Távközlő hálózatok és szolgáltatások Optikai Gerinchálózati (Transzport) Technikák Második rész (2./2) Cinkler Tibor BME TMIT 2016. május 17. Kedd 12:15-13:45 K.234
2D MEMS: Micro Electro-Mechanical Systems Mikro elektro-mechanikai rendszerek – két dimenziós
2
3D MEMS – a 3D tükröcskék
Forrás: Lucent
3
3D MEMS – Működési elv
Electrical Cables Input MEMS Array Input Optical Fiber Bundle
Output Optical Fiber Bundle Output MEMS Array
Hermetic Enclosure
Electrical Cables
Forrás: Lucent 4
Buble-switch: Buborék kapcsoló
Forrás: Agilent 5
Egyéb kapcsoló és rendező megoldások
Iránycsatoló (Directional Input 1 Cuppler) Input 2 Prisma Switch Thermo-optical Electrodes Liquid Chrystal Accusto-optical Piezo-electric ... Beam Displacer
Liquid Cell to Rotate Polarization
+V
Output 1
Output 1
LiNbO3
Lead Zirconate Titanate (PZT)
Lithium niobate (LiNbO3)
Polymer
+ Liquid Crystal Voltage
Bacteriorhodopsin
6
Többrétegű optikai hálózatok 7
Optikai hálózatok fejlődési mérföldkövei
Optikai Hálózati Funkcionalitás
csomagkapcs
Optical Packet Switching
Optical Burst Switching
többrétegű dinamikus
Multilayer Switching: ASTN
Wavelength Switching: ASON
Mesh Networks: OTN
statikus
Ring Networks
Point to Point WDM Links
1995
2000
idő 8
Többrétegű optikai hálózatok Egy rétegű hálózat: Gyenge granularitás:
1 fényszál: 1-10 Tbit/s (DWDM: 100-200 λ) 1 λ csatorna: 10 vagy 100 Gbit/s 1 STM-64 (10 Gbit/s): 64 x STM-1 (155 Mbit/s) További rétegek a finomabb granularitáshoz
Több rétegű hálózat: Bonyolult vezérlés és Menedzsment (Control & Management)
Útvonalválasztás (Routing) Forgalomterelés (TE: Traffic Engineering) Hibatűrőképesség (Resilience)
Kétszerezett vagy többszörözött funkciók 9
Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C
A
D
B
A
C
D
B
A
B
C
D
10
GMPLS/ASTN Dinamikus (Kapcsolt) és Többrétegű Dynamic (switched) & Multilayer IETF GMPLS: Generalised Multiprotocol Label Switching ITU-T ASTN: Automatic Switched Transport Network PSC L2 TSC SC WBSC FSC
(Packet Switching Capable, e.g., IP) (Layer 2 SC, e.g., GbEth) (TDM SC, e.g., SDH VC-4-4c) (Wavelength SC) (WaveBand SC) (Fiber SC)
11
Általánosított „felülcimkézés” Generalised Label Stacking Többrétegű architektúra → Általánosított LSP-k Multilayer Architecture → Generalised LSPs
LSP
fényszál
fénykábel 12
Cimkecsere, vagy felülcímkézés, vagy cimkehámozás?
Label “Stacking” or “Swapping” or “Stripping”?
LSP1 LSP4 LSP
LSP3 G.709
LSP2 λ
LSP1
LSP4
fényszál
LSP2 Stacked Headers
data
LSP3 13
Routing, TE & Resilience manapság: Kliens-szerver megoldás Részben kézzel
DP n+2
MP n+2 CP n+2
client
server DP n+1
DP n
MP n+1 CP n+1 MP n CP n
client server client server
DP n-1
MP n-1 CP n-1 14
Routing, TE & Resilience jövő? : Integrált, automatikus, elosztott! Függőleges együttműködtetés vagy integrálás?
DP n+2
DP n+1 MP
CP
DP n DP n-1 15
MPLS MPLS-TP
16
MPLS és MPLS-TP MultiProtocol Label Switching:
Többprotokollos Címkekapcsolás Mérés volt ebből… Egységes IP/MPLS vezérlősík ATM-re hasonlít, de egyszerűbb (Asynchronous Transfer Mode) Cimkekapcsolás (csere, felülcimkézés, hámozás) Virtuális utak mentén (Cimkekapcsolt út: LSP) TE: Forgalomterelés (Traffic Engineering) VPN: Virtuális magánhálózat (Virtual Private Network)
MPLS-TP: szállítási profil az MPLS-hez
17
MPLS fejrész: 32 bit Fejrészr: 32 bit = 4 byte Címke: 20 bit
0 1 2 3 4 5 6 7 +-+-+-+-+-+-+-+-+ | Label | +-+-+-+-+-+-+-+-+ | Label | +-+-+-+-+-+-+-+-+ | Label | Exp |S| +-+-+-+-+-+-+-+-+ | TTL | +-+-+-+-+-+-+-+-+
Entry Label: Label Value, 20 bits Exp: Experimental Use 3 bits (CoS) S: Bottom of Stack 1 bit TTL: Time to Live 8 bits cinkler(o)tmit.bme.hu
18
Az IP és az MPLS Fejrész
Útvonalválasztás és Továbbítás Routing and Forwarding
0 8 16 31 VERS HLEN Service Type Total Length Identification Flags Fragment Offset TTL Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address Options Padding Data Data ... Data
0
7
Label Label Label CoS S TTL
cinkler(o)tmit.bme.hu
19
MPLS
LER: Label Edge Router (perem cimkekapcsoló)
LSR: Label Switching Router (cimkekapcsoló)
Továbbítás és cimkecsere Forwarding and Label Swapping
LER
IP Router
FEC: Forwarding Equivalence Class
Útvonalválasztás és cimkterjesztés Routing and Label Distribution
továbbítási egyenlőségi osztály
LSP: Label Switched Path
cimkekapcsolt út
LSR
20
MPLS: Hogyan működik?
Számértékek nem kellenek vizsgára!
LSP Forwarding Table (továbbítási táblázat) címke fel → if 7, label 18 if 9, label 18 → if 17, label 22 if 19, label 22 → if 321, label 3 if 45, label 3 → címke le
IP Router
LER if 7
label 18
LER
if 9
LSR if 17 label 22 if 19 LSR
if 321 label 3
if 45
LER 21
MPLS-TP: szállítási profil az MPLS-hez
MPLS-TP (ITU-T és IETF öszefogás)
Valami az SDH/OTN és IP/MPLS között
SDH/OTN jellegű: áramkörök, OAM, menedzsment, védelem IP/MPLS jellegű: vezérlősík, csomagok, útvonalválasztás
Ethernet keretek szállítására
„MultiProtocol Label Switching – Transport Profile” vagy „Transport-Profile for MPLS”
CGE: Carrier-Grade Ethernet CCE: Carrier-Class Ethernet PTT: Packet Transport Technologies
Konkurencia: IEEE PBB-TE
Provider Backbone Bridging – Traffic Engineering 22
Hálózatok védelme és rendelkezésre állása (Protection and Availability) Alapfogalmak Feladatok Funkciók Technikák
23
Hálózatok ellenségei?
[email protected].
DRCN 2013 ― Budapest, 24
És még kettő...
25
Védelem, hibatűrés
Védelmi és helyreállítási mechanizmusok
Magas rendelkezésre állás (Availability)
A= ((0.9999 - ) 0.99999 – 0.999999) A = üzemi idő egy év alatt / egy év A = 1 - MTTR / MTBF
MTTR: Mean Time To Repair MTBF: Mean Time Between Failures
Elemek sorosan – csökkenti a rendelkzésre állást Elemek párhuzamosan – növeli a rendelkzésre állást
Védelem drágább üzeminél!
CAPEX + OPEX 1:1 Hozzárendelt védelem mégis használatban 26
Mire terjed ki a védelem? Szakasz (Link) Szegmens (Segment / Span) Végtől-végig / út (End-to-end / Path)
27
Hozzárendelt vagy megosztott? Dedicated vs. Shared Protection Üzemi utak Working Paths
4 3
5
3
4
Védelmi utak Protection Paths
Dedicated: 3+4+5=12 Shared: Max{3,4,5}=5 DEDICATED: - More resources needed + Higher availability + Simpler to calculate
5 3
4
Dedicated: 3+4+5=12 Shared: Max{3+4, 5} = 7
SHARED: + Less resources needed - Single failure at time assumed: Lower availability
28
Optikai Hálózatok Jövője
29
Jövő? Optikai Csomagkapcsolás? OOFDM / Nyquist WDM? Chaining/Orchestration, Slicing, Sharing, SDN/NFV (VNF), Cloud…
30
* Optikai hálózatok fejlődési mérföldkövei
Optikai Hálózati Funkcionalitás
csomagkapcs
Optical Packet Switching
Optical Burst Switching
többrétegű dinamikus
Multilayer Switching: ASTN
Wavelength Switching: ASON
Mesh Networks: OTN
statikus
Ring Networks
Point to Point WDM Links
1995
2000
idő 31
OBS/OPS
Photonic Time Slot Switching (időrés kapcsolás) Optical Flow / Burst / Packet Switching (OFS / OBS / OPS) (Folyam / Börszt / Csomag kapcsolás)
Börsztös forgalomra (rövid ideig nagy sávszélesség) - nincs idő összeköttetés-felépítésre - nem érdemes lefoglalva tartani az erőforrásokat
32
* Egy OBS hálózati példa .. .
.. .
.. .
Border Node
Core Node control-chanel
OBS network
ofset .. .
data-chanel
OBS link
• WDM alapú átvitel • Pufferek a peremen • Börsztképezés a peremen • Külön vezérlőcsatorna
Source: COST 266
Torlódáskor • Újraküldés • Más hullámhossz • Deflection (eltérítés) • Pufferelés 33
OPS: Optikai csomag (időrés) kapcsolás
Vezérlés fejrész alapján Optikai jelfeldolgozás még alig van O átvitel E vezérlés Guard Time (védőidő)
O/E + el. ctrl
Csomagok közt Fejrész és rakomány közt
Payload
Header Guard Time
Payload
time
Payload
Header Guard Time
time 35
* Switched Delay Lines (SDL)
Kapcsolt késleltető vonal Optikai puffer helyett Csillapítás → Erősítés Legfeljebb néhány időrésre „Slow Light” ?
T 2x2
T
2x2
…
2x2 T
T 2x2
T
2x2
2x2 T
…
2x2
2x2
36
Jövő? Optikai Csomagkapcsolás? Egyelőre NEM! OOFDM / Nyquist WDM? Chaining/Orchestration, Slicing, Sharing, SDN/NFV (VNF), Cloud…
37
Rugalmas spektrumú hálózatok (O-OFDM) OFDM: Orthogonal Frequency-Division Multiplexing O-OFDM: Optical OFDM
SpectrumElasticMukherjee_06148192_002.pdf G. Zhang, M. De Leenheer, A. Morea, B. Mukherjee A Survey on OFDM-Based Elastic Core Optical Networking IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS
Ahol már használták: IEEE 802.11 a/g WiFi WiMAX LTE DAB és DVB DSL
38
Hogyan működik az OFDM? Többhordozós moduláció Minden hordozó kissebességű adatot visz Míg WDM nagy táv kellett a csatornák között OFDM-nél átlapolódhatnak az ortogonalitás miatt
WDM és O-OFDM jelek spektruma
39
O-OFDM
Source: G. Zhang, M. De Leenheer, A. Morea, B. Mukherjee: A Survey on OFDM-Based Elastic Core Optical Networking, IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS, 2012
6/40
Útvonalválasztás és spektrumallokáció 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
A
2
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
S 3
1 1 1 0 0 0 0 1 1 1
D
4
B 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0
2
SABD: 7
1 1 1 0 0 0 0 1 1 1
SBD: 6
1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
41
Ortogonalitás Amikor egy segédhordozó spektruma csúcsosodik, akkor a többi segédhordozónak 0 pontja van - itt mintavételezünk Ortogonalitás → Hatékony spektrumhasználat
42
Időtartományban
43
Hagyományos és Spektrum-rugalmas
45
Nyquist WDM – az OOFDM „inverze”
OOFDM -1
http://www.hhi.fraunhofer.de/en/fields-ofcompetence/photonic-networks-and-systems/researchtopics/optical-core-networks/optical-transportnetworks/ofdm-nyquist-wdm.html
Nyquist wavelength-division multiplexing (N-WDM), is based on the use of optical pulses having an “almost” rectangular spectrum, with bandwidth ideally equal to the Baud-rate.
(http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5471215&tag=1)
47
O-OFDM és Nyquist WDM
O-OFDM: Időben szögletes - frekvenciában sin(x)/x
Segédvivők frekvenciatartományban ortogonálisak (Subcarriers orthogonal in the frequency domain)
Jobb spektrális hatásfok (Better spectral efficiency)
N-WDM: Frekvenciában szögletes - időben sin(x)/x
Forrás: I.P. Kaminov: Optical Fiber Telecommunications, systems and networks, Elsevier 2013 48
Jövő? Optikai Csomagkapcsolás? OOFDM / Nyquist WDM? Chaining/Orchestration, Slicing, Sharing, SDN/NFV (VNF), Cloud…
49
Új hálózati irányzatok (trendek)…
Slicing (Szeletelés)
Chaining and Orchestration (Összefűzés és összehangolás)
Software Defined Network / Network Function Virtualisation (Virtualized Network Functions) Szoftver-definiált hálózat / Hálózati funkció virtualizálása (Virtualizált hálózati funkciók)
Nem ugyanazon a „vason” fut ami „kapcsol”, hanem egy virtuális gépen…
Cloud (Felhő)
A hálózati infrastruktúra bármely részének megosztása
SDN/NFV (VNF)
Kisebb egységekből nagyon gyorsan összeállítható funkciók, szolgáltatások
Sharing (Megosztás)
Hálózati erőforrások (szolgáltatások) felbontása (vágása) kisebb egységekre, részekre
A virtuális gép lehet bárhol, sőt lehet bármelyik…
Műszaki- és Mérnök-Informatikusok előnyben! Itt is! 50
51
