Medienengineering / Netzwerke Lehrstuhl für Netzwerktechno- logien und multimediale Teledienste...

Medienengineering / Netzwerke

Lehrstuhl für Netzwerktechno-

logien und multimediale

Teledienste

Universität Potsdam

Institut für Informatik

Optische Weitverkehrsnetzwerke

Gerrit Kalkbrenner

Teledienste

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

Teledienste

Bandbreiten und Moors‘s Law

1995 2000 2005 2010

Bandbreite1

Teledienste

Änderungen der Verkehrscharakteristik

• Verkehrszunahme• Neue Anwendungen• Fraktale Charakteristik• Asymetrie• Stauungen an WEB-Punkten

Teledienste

Verkehrszunahme

1990 1995 2000 2005

Telephonie

Teledienste

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

Teledienste

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, email-Vermittlung, Voice-Mail, Tauschbörsen

Teledienste

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

Teledienste

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.

Teledienste

Fraktale Charakteristik

1 Benutzer

100 Benutzer

1 mio Benutzer

Internet Telefonie

Teledienste

Verkehrsasymetrie

Regionales Netzwerk

Backbone Netzwerk

Ser-ver

MS Ser-ver

Netscape

AndereRegionen

Teledienste

Verkehrsasymetrie

• Beobachtung:aktuelle WAN wurden für den symetrischen Gesprächsverkehr entwickelt

• Schlußfolgerung:Ein Teil der verfügbaren Bandbreite bleibt ungenutzt, die andere Seite ist überlastet.

Teledienste

Stauungen in Netzwerken

Netzwerk

Server

Connect

Teledienste

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.

Teledienste

Schichtungen in Weitverkehrsnetzen

• Varianten der Ausführung• Gigabit Ethernet• DPT

Teledienste

Photonic NetworkWDM, OCS

IP Transport

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Optisch

IProuter

ATMswitch

SDHterminal

IProuter

Fast FrameRelay swich

SDHterminal

ATMtransport

Teledienste

IP über ATM über SDH

PAD+CRC

ATM-Cellen

AAL5Last

ATM-Cellen eingebettet in SDH

Teledienste

IP über ATM über SDH über WDM

z.B. 32 Lichtfarben

STM 16cATM

ATMSTM 1/ATM

IPRouter

Teledienste

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

Teledienste

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% SDH

STM1(155) bietet 121 MB/sec Kapazität

Teledienste

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 19% OAM-Overhead

STM1 bietet 126 MB/sec Kapazität

Teledienste

IP über SDH über WDM

• SONET / SDH Framing• Point to Point Protocol (PPP)• PPP in HDLC- framing• PPP über Simple Data Link (SDL)

Teledienste

Vorteile: SONET / SDH

• Für Telefonie:– kein Jitter– Leitungsregeneration

• Netzwerkmanagement und Signalisierung• Für Telefonie: Restauration und Protection

Teledienste

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

Teledienste

IP über SDH über WDM

IPRouter

SDH ADM

OLA WDMmux

IPRouter

Teledienste

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

Teledienste

• Methode zur Kapselung beliebiger Protokolle

• Link Control Protocol (LCP) für Aufbau, Konfiguration und Test von Verbindungen

Teledienste

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

Protokoll8/16 bit

Information Füllung

Teledienste

PPP in HDLC

• Reservierung bestimmter Flags und Escape für Inhalte

• 01111110 codiert als 01111101 01011110

Flag01111110

Adresse11111111

Control00000011

Protokoll8/16 bit

Information Füllung

FCS16/32 bit

Füllung odernächste Adresse

Flag01111110

Teledienste

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

Teledienste

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

Teledienste

SDL Framing

• Header ist DC bereinigt durch x-or mit B6AB31E0

Paketlänge Header CRC

PPP Kontrollfelder

Paket CRC

Teledienste

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

Teledienste

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

Teledienste

IP über WDM, Gigabit Ethernet

• Architektur• Gigabit Ethernet Frame• Overhead Berechnung• Vor- und Nachteile

Teledienste

IP über ATM über SDH über WDM

z.B. 32 Lichtfarben

IPRouter

GE Switch

IPRouter

Teledienste

Gigabit Ethernet Framing

Idle 12

Preamble 7

Start frame delimiter 1

Ziel-Adresse 6

Quell-Adresse 6

Frame Länge 2

Logic Link Control Feld

+ Payload

Maximal 1500 oktet

Frame Check Sequenz 4

Teledienste

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

Teledienste

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

Teledienste

Gigabit Ethernet Nachteile

• 8B/10B Block Coding ist nicht sehr effizient• kommendes 10 Gb Ethernet verwendet

andere Codierung• Kein „Out Band“ Management oder Monitoring

Teledienste

Neue Technik: DPT

• Dynbamic Packet Transport• Bandbreitenvertilung• Management• Kosten• CA*net3

Teledienste

Dynamic Packet Transport

• Propritäre Technik von Cisco• Selbstheilende optische Ringe• Statistical Multiplexing• Nutzung beider Richtungen• Integriertes Netzwerk Managemet

Teledienste

Dynamic Paket Transport

Teledienste

Nutzung beider Ringe

• Spacial Reuse• Destination Stripping• FDDI und Token Ring: Source Stripping

• SRP Fairnes Algorithmus– Globale Fairnes– Lokale optimierung– Skalierbarkeit auf 128 Knoten

Teledienste

Räumliche Nutzung

Teledienste

Fehlerfall

Teledienste

Hierarchische Ring-Architektur

R InternetBackbone

Teledienste

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

Teledienste

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

Teledienste

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, http:www.canet2.net

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