Reti MPLS e GMPLS
Una sfida tecnologica
Un caso di studio per la statistica del traffico
Francesco Lazzeri
Roma, 4 Luglio 2001
Agenda
Introduzione all’ MPLS
Introduzione al GMPLS
Problematiche della rete di trasporto
Soluzioni
Impatto della statistica del traffico
sull’efficacia delle soluzioni
Attivita’ di ricerca in Marconi :
– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)
– Studi simulativi
– Collaborazioni con l’Universita’
Crescita storica di Internet
Actual
1Tbps
100Gbps
1995 Projection
1987 Projection
10Gbps
1983 Projection
1Gbps
1980 Projection
Source: Collected Industry Data
1980
1990
2000
2010
MPLS nasce per velocizzare il routing IP
MPLS : IP connection-oriented
Hop-by-Hop
Source Routing
Hop-by-Hop
IP
IP
MPLS
Conventional
Routers
Label Switch
Router
Label Switched
Path
• Traffic Engineering
• DiffServ
• VPNs
Cos’e’ l’MPLS?
Il Multi-protocol Label Switching (MPLS) e’ una tecnologia che
permette la configurazione end-to-end e il controllo ottimizzato di
una generica rete di telecomunicazioni
E’ una tecnica di commutazione connection-oriented basata su IP
– Connection-Oriented : affidabilita’, scalabilita’ e QoS
– IP : compatibilita’ con la base installata
Inizialmente implementato per IP su ATM
Esteso in seguito ad altre tecnologie, incluso SDH, SONET e WDM
Sviluppato da IETF ed MPLS forum
– Moltissime RFC ancora in stato draft, <10 approvati
Il “Building block” e’ il “label switch router” (LSR)
– Un LSR puo’ essere basato su router IP o su switch ATM
Il problema dell’ iper-aggregazione
I protocolli di Routing creano un solo "Shortest Path"
C1
C3
C2
Path per C1 <> C3
Path per C2 <> C3
I path "Lunghi”
sono
sotto-utilizzati
MPLS : elementi base
L’etichetta MPLS
– Un’etichetta (LABEL) e’ un breve identificatore di lunghezza fissa,
usato per identificare un insieme di pacchetti IP, solitamente con
significato solo locale
– 32 bit con 4 campi (20 bit : label, 3 riservati, 1 stacking, 8 TTL)
Protocolli di segnalazione
– permette all’ LSRs (Label Switched Router) di implementare un path,
noto come LSP (Label Switched Path) dal LSR di input all’ LSR di
output
Protocolli di routing estesi
– distribuiscono la topologia e dati sulla disponibilita’ di risorse
Label Switched Path
Swap
I/F IN: A
Label In: Alfa
Label Out: Beta
I/F OUT: C
B
B
A
172.14
C
A
172.16.241.63 B
172.10
D
A
A
D
C
Push
I/F IN: A
Dest: 172.16
Label Out: Alfa
I/F OUT: B
B
C
Swap
A
I/F IN: A
Label In: Beta
Label Out: Gamma
C
I/F OUT: D
B
B
A
C
C
A
C
D
B
172.15
172.16.241.63
172.16
Swap
I/F IN: B
Label In: Gamma
Label Out: Delta
I/F OUT: C
Pop
I/F IN: A
Label In: Delta
I/F OUT: D
Traffic engineering con MPLS
C1
C3
C2
LSP C1 <> C3
LSP C2 <> C3
Protocol Layering
Application
IP
PoA
ATM
MPLS
GE
PoS
SDH / SONET
PoW
Digital Wrapper
WDM
Fibre
PoA - Packet over ATM
GE - Gigabit Ethernet
PoW - Packet over WDM
PoS - Packet over SDH
Agenda
Introduzione all’ MPLS
Introduzione al GMPLS
Problematiche della rete di trasporto
Soluzioni
Impatto della statistica del traffico
sull’efficacia delle soluzioni
Attivita’ di ricerca in Marconi :
– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)
– Studi simulativi
– Collaborazioni con l’Universita’
Cos’e il GMPLS?
Il GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) e’
l’applicazione del control plane MPLS alla rete di trasporto
Il GMPLS cambia il paradigma di gestione della rete di trasporto :
da centralizzato a distribuito.
Il GMPLS e’ un concetto di networking, non solo una (delle tante)
funzionalita’
Ambiguita’ nella terminologia: GMPLS ASTN ASON
GMPLS : a che serve ?
Maggior velocita’ ed efficienza nella fornitura di servizi di rete
Ottimizzazione delle risorse di rete tramite traffic engineering
Possibilita’ di avere elevata disponibilita’ anche in reti mesh, senza
preallocazione della banda di protezione (riduzione costi)
– Fast restoration
Nuovi servizi a valore aggiunto:
– Dial-up circuit provisioning
– Optical Virtual Private Networks (OVPN)
– Supporto per DiffServ, sia a livello di rete di trasporto che dati
Interoperabilita’ tra reti multi-vendor
Interoperabilita’ tra reti multi-operatore
Interoperabilita’ tra reti multi-tecnologia (Dati e Trasporto)
Oggi: Circuito configurato da NMS
NMS compie tutte le operazioni di circuit provisioning
Il Traffic Engineering viene gestito manualmente
NMS
OADM
OADM
OXC
OXC
OXC
OXC
Nuovo concetto GMPLS:
Processi distribuiti
Segnalazione: UNI sul bordo, NNI nella rete
NMS continua a controllare e monitorare la rete
NMS
OADM
NNI
OADM
NNI
(O)-UNI
OXC
OXC
OXC
OXC
GMPLS : due architetture alternative
Overlay Model
Lambda
Switch
Peer-to-Peer Model
Lambda
Switch
Lambda Switch calcola il
path
I Router non hanno
visibilita’ del path dentro
il dominio di trasporto
Lambda
Switch
LSR calcola il path
I Router hanno “peer
protocol visibility” dei
nodi dentro il dominio
di trasporto
Lambda
Switch
One Control - End to End
VPI/VCI
/DLCI/
Label
MPLS Control
Plane
Label
Lambda
Lambda
Copyright © 2000
The MPLS Forum
Label
VPI/VCI
/DLCI/
Label
Agenda
Introduzione all’ MPLS
Introduzione al GMPLS
Problematiche della rete di trasporto
Soluzioni
Impatto della statistica del traffico
sull’efficacia delle soluzioni
Attivita’ di ricerca in Marconi :
– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)
– Studi simulativi
– Collaborazioni con l’Universita’
Modello di rete GMPLS all’interfaccia UNI
OCT #1
LSP #1
...
LSP #1
UNI
UNI
LSP #n
LSR
...
LSP #n
Lambda
Switch
W
D
M
W
D
M
Lambda
Switch
LSR
LSR implementa una funzione di “path merge”( )
Piu’ LSP sono mappati in un flusso PoS o GE o
Lambda
Richieste UNI per set-up/tear-down di circuiti basate
sullo stato di utilizzo delle risorse
Separazione fisica tra pacchetti di controllo e
pacchetti dati
Merging di servizi differenti
OCT #1
MPLS
...
MPLS
ATM
LSR
...
UNI
UNI
ATM
Lambda
Switch
W
D
M
W
D
M
Lambda
Switch
LSR
Lambda Switch implementa (in un modello overlay):
Admission control e policing delle richieste UNI
(potrebbero venire accodate)
Calcolo path all’interno della rete di trasporto
Generazione della segnalazione
Coordinamento con LSR client
Peculiarita’ della rete di trasporto
Cambia la prospettiva
– Il forwarding non e’ un problema
– E’ un problema il traffico di routing e segnalazione
Dimensioni delle reti
Granularita’ dei circuiti utilizzabili in una rete di trasporto
Multi layering
Limitazioni di connettivita’ degli apparati
– Mancanza di lambda/time-slot interchange
– Matrici di connessione non quadrate
Impairment ottici e necessita’ di rigenerazione
Necessita’ di interoperare con reti “legacy”
Interoperabilita’ con NMS
Conseguenze
Algoritmi di routing applicati a grosse reti
– Necessita’ di un accurato partizionamento delle reti per migliorare
la scalabilita’
La relativa scarsita’ dei canali disponibili facilita problemi
di “glare”, quando il “churn” di richieste sulle interfacce e’
elevato
– Necessita’ di politiche di allocazione delle risorse che minimizzino i
conflitti
– Necessita’ di procedure di crankback intelligenti
La creazione dinamica di transiti porta modifiche
significative alla topologia della rete
Conseguenze
Algoritmi di routing multi-metrica con constraint
– NP-completi
– Sono perseguibili soluzioni trattabili ma sub-ottime
Difficolta’ nella sommarizzazione e nel riporto delle
informazioni da parte dei protocolli di routing
– Maggior impatto del traffico di routing
– Maggior quantita’ di informazioni nelle tabelle di routing
Necessita’ di ottimizzare piu’ risorse
– Occupazione dei link
– Numero e posizione dei rigeneratori OEO
Gestione centralizzata da NMS, almeno per parti della
rete
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Introduzione all’ MPLS
Introduzione al GMPLS
Problematiche della rete di trasporto
Soluzioni
Impatto della statistica del traffico
sull’efficacia delle soluzioni
Attivita’ di ricerca in Marconi :
– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)
– Studi simulativi
– Collaborazioni con l’Universita’
Evoluzione del piano di controllo
Service Initiation
e.g. EDI, UNI
Step 1 - NMS Evolution
NMS
Improvement and enhancement of present
NMS
logically centralised solution
Step 2 - NE Evolution
NMS
De-centralised intelligence: fast
provisioning and re-routing/protection
Scalability
Interoperability
Service Initiation
e.g. EDI, UNI
Agenda
Introduzione all’ MPLS
Introduzione al GMPLS
Problematiche della rete di trasporto
Soluzioni
Impatto della statistica del traffico
sull’efficacia delle soluzioni
Attivita’ di ricerca in Marconi :
– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)
– Studi simulativi
– Collaborazioni con l’Universita’
Rilevanza della statistica del traffico
Traffico in arrivo - richieste di instaurazione/rilascio circuiti
dovute a :
– Richieste manuali effettuate da NMS (PVC ed SPVC)
– Richieste automatiche effettuate da dispositivi client (SVC)
– Eventi spontanei che provocano riconfigurazione di circuiti
Caratterizzazione statistica del traffico in arrivo
– Distribuzione geografica (traffico locale, traffico passante)
– Distribuzione statistica del “churn” (quanto e’ bursty ?)
Tempo di servizio. Dipende da :
– Velocita’ nel calcolo del path da parte del LER
– Velocita’ nella propagazione della segnalazione
– Concorrenza con altre richieste (“glare”)
Rilevanza della statistica del traffico
La fattibilita’ delle varie soluzioni dipende dalla statistica
del traffico. E’ necessario predire tale statistica:
– per definire se una soluzione e’ adeguata
– per poter scegliere la soluzione migliore
Statistiche differenti in funzione del tipo di servizio
– Leased lines
– Video on demand
– Internet
Non e’ tanto importante il numero di richieste, quanto la
loro distribuzione
– 50-100000 richieste al giorno sono gestibili se uniformemente
distribuite, ma cosa succede se arrivano a burst ?
– Qual e’ la frequenza massima di richieste nel burst ?
Problemi
Non ci sono esperienze significative su GMPLS
– Mancano i dati misurati sul campo
– Oggi la frequenza di arrivo delle richieste di servizio verso la rete
di trasporto e’ trascurabile -> gestione manuale
– Difficolta’ nel predire la statistica di traffico indotta da nuovi tipi di
servizio. “Per non sbagliare” si stanno sviluppando soluzioni
complesse, in grado di supportare churn molto elevati, ma...
– Limitazioni nei tempi di risposta degli apparati di trasporto
– Limitazioni nella banda disponibile per la segnalazione
– Esistenza di reti “legacy”
Relazione tra statistica di traffico della rete a pacchetto e
statistica del traffico in input alla rete di trasporto
– Differenze tra i modelli peer-to-peer e overlay
Argomenti di ricerca
Modellazione del churn
– Identificazione e caratterizzazione statistica dei servizi offerti
– Contributo e caratteristiche dei vari tipi di servizio
Modellazione dei tempi di servizio
Analisi degli scenari di rete
– Tramite simulazione
– Tramite verifca sperimentale del modello
Risultati
– Utilizzabilita’ canali di segnalazione embedded per GMPLS
– Campo di applicazione della soluzione centralizzata
– Verifica della scalabilita’ delle soluzioni distribuite
Agenda
Introduzione all’ MPLS
Introduzione al GMPLS
Problematiche della rete di trasporto
Soluzioni
Impatto della statistica del traffico
sull’efficacia delle soluzioni
Attivita’ di ricerca in Marconi :
– Impianto sperimentale (“Dimostratore”)
– Studi simulativi
– Collaborazioni con l’Universita’
Attivita’ di Marconi su MPLS/GMPLS
Fondatore dell’ MPLS Forum
Attiva in :
– OIF
– IETF
– ITU-T
MPL(abel)S inter-vendor working dimostrato sulla piattaforma ASX
GMPLS/MPL(ambda)S trials di apparati fotonici con BT
In corso attivita’ di studio e sviluppo con i seguenti obiettivi:
– Soluzione GMPLS centralizzata, per coprire i prodotti attuali
– Soluzione GMPLS distribuita per coprire i prodotti fotonici e la nuova
generazione di cross-connect e ADM
– Tools per network design and optimisation
Impianto Dimostratore presentato a BT e al
path provisioning
restoration using
shared bandwidth
auto-discovery
WEB-based client
interface
GMPLS
GMPLS
Controller
Controller
GMPLS
PMA32
PMA32
Controller
PMA
32
GMPLS
PMA32
Controller
PMA
32
Simulatore di rete di trasporto
Simula tutti gli apparati Marconi, facilmente estendibile
Simulazione di reti DWDM ed SDH con limitazioni reali
Modellazione ad eventi : tiene conto dei principali
contributi al tempo di trasmissione dei pacchetti
Tracciamento eventi a vari livelli di dettaglio
Simulazione del real-time : misure dei tempi di risposta
Possibilita’ di generare pacchetti reali da inviare in rete
per alimentare altri simulatori o reti di test
Potente linguaggio di descrizione reti
Generatori automatici di reti
Generazione automatica di traffico in input : primitiva
Collaborazione con Universita’ di Pisa
Rete mista comprendente apparati Marconi DWDM, IP e
ATM
Test plant e dimostratore di tecnologia
Sperimentazione di:
– IPv6
– MPLS e GMPLS control plane
– MPLS forwarding
– Fast rerouting e restoration
– Traffic engineering
– Virtual Private Networks
Traffico reale
