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Reti MPLS e GMPLS
Una sfida tecnologica
Un caso di studio per la statistica del traffico
Francesco Lazzeri
Roma, 4 Luglio 2001
Agenda
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
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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’
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
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’
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


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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’
Attivita’ di Marconi su MPLS/GMPLS
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Fondatore dell’ MPLS Forum

Attiva in :
– OIF
– IETF
– ITU-T
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MPL(abel)S inter-vendor working dimostrato sulla piattaforma ASX

GMPLS/MPL(ambda)S trials di apparati fotonici con BT
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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
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

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

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

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
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
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


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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
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