alrticolate rispetto a quelle
disponibili su SDH
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
105 / 234
PROTEZIONE (1/16)
LA VITA E’ PIENA DI RISCHI !!!!!!!
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
106 / 234
PROTEZIONE (2/16)
PROTEGGIAMOCI STIPULANDO UNA
BUONA ASSICURAZIONE !!!!!!!!!
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
107 / 234
PROTEZIONE (3/16)
NEL MONDO DELL’OTTICA POSSONO
VERIFICARSI GUASTI DOVUTI A
TAGLIO FIBRA
Un peschereccio aggancia con la rete a
strascico un cavo sottomarino e strappa tutto
PROBLEMI ELETTRICI
La donna delle pulizie tocca per sbaglio un
interruttore sul quadro elettrico e spegne tutto
Gli apparati vengono spenti per collegare
l’albero di natale
VARIE ED EVENTUALI
SEDE ALLUVIONATA !!!!!!!!
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
108 / 234
PROTEZIONE (4/16)
PRIMA DI TUTTO DUE DOMANDE
ESISTENZIALI
QUALI GUASTI VOGLIO PROTEGGERE ?
Singolo guasto
Doppio guasto
…………..
COSA VOGLIO PROTEGGERE ?
Local Recovery (span level) - Segmento che costituisce un percorso
End-to-End Recovery (path level) - Percorso end-to-end
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
109 / 234
PROTEZIONE (5/16)
SOLITAMENTE DISPONIBILI
SULLA RETE WDM
PROTEZIONE DAL
SINGOLO GUASTO
PROTEZIONE DELL’INTERO
CIRCUITO END-TO-END
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
110 / 234
PROTEZIONE (6/16)
Risorse preallocate e presegnalate
Nessuna segnalazione a seguito di un guasto
PROTECTION
Totalmente disponibili a seguito di un guasto
In assenza di guasto risorse non utilizzabili
Tempi di protezione molto ridotti (< 50ms)
CLASSI DI PROTEZIONE
Risorse non totalmente disponibili a seguito di un guasto
Tempi di ripristino piu’ elevati (secondi)
In assenza di guasto risorse di backup utilizzabili
RESTORATION
Parte della processo di calcolo deve ancora avvenire
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
111 / 234
PROTEZIONE (7/16)
CARATTERISTICHE DELLE PROTEZIONI
DEDICATED
Il percorso di backup e’ a disposizione
esclusiva della risorsa protetta
SHARED
Il percorso di backup e’ a disposizione
di piu’ risorse simultaneamente
REVERTIVE
Al ripristino del percorso primario il servizio VIENE
reinstradato sul primario
NON REVERTIVE
Al ripristino del percorso primario il servizio NON
VIENE reinstradato sul primario
FAULT NOTIFICATION
Il meccanismo di protezione necessita di un sistema
di notifica dell’avvenuto guasto
WORKSHOP GARR_08
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112 / 234
PROTEZIONE (8/16)
TIPOLOGIE DI PROTEZIONI
1+1
DEDICATED
REVERTIVE
Il segnale da proteggere viene replicato
Protection
NON REVERTIVE
1:1
1+1Protection
DEDICATED
FAULT NOTIFICATION
REVERTIVE
simultaneamente su entrambi i percorsi
NON REVERTIVE
Il segnale viaggia alternativamente o sul percorso
primario (condizione normale) o su quello di
protezione (presenza di fault su primario)
1:N
SHARED 1+1Protection
Piu’ segnali vengono protetti
FAULT NOTIFICATION
utilizzando una singola protezione
REVERTIVE
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
113 / 234
PROTEZIONE (9/16)
PROTEZIONE 1+1 - OSNCP
Client Signal
Switching
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
114 / 234
PROTEZIONE (10/16)
PROTEZIONE 1+1 - OSNCP
Client Signal
Switching
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
115 / 234
PROTEZIONE (11/16)
PROTEZIONE 1:1
C
Client Signal
Switching
A
B
Fault Notification
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
116 / 234
PROTEZIONE (12/16)
NELLA STRAGRANDE MAGGIORANZA DEI
CASI SI IMPIEGA LA
PROTEZIONE 1+1 - OSNCP
ROBUSTA
SEMPLICE
EFFICACE
Intuitiva
Non impiega
protocolli complessi
Funziona praticamente sempre
(es. no guasti silenti)
Tempi di protezione <50ms
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
117 / 234
PROTEZIONE (13/16)
OSNCP – GUASTO BIDIREZIONALE
Client Signal
A
B
Client Signal
Switching
Switching
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
118 / 234
PROTEZIONE (14/16)
OSNCP – GUASTO UNIDIREZIONALE
Client Signal
A
B
Client Signal
Switching
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
119 / 234
PROTEZIONE (15/16)
OSNCP – PROTEZIONE CLIENT
Client Signal
A
B
CAVO AD Y
Switching
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
120 / 234
PROTEZIONE (16/16)
ASSICURARSI COSTA !!!!!!!!
RISORSE TRASMISSIVE
NUMERO TRANSPONDER
ASSICURIAMOCI
QUANDO VE N’E’
CONFIGURAZIONI
DAVVERO BISOGNO
(ANCHE SE GLI ASSICURATORI VI DICONO IL CONTRARIO)
E I SOLDI NON CRESCONO
SUGLI ALBERI !!!!!!!!!!!!!!!
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
121 / 234
L’APPARATO (1/7)
SUBSHELF
ROADM MODULE
ROADM MODULE
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER
SLOT N CARD
MUXPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
FAN2
CONTROLLER
1
NODESLOT
RX AMP
TX AMP
FAN1
FAN4
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
MUXPONDER CARD
FAN3
FAN2
TX AMP
RX AMP
FAN1
ROADM MODULE
ROADM MODULE
FAN2
TX AMP
RX AMP
1
CONTROLLER
NODESLOT
FAN1
FAN3
FAN4
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
MUXPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
MUXPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER
SLOT N CARD
RACK ETSI
AVVISO AI NAVIGANTI !!!!!!!!
I VALORI RIPORTATI IN SEGUITO:
FAN3
FAN4
Altezza = ~ 55 cm
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER
SLOT N CARD
TRANSPONDER CARD
MUXPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
TRANSPONDER CARD
MUXPONDER CARD
ROADM MODULE
ROADM MODULE
1
CONTROLLER
NODESLOT
SONO DA CONSIDERARSI COME INDICATIVI
FORNISCONO UNA VISIONE A “GRANDISSIME LINEE”
Larghezza = ~ 45 cm
 VARIANO DA IMPLEMENTAZIONE
AD IMPLEMENTAZIONE
Consumo = ~ 2 KWatt per rack
POWER MODULE
Alimentazione -48 VDC
BATTERY
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
(in
caso
di alimentazione 220 AC
WORKSHOP
Scarpa
GARR_08
necessita di raddrizzatore)
GARR-X:
GARR-X:ililfuturo
futurodella
dellaRete
Rete_ -Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile
2008
2008
122 / 234
L’APPARATO (2/7)
INTERVALLI OPERATIVI
TEMPERATURA = ~ [5°C – 40/50°C ]
UMIDITA’ = ~ [5% – 90%] non condensing
CONDIZIONAMENTO = ~ 3000 BTU per subshelf
WORKSHOP GARR_08
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Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
123 / 234
L’APPARATO (3/7)
1 ROUTER IP = 1 SINGOLO APPARATO FISICO:
A parte alcune rare eccezioni un Router IP e’
costituito da un solo apparato fisico
Router A
Router C
Router B
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
124 / 234
L’APPARATO (4/7)
1 NODO DWDM ≠ 1 SINGOLO APPARATO FISICO:
Piu’ apparati vengono collegati mediante subtending
a formare UN SINGOLO NODO LOGICO DWDM
CANALI DI CONTROLLO
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
125 / 234
L’APPARATO (5/7)
QUALI PARAMETRI INFLUENZANO IL NUMERO DI APPARATI
NECESSARI ALLA COSTITUZIONE DI UN NODO DWDM ?
Degree #3
1) IL NUMERO DI DEGREE (O VIE)
Degree #2
Degree #1
Degree #3
2) IL NUMERO DI ADD/DROP PER VIA
Degree #2
Degree #1
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
126 / 234
DEGREE 1
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
DEGREE
1
DEGREE 2
Canale di controllo WORKSHOP
Scarpa
GARR_08
GARR-X:
GARR-X:ililfuturo
futurodella
dellaRete
Rete_ -Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile
2008
2008
SHELF CONTROLLER
CHANNEL 09
CHANNEL 10
CHANNEL 11
CHANNEL 12
CHANNEL 13
CHANNEL 14
CHANNEL 15
CHANNEL 16
CHANNEL 09
CHANNEL 10
CHANNEL 11
CHANNEL 12
CHANNEL 13
CHANNEL 14
CHANNEL 15
CHANNEL 16
 2 DEGREE
 ROADM
FAN1
 3 Subshelf  1 Logical Node
FAN2
FAN3
FAN2
 16 Add/Drop per Degree
01
02
03
04
05
06
07
08
FAN1
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
FAN4
WSS
WSS
FAN3
SHELF CONTROLLER
RX AMP
TX AMP
01
02
03
04
05
06
07
08
FAN2
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
CHANNEL
FAN1
WSS
WSS
NODE CONTROLLER
RX AMP
TX AMP
L’APPARATO (6/7)
FAN3
FAN4
DEGREE 2
FAN4
127 / 234
FAN2
FAN3
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
DEGREE 2
Scarpa
GARR_08
DEGREEWORKSHOP
3
GARR-X:
GARR-X:ililfuturo
futurodella
dellaRete
Rete_ -Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile
2008
2008
FAN2
WSS
WSS
CHANNEL 16
CHANNEL 15
CHANNEL 13
CHANNEL 14
CHANNEL 12
FAN2
CHANNEL 16
CHANNEL 15
FAN1
CHANNEL 13
CHANNEL 14
FAN4
CHANNEL 09
CHANNEL 10
CHANNEL 11
FAN1
CHANNEL 12
DEGREE 4
SHELF CONTROLLER
CHANNEL 08
CHANNEL 07
CHANNEL 06
CHANNEL 05
FAN4
CHANNEL 09
CHANNEL 10
CHANNEL 11
FAN3
CHANNEL 04
CHANNEL 03
CHANNEL 02
CHANNEL 01
FAN3
SHELF CONTROLLER
WSS
CHANNEL 16
WSS
WSS
TX AMP
RX AMP
SHELF CONTROLLER
FAN2
WSS
CHANNEL 15
CHANNEL 13
CHANNEL 14
FAN2
CHANNEL 16
FAN1
CHANNEL 12
FAN4
CHANNEL 15
FAN4
CHANNEL 09
CHANNEL 10
CHANNEL 11
FAN1
 4 DEGREE
CHANNEL 13
CHANNEL 14
1
 8 SubshelfDEGREE
 1 Logical
Node
SHELF CONTROLLER
CHANNEL 07
CHANNEL 08
FAN1
CHANNEL 12
 ROADM
CHANNEL 08
CHANNEL 06
CHANNEL 05
CHANNEL 04
CHANNEL 03
CHANNEL 02
FAN4
CHANNEL 09
CHANNEL 10
CHANNEL 11
 16 Add/Drop per Degree
CHANNEL 07
DEGREE 1
SHELF CONTROLLER
FAN3
CHANNEL 08
DEGREE 2
CHANNEL 07
FAN3
CHANNEL 06
CHANNEL 05
CHANNEL 04
CHANNEL 03
CHANNEL 01
WSS
WSS
FAN3
CHANNEL 06
CHANNEL 05
CHANNEL 04
FAN2
CHANNEL 03
FAN2
CHANNEL 02
CHANNEL 01
WSS
TX AMP
RX AMP
NODE CONTROLLER
FAN2
CHANNEL 02
CHANNEL 01
FAN1
WSS
FAN1
WSS
TX AMP
RX AMP
SHELF CONTROLLER
FAN1
WSS
TX AMP
RX AMP
SHELF CONTROLLER
L’APPARATO (7/7)
FAN3
FAN3
FAN4
DEGREE 3
FAN4
DEGREE 4
FAN4
Canale di controllo
128 / 234
TECNOLOGIE OTTICHE IN GARR-X
3 – Gestione della rete DWDM
Ingredienti e Ricetta
A. Pancaldi – M. Scarpa – U. Monaco
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
129 / 234
AGENDA
RETE DI GESTIONE
CANALE DI GESTIONE
SOFTWARE DI GESTIONE
PIANO DI CONTROLLO
AUTOMATICO
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
130 / 234
ACCENDIAMO I FORNELLI
PER PARTIRE…….
UNA RICETTA CHE CONOSCIAMO
Internet Protocol
Piano dati e Controllo
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
131 / 234
IP e il piano dati
FLUSSO DATI
R2
R1
Network N1
R3
R5
R4
R6
Network N2
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
132 / 234
IP e il piano di controllo (1/4)
R2
R1
Network N1
R5
R3
R6
Network N2
R4
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
133 / 234
IP e il piano di controllo (2/4)
FLUSSO DATI
R2
R1
Network N1
R5
R3
R6
Network N2
R4
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
134 / 234
IP e il piano di controllo (3/4)
R2
R1
Network N1
R5
R3
Telnet
FLUSSO DATI
R6
Network N2
R4
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
135 / 234
IP e il piano di controllo (4/4)
R2
R1
Network N1
R5
R3
R6
Network N2
R4
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
136 / 234
IP - Piano di Controllo e Dati
Il traffico dati e’ totalmente connectionless
La segnalazione viaggia “in banda”  Dati, Protocolli di routing e protocolli
di controllo (es. SNMP) vengono veicolati “mescolati” gli uni agli altri
Ogni router effettua decisioni di instradamento solamente basandosi sulla
propria tabella di routing effetuando automaticamente, in caso di fault e
laddove possibile, reinstradamento del traffico  E’ possibile modificare il
percorso dei dati agendo anche su un solo apparato
In assenza di meccanismi di QoS, ogni router rende disponibili in modo
eguale risorse computazionali e di banda a tutti i pacchetti in transito
La gestione della rete viene effettuata in maniera “diretta”  Le modifiche
vengono effettuate accedendo ad ogni apparato (router) coinvolto
,mediante telnet o SSH, procedendo tramite CLI alla configurazione
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
137 / 234
WDM e Piano Dati
A
R2
R1
RICHIESTA:
CONNETTERE R1 AD R3 TRANSITANDO
PER DWDM A
D
B
E
???
C
STM-16 / OC-48
R3
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
138 / 234
WDM e Piano Dati
A
R2
R1
PROBLEMA:
B
E
D
I NODI WDM NON SONO RAGGIUNGIBILI
CONSEGUENZA:
???
C
RISULTA IMPOSSIBILE OPERARE
SULLA RETE WDM !!!!!!
CAUSA DEL PROBLEMA:
STM-16 / OC-48
TOTALE
ASSENZA DEL R3
PIANO DI CONTROLLO !!!!!!
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
139 / 234
WDM e Piano di Controllo (1/2)
Client Port
A
R1
Control Port
B
R2
?
?
E
D
???
C
STM-16 / OC-48
R3
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
140 / 234
WDM e Piano di Controllo (2/2)
La rete WDM realizza CIRCUITI
• Il traffico dati e’ connection
oriented
• Un circuito segue un percorso
specifico predeterminato
• La configurazione/modifica di un
circuito coinvolge tutti i nodi
attraversati (creazione di “crossconnessioni”)
• Gli apparati WDM non
possono essere raggiunti per
mezzo della rete dati
realizzata tramite di loro
E’ NECESSARIA LA
PRESENZA DI UNA
RETE ESTERNA DI
GESTIONE E
CONTROLLO
• Tutti i nodi della rete WDM
devono essere raggiungibili
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
141 / 234
RETE DI GESTIONE (1/5)
DATA COMMUNICATION NETWORK (DCN)
CENTRO DI
GESTIONE
RETE DI
GESTIONE
DCN
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
142 / 234
RETE DI GESTIONE (2/5)
BASATA SU
PROTOCOLLO IP
REALIZZATA CON
COSTI CONTENUTI
TECNOLOGIA xDSL
+
VPN-MPLS
BASATA SU RETE
OPERATORE
REALIZZATA MEDIANTE
INDIRIZZAMENTO PRIVATO
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
143 / 234
RETE DI GESTIONE (4/5)
CREAZIONE DELLA DCN MEDIANTE RETE OPERATORE
xDSL
Dominio dell’operatore
PE
Rete MPLS
dell’operatore
xDSL
CE
PE
CENTRO DI
GESTIONE
PE
xDSL
Legenda
Flusso in transito sulla DCN
BRAS gestito dall’operatore
Doppino telefonico
DSLAM
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
VRF assegnata per il trasporto
della DCN
CE Customer Edge-MPLS
PE
Provider Edge-MPLS
Dominio dell’operatore
144 / 234
INGREDIENTE
DATA COMMUNICATION NETWORK (DCN)
Raggiungibilita’ dei nodi
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
145 / 234
RETE DI GESTIONE - PROBLEMA
OGNI NODO DELLA RETE DEVE ESSERE RAGGIUNGIBILE
100 NODI
200 NODI
100 LINK VERSO DCN
200 LINK VERSO DCN
PROBLEMI DI COSTO
E DI GESTIONE
SOLUZIONE:
OPTICAL SUPERVISORY CHANNEL (OSC)
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
146 / 234
Optical Supervisor Channel (1/3)
“In Service” Out-Of-Band Channel
1 Canale 100 Mbit FE trasportato su OC-3
Veicolato tipicamente su λ a 1330 nm o 1510 nm
Canale non amplificato
Out-Of-Band OSC
Fibra Ottica
Segnale Ottico Composito
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
147 / 234
Optical Supervisor Channel (2/3)
ILA
OSC terminato su ogni
nodo (non amplificato)
Optical Supervisory Channel
Optical Transport Section - OTS
(OSC)
(Segnale Ottico composito
+
Optical Supervisory Channel)
ILA
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
148 / 234
Optical Supervisor Channel (3/3)
ILA
Ogni nodo dispone di un
indirizzo IP, NSAP (OSI) o
entrambi
D
A
La raggiungibilita’ di ogni
L’OSC
UTILIZZATO PER LA REALIZZAZIONE
singolo VIENE
nodo viene
DEL PIANO
DI CONTROLLO
DELLA RETE WDM
generalmente
segnalata
a
mezzo protocollo di routing
(RIP/OSPF, IS-IS)
Ogni nodo puo’ essere
raggiunto da una qualsiasi
delle vie a disposizione
B
C
ILA
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
149 / 234
INGREDIENTE
OPTICAL SUPERVISORY CHANNEL (OSC)
In service “Out-Of-Band” channel
Raggiungibilita’ dei nodi tramite la rete DWDM
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
150 / 234
OSC e DCN (1/3)
ILA
CENTRO DI
GESTIONE
D
A
Tutti i nodi sono
raggiungibili a partire
da un singolo nodo
DCN
B
C
ILA
Gateway Network Element (GNE)
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
151 / 234
OSC e DCN (2/3)
OGNI NODO NECESSITA DI CIRCA 16Kbps  100Kbps di banda
PER MOTIVI DI RIDONDANZA E SICUREZZA DEVE ESSERE
PREVISTA LA PRESENZA DI 2/3 GNE
OGNI GNE SERVE UN NUMERO MASSIMO DI 50/100 APPARATI
RETI NUMEROSE NECESSITANO DELLA PRESENZA DI DOMINI DI
SEGNALAZIONE DISTINTI SERVITI DA DIFFERENTI GNE
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
152 / 234
OSC e DCN (3/3)
RETE WDM
CENTRO DI
GESTIONE
DOMINIO SEGNALAZIONE 1
GNE
DCN
DOMINIO SEGNALAZIONE 2
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
153 / 234
CENTRO DI GESTIONE (1/6)
ILA
CENTRO DI
GESTIONE
CENTRO DI
GESTIONE
D
A
CENTRO DI
GESTIONE
DCN
CENTRO DI
Tutti i nodi sono
a partire
GESTIONE
CENTRO raggiungibili
DI
CENTRO
DI
da un singolo nodo
GESTIONE
GESTIONE
B
C
ILA
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
154 / 234
CENTRO DI GESTIONE (2/6)
IL CENTRO DI GESTIONE PRENDE ANCHE IL NOME DI
OPERATION SUPPORT SYSTEM - OSS
CONFIGURATION
MANAGEMENT
OSS
FAULT
ACCOUNTING
SECURITY
MANAGEMENT
MANAGEMENT
MANAGEMENT
PERFORMANCE
MANAGEMENT
OSS DI TIPO FCAPS
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
155 / 234
CENTRO DI GESTIONE (3/6)
GUI
OSS-Software
Sistema Operativo
Sistema in H.A.
DB
DCN
OSS-Hardware
Protocollo
proprietario
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
156 / 234
CENTRO DI GESTIONE (4/6)
 CREAZIONE E GESTIONE CIRCUITI/SERVIZI
 VISUALIZZAZIONE DELLA RETE TRAMITE MAPPA
 VISUALIZZAZIONE ALLARMI DI RETE
 VISUALIZZAZIONE RECORD DI PM RELATIVI AI CIRCUITI/SERVIZI
NETWORK MANAGER
OSS
DWDM
ELEMENT MANAGER
 PRESA IN CARICO HARDWARE (SCHEDE, TRANSPONDER, ….)
 VISUALIZZAZIONE LAYOUT FISICO DEL NODO COMPRENSIVA DI
EVENTUALI ALLARMI
 VISUALIZZAZIONE RECORD DI PM RELATIVI AD OGNI INTERFACCIA FISICA
DEL NODO (POTENZA OTTICA, BER, FEC CORRECTION, …)
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
157 / 234
CENTRO DI GESTIONE (4/5)
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete _- Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile2008
2008
158 / 234
CENTRO DI GESTIONE (4/5)
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
WORKSHOP GARR_08
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete _- Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile2008
2008
159 / 234
CENTRO DI GESTIONE (4/5)
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
WORKSHOP GARR_08
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete _- Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile2008
2008
160 / 234
CENTRO DI GESTIONE (5/6)
L’OSS FORNISCE UNA INTERFACCIA GRAFICA
(JAVA, X, …) PER LA GESTIONE DEL SISTEMA
IN CONDIZIONI NORMALI DI FUNZIONAMENTO LA
GESTIONE DELLA RETE DWDM AVVIENE SEMPRE
ATTRAVERSO IL SISTEMA DI GESTIONE (OSS)
GLI APPARATI DWDM DISPONGONO DI UNA
CONSOLE (CRAFT TERMINAL) LOCALE DI TIPO
GRAFICO, GENERALMENTE JAVA BASED,
ACCESSIBILE MEDIANTE UN QUALUNQUE
BROWSER
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
161 / 234
CENTRO DI GESTIONE (6/6)
SISTEMA DI GESTIONE ESTERNO
XML
SNMP
CORBA
TEXT, ….
OSS
DWDM
DB
NETWORK
MANAGER
NORTHBOUND INTERFACE
GUI
INTERFACE
SOUTHBAND INTERFACE
ELEMENT
MANAGER
To Network (Q3, Corba, …)
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
162 / 234
INGREDIENTE
OPERATION SUPPORT SYSTEM
Software gestione rete DWDM
Interfaccia utente (GUI)
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
163 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (1/12)
I CIRCUITI VENGONO CONFIGURATI CREANDO
MANUALMENTE CROSS-CONNESSIONI SU TUTTI I
NODI COINVOLTI
DISPENDIOSO IN
TERMINI DI TEMPO
COMPLESSO E
LABORIOSO
FONTE DI
POTENZIALI ERRORI
ESISTE UNA ALTERNATIVA ?
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
164 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (2/12)
IN CASO DI FAULT, ANCHE IN PRESENZA DI PERCORSI
ALTERNATIVI, IL REINSTRADAMENTO DEL TRAFFICO
DEVE ESSERE EFFETTUATO MANUALMENTE
INEFFICIENTE
TEMPI DI INTERVENTO MOLTO
ELEVATI
ESISTE UNA ALTERNATIVA ?
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
165 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (3/12)
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO
CONFIGURAZIONE CIRCUITI
AUTOMATICA TRAMITE SEMPLICE
INDICAZIONE DEI PUNTI TERMINALI
GESTIONE DEI GUASTI “IP-LIKE”
A SEGUITO DI GUASTO
REROUTING AUTOMATICO SU
VIA ALTERNATIVA
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
166 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (4/12)
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO
IETF-GMPLS
ITU-T ASON/ASTN
(RFC 3945)
(G.8080/Y.1304)
Definisce una suite di
protocolli utilizzabili per
l’implementazione
Definisce una architettura
generale, i componenti che
la costituiscono e le loro
interazioni, anche in
ambiente multi-vendor
Approccio di tipo bottom-up
Approccio di tipo up-bottom
Basato su IP/MPLS
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
167 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (5/12)
Protocolli di routing robusti
Gestione di circuiti virtuali
Circuito: Entita’ Sconosciuta
Provisioning Manuale
Automatizzazione
provisioning circuiti virtuali
Automatico non adatto
tcp
udp
fec
PROBLEMA:
RSVP-TE
MPLS
MPLS-TE
IP
ospf
UTILIZZABILE
SOLO
IN RETI
ldp
OSPF-TE
A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO !!!!!
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO
PER RETI A CIRCUITI VIRTUALI
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
168 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (6/12)
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO
PER RETI A CIRCUITI VIRTUALI
MPLS-TE
IP
MPLS
UTILIZZABILE IN RETI
EVOLUZIONE ED ESTENSIONE
A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO !!!!!
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO
PER RETI A CIRCUITO (SDH-OTTICHE)
Generalized MPLS
WORKSHOP GARR_08
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WORKSHOP
GARR_08
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
169 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (7/12)
PROTOCOLLI GMPLS
OSPF-TE
RSVP-TE
Estensione di OSPF, introduce per
i link informazioni relative alla:
Banda Disponibile
Estensione di RSVP:
Banda non riservata
Protocollo di segnalazione per la
creazione di circuiti virtuali
Massima banda riservabile
Permette inoltre la riservazione di
banda
Le informazioni aggiuntive
vengono utilizzate dall’algoritmo
CSPF (Constrained SPF) per il
calcolo dei percorsi
WORKSHOP GARR_08
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Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
170 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (8/12)
L’algoritmo CSPF calcola il
percorso a minor costo aderente
ad una serie di parametri.
ILA
A
LSA
In altre parole l’algoritmo SPF
viene eseguito senza tenere conto
dei link che non rispondono alle
richieste
LSA
LSA
LSA
LSA
OSPF-TE
Link State
Database
D
F
LSA
(Cost)
(Bandwith
Info)
LSA
B
LSA
LSA
C
ILA
Adiacenza
OSPF
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
WORKSHOP
GARR_08
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete _- Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile2008
2008
171 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (9/12)
Il circuito viene segnalato in due fasi distinte
A
In seguito alla creazione del circuito, tramite un meccanismo di
HELLO, ogni nodo mantiene informazioni relative allo stato del
circuito stesso
FASE 1: Verifica del path
B
B
F
D
FASE 2: Creazione Circuito
RSVP-TE
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
WORKSHOP
GARR_08
Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete _- Milano
Milano1-4
1-4aprile
Aprile2008
2008
172 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO(10/12)
SI VUOL CREARE UN CIRCUITO
1 GE TRA B e D
ILA
D
A
1) Viene calcolato il path migliore
aderente alle spefiche fornite
2) Il circuito viene segnalato e
costruito
F
B
C
ILA
WORKSHOP GARR_08
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Scarpa
GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
173 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (11/12)
PRESENZA DI FAULT SUL LINK
F-D
ILA
D
A
1) Viene segnalato il
malfunzionamento del circuito ai
nodi coinvolti ed il circuito viene
rimosso
BOOM
2) Viene calcolato il migliore path
alternativo aderente alle spefiche
fornite
F
3) Il circuito viene segnalato e
costruito
B
C
ILA
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
174 / 234
PIANO DI CONTROLLO AUTOMATICO (12/12)
PIANO DI CONTROLLO
AUTOMATICO GMPLS o ASON/ASTN
CONFIGURAZIONE CIRCUITI
RESTORATION
Esistono implementazioni
commerciali che ne fanno uso sia
in reti SDH che in reti OTTICHE
Esistono implementazioni
commerciali che ne fanno uso sia in
reti SDH che in reti OTTICHE
Buon grado di maturita’ e
ottimo funzionamento
Potenziali problemi a seguito di
fault multipli che coinvolgono
piu’ circuiti simultaneamente
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
175 / 234
INGREDIENTE
GMPLS o ASON/ASTN
Piano di controllo automatico
Provisioning e restoration automatiche
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
176 / 234
SFORNIAMO IL RISULTATO!!!!!
DATA COMMUNICATION
NETWORK (DCN)
OPTICAL SUPERVISORY CHANNEL (OSC)
Raggiungibilita’ dei nodi
Raggiungibilita’ dei nodi tramite la rete DWDM
In service “Out-Of-Band” channel
GESTIONE E CONTROLLO RETE DWDM
OPERATION SUPPORT SYSTEM
GMPLS o ASON/ASTN
Software gestione rete DWDM
Piano di controllo automatico
Interfaccia utente (GUI)
Provisioning e restoration automatiche
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
177 / 234
TECNOLOGIE OTTICHE IN GARRX
4 – Costruiamo la rete (il LEGO)
A. Pancaldi – M. Scarpa – U. Monaco
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
178 / 234
Costruiamo la rete
 SERVIZI GARR-X:
IP
Commodity
IP Servizi
Avanzati
e2e
SAN
Extension
 IP Commodity: rete IP pubblica gestita da GARR
 Servizi IP avanzati: Servizi IP a valore aggiunto riservati agli utilizzatori della
comunità GARR
 E2e: Servizi di trasmissione dati fra utilizzatori della comunità scientifica
internazionale
 SAN Extension: Servizi di storage distribuiti fra utilizzatori della comunità
GARR
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
179 / 234
Design della rete
Infrastruttura ottica: trasporto DWDM
Infrastruttura di switching: trasporto TDM
Infrastruttura IP (su WDM o TDM)
IP
TDM o IP
Ottico
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
180 / 234
Design: Garr-G
Gestito da
GARR
Layer 3
Gestito da
operatori
Layer 2
Layer 1
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
181 / 234
Design: Garr-X
Gestito da
GARR
Layer 3
Layer 2
Layer 1
Gestito da
operatori
Layer 0
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
182 / 234
Design di GARR-X
• Il controllo della infrastruttura trasmissiva consente di realizzare
molteplici reti “ritagliando” le risorse disponibili
Rete IP #1
Rete IP #2
Rete FC
WORKSHOP GARR_08
Monaco, Pancaldi,
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
183 / 234
Design della rete: Fibra ottica geografica
• Il design della rete parte dalla acquisizione dei parametri e della
topologia fisica della fibra ottica
• Solo in pochissimi casi e’ possibile richiedere che la fibra sia posata
ad-hoc ed in genere il percorso della fibra dipende da vincoli
sull’utilizzo dei cavedi o del fondo stradale
• Spesso la fibra disponibile si presenta come mix di diverse tipologie
di fibra anche sulla singola tratta (Es. G.652 – G.655 – G.652)
G.652
G.655
WORKSHOP GARR_08
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184 / 234
Layer 0: fibra ottica
• Acquisizione dei parametri della fibra
Tipo (G.652, G.655,…)
Lunghezza
Attenuazione
Dispersione cromatica
PMD, effetti non lineari
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185 / 234
Layer 0: fibra ottica
La fibra influenza il design della rete
-dB
# amplificatori (1R)
OSNR
Budget ottico
(lunghezza massima span)
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186 / 234
Planning – 3R
Un segnale ottico che viaggia su una rete O-O-O dopo aver coperto una
certa distanza, attraversando un dato numero di amplificatori e di tratte
in F.O. deve essere rigenerato 3R.
La rigenerazione 3R viene effettuata mediante una conversione O-E-O
che puo’ essere realizzata con due transponder connessi back-to-back
3R
La connessione fra i transponder e’ realizzata mediante patch cord.
I transponder da collegare devono essere del tipo giusto. Ad esempio
non è possibile rigenerare una lambda modulata 10Gbps POS
utilizzando transponder 10GEthernet LAN PHY
WORKSHOP GARR_08
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187 / 234
Planning – 3R con back-to-back
In una rete con una matrice di traffico statica e nota a priori il 3R viene
gestito in fase di planning prevedendo una coppia di transponder
opportunamente posizionati in rete laddove necessario.
Pro:
contenimento costi (installazione di HW aggiuntivo solo dove
realmente necessario)
Contro:
ogni nuovo circuito richiede analisi di fattibilità e potrebbe richiedere
l’installazione di nuovo HW o patching anche nei nodi di transito.
Tempi di provisioning lunghi.
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188 / 234
Planning – 3R con stazioni di
servizio
In una rete con una matrice di traffico non nota a priori (matrice any-toany) il 3R viene gestito ipotizzando i percorsi peggiori per raggiungere
2 qualsiasi punti della rete.
Si introducono siti di rigenerazione 3R equipaggiati per la
rigenerazione delle lambda lungo le tratte di rete.
La rigenerazione e’ configurabile via software dal sistema di gestione.
Pro:
tempi di provisioning piu’ rapidi (la rete e’ sempre pronta per la
realizzazione di nuovi circuiti e non richiede interventi on-site)
Contro:
presenza di HW non utilizzato  COSTI MAGGIORI E INNEFICIENZE
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189 / 234
Planning – dislocazione del
3R
Il posizionamento dei punti di rigenerazione 3R e’ uno degli
output della fase di planning della rete WDM.
L’equipaggiamento dei siti di rigenerazione dipende dalla
capacità delle singole tratte.
In un modello di rete geografica nazionale con matrice di
traffico any-to-any (GARR-X) la rigenerazione on-demand
può generare problemi in fase di provisioning (lentezza,
complessità, interventi on-site anche nei siti di transito,
ecc.)
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190 / 234
Planning - sintesi
• Input:
– Matrice di traffico
– Topologia della rete ottica
– Parametri della fibra
– Margini
• Output:
– Tipologia e dimensionamento dei nodi ottici
– Posizionamento e dimensionamento amplificatori
– Posizionamento e dimensionamento moduli di
dispersione cromatica (DCM)
– Posizionamento dei siti di rigenerazione 3R
– Margini residui
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191 / 234
Planning – metodi
• Manuale:
– E’ un lavoro molto complesso che richiede
profonda conoscenza dei fenomeni ottici e
della tecnologia
• Automatico:
– Utilizza tool di simulazione.
– Maggiori margini rispetto al metodo manuale
ma e’ molto piu’ rapido e non richiede
competenze eccessivamente spinte
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192 / 234
Planning: le varie fasi
simulatore
Fattibilità
No
Si
Si
specialista
Fattibilità
Provisioning
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193 / 234
La multiplazione di tempo
Domanda: Posso utilizzare una lunghezza d’onda modulata a 10Gbps
per trasportare piu’ segnali a frequenza inferiore?
Risposta: Si. Posso utiluizzare i muxponder
1GE
1GE
1GE
1GE
1GE
1GE
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194 / 234
La multiplazione di tempo
Domanda: Posso utilizzare una lunghezza d’onda modulata a 10Gbps
per trasportare piu’ segnali a frequenza inferiore ed intercettarne parte
lungo il percorso?
Risposta: No. il solo strato ottico non e’ sufficiente
1GE
1GE
1GE
1GE
1GE
1GE
X
1GE
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195 / 234
La multiplazione di
frequenza
Sul piano ottico si opera una multiplazione di frequenza. E’ possibile fare
switching ma l’entità minima “switchabile” e’ la lambda.
E’ possibile strutturare le lambda in modo complesso ma lungo il percorso non
e’ possibile accedere a parte del contenuto della lambda.
Le lambda sono entità punto-punto e per accedere al loro contenuto bisogna
terminarle.
l1
l2
Gigabit Ethernet
Internet
Vlan 1
VoIP
Vlan 3
10G
l2
Internet
VoIP
Vlan 2
SDH/SONET
2.5G
SDH/SONET
2.5G
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196 / 234
La multiplazione di tempo
• Se ho pochi punti dove spillare segnali client trasportati
in una lambda e sopratutto sono statici posso terminare
la lambda in ciascun punto intermedio e rigenerarla
reinserendo solo la parte del segnale che deve
proseguire
FC
A
C
GE
POS
B
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197 / 234
La multiplazione di tempo
• Per ciascun punto dove spillare parte del contenuto
informativo trasportato da una lambda occorre una
coppia di transponder ed una coppia di bretelle ottiche
per ciascun client che prosegue il suo cammino.
GE
TXP
GE
GE
TXP TXP
Pro:
•Rigenerazione 3R ad ogni nodo
(nessun problema di budget ottico)
Contro:
•Sistema rigido
•Provisioning di nuovi circuiti
complesso
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198 / 234
La multiplazione di tempo
I sistemi ottici WDM sono in grado di fornire uno strato flessibile di
trasporto di segnali con bit rate pari a quello di una lambda. Non e’
possibile accedere al contenuto informativo di una lambda in siti
intermedi.
Si introduce lo strato TDM per poter accedere in maniera flessibile a
parte del contenuto informativo trasportato da una lambda.
GE
GE
GE
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199 / 234
La multiplazione di tempo
• L’introduzione del TDM richiede una migliore identificazione della
matrice di traffico e della tipologia di servizi trasmissivi che la rete
deve erogare
• E’ possibile realizzare piu’ layer TDM sulla stessa rete ottica WDM
utilizzando lambda diverse
• La topologia dello strato TDM puo’ essere differente dalla toplogia
dello strato WDM
• Generalmente si suddividono i servizi per layer (es. <10Gbps su
TDM >=10Gbps su WDM)
Layer 2
Layer 1
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200 / 234
Interazione fra TDM e WDM
Se bisogna realizzare una rete TDM con questa topologia
…e si dispone di fibra e sistemi WDM con questa topologia
…e’ possibile
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201 / 234
Interazione fra TDM e WDM
Bisogna fare attenzione alle interazioni fra i vari livelli della rete
Se si pensa solo al piano TDM:
Sul piano WDM:
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202 / 234
Shared Risk Link Group
(SRLG)
L’interazione fra I vari livelli (es. IP/MPLS e livello ottico) di una rete multilivello
oggi viene gestita utilizzando sempre piu’ spesso la tecnologia Generalized
Multiprotocol Label Switching (GMPLS).
Es.:
L’esigenza che nasce e’ quella di informare un livello della rete su come
scegliere i path in modo da renderli fra di loro disgiunti e quindi adeguati a creare
le condizioni per la protezione.
Un SRLG e’ un gruppo di collegamenti che condividono una
stessa risorsa trasmissiva
Cavo su cui passano
piu’ coppie
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203 / 234
Esempio di SRLG
B
C
2
1
3
A
2,3,4
1
F
D
3,4
E 4
SRLG1 = {AB,BF}
SRLG2 = {BC,BE}
SRLG3 = {CD,CE,BE}
SRLG4 = {CE,DE,BE}
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204 / 234
No risk link (NRL)
In una rete multilivello ben disegnata e’ possibile implemetare meccanismi di
protezione ad uno o piu’ livelli della rete.
Ad oggi le protezioni non sono correlate (Es. la protezione di anello SDH non e’
correlata alla protezione OSNCP del livello WDM – La protezione offerta dal
layer IP non e’ correlata alla protezione di anello del layer SDH, ecc.)
A ciascun livello della rete e’ possibile identificare dei No Risk Link (NRL)
Un NRL e’ un collegamento che risulta protetto da un livello
di rete inferiore
OSNCP
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205 / 234
Esempio di NRL
B
C
A
D
F
E
NRL1 = AB
NRL2 = BE
…
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206 / 234
Esempio di utilizzo di SRLG
E’ possibile disegnare la topologia dei servizi in modo che in
presenza di un fault la rete continui ad erogare i servizi
anche se non tutti i servizi sono singolarmente protetti.
Pro:
maggiore banda disponibile in condizioni di normale
funzionamento
Contro:
bisogna analizzare bene gli SRLG per evitare che un
singolo fault causi la perdita completa delle funzionalità
della rete
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207 / 234
Esempio di utilizzo di SRLG
Ad esempio un servizio 1GE da B ad F protetto può essere configurato in molti modi
Non tutti garantiscono la disponibilità del servizio a fronte di un guasto:
Es1:
Es2:
Path primario: BA-AF
Path primario: BA-AF
Path secondario: BF
Path secondario: BE-EF
B
C
KO: path primario e
2
OK: path primario e
secondario condividono 1
secondario sono non correlati
1
3
2
1
3
A
D
2,3,4
1
3,4
4
4
F
E
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208 / 234
Coordinamento delle protezioni
•Esistono meccanismi di protezione ad ogni livello della rete.
•Bisogna scegliere bene a quale (o quali) livelli attivare la protezione
•La protezione attiva su piu’ livelli puo’ generare condizioni di
mancato o ritardato ripristino
IP
TDM o IP
Ottico
WORKSHOP GARR_08
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209 / 234
Interazione fra i livelli di rete
Le regole d’oro:
• pensare la rete in modo da avere piu’ vie possibili ed
incorrelate per i servizi di ciascun livello
• conoscere bene le interazioni fra i vari livelli
• identificare con precisione a quale livello far intervenire
la protezione
In una rete multilivello anche con pochi nodi e’ facile
perdere il controllo della correlazione fra i vari livelli della
rete. Per questo oggi ci si affida sempre piu’ spesso a
meccanismi automatici per l’identificazione dei percorsi
in rete (GMPLS)
WORKSHOP GARR_08
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210 / 234
Costruiamo la rete
Topologia della rete f.o.
Utilizzo del WDM
Utilizzo del TDM
Topologia della rete IP
Protezione rete IP
Dimensionameto rete IP
Regole per i servizi
E2E
Criteri di protezione dei
servizi E2E
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211 / 234
Una semplice topologia IP
IP6 R4 IP7
IP8
IP5
IP1
R2
R3
IP4
IP3
IP2
l4
DWDM#4
l3
R1
DWDM#1
l1
f.o.
f.o.
f.o.
DWDM#3
l2
DWDM#2
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212 / 234
Tecnologia ottica per la rete
IP
IP6 R4 IP7
IP8
IP5
IP1
R2
R3
IP4
IP3
IP2
l4
DWDM#4
l3
R1
DWDM#1
l1
f.o.
f.o.
f.o.
DWDM#3
l2
DWDM#2
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213 / 234
Una semplice topologia IP
La rete IP dispone di efficaci meccanismi di routing in grado di
sopperire al fault di un link.
Se si effettua un planning attento dei servizi trasmissivi asserviti alla
rete IP e’ possibile aumentare la banda disponibile in condizione di
normale funzionamento.
Bisogna studiare attentamente le interazioni fra lo strato ottico ed i link
IP.
WORKSHOP GARR_08
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214 / 234
GARR-X: rete IP
E’ possibile realizzare un CORE a 3 nodi utilizzando NRL per interconnettere i
router
Oppure aumentare la banda utile in rete utilizzando link non protetti per
interconnettere i router senza ridurre l’affidabilita’ complessiva della rete
realizzando due livelli di CORE
1
2
WORKSHOP GARR_08
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215 / 234
La topologia della fibra
ottica
Una possibile topologia della fibra ottica per realizzare il CORE
IP potrebbe essere:
A
F
A
F
E
E
D
D
B
B
C
C
WORKSHOP GARR_08
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
216 / 234
I path dei link di CORE
Una possibile allocazione dei link di core sulla infrastruttura
trasmissiva può essere la seguente:
A
A
F
E
F
E
D
D
B
B
C
C
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217 / 234
Analisi dei guasti
A
A
F
E
F
E
D
D
B
B
C
C
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218 / 234
I path dei link di CORE - 2
Una altra possibile allocazione dei link di core sulla infrastruttura
trasmissiva può essere la seguente:
A
A
F
E
F
E
D
D
B
B
C
C
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219 / 234
Routing and Wavelenght
Assignment
Il problema di allocazione e routing dei servizi su una rete ottica e’
molto complesso
Esistono differenti approcci al problema
Al crescere della complessita’ della rete e della magliatura diventa
molto complesso trovare il routing ideale.
Oltre al routing bisogna pensare anche alla possibilità di reinstradare
qualche servizio a fronte di major fault di una tratta.
Due lambda uguali non possono viaggiare sulla stessa tratta.
Il probelma ha due aspetti:
•Routing
•Wavelenght assignment
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220 / 234
La rete IP GARR-X
Per poter fornire il servizio di IP commodity la rete GARR-X utilizzerà un core IP a
due livelli.
Ogni XPOP sarà connesso al Core in dual homing con una connessione su
ciascun livello.
In questo modo senza ridurre l’affidabilità complessiva della rete si sfrutta
l’opportunità di utilizzare circuiti non protetti duplicati ma incorrelati
RC
RC
WORKSHOP GARR_08
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221 / 234
Connessione degli
utilizzatori
3 modalita’ di connessione degli utilizzatori alla rete GARR-X:
 Fibra Ottica fino all’X-POP
 Leased line acquisita da operatore
 Raccolta di traffico aggregato (grooming) mediante rete operatore
Leased lines
Operatore
X-POP
X-POP
X-POP
IP MPLS
F.O. Backbone
X-POP
X-POP
X-POP
Operatore
L2
F.O. Accesso
MAN
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222 / 234
Connessione degli
utilizzatori
 Fibra Ottica fino all’X-POP
 Leased line acquisita da operatore
 Raccolta di traffico aggregato (grooming) mediante rete operatore
f.o. d’accesso
(anello di raccolta)
XPOP
f.o. d’accesso
in singola via
XPOP
XPOP
f.o. d’accesso
in doppia via
(diversificata)
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223 / 234
Connessione degli
utilizzatori
 Fibra Ottica fino all’X-POP
 Leased line acquisita da operatore
 Raccolta di traffico aggregato (grooming) mediante rete operatore
UNIVERSITY
1 Gigabit Ethernet (Max 80Km)
Dark Fiber
Utilizzatore monoservizio
(IP only)
UNIVERSITY
E2E
l1
l2
l3
RC
GARR-X
CWDM Metro
Dark Fiber
Utilizzatore multiservizio
User Site
APM
X-POP
GARR
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GARR-X: il futuro della Rete - Milano 1-4 Aprile 2008
224 / 234
Connessione degli
utilizzatori
 Fibra Ottica fino all’X-POP
 Leased line acquisita da operatore
 Raccolta di traffico aggregato (grooming) mediante rete operatore
RC
GARR-X
UNIVERSITY
SDH/WDM
Operatore
Utilizzatore monoservizio
User Site
APM
X-POP
Operatore
GARR
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225 / 234
Connessione degli
utilizzatori
 Fibra Ottica fino all’X-POP
 Leased line acquisita da operatore
 Raccolta di traffico aggregato (grooming) mediante rete operatore
UNIVERSITY
RC
Utilizzatore monoservizio
GARR-X
UNIVERSITY
IP/MPLS
Operatore
Utilizzatore monoservizio
User Site
APM
X-POP
Operatore
GARR
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226 / 234
L’operativita’ della rete
GARR-X
Direzione GARR-Via dei Tizii-RM
Utilizzatore 1
…..
Utilizzatore N
NOC
TOC
Supporto
Specialistico
Vendor
Rete IP GARR-X
Rete trasmissiva GARR-X
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227 / 234
X-POP: una radiografia
Apparati
Apparati
Apparati
di management
accessori
trasmissivi
X-POP
Apparati
IP
•Spazio
•Condizionamento
•Alimentazione
•Cablaggio strutturato
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228 / 234
Schema di un X-POP
f.o. accesso
X-POP
Nx10Gbps
Sedi Utilizzatori non
raggiunte da f.o. GARR
e2e-1
f.o. accesso e2e-2
f.o. #1 del
backbone
e2e-3
Rete trasmissiva
dell’operatore
f.o. accesso
f.o. #2 del
backbone
2x 1Gbps
FC
l1,l2
f.o. accesso
Connessione d’accesso
Multi-Servizio (multi-service)
FC
SAN
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Su richiesta
229 / 234
X-POP: Apparati trasmissivi
Cestelli WDM
Cestelli TDM
Armadi ETSI o 19” (EIA 310D, IEC 60297, …)
Alimentazione -48Vdc
Numero cestelli WDM cambia in ragione
del numero di vie e degli add/drop
Numero cestelli TDM
molto contenuto (1 o 2)
Richieste almeno 2 alimentazioni a 48Vdc indipendenti e protette da batterie
Cablaggio tramite ODF
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230 / 234
X-POP: Apparati rete IP
Router IP di core
Router IP di concentrazione
Switch dell’X-POP
Armadi 19” (EIA 310-D, IEC
60297, …)
Alimentazione -48Vdc o
220Vac
Cablaggio tramite ODF
Cablaggio tramite DDF
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231 / 234
X-POP: Apparati di
management
Router di DCN
Router di DCN (backup)
Terminal Server / consolle
switch
Armadi 19” (EIA 310-D, IEC
60297, …)
Alimentazione -48Vdc o
220Vac
Cablaggio tramite DDF
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232 / 234
X-POP: Apparati accessori
Sonde di monitoring
Server direttamente connessi ai
PoP
Armadi 19” (EIA 310-D, IEC
60297, …)
Alimentazione 220Vac
Cablaggio tramite ODF
Cablaggio tramite DDF
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233 / 234
Conclusioni
Maggiore controllo della rete
Maggiore banda disponibile
Possibilita’ di fornire servizi E2E
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234 / 234