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

Medienengineering / Netzwerke

Lehrstuhl für Netzwerktechno-

logien und multimediale

Teledienste

Universität Potsdam

Institut für Informatik

Optische Weitverkehrsnetzwerke

Gerrit Kalkbrenner

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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

3





Teledienste

Bandbreiten und Moors‘s Law

0

200

400

600

800

1000

1200

1995 2000 2005 2010

CPU

Bandbreite1

4





Teledienste

Änderungen der Verkehrscharakteristik

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

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Teledienste

Verkehrszunahme

0

50

100

150

200

250

300

350

1990 1995 2000 2005

Daten

Telephonie

6





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

7





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

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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

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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.

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Teledienste

Fraktale Charakteristik

1 Benutzer

100 Benutzer

1 mio Benutzer

Internet Telefonie

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Teledienste

Verkehrsasymetrie

Regionales Netzwerk

Backbone Netzwerk

Ser-ver

MS Ser-ver

Netscape

6:1

3:1

20:1

AndereRegionen

2:1

4:1

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Teledienste

Verkehrsasymetrie

• Beobachtung:aktuelle WAN wurden für den symetrischen Gesprächsverkehr entwickelt

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

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Teledienste

Stauungen in Netzwerken

Netzwerk

Server

DNS

Connect

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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.

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Teledienste

Schichtungen in Weitverkehrsnetzen

• Varianten der Ausführung• Gigabit Ethernet• DPT

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Teledienste

Photonic NetworkWDM, OCS

IP Transport

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Optisch

IProuter

ATMswitch

SDHterminal

IProuter

Fast FrameRelay swich

SDHterminal

ATMtransport

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Teledienste

IP über ATM über SDH

IP

PAD+CRC

ATM-Cellen

AAL5Last

ATM-Cellen eingebettet in SDH

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Teledienste

IP über ATM über SDH über WDM

z.B. 32 Lichtfarben

OADM

OADM

OADM

OADM

STM 16cATM

ATMSTM 1/ATM

IPRouter

IPRouter

19





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

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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

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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

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Teledienste

IP über SDH über WDM

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

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Teledienste

Vorteile: SONET / SDH

• Für Telefonie:– kein Jitter– Leitungsregeneration

• Netzwerkmanagement und Signalisierung• Für Telefonie: Restauration und Protection

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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

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Teledienste

IP über SDH über WDM

IPRouter

SDH ADM

OLA WDMmux

STM

STM

IPRouter

IPRouter

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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

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Teledienste

PPP

• Methode zur Kapselung beliebiger Protokolle

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

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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

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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

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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


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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

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Teledienste

SDL Framing

• Header ist DC bereinigt durch x-or mit B6AB31E0

Paketlänge Header CRC

PPP Kontrollfelder

...

Paket CRC

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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

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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


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Teledienste

IP über WDM, Gigabit Ethernet

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

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Teledienste

IP über ATM über SDH über WDM

z.B. 32 Lichtfarben

OADM

OADM

OADM

OADM

IPRouter

IPRouter

GE Switch

IPRouter

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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

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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

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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

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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

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Teledienste

Neue Technik: DPT

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

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Teledienste

Dynamic Packet Transport

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

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Teledienste

Dynamic Paket Transport

R

R

R

R

R

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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

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Teledienste

Räumliche Nutzung

R

R

R

R

R

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Teledienste

Fehlerfall

R

R

R

R

R

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Teledienste

R

R

R

R

R

Hierarchische Ring-Architektur

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R InternetBackbone

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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

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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

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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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