Optische Weitverkehrsnetzwerke

Präsentation zum Thema: "Optische Weitverkehrsnetzwerke"—  Präsentation transkript:

1 Optische Weitverkehrsnetzwerke
Gerrit Kalkbrenner

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 Bandbreiten und Moors‘s Law

4 Änderungen der Verkehrscharakteristik
Verkehrszunahme Neue Anwendungen Fraktale Charakteristik Asymetrie Stauungen an WEB-Punkten

5 Verkehrszunahme

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 Neue Anwendungen Mensch zu Mensch Mensch zu Computer
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 Anforderungen Mensch zu Mensch Mensch zu Computer Computer zu Computer
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 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 Fraktale Charakteristik
Telefonie Internet 1 Benutzer 100 Benutzer 1 mio Benutzer

11 Verkehrsasymetrie 20:1 Regionales Netzwerk 4:1 6:1 Backbone Netzwerk
3:1 2:1 Ser- ver MS Nets cape Ser- ver Andere Regionen

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 Stauungen in Netzwerken

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 Schichtungen in Weitverkehrsnetzen
Varianten der Ausführung Gigabit Ethernet DPT

16 IP Transport IP router IP router Layer 3 ATM switch Fast Frame
Relay swich Layer 2 ATM transport SDH terminal SDH terminal Layer 1 Photonic Network WDM, OCS Optisch

17 IP über ATM über SDH IP PAD+CRC ATM-Cellen AAL5 Last
ATM-Cellen eingebettet in SDH

18 IP über ATM über SDH über WDM
Router STM 16cATM z.B. 32 Lichtfarben OADM OADM OADM OADM ATM STM 1/ATM IP Router

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 Overhead von IP über ATM über SDH
Paketlänge Sum-me Kommentar IP 350 0% LLC / SNAP 358 2% 8 octet AAL5 390 10% Füllen der letzten Zelle ATM 431 19% ATM OH, 5 je 48 SDH 447 22% STM1(155) bietet 121 MB/sec Kapazität

21 Overhead von IP über ATM
Paketlänge Sum-me Kommentar IP 350 0% LLC / SNAP 358 2% 8 octet AAL5 390 10% Füllen der letzten Zelle ATM 431 19% ATM OH, 5 je 48 OAM 432 OAM-Overhead STM1 bietet 126 MB/sec Kapazität

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 Vorteile: SONET / SDH Für Telefonie:
kein Jitter Leitungsregeneration Netzwerkmanagement und Signalisierung Für Telefonie: Restauration und Protection

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 IP über SDH über WDM SDH ADM STM OLA WDM mux STM IP Router IP IP

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 PPP Methode zur Kapselung beliebiger Protokolle
Link Control Protocol (LCP) für Aufbau, Konfiguration und Test von Verbindungen

28 PPP Kapselung Protokoll 8/16 bit Information Füllung erfordert „framing“, um den Beginn des Paketes zu kennzeichnen Protokoll: Kennzeichnung der Datagramme Information: 0 oder mehr Byte Payload Füllung: Anpassung an Framgröße

29 PPP in HDLC Reservierung bestimmter Flags und Escape für Inhalte
Adresse Control Protokoll 8/16 bit Information Füllung FCS 16/32 bit Flag Füllung oder nächste Adresse Reservierung bestimmter Flags und Escape für Inhalte codiert als

30 Overhead von IP über SDH
Paketlänge Sum-me Kommentar IP 350 0% PPP /HDLC 358 2% 8 octet OH für Pakete, die kürzer als 1500 Byte sind SDH 371 6% SDH OH: 10 je 270 STM1(155) bietet 146 MB/sec Kapazität

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 SDL Framing Header ist DC bereinigt durch x-or mit B6AB31E0 Paketlänge
Header CRC PPP Kontrollfelder ... Paket CRC Header ist DC bereinigt durch x-or mit B6AB31E0

33 SDL Framing Payload der Größe 65536 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 Overhead von IP über SDL über WDM
Paketlänge Sum-me Kommentar IP 350 0% PPP 352 1% 2 Byte pro Frame SDL 360 3% 8 Byte OH durch CRC STM1(155) bietet 151 MB/sec Kapazität

35 IP über WDM, Gigabit Ethernet
Architektur Gigabit Ethernet Frame Overhead Berechnung Vor- und Nachteile

36 IP über ATM über SDH über WDM
Router z.B. 32 Lichtfarben OADM OADM OADM OADM GE Switch IP Router IP Router

37 Gigabit Ethernet Framing
Idle 12 Preamble 7 Start frame delimiter 1 Ziel-Adresse 6 Quell-Adresse Frame Länge 2 Logic Link Control Feld + Payload Maximal 1500 oktet ... Frame Check Sequenz 4

38 Overhead von Gigabit Ethernet
Paketlänge Sum-me Kommentar IP 350 0% GbE 388 10% GbE framing: 38 Byte /Paket Line Code 485 28% 8B/10B gibt 1,25 GB/sec Ein GbE-Link bietet 902 Mb/sec

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 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 Neue Technik: DPT Dynbamic Packet Transport Bandbreitenvertilung
Management Kosten CA*net3

42 Dynamic Packet Transport
Propritäre Technik von Cisco Selbstheilende optische Ringe Statistical Multiplexing Nutzung beider Richtungen Integriertes Netzwerk Managemet

43 Dynamic Paket Transport

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 Räumliche Nutzung R R R R R

46 Fehlerfall R R R R R

47 Hierarchische Ring-Architektur
Internet Backbone R R

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 Quellen PPP, RFC 1661 PPP über SONET, RFC 1619
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 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,