IP/WDM 1

IP Sobre WDM

IP/WDM 2

IP sobre WDM – O Problema

♦ A predominância do IP» Tecnologia de convergência (serviços elásticos e de tempo real)

♦ WDM: maduro, redes de banda muito elevada» WDM – Wavelength Division Multiplexing» 30 canais x 100 GHz/canal

♦ Como transportar IP sobre WDM?» Encapsulamento de datagramas» Protecção» GMPLS

IP/WDM 3

IP sobre ATM sobre SDH sobre WDM♦ Datagramas IP

» segmentados em células ATM» Atribuídos VCs, na carta do router

♦ Células ATM» Enviadas em trama SDH, para

– comutador ATM ou– transponder WDM

♦ MPLS pode ser usado sob IP

OADM

OADM OADM

OADM

ATMswitch

IProuter

IProuter

e.g. 32λ WDM

STM16c/ATMinterface

IProuter

STM16c/ATM interface

STM16cinterfaces

STM1/ATMinterface

IP/WDM 4IP sobre ATM sobre SDH sobre WDM Pilha de Protocolos

IP to be encapsulated, packets between 250 and 65535 Octets long

LLC/SNAP Logical Link Control, RFC 1483. Adds 8 byte overhead to IP packet to form ATM “PDU” (Protocol Data Unit) up to 65535 octets long.

AAL5 ATM Adaptation Layer 5, ITU rec. I-363. Adds 8 overhead bytes (length field, and 4-octet CRC) plus a 0 to 47 octet padding field, to form an AAL5 PDU, which fits into an integral number of 48-octet ATM payloads.

ATM Segments AAL5 PDU into 48 octet payloads then adds 5-octet overhead to every 48-octet payload to form 53 octet ATM cells.

SDH Put ATM cells in SDH VC4 or concatenated VC4 payload (ITU rec. G.707). Adds the SDH section overhead (81 bytes including AU pointers), and a 9 VC4 byte Path overhead, to the 2340 byte SDH VC4 payload. For concatenated VC4s, a V4-Xc payload is X*2340 long. ATM cells may cross VC4 boundaries, and their payload is scrambled with a 1+x43 polynomial to provide sufficient transition density to allow for SDH clock recovery. The usual x7 scrambling is used on top for the SDH payload . The SDH section and path overheads contain identifiers and error checking fields (BIP-n) for performance monitoring, as well as communication channels for managing the transport network.

IP/WDM 5IP sobre SDH sobre WDM(ou Pacote sobre SONET)

♦ SDH � protecção contra falhas de cabos – Automatic Protection Switching (APS) – Protecção pode ser feita na camada óptica

♦ Datagrama IP encapsulado em trama PPP com framing HDLC

» PPP– Encapsulamento para TX sobre vários meios– Funcionalidade para estabelecer e terminar ligações (LCP)

» HDLC – Flags de delimitação de tramas, campo CRC. Bit stuffing

♦ Interfaces SDH » VC4 ou VC4 concatenado � banda agregada» Canais � STM16 óptico, composto por 16 VC4

– Separação de serviço por VC4– VC4 encaminhados por SDH para diferentes routers

OLA

WDM mux

IP router

IP router

SDH ADM

STM16 transponder

IP/WDM 6IP sobre SDH sobre WDMPilha de Protocolocos

IP datagram with maximum length of 65535 octets

PPP PPP encapsulation, RFC 1661. Adds 1 or 2 octets “protocol field” and optional padding. PPP also provides for a link establishment protocol, which is not a critical function for IP over SDH.

HDLC Framing, RFC 1662. Adds a flag byte indicating frame start, 2 more overhead bytes, and a 2 byte frame check sequence (FCS), resulting in a frame up to 1500 octets long. Together with PPP, HDLC results in a 7 or 8 octet overhead being added to the IP packet.

SDH Put HDLC frames into a VC4 or concatenated VC4 payload, RFC 1619. Adds the SDH section overhead (81 bytes including AU pointers), and a 9 VC4 byte Path overhead, to the 2340 byte SDH VC4 payload. For concatenated VC4s, a V4-Xc payload is X*2340 long. The frames are allowed to cross VC4 boundaries. An internet draft [21] specifies using a scrambling 1+x43

polynomial, like ATM, to minimise the risk that a malicious user may send data which may cause SDH to loose synchronisation.

IP/WDM 7

IP sobre Gigabit Ethernet sobre WDM

♦ Ethernet � 85% do tráfego de LANs♦ Cartas Gigabit Ethernet para routers custam 1/5 de cartas SDH equivalentes♦ Gigabit Ethernet (1000Base-X)

» Usado em full-duplex � funcionalidade CDMA-CD não é usada» Encapsulamento e framing simples para pacotes IP

♦ Trama Ethernet usa código 8B/10B » 1 Gbit/s de dados � 1.25 Gbit/s na linha

OADM

OADM OADM

OADM

IProuter

IProuter

e.g. 32λ WDM

Gigabit Ethernetinterface

IProuter

Gigabit Ethernetinterfaces

Gigabit Ethernetinterface

GbE

Gigabit Ethernet switch

GbE

Gigabit Ethernetinterface Idle

Preamble

Start frame delimiter

Destination address

Source address

Frame length

Logic link control field+ payload

(max length 1500 octets)

Frame check sequence

12

7

1

6

6

2

4

Total overheads: 38

IP/WDM 8

Comparação de Overheads

Link STM 16

encapsulation/ framing overhead link capacity

Mbit/sIP/ATM/SDH 22% 1 944IP/PPP/SDH 6% 2 338IP/GbE 28% 902

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Pilhas IP sobre WDM - Conclusões

Físico

Óptico Óptico Óptico IP/MPLS

SDH/SONET SDH/SONET

ATM

IP/MPLS

IP/MPLS

IP/MPLS

IP/ATM/SDHIP/PPP em AAL5 sobre SDHOverhead de framingGestão de 4 camadas

Packet sobre SONET/SDHIP/PPP/HDLC sobre SDH3 camadas de gestão

IP sobre WDMPacotes IP/PPP/HDLC directamente em luzProblemas no framing ena recuperação de falhas (falta o SDH!)2 camadas de gestão

Aproximação MPLS. Labels são lambdasÈ necessária uma subcamada paraframing e monitoração (detecção elocalização de falhas).Pode ser usado framing directo semmonitoração (e.g. Gigabit Ethernet).

Camada de adaptação óptica.Gere estabelecimento e terminação de canais WDM.Fornece alguma protecção e recuperaçãoPode vir a introduzir funçõesde framing para substituir o SDH.

Camada óptica física.Amplificação óptica,Comutação e conversão de lambdasAdd/drop de lambdas.Conversão O-E-O

IP/WDM 10

Protecção e Restauro

♦ 3 tipos de arquitecturas IP/WDM para protecção e restauro

♦ Protecção contra falhas em cabos» Sistemas WDM com protecção óptica» OMSP – Optical Multiplex Section Protection

♦ Protecção contra falhas de equipamentos de transporte e de cabos» Arquitecturas SDH, com protecção SDH» Sistemas WDM com OCHP – Optical Channel Protection

♦ Protecção contra falhas de routers» Redes IP em malha, duplicação de routers

IP/WDM 11Protecção OMSP,Contra falhas em cabos

IP routerSTM16c/64c interfaces (uncoloured)

STM16c/64c transponders

EastWest

Protection switches

This architecture provides protectionagainst failures of:• Cables

• Optical amplifiersBut not against failures of• WDM mux and demux• Transponders

• IP router line cards

IP/WDM 12Protecção OCHP,Contra falhas de equipamentos WDM

STM16c/64c transponders

EastWest

Protection switches

IP router

STM16c/64c interface (uncoloured)This architecture provides protectionagainst failures of:• Transponders• Optical amplifiers

But not against failures of

• WDM mux and demux• Optionally IP router line cards using 1+1 MSP

• IP routers

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Protecção e Restauro no Domínio IP

Router A(working)

Router A(backup)

Router B(backup)

Router C(backup)

Router D(backup)

Router D(working)

Router C(working)

Router B(working)

Access router

WDM pt-pt

WDM pt-ptWDM pt-pt

WDM pt-pt with OMSP

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Comparação de ProtecçõesProtection

architectureDegree of protection Speed of protection Cost Remarks

WDM OMSP only Fibre and optical amplifiers only

Fast, 50ms Lowest of all for high traffic

Need to include operations and sparing costs to make a valid comparison with other options.

WDM OCHP only Fibre, all WDM equipment

Fast, 50ms A little higher than OMSP More flexible protection scheme than OMSP

SDH only Fibre, all SDH and WDM equipment

Fast, 50ms Depends on traffic volume, high for large traffic

Mature technology.

IP restoration only Potentially all failures A few seconds to hours

Needs larger routers – trade off between router capacity and transmission bandwidth.

If full resilience is required, routers may have to be duplicated at nodes, further increasing the cost.

Need careful IP dimensioning to ensure spare capacity is available, may result in low QoS due to slow restoration

The synchronisation of routing tables also needs to be considered when using working and backup routers.

Combination Potentially all failures Fast, 50ms for transport layer failures

Potentially highest May be required for high QoS

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GMPLS

IP/WDM 16

GMPLS

♦ GMPLS - Generalized Multi-Protocol Label Switching

♦ Evolução do “Multi-Protocol Lambda Switching”» a partir do MPLS

♦ Conjunto de protocolos de controlo, comum a redes» TDM, pacotes e lambdas

♦ Em especificação, no IETF

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Motivação do GMPLS♦ GMPLS � sinalização para as redes ópticas♦ Operadores querem

– transportar grandes volumes de tráfego, operar convenientemente a rede– difícil, com as arquitecturas actuais

» Problemas– Gestão de múltiplas camadas � complexa– Utilização ineficiente da banda– Não escalabilidade

» Solução � Eliminação de camadas intermédias � IP/WDM♦ Necessários protocolos para desempenhar funções das camadas intermédias

IP

ATM

SONET/SDH

DWDM

Carry applications and servicesTraffic Engineering

Transport/Protection

Capacity

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GMPLS ♦ Plano de controlo comum

» Suporte de vários tipos de tráfego» Suporte de modelos overlay e peer» Fornecimento rápido de serviços

» Baseado no MPLS � provisioning e engenharia de tráfego

Peer ModelOverlay Model

UNI UNI

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GMPLS and MPLS

♦ GMPLS deriva do MPLS» Aplicação do plano de controlo do MPLS aos comutadores ópticos» Utilização dos algoritmos de rotas IP para gerir caminhos de luz

♦ Algumas alterações» Separação entre canais de dados e canais de sinalização» Suporte de várias interfaces de controlo

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Interfaces de Controlo

♦ MPLS � controlo de comutação de pacotes♦ GMPLS

» Packet Switch Capable (PSC)– Router/ATM Switch/Frame Reply Switch

» Time Division Multiplexing Capable (TDMC)– SONET/SDH ADM/Digital Crossconnects

» Lambda Switch Capable (LSC)– All Optical ADM or Optical Crossconnects (OXC)

» Fiber-Switch Capable (FSC)

FSCLSC

LSC

TDMC

TDMC

PSC

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Problemas, Dificuldades

♦ Rotas» Número limitado de rotas» Número grande de ligações

– Identificação das ligações é complexa– Protocolos de rotas de estado das ligações (ex. OSPF) � problemas de escalabilidade– Detecção de portas

♦ Sinalização» Tempo longo de estabelecimento de labels» Estabelecimento bidireccional de LSPs

♦ Gestão» Detecção de falhas» Protecção contra falhas e restauro

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Estabelecimento dos LSPs

♦ Problema � tempo de estabelecimento longo♦ Solução � label sugerido

– LSR escolhe um label, comunica-o ao seu sucessor, programa o comutador

Suggested Label = λ1Program Switch λ1 X λ2

Suggested Label = λ2

Reserved Label = λ3Reserved Label = λ4

Make sure the programming request has completed

Request

Program Switch λ1 X λ2

Request

Map Label = λ2Map Label = λ1

No suggested label with suggested label

IP/WDM 23

Estabelecimento de LSPs Bidireccionais» Se 2 LSP unidireccionais

– Overhead de sinalização– Coordenação dos pontos extremos

» Utilização de uma mensagem única de sinalização

Suggested Label = λ1Upstream Label = λa

Suggested Label = λ2Upstream Label = λb

Reserved Label = λ3Reserved Label = λ4λa λb

λ3λ4

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Gestão de Ligações

♦ Problema» Como localizar com precisão uma falha?» Como verificar a conectividade de nós adjacentes?

♦ Solução � protocolo de gestão de ligações» Gestão do canal de controlo» Verificação da ligação» Gestão de falhas» Autenticação