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Medienengineering / Netzwerke Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste Universität Potsdam Institut für Informatik Optische Weitverkehrsnetzwerke.

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Präsentation zum Thema: "Medienengineering / Netzwerke Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste Universität Potsdam Institut für Informatik Optische Weitverkehrsnetzwerke."—  Präsentation transkript:

1 Medienengineering / Netzwerke Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste Universität Potsdam Institut für Informatik Optische Weitverkehrsnetzwerke Gerrit Kalkbrenner

2 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 2 Gliederung Einleitung Veränderte Verkehrsbedingungen Schichten IP über ATM über Sonet über WDM IP über WDM: Gigabit Ethernet framing Beispiel DPT, CA*net 3 Mechanismen für QoS Recovery in optischen Netzwerken Schlußfolgerung

3 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 3 Bandbreiten und Moorss Law

4 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 4 Änderungen der Verkehrscharakteristik Verkehrszunahme Neue Anwendungen Fraktale Charakteristik Asymetrie Stauungen an WEB-Punkten

5 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 5 Verkehrszunahme

6 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 6 Vorhersagen Internet-Volumen doppelt alle 6 Monate die aggregierte Bandbreite für das Internet in den USA: 35 TB/sec Weitverkehrsnetze werden zu 75% ausgelastet, auch 2,4 Gbit-Leitungen

7 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 7 Neue Anwendungen Mensch zu Mensch –Telephonie, Videokonferenzen, immersive-/ Virtuelle Realität, Internetspiele Mensch zu Computer –WWW, Sprach- und Videoabruf Computer zu Computer –WWW-Caching, Multicast Einspeisungen, Batch- Verarbeitung, Datenbanken, -Vermittlung, Voic , Tauschbörsen

8 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 8 Anforderungen Mensch zu Mensch –Auge und Ohr weisen sehr kurze Pufferzeiten auf, daher untolerant gegenüber delay und jitter Mensch zu Computer –Kann mit best effort übertragen werden, da Puffer vorgesehen werden können Computer zu Computer –best effort auf IP-Netzwerken

9 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 9 Aussage Wenn zukünftige Netzwerke lediglich für Computer zu Computer oder Mensch zu Computer eingesetzt werden, können die Anforderungen mit hohen Bandbreiten (big Pipe) und best effort erfüllt werden.

10 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 10 Fraktale Charakteristik 1 Benutzer 100 Benutzer 1 mio Benutzer Internet Telefonie

11 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 11 Verkehrsasymetrie Regionales Netzwerk Backbone Netzwerk Ser- ver MS Ser- ver Nets cape 6:1 3:1 20:1 Andere Regionen 2:1 4:1

12 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 12 Verkehrsasymetrie Beobachtung: aktuelle WAN wurden für den symetrischen Gesprächsverkehr entwickelt Schlußfolgerung: Ein Teil der verfügbaren Bandbreite bleibt ungenutzt, die andere Seite ist überlastet.

13 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 13 Stauungen in Netzwerken

14 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 14 Serverbasierte Stauungen Schlechte Nachricht: Nutzern des Internet wird das Netzwerk vermutlich immer verstopft vorkommen. (Provider können eine Entlastung ausschließlich durch Spiegelung und Caching begegnen) Gute Nachricht: von einem Ausfall (Bagger oder Verlust eines WDM-Kanales) nimmt der Nutzer keine Notiz.

15 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 15 Schichtungen in Weitverkehrsnetzen Varianten der Ausführung Gigabit Ethernet DPT

16 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 16 Photonic Network WDM, OCS IP Transport Layer 3 Layer 2 Layer 1 Optisch IP router ATM switch SDH terminal IP router Fast Frame Relay swich SDH terminal ATM transport

17 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 17 IP über ATM über SDH IP PAD+CRC ATM-Cellen AAL5 Last ATM-Cellen eingebettet in SDH

18 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 18 IP über ATM über SDH über WDM z.B. 32 Lichtfarben OADM STM 16cATM ATM STM 1/ATM IP Router IP Router

19 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 19 Nachteile ATM Signifikanter Overhead Einrichtung von VCs Zahl der VCs wächst exponentiell mit der Zahl der IP Router In der Regel Verwendung permanenter VCs Aufwendige Unterstützung für IP

20 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 20 Overhead von IP über ATM über SDH PaketlängeSum- me Kommentar IP3500% LLC / SNAP 3582%8 octet AAL539010%Füllen der letzten Zelle ATM43119%ATM OH, 5 je 48 SDH44722%SDH STM1(155) bietet 121 MB/sec Kapazität

21 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 21 Overhead von IP über ATM PaketlängeSum- me Kommentar IP3500% LLC / SNAP 3582%8 octet AAL539010%Füllen der letzten Zelle ATM43119%ATM OH, 5 je 48 OAM43219%OAM-Overhead STM1 bietet 126 MB/sec Kapazität

22 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 22 IP über SDH über WDM SONET / SDH Framing Point to Point Protocol (PPP) PPP in HDLC- framing PPP über Simple Data Link (SDL)

23 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 23 Vorteile: SONET / SDH Für Telefonie: –kein Jitter –Leitungsregeneration Netzwerkmanagement und Signalisierung Für Telefonie: Restauration und Protection

24 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 24 Nachteile: SONET / SDH 8 KHz Sprachsynchronisation Synchroner Rahmen: Platzierung von Paketen im Frame oder über Frame-Grenzen hinweg Overhead durch Ausfallsicherung Teuer durch SDH-Regeneration

25 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 25 IP über SDH über WDM IP Router SDH ADM OLA WDM mux STM IP Router IP Router

26 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 26 IP über SDH Genauer: IP / PPP / HDLC (SDL) / SDH PPP bietet: –Multiprotocol-Encapsulation –Fehlerkorrektur –Link-Initialisierung HDLC (SDL) bietet: –Anpassung an den synchronen SDH-tranport-link

27 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 27 PPP Methode zur Kapselung beliebiger Protokolle Link Control Protocol (LCP) für Aufbau, Konfiguration und Test von Verbindungen

28 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 28 PPP Kapselung erfordert framing, um den Beginn des Paketes zu kennzeichnen Protokoll: Kennzeichnung der Datagramme Information: 0 oder mehr Byte Payload Füllung: Anpassung an Framgröße Protokoll 8/16 bit InformationFüllung

29 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 29 PPP in HDLC Reservierung bestimmter Flags und Escape für Inhalte codiert als Flag Adresse Control Protokoll 8/16 bit InformationFüllung FCS 16/32 bit Füllung oder nächste Adresse Flag

30 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 30 Overhead von IP über SDH PaketlängeSum- me Kommentar IP3500% PPP /HDLC3582%8 octet OH für Pakete, die kürzer als 1500 Byte sind SDH3716%SDH OH: 10 je 270 STM1(155) bietet 146 MB/sec Kapazität

31 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 31 IP über PPP über Simple Data Link (SDL) HDLC framing hat im schlimmsten Fall 100 % OH für alle transportierte Daten SDL hat einen festen 8 Oktett Rahmen und keinen OH für Daten

32 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 32 SDL Framing Header ist DC bereinigt durch x-or mit B6AB31E0 PaketlängeHeader CRC PPP Kontrollfelder... Paket CRC

33 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 33 SDL Framing Payload der Größe Oktett Header der festen Größe von 4 Byte Paketlänge ist ein 16 Bit Wert Header CRC ist 16 Bit PPP-Paket ohne Padding Füllung zwischen Frames: leere Pakete

34 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 34 Overhead von IP über SDL über WDM PaketlängeSum- me Kommentar IP3500% PPP3521%2 Byte pro Frame SDL3603%8 Byte OH durch CRC STM1(155) bietet 151 MB/sec Kapazität

35 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 35 IP über WDM, Gigabit Ethernet Architektur Gigabit Ethernet Frame Overhead Berechnung Vor- und Nachteile

36 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 36 IP über ATM über SDH über WDM z.B. 32 Lichtfarben OADM IP Router IP Router GE Switch IP Router

37 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 37 Gigabit Ethernet Framing Idle12 Preamble7 Start frame delimiter1 Ziel-Adresse6 Quell-Adresse6 Frame Länge2 Logic Link Control Feld + Payload Maximal 1500 oktet... Frame Check Sequenz4

38 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 38 Overhead von Gigabit Ethernet PaketlängeSum- me Kommentar IP3500% GbE38810%GbE framing: 38 Byte /Paket Line Code48528%8B/10B gibt 1,25 GB/sec Ein GbE-Link bietet 902 Mb/sec

39 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 39 Gigabit Ethernet Vorteile Frame-Größe gleich Paket Größe, daher Paket Switching ist einfacher Datenformat ist konsistent zum LAN-Format Low Cost Gerätschaft (kein SDH) Kommender Standard 10 Gigabit Ethernet entspricht OC-192 (9,6 Gbit) Management via MIP und SNMP Standard für viele Hersteller

40 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 40 Gigabit Ethernet Nachteile 8B/10B Block Coding ist nicht sehr effizient kommendes 10 Gb Ethernet verwendet andere Codierung Kein Out Band Management oder Monitoring

41 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 41 Neue Technik: DPT Dynbamic Packet Transport Bandbreitenvertilung Management Kosten CA*net3

42 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 42 Dynamic Packet Transport Propritäre Technik von Cisco Selbstheilende optische Ringe Statistical Multiplexing Nutzung beider Richtungen Integriertes Netzwerk Managemet

43 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 43 Dynamic Paket Transport R R R R R

44 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 44 Nutzung beider Ringe Spacial Reuse Destination Stripping FDDI und Token Ring: Source Stripping SRP Fairnes Algorithmus –Globale Fairnes –Lokale optimierung –Skalierbarkeit auf 128 Knoten

45 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 45 Räumliche Nutzung R R R R R

46 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 46 Fehlerfall R R R R R

47 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 47 R R R R R Hierarchische Ring- Architektur R R R R R R R R R R Internet Backbone

48 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 48 CA*net 3 Erstes nationales optisches Netzwerk der Welt Erstes Netzwerk von Grund auf für Internet Partner –Nortel, Newbridge, Cambrian, CISCO, Bell Individuelles DWDM direkt gekoppelt mit Router Selbstheilende Ringe ersetzen Mechanismen aus SDH oder ATM

49 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 49 Quellen PPP, RFC 1661 PPP über SONET, RFC 1619 PPP über SONET, RFC 2615 PPP in HDLC Framing, RFC 1662 P. Bonenfant: Optical Data Networking IEEE Communications, VOL 38 März 2000 N.Ghani On IP-over-WDM Integration IEEE Communications Vol 38, März 2000

50 Universität Potsdam Institut für Informatik Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste 50 Quellen B.Doshi Simple Data Link (SDL) Protocol: An efficient and Low comlexity Data link Protokol for High-speed Packet Networks Dynamic Packet Transport Technology and Application Overview White Paper Cisco T.W.Chung. Architectural and Enginering Issues for Building an optical Inernet 1999,


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