Modernizarea Inelelor Metropolitane Bazată PE Transportul Mpls Tp ÎN Rețeaua Cosmote DE Fo

MODERNIZAREA INELELOR METROPOLITANE BAZATĂ PE TRANSPORTUL MPLS-TP ÎN REȚEAUA COSMOTE DE FO

Contents

Listă acronime

CAPITOLUL I

Introducere

Serviciile de date sunt interdependente cu societatea și economia. Deși informatia ar trebui să fie privită ca un ajutor, o unealtă, în zilele noastre a devenit o comoditate. Această accepțiune universală a tehnologiei informației a îngreunat structura pe care au fost construite serviciile de date. Cererea foarte mare, împreună cu ratele de utilizare la fel de ridicate depășesc rapid capacitățile fibrelor instalate acum 10 ani, care inițial ar fi trebuit să fie suficiente pentru a acoperi o perioadă îndelungată de timp.

Figura1.1: Evoluția tehnologiilor de transport [1]

Această explozie a necesității de bandă se datorează creșterii traficului de date. Se estimează că o treime din populația globului este online, iar această proporție este în continuă creștere: Useri noi, device-uri noi ce se conectează la rețele și servicii heavy-data ca streaming-ul video determină o creștere a cererii de bandă mai rapidă decât operatorii sunt capabili să ofere. [2]

În 2015, cererea de trafic video va ajunge la echivalentul a trei bilioane de DVD-uri pe lună și un milion de minute de streaming video vor traversa rețelele IP în fiecare secundă.

Totodată, traficul pe smartphone-uri și tablete este aproape congestionat, iar operatorii sunt nevoiți să restricționeze traficul lunar/utilizator. Statisticile Cisco arată că dispozitivele mobile de Internet, incluzând laptopurile, vor fi mai numeroase decât populația globului, depășind 10 bilioane în 2016.

De aceea, multe companii înceacă dezvoltarea de tehnologii Internet next-generation, iar statisticile sunt optimiste. În conformitate cu Cisco, traficul IP global a crescut de opt ori în ultimii cinci ani până în 2010 și va fi de patru ori mai mare până în 2015, ajungând la aproape 1 zetabyte (aprox. 966 hexabytes), față de 20.2 hexabytes în 2010.

Odată cu creșterea volumului de trafic, însăși natura traficului devine mai complexă întrucât tehnologia este obligată să evolueze constant. IP-ul este, acum, fundația tuturor serviciilor. Operatorii migrează de la sistemele TDM, optimizate pentru voce, care acum sunt congestionate, ineficiente și costisitoare, către trafic packet-switched, ceea ce necesită upgradarea arhitecturii și a echipamentelor existente – pe cât posibil, cu costuri cât mai mici.

Figura 1.2: Traficul global IP în funcție de tip, exprimat în petabytes/ lună, conform Cisco (Internet fix, trafic de date) [3]

Rețelele de transport au principala funcție de a transporta informația între dispozitivele marginale de servicii (Digital Subscriber Line Access Multiplexers (DSLAMs), gateway-uri, multiplexoare T1/E1, etc).

Sistemele tradiționale de transport, bazate pe platforme SONET/SDH oferă servicii de rețea cu lățimi de bandă cu granularitate mică și servicii de transmisiuni long-haul cu viteze mari.

Se emulează rețelele de transport cu comutație de pachete cu granularitate fixată (64 Kbps, 1.5 Mbps, 2 Mbps, 50 Mbps, 150 Mbps, 600 Mbps, etc.) folosind tehnologii orientate pe conexiune, packet-switched, pentru domeniile de acces/agregare sau metro.

Se dorește simplificarea networking-ului cu transport de pachete pentru a reduce cheltuielile de capital (capital expenditures (CapEx)) și costurile operaționale ( operational expenses (OpEx)) ale rețelelor next-generation.

De ce MPLS-TP

MPLS este considerată tehnologia lider pentru rețelele cu comutație de pachete, connection-oriented. Mulți operatori de telefonie mobilă și-au arătat interesul în a-și migra rețelele core pe MPLS.

MPLS-TP este un profil, un subset al MPLS-ului, construit pentru rețelele de transport. [4]

MPLS-TP conține o serie de îmbunătățiri care sunt compatibile cu standardul MPLS, pentru a include suport și pentru rețelele TDM tradiționale. Se păstrează mecanismele de QOS existente în acest standard, beneficiind totodată de avantajele mecanismelor de protecție in-band Operations, Administration, and Maintenance (OAM) ale comutației de circuite.

Figura 1.3: MPLS-TP ca subset al MPLS [4]

De asemenea, se poate migra direct de la TDM SONET/SDH, păstrându-se, bineînțeles, caracteristicile importante: traseu predeterminat, fast detection and recover time, in band OAM, etc.

Practic, traficul primit de la circuitele atașate este încapsulat în Pachete MPLS-TP și apoi va fi comutat. În MPLS-TP, există două trasee, unul working și unul protection, emulate de forma unul LSP Working and Protection Path (Label switched path).

Față de MPLS, MPLS-TP nu are nevoie de un plan de control (control plan). Working și Protection LSP sunt furnizate prin NMS (Network and Management System).

În MPLS, se găsesc vecinii unui nod prin Label distribution Protocol și se face schimb de etichete. În MPLS-TP, LSP este configurat static.

Rețeaua MPLS-TP emulează un PseudoWire edge-to-edge care folosește tehnologia packet-switched, astfel încât Provider Edge să aibă conectivitate de layer 2 cu Customer Edge, ca în rețelele SDH (Figura4). În MPLS, nu contează statusul link-ului end-to end, fizic sau logic. [5]

Figura 1.4: Structura layerului de acces cu MPLS-TP implementat, ca în structura SDH

CAPITOLUL II

Networking Optic –Rețele optice

2.1 Ce este networking-ul optic

După cum sugerează și numele, rețelele optice folosesc și componente optice, nu numai electronice, în structura lor. Comparativ cu cablul metalic, sistemele de fibră optică oferă benzi mult mai mari, atenuare mică, și evită interferența electrică – ceea ce a dus la o creștere imensă a sistemelor de fibră la nivel mondial. În zilele noastre, toate rețelele de telecomunicații long-haul depind de folosirea rețelelor optice de capacitate mare și performanță robustă.

Rețelele tradiționale sunt, în principiu, o colecție de switch-uri interconectate punct la punct de link-uri de fibră optică, ce pot acoperi rețele locale, metropolitane sau wide area. Pentru a acomoda creșterea continuă a cererii de bandă și de flexbilitate, se pot adăuga și alte fibre și switch-uri, se poate crește bit-rate-ul pe fibră, sau mări capacitatea și throughput-ul switch-urilor. Aceste feluri de îmbunătățiri duc la rețele foarte mari și complexe, a căror construcție este dificilă și costisitoare; însă descoperirile recente în tehnologia optică promit rețele revoluționare, capabile să furnizeze costuri reduse, flexibilitate și robustețe, care folosesc, în același timp, rețeaua de fibră existentă.

2.2 Principiul de funcționare

O fibră optică este un ghid de undă cilindric, compus din două materiale transparente cu indici de refracție diferit. Cele două materiale, de obicei sticlă de înaltă calitate, sunt dispuse concentric, pentru a forma un miez interior și un înveliș exterior. Unghiurile diferite de intrare a sursei de lumină duc la mai multe moduri de propagare a undei. Propagarea poate fi limitată la monomod prin utilizarea unui nucleu de diametru mic.

Alegerea între fibrele monomod și multimod depinde de spațierea dorită între repetoare și de rata de transmisie. Modul monomod este alegerea preferată pentru rețelele long-haul (pe distanțe mari) sau cu data-rate-uri mari. Prima formă de fibre multimod este cea step-index, care are miezul cu un indice de refracție uniform și învelișul tot cu indice de refracție uniform, dar mai mic. În acest caz, viteza de propagare în miez este constantă, astfel încât razele care au un drum mai lung ajung după cele care au un drum mai scurt – favorizând împrăștierea implsului sau dispersia. Aceste efecte dispersive pot fi remediate prin construirea unei fibre al cărei indice de refracție crește spre axă, cu un profil al indicelui de formă parabolică- fibră cu indice gradat, la care razele care au trasee mai lungi au o viteză mai mare decât razele cu căi scurte, datorită micșorării indicelui de refracție proporțional cu distanța radială. Diferite moduri de propagare tind, astfel, să aibă în același timp de sosire, astfel încât dispersia este redusă la minim și devin posibile lărgimi de bandă mari și pentru fibrele multimod.

În spectrul disponibil al unui sistem de fibre optice, există trei ferestre cu pierderi mici, la lungimi de undă de aproximativ 850, 1300, și 1550 nm. Primele aplicații ce folosesc fibră ca mediu de comunicații s-au bazat pe banda de lungimi de undă scurte, de aproximativ 800 – 860 nm. Sunt interesante în schimb aplicațiile în banda de lungimi de undă mai mari, între 1300 și 1550 nm, pentru că aici se îmbunătățesc atenuarea și dispersia.

Tipic, se folosesc lungimile de undă scurte pentru short-haul și sisteme cu data rate mic, și lungimi de undă mari pentru sisteme long-haul, cu data-rate ridicat. S-au dezvoltat fibre speciale care mută dispersia minimă la aproximativ 1550 nm pentru a folosi atât o atenuare cât și o dispersie minimă.(dispersion-shifted fibers, importante în aplicațiile cu fibră monomod)/

Sistemele de fibră optică low data-rate, short-haul, folosesc cabluri multimod și transmițătoare LED și receivere PIN diode, pe când cele high-data rate se transmit pe cabluri monomod, transmițătoare cu diode laser și receivere fotodiode.

Cele mai recente sisteme de fibră optică au îmbunătățit semnificativ lățimea de bandă și distanțarea posibilă între repetoare. Mai multe lungimi de undă pot fi transmise simultan prin Wavelength Division Multiplexing (WDM), analog cu frequency-division multiplexing (FDM) utilizată în telefonie. Acum, sunt disponibile amplificatoare optice care înlocuiesc partea electronică cu fibră dopată sau dispozitive cu laser semiconductoare

Utilizarea amplificatoarelor optice permite upgrade-ul bit-rate-urilor sistemelor optice fără înlocuirea repetoarelor. Amplificatoare optice sunt, de asemenea, folosite pentru a atinge distanțe foarte mari, prin transmisie soliton – transmiterea unui impuls ideal fără pierderea formei acestuia.

2.3 Arhitectura rețelelor optice

Există două arhitecturi optice standard, liniare și inel. Ambele pot oferi atât protecție cât și restaurarea serviciilor de rețea. Inele SONET/SDH sunt arhitectura cea mai des folosită. Ele pot privite ca rețele liniare ”împăturite” pentru a crea o buclă sau un inel. Spre deosebire de arhitecturile liniare, inelele sunt concepute pentru a garanta restabilirea automată a serviciilor atunci când cablul sau nodurile se defectează, prin utilizarea buclei în jurul componentei căzute. Datorită acestei protecții automate la defecțiuni, aceste inele sunt numite self-healing. Există mai multe arhitecturi inel SONET/SDH care depind de numărul de fibre, direcția de transport, precum și nivelul de comutare la protecție.

Inițial dezvoltat în Statele Unite ale Americii, standardul SONET a fost adoptat de către ITU-T, și redenumit ca ierarhia digitală sincronă (SDH). Aceste standarde oferă un set complet de specificații pentru a permite conexiuni naționale și internaționale, la diferite niveluri. Interfețe optice sunt definite astfel încât să formeze o interfață universală și permit interconectarea echipamentelor de la vendori diferiți.

Structura standardizată a semnalului permite transmiterea oricărei rate ierarhice existente (DS-1, DS-3, E-1, și E-3)​​. Sunt ușurate sincronizarea, multiplexarea add / drop , monitorizarea performanțelor și managementul rețelei. Ierarhia SDH este bazată pe multiplexare sincronă, cu o rată de bază de 155.52 Mb/s, care formează un STM-1 (Synchronous Transfer Module), astfel încât ratele SDH mai mari sunt multipli N x 155.52 Mb/s. Structura semnalului de bază este flexibilă pentru a transporta o varietate de rate de nivel inferior semnalului de 155.52 Mb/s, fără a fi necesare demultiplexarări succesive la recepție. [6]

Pe lângă STM, există și ATM – asynchronous transfer mode. Tehnologia consideră link-ul de transport un mediu unde celulele și pachetele de date pot fi trimise asincron. ATM este bazat pe celule și este orientat pe conexiune. El poate fi folosit pentru transfer de voce, date sau video.

Suportă switching Vate, sunt dispuse concentric, pentru a forma un miez interior și un înveliș exterior. Unghiurile diferite de intrare a sursei de lumină duc la mai multe moduri de propagare a undei. Propagarea poate fi limitată la monomod prin utilizarea unui nucleu de diametru mic.

Alegerea între fibrele monomod și multimod depinde de spațierea dorită între repetoare și de rata de transmisie. Modul monomod este alegerea preferată pentru rețelele long-haul (pe distanțe mari) sau cu data-rate-uri mari. Prima formă de fibre multimod este cea step-index, care are miezul cu un indice de refracție uniform și învelișul tot cu indice de refracție uniform, dar mai mic. În acest caz, viteza de propagare în miez este constantă, astfel încât razele care au un drum mai lung ajung după cele care au un drum mai scurt – favorizând împrăștierea implsului sau dispersia. Aceste efecte dispersive pot fi remediate prin construirea unei fibre al cărei indice de refracție crește spre axă, cu un profil al indicelui de formă parabolică- fibră cu indice gradat, la care razele care au trasee mai lungi au o viteză mai mare decât razele cu căi scurte, datorită micșorării indicelui de refracție proporțional cu distanța radială. Diferite moduri de propagare tind, astfel, să aibă în același timp de sosire, astfel încât dispersia este redusă la minim și devin posibile lărgimi de bandă mari și pentru fibrele multimod.

În spectrul disponibil al unui sistem de fibre optice, există trei ferestre cu pierderi mici, la lungimi de undă de aproximativ 850, 1300, și 1550 nm. Primele aplicații ce folosesc fibră ca mediu de comunicații s-au bazat pe banda de lungimi de undă scurte, de aproximativ 800 – 860 nm. Sunt interesante în schimb aplicațiile în banda de lungimi de undă mai mari, între 1300 și 1550 nm, pentru că aici se îmbunătățesc atenuarea și dispersia.

Tipic, se folosesc lungimile de undă scurte pentru short-haul și sisteme cu data rate mic, și lungimi de undă mari pentru sisteme long-haul, cu data-rate ridicat. S-au dezvoltat fibre speciale care mută dispersia minimă la aproximativ 1550 nm pentru a folosi atât o atenuare cât și o dispersie minimă.(dispersion-shifted fibers, importante în aplicațiile cu fibră monomod)/

Sistemele de fibră optică low data-rate, short-haul, folosesc cabluri multimod și transmițătoare LED și receivere PIN diode, pe când cele high-data rate se transmit pe cabluri monomod, transmițătoare cu diode laser și receivere fotodiode.

Cele mai recente sisteme de fibră optică au îmbunătățit semnificativ lățimea de bandă și distanțarea posibilă între repetoare. Mai multe lungimi de undă pot fi transmise simultan prin Wavelength Division Multiplexing (WDM), analog cu frequency-division multiplexing (FDM) utilizată în telefonie. Acum, sunt disponibile amplificatoare optice care înlocuiesc partea electronică cu fibră dopată sau dispozitive cu laser semiconductoare

Utilizarea amplificatoarelor optice permite upgrade-ul bit-rate-urilor sistemelor optice fără înlocuirea repetoarelor. Amplificatoare optice sunt, de asemenea, folosite pentru a atinge distanțe foarte mari, prin transmisie soliton – transmiterea unui impuls ideal fără pierderea formei acestuia.

2.3 Arhitectura rețelelor optice

Există două arhitecturi optice standard, liniare și inel. Ambele pot oferi atât protecție cât și restaurarea serviciilor de rețea. Inele SONET/SDH sunt arhitectura cea mai des folosită. Ele pot privite ca rețele liniare ”împăturite” pentru a crea o buclă sau un inel. Spre deosebire de arhitecturile liniare, inelele sunt concepute pentru a garanta restabilirea automată a serviciilor atunci când cablul sau nodurile se defectează, prin utilizarea buclei în jurul componentei căzute. Datorită acestei protecții automate la defecțiuni, aceste inele sunt numite self-healing. Există mai multe arhitecturi inel SONET/SDH care depind de numărul de fibre, direcția de transport, precum și nivelul de comutare la protecție.

Inițial dezvoltat în Statele Unite ale Americii, standardul SONET a fost adoptat de către ITU-T, și redenumit ca ierarhia digitală sincronă (SDH). Aceste standarde oferă un set complet de specificații pentru a permite conexiuni naționale și internaționale, la diferite niveluri. Interfețe optice sunt definite astfel încât să formeze o interfață universală și permit interconectarea echipamentelor de la vendori diferiți.

Structura standardizată a semnalului permite transmiterea oricărei rate ierarhice existente (DS-1, DS-3, E-1, și E-3)​​. Sunt ușurate sincronizarea, multiplexarea add / drop , monitorizarea performanțelor și managementul rețelei. Ierarhia SDH este bazată pe multiplexare sincronă, cu o rată de bază de 155.52 Mb/s, care formează un STM-1 (Synchronous Transfer Module), astfel încât ratele SDH mai mari sunt multipli N x 155.52 Mb/s. Structura semnalului de bază este flexibilă pentru a transporta o varietate de rate de nivel inferior semnalului de 155.52 Mb/s, fără a fi necesare demultiplexarări succesive la recepție. [6]

Pe lângă STM, există și ATM – asynchronous transfer mode. Tehnologia consideră link-ul de transport un mediu unde celulele și pachetele de date pot fi trimise asincron. ATM este bazat pe celule și este orientat pe conexiune. El poate fi folosit pentru transfer de voce, date sau video.

Suportă switching VP sau VC (Virtual Container)

Folosește Virtual Path Identifier și Virtual Circuit Identifier (VPI/VCI) pentru a ruta traficul prin switch-urile ATM

Celula ATM este formată din:

Generic Flow Control (GFC) – folosit de NNI pentru a controla traficul între end-point și switch.

Virtual Path Identifier (VPI) – poate ocnține unul sau mai mult VCI

Virtual Channel Identifier (VCI) – ajută transmisia de celule prin switch

Payload Type Identifier (PTI) – identifică tipul de informație din celule

2.4 Networking optic vs. alte tehnologii

Dimensiune și greutate: Deoarece o fibră are , de obicei, doar 125 pm în diametru, un cablu cu fibre multiple poate fi construit mult mai mic decât cablurile metalice.

Lărgime de bandă: Cabluri optice au lărgimi de bandă ce pot fi mai mari decât ale cablului metalic cu câteva ordine de mărime. Sisteme cu rata de bit mică pot fi upgradate la rate mai mari fără a fi necesară schimbarea fibrelor, prin schimbarea sursei de lumină (LED în Laser), îmbunătățind tehnica de modulare, receiverul sau folosind wavelength division multiplexing.

Distanțarea repetoarelor: Cu cablul de fibra optică, ce are pierderi reduse, distanța dintre repetoare poate fi semnificativ mai mare decât în sistemele de cabluri metalice. Mai mult, pierderile din fibrele optice sunt independente de lățimea de bandă, în timp ce pentru cablul coaxial pierderile cresc cu banda.

Izolarea electrică: Cablurile de fibră optică nu sunt conductive electric, fapt ce elimină toate problemele electrice pe care le au cablurile metalice. Sisteme de fibră optică sunt imune la căderi de tensiune sau scurtcircuite. Fibrele nu sunt sensibile la interferențele electromagnetice de la liniile electrice, semnale radio sau sisteme de cablu adiacente.

Crosstalk: Deoarece nu există nici o cuplare optică între fibrele unui cablu, sistemele de fibră nu prezintă Crosstalk. În sisteme de cabluri metalice, crosstalk-ul este o problemă comună care de multe limitează performanțele.

Mediu: Sisteme de fibră optică concepute în mod corespunzător nu sunt afectate de temperatură sau umiditate și, prin urmare, au aplicabilitate și sub apă. Pentru cablul metalic, umiditatea este o problemă uzuală în special în mediu subteran, rezultând scurtcircuite, atenuare mare, coroziune sau crosstalk crescut.

Fiabilitate: Fiabilitatea fibrelor optice, a driverelor optice și a receptoarelor optice a ajuns în punctul în care factorii de limitare sunt circuitele electronice asociate.

Cost: Numeroasele avantaje ale fibrei enumerate aici au dus la o creștere foarte mare a aplicațiilor lor, reduceri ale costurilor datorate atât îmbunătățirilor tehnologice cât și a volumului de vânzări.

2.5 Aplicații ale rețelelor optice

Sistemele de fibră sunt mult mai eficiente din punct de vedere al costurilor, față de cablurile metalice, sateliți sau radio pentru aplicații long-haul, de rate mari. Se așteaptă ca fibra să fie folosită și pentru aplicațiile short-haul, incluzând rețelele locale, înlocuind cablurile metalice. Un avantaj final legat de costurile fibrei este materialul din care este realizată – nisipul, unul din cele mai abundente materiale de pe Pământ, față de cuprul care într-o zi se va epuiza sau spectrul radio, care este deja aproape consumat.

CAPITOLUL III

Transport Network

În general, o rețea de transport este o rețea ce trebuie să asigure o agregare de încredere și o infrastructură de transport pentru orice tip de trafic, la orice scală.

Figura 3.1: Cum se introduce tehnologia MPLS-TP în arhitectura unei rețele.[7]

3.1 Arhitecturi de rețele

Figura 3.2: Evoluția rețelelor

3.1.1 Rețeaua 2G – GSM

Rețeaua GSM are multe elemente tipice rețelelor celulare. Fiecare celulă este acoperită cu semnal radio de o stație de bază, BTS (Base Tranceiver Station), formată dintr-un set de echipamente de emisie/recepție, câte unul pentru fiecare canal radio duplex (Figura7). Mai multe stații de bază sunt comandate de o unitate de control, BSC (Base Station Controller).

Unitatea de control împreună cu stațiile de bază pe care le coordonează formează un sub-sistem de stații de bază, BSS (Base Station sub-System), sau rețeaua de Acces. Mai multe sub-sisteme sunt interconectate prin intermediul unei centrale pentru abonați mobili, MSC (Mobile Services Switching Centre), folosind trunchiuri de linie, cu fir sau herțiene.

Sub-sistemul de stații de bază administrează resursele radio și realizează comutarea între canalele radio și canalele temporale pentru conexiunile stație mobilă (MS)-centrala de comutare al serviciilor (MSC).

Centrala de comutare MSC, este similară cu o centrală ISDN și reprezintă punctul de conectare al rețelei celulare cu rețeaua telefonică publică comutată (PSTN) sau cu rețeaua ISDN. Centrala de comutare răspunde de prelucrările cerute de un apel, controlează funcțiile de semnalizare implicite și coordonează procesele de transfer ale abonatului mobil.[7]

Figura 3.3: Arhitectura 2G [7]

Entități specifice GSM

GSM conține o serie de baze de date cu ajutorul cărora sunt realizate funcțiile legate de tratarea mobilității și a apelurilor. Se disting patru tipuri de baze de date:

baza de date primară a abonaților mobili, HLR (Home Location Register), care conține toate datele cu privire la abonații care aparțin de centrală;

baza de date temporară a abonaților mobili în trecere (vizitatori), VLR (Visitors Location Register), care conține o serie de date cu privire la abonații aflați temporar în zona centralei;

centrul de autorizare AUC (Authentification Centre);

baza de date pentru identificarea echipamentelor mobile EIR (Equipment Identity Register).

Interfețe GSM

Interfața Um

Subsistemele BS și Mobile Station-urile comunică prin interfața Um, cunoscută ca interfața aer sau link radio

Abis interface

Base transceiver station (BTS) și base station controller (BSC) comunică prin interfața Abis

A interface
Base station subsystem comunică cu Mobile service Switching Center prin interfața A

3.1.2 Rețeaua 3G -UMTS

Necesitatea de a lucra cu aplicații ce impun transmisiuni cu debite ridicate a dus la apariția generatiei 3G, UMTS – Univesal Mobile Telecomunication System, ce a fost dezvoltată in proiectul 3GPP – 3rd Generation Partnership Project. 3GPP reprezintă un parteneriat a 6 organizații de dezvoltare a standardelor, din Europa (ETSI), Japonia (ARIB, TTC), Coreea (TTA), America de Nord (ATIS) și China (CCSA).

Spre deosebire de GSM care foloseste FDMA si TDMA, UMTS folosește tehnologia CDMA – Code Division Multiple Access.

Figura 3.4: Arhitectura rețelei 3G [8]

Arhitectura rețelei UMTS

Arhitectura UMTS se împarte în două subsisteme :

1. UTRAN – UMTS Terestrial Radio Access Network. UTRAN-ul este compus din două elemente : NodeB (stația de bază care intră în legatură cu UE – User Equipment) și RNC – Radio Network Controller (controlează NodeB-urile și parametrii resurselor radio ai NodeB-urilor).

2. CN – Core Network (centrala ce asigură managementul apelurilor intra și inter rețea).

Elementele rețelei UMTS interacționează între ele prin intermediul interfețelor:

Iub este interfața de comunicare între un NodeB si un RNC.

Iur este interfața de comunicare între RNC-uri,

Iu este interfața de comunicare între RNC si CN.

Figura 3.5: Arhitectura rețelei 3G. Interfețe [9]

3.1.3 Rețeaua 4G – Long Term Evolution [8]

Target-ul stabilit pentru tehnologia LTE a fost obținerea unei viteze de download de 100Mb/s ți upload de 50Mb/s pentru transmisiuni radio.

Pentru a putea realiza un astfel de target a trebuit să se folosească o nouă arhitectură a rețelei, fără a lua în calcul compatibilitatea cu tehnologia anterioară – UMTS.

Figura 3.6: Îmbunătățirile LTE. Acoperire mai mare, Vitezele de upload/download, Latența, CapEx/OpEx, etc.

Spre deosebire de arhitectura UMTS, arhitectura LTE conține un singur tip de nod numit eNodeB. eNodeB-ul preia funcțiile suportate de NodeB si RNC prezente în UMTS, inclusiv managementul resurselor radio și funcțiile Scheduler-ului din UMTS.

eNodeB-urile interactionează între ele prin interfata X2 ce facilitează atât transferul informatiei utile, cât și semnalizarea necesară. Schimbul de informație dintre eNodeB-uri și Core Network este facilitată de interfața S1 ce face legătura între eNodeB si PDN-Gw – Packet Data Network Gateway.

Core Network-ul LTE se numeste EPC – Evolved Packet Core.

Această arhitectură redusă facilitează reducerea considerabilă a latenței atât în ceea ce privește transmisia pachetelor de date, cât și faza de setup a conexiunii.

În anexă, prezint inelele de MPLS-TP pentru 2G, 3G și 4G, în rețeaua Cosmote.

Figura 3.7: Diferențele între arhitectura 2G/3G și 4G/ Interfețe

3.2 Tipuri de rețele[11]

Una din modalitățile de a clasifica rețelele este după domeniul lor de aplicare sau după scalabilitatea lor. Industria rețelisticii se referă la orice rețea ca la un tip de area network.

LAN (Local Area Networking)

WLAN (Wireless Local Area Networks)

WAN (Wide Area Networks)

MAN (Metropolitan Area Networks)

CAN (Campus Area Networks)

LAN – Local Area Network

Un LAN conectează dispozitivele unei rețele pe distanțe relativ mici: O clădire de birouri, o școală sau într-o locuință. Sunt controlate, în general, de o singură persoană/ organizație și majoritatea folosesc Ethernet și Token Ring.

Figura 3.8: LAN

WAN – Wide Area Networks

Un WAN presupune o distanță fizică mai mare; Sunt folosite pentru a conecta servere la computere aflate pe continente diferite, de exemplu.

În principiu, ca mediu de transmisiune, folosesc fibra optică. Internetul este cea mai mare rețea WAN, conectând toată informația existentă în toate rețelele.

Pot cuprinde mai multe LAN-uri dispersate geografic. Routerele realizează conexiunea LAN-urilor la WAN-uri. În general, WAN-urile nu aparțin cuiva anume și există sub un colectiv sau au apartenența și managementul distribuite. WAN-urile folosesc tehnologii ca ATM și Frame Relay pentru conectivitate la distanțe mari.

MAN (Metropolitan Area Networks)

Rețelele metropolitane se folosesc pentru a realiza comunicația între sistemele dintr-un oraș, deci ocupă un spațiu geografic mai mic decât WAN-urile. Termenul se referă și la interconectarea mai multor LAN-uri, prin backbone-uri sau la campusuri. Se caracterizează prin conexiuni de foarte mare viteză, folosind fibră optică. Mecanismul unui MAN este similar cu cel al unui ISP (Internet Service Provider) și funcționează la nivelul layerului 2 (Data Link) al stivei OSI.

CAN (Campus Area Networks)

CAN-urile sunt în general conexiuni între rețele LAN mai mici, folosite în campusuri universitare și clădiri de birouri. Permite un file sharing ușor între diferite departamente, pentru că uzual fișierele sunt transmise prin serverele fiecărui LAN. Acest tip de rețea ușurează transferul și downloadul de fișiere.

Figura 3.11: Campus Area Network

CAPITOLUL IV

Ierarhia globală a rețelelor. Rețele metropolitane [10]

Putem defini în sens larg entitățile care compun o rețea globală bazată pe variabile ca tehnologia de transport, distanță sau aplicații. Putem descrie rețelele MAN ca zona dintre long-haul și partea de acces a rețelei globale ( Figura16).

Figura 4.1: Ierarhia globală a rețelelor [10]

4.1 Rețelele Long-Haul

Rețelele Long-Haul sunt core-ul unei rețele globale. Dominate de un grup mic de operatori naționali și globali, rețelele long-haul conectează MAN-urile. Ele se ocupă de transport, deci principala lor preocupare este capacitatea. În multe cazuri, aceste rețele, care tradițional au fost bazate pe SONET/SDH, nu mai au capacitate pe fibră datorită cererii mari de bandă.

4.2 Access Networks

De cealaltă parte a spectrului se află rețelele de Acces. Acestea sunt cele mai apropiate de useri, la marginea MAN-ului. Sunt caracterizate de diferite protocoale și infrastructuri și conțin o gamă largă de debite, întrucât clienții operatorilor sunt de la utilizatori individuali de Internet la corporații sau instituții.

Traficul principal este cel IP și aduce multe provocări, mai ales pentru aplicațiile în timp real și este necesar să se transporte în continuare și traficul TDM.

4.3 Metropolitan Area Networks

Între aceste două tipuri de rețele, se află MAN-urile. Ele canalizează traficul între domeniul metropolitan (birouri, afaceri, etc). MAN au aceleași caracteristici ca rețelele de acces: diferite protocoale de rutare și viteze pe canale. De asemeni, ele au fost bazate pe SONET/SDH folosind topologii point-to-point sau inel, cu ADM (add/dropMultiplexers) .

Așadar, rețelele MAN se află la graniță: trebuie să satisfacă atât nevoile create de dinamica lățimii de bandă din rețelele de transport long-haul cât și cererile de conectivitate în creștere și tehnologiile de acces sunt specifice serviciilor de date de mare viteză.

4.4 Rețele metropolitane și rețele Long-Haul

Rețelele MAN nu sunt doar simple scalări la dimensiuni mai mici ale rețelelor long-haul. Rețeaua este mai stabilă pentru long-haul, pe când topologiile se schimbă des în MAN-uri. MAN-urile trebuie să fie ”învățate” să suporte diferite tehnologii, de la voce la stocarea de date, aplicații video, pe când rețelele long-haul țin cont doar de dimensiunile mediului de transport. Însă MAN-urile conțin o colecție de echipamente low bit-rate de trasmitere a traficului sincron și asincron, secțiuni de cross mici (small cross-sections) și o multitudine de useri cu cereri de bandă diferite; acestea au implicații puternice în domeniul metropolitan. Transparența protocoalelor și a vitezei, scalabilitatea, dinamica sunt la fel de importante ca și capacitatea, acesta fiind marele avantaj al long-haul-ului.

4.5 Rețele optice metropolitane bazate pe topologia inel

Rețelele optice metropolitane (MAN) bazate pe topologia inel sunt folosite pentru a interconecta noduri de rețea ale furnizorilor de telefonie mobilă. Pentru traficul de Internet, acestea sunt, în principal, routere IP. Un inel metropolitan care interconectează routere IP este alcătuit din noduri inel conectate, la rândul lor, prin fibră optică, ce pot fi :[12]

Add/Drop Multiplexers (ADM) Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy (SONET/SDH)

packet switchuri ce implementează inele bazate pe protocoale MAC, cum ar fi Spatial Reuse Protocol (SRP)

Wavelength Division Multiplexed (WDM) – Optical Add/Drop Multiplexers (OADMs) – tehnologie este propusă pentru implementarea MPLS-TP în COSMOTE Romania.

Arhitectura unui inel metropolitan ce interconectează routere IP este ilustrată în Figura1. Nodurile inelului pot fi:

SONET/SDH ADMs,

Pachet (de exemplu, SRP)

OADM-uri WDM .

Figura 4.2 Arhitectura unui inel metropolitan ce interconectează routere IP [12]

Toate aceste tipuri de noduri inel oferă restabilirea rapidă în cazul apariției unei defecțiuni în rețea, cum ar fi tăierea fibrei optice.

4.4.1 ADM-uri SDH

ADM-urile SONET/SDH adaugă sau scot fluxuri sau semnalele de rată joasă pentru a oferi conectivitate între routerele IP. De exemplu, un flux de 51Mbps poate fi introdus în routerul corespunzător nodului 1 și eliminat la routerul corespunzător nodului 2.

Inelele SONET/SDH sunt de 4 tipuri:

Unidirectional Line Switched Ring (ULSR)

Unidirectional Path Switched Ring (UPSR)

4-fiber Bidirectional Line Switched Ring (BLSR)

2-fiber BLSR

Un inel este bidirecțional dacă semnalele pot parcurge un canal duplex în ambele direcții printr-o singură cale și unidirecțional dacă cele 2 direcții ale canalului duplex sunt separate.

Există două tipuri de inele unidirecționale:

ULSR – traficul este trimis numai pe unul din inele, pe working ring, iar cel de-al doilea inel este considerat de protecție și folosit numai în cazul unei defecțiuni

UPSR -datele sunt trimise pe ambele inele, pentru a asigura protecție pentru toate semnalele, însă receiverele primesc datele numai de la un inel – working ring – până când în sistem apare o defecțiune; atunci, un switch de protecție aflat pe fiecare ADM decide dacă se vor folosi datele primite pe inelul de protecție sau de pe working ring.

Pentru 4-fiber BLSR, două fibre sunt considerate inel de protecție iar celelalte 2 sunt folosite ca working ring.

Pentru 2-fiber BLSR, datele dintre 2 noduri-inel alăturate sunt trimise în ambele sensuri, și pentru că nu există o pereche de fibre adițională care să fie utilizată ca inel de protecție, jumătate din time slot-urile aferente fiecărei fibre sunt rezervate ca bandă de protecție ( protection bandwidth).

UPSR folosește o schemă de protecție bazată pe un drum predefinit pe când celelalte 3 tipuri folosesc o schemă de protecție automată (Automatic Protection Switching (APS)).

4.4.2 SRP (Spatial Reuse Protocol)

Nodurile-inel sunt switchuri care implementează un protocol de Layer 2, cum ar fi SRP. Într-un inel SRP, toate nodurile-inel procesează headerele SRP pentru a decide dacă se forwardează întregul frame pe inel sau se elimină (drop) la routerul IP atașat. Inelele SRP sunt alcătuite din două inele bidirecționale, folosite pentru a transporta traficul.

SRP include o procedură de switching inteligent (Intelligent Protection Switching (IPS)), care restaurează inelul prin alăturarea celor 2 noduri adiacente legăturii defecte.

4.4.3 OADM-uri WDM

Conceptul de bază al acestul inel este adăugarea sau eliminarea de lungimi de undă. Se stabilesc lightpath-uri prin inelul WDM pentru a conecta două routere IP. Un exemplu este Optical Packet Node (OPN), care combină funcțonalitatea unui router IP cu MultiProtocol Label Switch (MPLS) și OADM WDM.

Reconfigurarea într-un inel OPN poate fi realizată la layerul MPLS sau la cel al lightpath-ului WDM.

CAPITOLUL V

5.1 Concepte de rutare și comutare [13]

Voi descrie pe scurt conceptele de bază care se aplică în orice tehnologie de comutare, aceasta înainte de a intra în amănunt despre funcționarea MPLS-TP-ului.

Rutarea este un termen folosit pentru a descrie acțiunile care trebuiesc făcute într-o rețea pentru a muta pachetele prin ea. Vorbim astfel de pachete care vor fi „rutate” de la „a” la „b”, sau despre ele ca fiind rutate printr-o rețea sau între rețele. Pot exista multe routere într-o rețea conectate într-o oarecare manieră arbitrară. Pachetele înaintează prin rețea, fiind trimise de la o mașină la alta până la destinatia lor. Protocoalele de rutare (de exemplu RIP, OSPF) permit fiecărei mașini să înteleagă care altă mașină este „următorul hop” pe care un pachet îl va urma spre destinația sa. Router-ele folosesc protocoalele de rutare pentru a construi tabele de rutare. Când ele primesc un pachet și trebuie sa ia o decizie de forwarding, router-ele „inspectează” tabela de rutare, folosind adresa IP destinație a pachetului, ca un index, și astfel obțin identitatea mașinii din „următorul hop”. Construcția tabelelor și folosirea lor pentru inspectarea în momentul forwarding-ului sunt operații separate logic.

Comutarea este folosită în general pentru a descrie transferul de date de la un port de intrare la un port de ieșire al unei mașini, în care selecția portului de ieșire este bazată pe informația de nivel 2 (de exemplu ATM VPI/VCI).

Componenta de control construiește și menține o tabelă de forwarding pentru nodul folosit. Ea funcționează cu componentele de control de la alte noduri pentru a distribui informația de rutare cu acuratețe, asigurându-se de asemenea că procedurile locale sunt folosite pentru crearea tabelelor de forwarding. Protocoalele de rutare standard (de exemplu OSPF, BGP și RIP) sunt folosite pentru schimbul informației de rutare între componentele de control. Componentele de control trebuie să reacționeze atunci când apar schimbări în rețea (cum ar fi o cădere de legătură), dar nu sunt implicate în procesarea pachetelor individuale.

Componenta de forwarding realizează forwarding-ul pachetului. Folosește informația din tabela de forwarding (cea care este mentinută de router), informație care este transportată de pachet și împreună cu un set de proceduri locale iau decizia de forwarding. Într-un router convențional, un algoritm de comparație bazat pe potrivirea cea mai lungă, compară adresa destinație din pachet cu intrările din tabela de forwarding, până când obține cea mai bună potrivire. Mai important, procesul total de decizie trebuie să fie repetat la fiecare nod de-a lungul căii de la sursă la destinație. Într-un LSR, un algoritm de swapping al etichetelor (cu potrivire exactă), folosește eticheta din pachet și o tabelă de forwarding bazată pe etichete, pentru a obține o „noua” etichetă și interfața de ieșire pentru pachet.

O tabela de forwarding este setul de intrări într-o tabelă care oferă informații pentru a ajuta componenta de forwarding să-și efectueze funcția de switching (comutare). Tabela de forwarding trebuie sa asocieze fiecare pachet cu o intrare (în mod tradițional adresa destinație), care oferă instructiuni despre unde se îndreaptă în continuare pachetul.

O clasa de echivalență pentru forwarding (Forwarding Equivalence Class- FEC) este definită ca orice grup de pachete care poate fi tratat într-o manieră echivalentă pentru scopuri de forwarding. Un exemplu de FEC este setul de pachete de unicast a căror adrese destinație se potrivesc prefixului unei adrese IP particulare. Un alt FEC este setul de pachete a căror adrese sursă și destinație este la fel. FEC-urile pot fi definite la diferite nivele.

O etichetă este un identificator relativ scurt, de lungime fixă, nestructurat, care poate fi folosit în asistarea procesului de forwarding. Etichetele sunt asociate cu un FEC în timpul procesului de unire. Etichetele sunt în mod normal locale unei singure legături de date și nu au semnificatie globală (așa cum are adresa). Etichetele sunt analog cu VPI/VCI-urile din mediile ATM. Întrucât ATM este o tehnologie care deja folosește câmpuri scurte de dimensiune fixă pentru realizarea deciziilor de switching, comutarea de etichete este considerată o modalitate eficientă de implementare a IP-ului „peste” ATM. Etichetele sunt legate cu un FEC (și astfel capătă semnificație), ca rezultat al unor evenimente care indică necesitatea unei legături.

Aceste evenimente pot fi divizate în două categorii:

legături determinate de date care apar atunci când începe transferul de trafic, este trimis la LSR și este recunoscut ca un candidat pentru comutarea de etichete. Legăturile etichetelor sunt stabilite doar atunci când este nevoie, rezultând astfel mai putine intrări în tabela de forwarding. Etichetele sunt asignate fluxurilor de trafic IP individuale și nu pachetelor singulare. Într-o retea ATM, aceasta poate duce la folosirea unui număr substanțial de circuite virtuale, ceea ce poate limita scalabilitatea rețelei;

legături determinate de control care sunt stabilite ca rezultat al activității planului de control și sunt independente de date. Legăturile etichetei pot fi stabilite ca răpuns la actualizarea rutelor sau recepția mesajelor RSVP. Legătura etichetei determinată de control este mai scalabilă decât cele determinate de date, și din acest motiv se folosește în MPLS.

5.2 Protocoale, concepte MPLS și terminologie.

Conform tehnologiei MPLS, trecerea pachetelor dintr-o rețea în alta (forwarding) este bazată pe etichete (label), care sunt atribuite pachetelor atunci când acestea din urmă intră în rețea, și sunt extrase, atunci când pachetele părăsesc rețeaua. Etichetele se pun în fața pachetului, iar nodurile din rețeaua MPLS, forwardează pachetele /celulele bazându-se pe valoarea etichetei (nu pe informatia IP).

MPLS permite să avem decizii de forwarding bazate pe: Traffic Engineering, multicast, VPN, QoS, etc.

5.2.1 Forwarding-ul bazat pe IP

Caracteristici:

Forwarding-ul este făcut în mod independent la fiecare hop

Decizia de rutare este bazată pe header-ul pachetului și pe algoritmul de rutare (tabela de rutare)

Fiecare ruter (hop) IP folosește propria instanță a algoritmului de rutare

Fiecare hop IP își face propriile decizii de rutare.

5.2.2 Forwarding-ul bazat pe FEC (Forwarding Equivalence Class)

Caracteristici:

Pachetele sunt organizate pe grupuri de pachete care sunt forwardate în aceeași manieră (spre aceeași cale, aplicându-le acelasi “tratament”).

Forwardarea propriu-zisă a unui pachet constă în: asignarea pachetului către un FEC și determinarea următorului hop, pentru fiecare FEC.

5.2.3 Forwarding-ul bazat pe MPLS

Caracteristici:

MPLS utilizează FEC

Nodurile MPLS asignează eticheta (label) fiecărui FEC

Forwarding-ul MPLS este făcut în mod asemănător atât în switchurile ATM, cât și în rutare. Cu toate acestea, în cazul switchurilor ATM, numărul de ordine din cozile de așteptare sunt date de valoarea etichetei VCI (Virtual Circuit Identifier), pe când la routere, acest număr de ordine este dat de biții “Exp” din headerul etichetei.

Switchurile ATM nu au capacitatea de a analiza headerele de nivel 3 rețtea.

Etichetele pot fi distribuite cu ajutorul mai multor protocoale printre care: LDP (Label Distribution Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol), PIM (Protocol Independent Multicast), BGP (Border Gateway Protocol).

5.2.4 Routerele cu comutare de etichetă (Label Switch Routers) LSR

Există două categorii de LSR. La marginea rețelei, este nevoie de clasificatori de pachete foarte performanți, care pot să aplice sau să elimine etichetele respective. Acestea sunt router-ele MPLS de edge – de margine. Cealaltă categorie de LSRuri sunt cele de core. LSR-ul de core trebuie să fie capabil sa proceseze pachetele etichetate la lățimi de bandă extrem de mari. Pot fi realizate din switchuri ATM sau din routere. Routerele LSR “de margine” (Edge-LSR) realizează introducerea și extragerea etichetei, atunci când pachetele pătrund, respectiv părăsesc rețeaua MPLS. Pentru schimbul informației de rutare, toate LSR-urile folosesc protocoalele existente de rutare IP. De asemenea toate LSR-urile folosesc LDP.

Formatul etichetei și lungimea acesteia depind de încapsulare, acest lucru va fi negociat de perechile de routere prin interfețele ATM ale acestora.

De asemenea, este permisă existența simultană a mai multor etichete. În acest caz, etichetele sunt ordonate într-o stivă de etichete (Label Stack).

LSR-urile MPLS execută forwarding-ul pachetelor pe baza valorii etichetei aflată pe prima poziție din stiva de etichete.

5.2.5 VPN

VPN-ul reprezintă o rețea privată care utilizează rețeaua publică pentru a transmite informații. Acest lucru se realizează prin utilizarea unor metode de securitate a transferului. Aceste metode presupun criptarea datelor transmise. De exemplu se poate seta un VPN între biroul de acasă, cel de la servici, si un alt birou aflat undeva in internet.

Putem avea urmatoarele situatii de interconectare VPN referitoare la locatiile interconectate:

locațiile pot apartine aceleias organizatii, sau pot apartine unor organizatii diferite;

locațiile pot apartine mai multor VPN-uri

locațiile pot apartine unuia sau mai multor ISP-uri

5.2.5.1 Serviciul L2 VPN (Layer-2 Virtual Private Networks) [14]

Un Layer-2 VPN este un serviciu care emulează o soluție Layer-2 pe o rețea cu comutație de pachete (bazată pe MPLS) și operează cu pseudowires (PW).

Tipuri de servicii:

VPWS (Virtual Private Wire Service):

Oferă o conexiune logică între două dispositive Customer Edge User (CE). Poate fi folosit pentru a transporta Ethernet, ATM, TDM peste o PSN

VPLS (Virtual Private LAN Services):

Oferă o conexiune logică mai multe dispozitive CE, astfel încât ele să pară conectate printr-o singură rețea LAN.Constă dintr-un modul bridge și un modul de emulare LAN .

5.2.5.2 VPLS

Un serviciu VPLS este format din mai multe site-uri conectate la Provider Edge (PE), implementând emularea serviciul LAN.

PE iau deciziile legate de forwardare între site-uri și încapsulează frame-urile Ethernet în rețelele cu comutare de pachete, folosind un circuit virtual sau un PseudoWire.

Pentru a implementa deciziile de forwardare ale fiecărui VPLS, se folosește o instanță de switching virtuală la fiecare PE.

Figura 5.1: Serviciul VPLS

5.2.6 Pseudo wire (PW)

PW este un mecanism care emulează atribuțiile unui serviciu nativ atunci când acesta e transportat într-o rețea packet-switched ( PSN).

PSN este o rețea care forwardează pachete folosind protocoale ca IPv4, IPv6, MPLS, Ethernet, iar un PW realizează tunnel trafic prin PSN și este bidirecțional, spre deosebire de LSP-urile MPLS. PW este o extensie a arhitecturii VPN.

Figura 5.2 Exemple de Pseudowire în rețeaua Cosmote

5.3 Protocoale folosite

În lucrare, am făcut referire la mai multe protocoale ce ajută la implementarea MPLS-TP.

Ethernet over SDH – EoSDH : Generațiile de SDH care incorporează Ethernet-over-SDH (EoSDH) transformă SDH-ul într-o platformă ideală de date, întrucât combină eficient transportul de date cu protecția carries-class propriu SDH și stabilitatea tehnologiei global folosite, Ethernet.

Ethernet over MPLS-TP: Ethernet este o tehnologie de pachete care acum domină rețelele de acces. În aceastã lucrare este propusã o alternativã a Ethernet-ului și anume versiunea MPLS, MPLS-TP.

LDP este un portocol al MPLS-ului care permite ruterelor sã facã schimb de informații legate de maparea etichetelor. LDP este folosit sã construiascã ți sã menținã un database-uri LSP folosite pentru trimiterea traficului prin rețele MPLS.

RSVP-TE Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering este o extensie a RSVP pentru ingineria traficului. El rezervã resursele peste o rețea IP. RSVP-TE permite folosirea LSP-ului în MPLS, luând în considerare parametrii rețelei ca bandã liberã și hopuri.

LSP: Datoritã naturii lipsite de conectivitate a nivelului IP, pachetele parcurg rețeaua pas cu pas prin decizii de rutare în fiecare nod. Ca rezultat, se poate forma o agregare prea mare a datelor pe anumite legãturi ți acest lucru poate împiedica operatorul sã ofere un serviciu end-to-end garantat.O soluție la aceastã problemã o aduce MPLS. Acestã tehnologie asigurã capabilitatea de a stabilii drumuri orientate pe conexiune, numie LSP-uri, peste o rețea lipsitã de conectivitate.

HSRP este un protocol care stabileste o legãturã între ruterele unei rețele pentru a obține un gateway implicit în cazul în care gateway-ul principal devine inaccesibil.

CAPITOLUL VI

MPLS și MPLS-TP

6.1 Aplicabilitatea în rețeaua metro

În ultimul deceniu, MPLS a devenit tehnologia de transport dominantă în rețelele bazate pe pachete.Ethernet a fost una din primele tehnologii adoptate pentru această migrare însă încercările inițiale au întâmpinat câteva dificultăți:

Lipsa suportului QOS

Fiabilitate limitată

Scalabilitate limitată, referitoare la numărul de servicii suportate

Lipsa unui serviciu de management

Multe din aceste neajunsuri se datorează naturii lipsite de conectivitate a Ethernet. S-au căutat soluții, prin utilizarea MPLS ca bază pentru furnizarea de servicii Ethernet. Deși următorul pas ar fi o simplă extensie a MPLS-ului de la core către rețeaua metro sunt câteva diferențe notabile între acestea care ingreunează soluția. Așadar, s-a investit in dezvoltarea unui mai degrabă derivat al MPLS-ului, MPLS-TP. [15]

6.2 Cum funcționează MPLS

Comutarea Multiprotocol cu Etichete (Multi Protocol Label Switching) reprezintã o arhitecturã în care nodurile terminale adaugã o etichetã unui pachet IP ce identificã drumul spre destinatie, iar pachetele sunt direcționate pe baza etichetei, fãrã inspectarea header-ului inițial.

MPLS folosește o solutie ce integreazã atât controlul rutãrii IP, cât și comutarea de la nivelul legãturii de date (nivelul 2 din modelul OSI). Mai mult, MPLS oferã bazele unor servicii de rutare avansate, rezolvând o serie de probleme:

se adreseazã problemelor privind scalabilitatea, legate de modelul IP-over-ATM

reduce complexitatea operațiilor din rețea

faciliteazã apariția de noi posibilitãti de rutare, ce îmbunãtãtesc tehnicile de rutare IP existente

oferã o solutie standardizatã, ce are avantajul interoperabilitãtii între diverși furnizori de produse si servicii.

Esența MPLS-ului este generarea unei etichete „label” scurte, de dimensiune fixă, care se comportă ca o reprezentare simplificată a header-ului pachetului IP (vezi capitolul 5.1) Pachetele IP au un câmp în header-ul lor care conține adresa spre care pachetul este rutat.

În MPLS, pachetele IP sunt încapsulate cu aceste etichete de către primul dispozitiv MPLS pe care-l întâlnesc când intră în rețea. Router-ul MPLS de margine (egde-router) analizează conținutul header-ului IP și selectează o etichetă potrivită cu care sa încapsuleze pachetul.

Cel mai mare avantaj al MPLS-ului vine tocmai din faptul ca în contrast cu rutarea IP convențională, această analiză poate să nu se bazeze numai pe adresa destinație care este atribuităheader-ului IP, ci și pe alte elemente. La fiecare dintre nodurile ulterioare din rețea, eticheta MPLS (și nu header-ul IP) se folosește pentru a lua decizia de forwarding(vezi capitol 5.1) pentru un pachet. În final, pe parcurs ce pachetele MPLS etichetate părăsesc rețeaua, un alt edge router elimină etichetele.

În terminologia MPLS, nodurile sau router-ele care manipulează pachetele se numesc Label Switched Routers (LSR) – routere cu comutare de etichete.(vezi capitolul 5.2.4).

Așadar, MPLS este o tehnologie aplicabilă rețelei cu comutație de pachete la nivel 2.5 din stiva OSI (între Data Layer la nivel 2 și Network Layer la nivel 3).

MPLS poate transporta servicii Ethernet carrier-class prin depășirea limitărilor impuse de Ethernet ca tehnologie de transport.

MPLS permite utilizarea mai multor protocoale pentru că fiecare dintre acestea este încapsulat printr-un sistem propriu de etichetare: ATM, Ethernet, frame-relay, IP și servicii bazate pe TDM cu servicii orientate pe conexiune, folosind pseudo-wires. Se alocă, astfel, pentru fiecare tip de trafic, o clasă de servicii, printr-un câmp de 3 biți in etichetă.

LSR schimbă între ele hărți de etichetare și informații de rutare, folosind un protocol numit label distribution protocol (LDP), (vezi capitolul 5.2) pentru a construi baze de date pentru forwardare a informațiilor LSP, astfel încât etichetele sunt configurate automat în cadrul fiecărui router.

În urma unor standardizări, protocolul MPLS a fost extins astfel încât să permită ingineria traficului și să includă:

RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering) – permite aplicțiilor să acceseze banda rezervată din rețea, specificată prin parametri ca bandwidth, burst speed sau jitter.

MPLS Fast Reroute (FRR) – îmbunătățește rezistența la defecțiuni prin stabilirea unor drumuri de rezervă LSP

Point-to-multipoint LSP – permite folosirea multicast-ului

6.3 Rolul evolutiv al MPLS

Când operatorii de telefonie mobilă au încercat folosirea comutației de pachete, au trebuit să urmeze standardele de operare ale rețelelor tradiționale cu comutație de circuite:

-OAM (Operation and Administration Maintanance) mai amplu – pentru că inginerii de trafic sunt obișnuiți cu anumite sisteme care s-au îmbunătățit în timp iar acum trebuie să realizeaze eficient operații complicate, administrare și întreținere.

-Comutare de protecție rapidă (Fast protection switching) – mediile de transport bazate pe comutație de circuite (SONET / SDH) oferă o protecție de comutare foarte rapidă. Acest lucru asigură pentru clienți atât o experiență deosebită a serviciilor cât și continuitate. Operatorii care utilizează transportul bazat pe MPLS în rețelele proprii de acces sau de agregare trebuie să atingă un nivel de performanță – restaurarea rețelei în mai puțin de 50ms – ceea ce nu poate fi realizat cu MPLS fast reroute decât împreună cu RSVP-TE, un protocol complex și care prezintă limitări mai ales la scalare.

-Scalabilitate – Scalabilitatea este foarte importantă, deoarece mediul de acces și agregare poate cuprinde mii de noduri – mult mai multe decât sunt de obicei găsite într-o rețea de bază. Acest lucru înseamnă că orice rutare sau restaurare a arhitecturii rețelei trebuie să facă față la o procesare mult mai dificilă și să se limiteze la cantitatea de informație pe care o suportă fiecare nod.

-inginerie de trafic maleabilă (Strong Traffic engineering) – Ingineria traficului oferă control complet și capacitatea de a gestiona atent și în amănunt utilizarea rețelei și monitorizarea performanțelor, precum și pentru a oferi un mediu de transport orientat pe conexiune serviciile care necesită acest aspect.

-costuri reduse (Cost efficiency) – sunt deosebit de importante pentru că rețelele metropolitane se folosesc la scări foarte mari. Elemente de rețea MPLS sunt scumpe, deoarece susțin stiva de protocoale IP și trebuie să sprijine un plan de control distribuit.

Toți acești factori au dus la o nouă variantă de MPLS, numită MPLS-TP, care oferă funcționalitatea necesară a MPLS, minimizând totodată costurile și complexitatea.

6.4 MPLS-TP

Una din motivațiile pentru dezvoltarea MPLS-TP a fost nevoia circuitelor în rețelele de transport de pachete. Switchurile tradițonale de transport încapsulau pachetele independent, însă pentru transportul orientat pe conexiune trebuie să se stabilească în prealabil această „conexiune”, între un punct de plecare și unul de destinație – traficul urmărind, ulterior, numai acest drum prestabilit, ceea ce face ca rețelele de transport de pachete să fie foarte similare cu rețelele TDM și să simplifice managementul și migrarea rețelei de transport.

Așadar, MPLS-TP (MPLS Transport Profile) este un protocol de transport bazat pe comutație de pachete, dezvoltat de IEFT in parteneriat cu ITU-T.

S-a dorit crearea unei versiuni a MPLS optimizată pentru rețelele de transport și prezintă următoarele caracteristici:

susține modele operaționale pentru servicii de date, care sunt similare mai degrabă modelelor operaționale de transport ale rețelei decât core IP networking.

oferă un nivel de predictibilitate pentru crearea de rețele de transport de pachete , așa cum se întâmplă în prezent cu rețelele de transport pe bază de circuite.

permite operatorilor să evite costurile instalării altor noduri cu procesările de rigoare pentru a sprijini un plan de control distribuit și oferă posibilitatea configurării statice prin intermediul unui sistem de management Network Management System (NMS) .

MPLS – TP este adesea descris ca un "profil" al MPLS. Ar putea fi la fel descris ca un " protocol-fiică " al MPLS, deoarece folosește un subset de caracteristici MPLS,

6.4.1 Cum funcționează MPLS-TP

Câteva din caracteristicile MPLS au fost eliminate pentru că nu s-au considerat a fi utile în rețelele orientate pe conexiune.

Penultimate Hop Popping (PHP)- PHP este folosit de routerele marginale pentru a reduce load-ul datorat căutării a doua etichete adiționale, de aceea se elimină eticheta MPLS la penultimul nod care ar reduce traficul pe ultimul router. MPLS-TP nu folosește această tehnică pentru că nu se poate ști cu certitudine dacă se folosește protocolul IP pentru a forwarda către ultimul nod și poate cauza probleme cu QOS.

Equal Cost Multi-Path – În IP/MPLS, pachetele pot urma căi diferite pentru a ajunge la destinație, ceea ce e bine când există drumuri de costuri egale, dar care este însă în conflict cu conceptul de circuit unde traficul trebuie să urmărească același drum. Așadar, nu se mai folosește forwardarea pachetelor peste o varietate de căi de cost egal (equally best) pentru că este incompatibil cu caracterul deterministic al protocolului și necesită urmărirea performanțelor pachetelor.

Label Merge – Nu se mai poate cumula traficul de pe un drum cu cel de pe un altul, sub aceeași etichetă, lucru ce reduce numărul de etichete din rețea. Aceasta ar putea duce însă la imposibilitatea diferențierii traficului comun pentru două surse – de aceea s-a dezactivat LSP merge.

Chiar dacă se bazează pe mecanisme bazate pe MPLS pentru a forwarda datele folosind etichete, MPLS-TP funcționează fără un plan de control distribuit, bazându-se pe Sistemele de Management ale Rețelei (NMS) pentru a cunoaște traseele.

Deși dispar câteva din caracteristici, există și numeroase avantaje ale MPLS-TP-ului care fac din acest protocol unul atractiv pentru operatorii de telefonie mobilă.

6.4.2 Avantajele MPLS-TP

Randamentul OAM

OAM a fost întotdeauna important pentru rețelele de transport și totodată, unul din motivele succesului SONET/SDH – funcționalitate ce a fost extinsă și pentru transportul de pachete prin standarde ca IEEE 802.1ag, ITU-T Y.1731, Bidirectional Forwarding Detection (BFD), și LSP-Ping, LSP Traceroute.

In MPLS-TP, datele despre OAM sunt transportate pe un canal de semnalizare, Generic Associated Channel (G-Ach).

Se pot fixa alarme pentru anumite evenimente/defecțiuni în rețea, loopback-uri ot fi folosite pentru a localiza defecțiunile sau a cuantiza parametrii de conexiune end-to-end ca throughput, packet loss, latency, latency variation (jitter), care pot fi măsurați și transmiși în mod continuu. OAM poate fi aplicat la diferite nivele ale rețelei.

Protecție îmbunătățită

MPLS-TP a fost gândit pentru a se asigura delayuri sub 50 ms pentru drumul de protecție, indiferent de configurația rețelei, la fel ca și tradiționalul SDH. Când transportul de pachete a început să folosească conceptul de conexiuni sau circuite și s-a putut aplica OAM pe aceste circuite (cu alarme în caz de defecțiune), a devenit posibilă detectarea blocajelor și redirecționarea foarte rapidă a traficului de pe work path pe traseul de protecție. Aceste protection paths sunt întotdeauna pregătite să preia legătura, la fel ca în SDH. Această funcționalitate a fost standardizată de ITU-T G.8031.

Quality of Service

Într-o rețea cu comutație de pachete toate pachetele folosesc aceeași infrastructură, ceea ce face din Quality of Service un aspect prioritar; Un pachet cu prioritate ridicată sau cu un delay critic nu ar trebui așezat într-o coadă cu prioritate scăzută, așadar toate rețelele au nevoie de mecanisme QOS.

Pot exista 2 tipuri de QOS: static și ierarhic. Cel ierarhic asigură corectitudinea între diferite servicii, clienți sau prin diferite tunele.

Există 3 nivele ale QOS-ului ierarhic:

Primul nivel se asigură că fiecare CoS (Class of Service) primește banda necesară

Al doilea nivel se asigură că serviciile primesc prioritatea necesară într-un tunel

Al treilea nivel se asigură că fiecare tunel primește prioritatea necesară pentru a accesa portul terminal

Scalabilitate

MPLS-TP folosește etichete similare cu MPLS. Acestea conțin 20 biți cu care se pot crea 1 million de etichete diferite iar așezarea lor în stive permite realizarea a multiple nivele ierarhice, neexistând o limită pentru numărul de nivele. De aceea, atât MPLS cât și MPLS-TP pot fi folosite la o scară foarte largă, diferența între ele fiind însă aceea că MPLS necesită existența întregii baze de date a topologiei la fiecare router, și cum routerele au atât memoria cât și puterea de procesare limitate, pot face față la o anumită mărime a rețelei. În MPLS-TP, avem centrul NMS care folosește servere cu putere de procesare foarte mare ceea ce mărește atât scalabilitatea rețelei și simplifică nodurile.

6.4.3 Concluzii

MPLS-TP cuprinde așadar cele mai bune caracteristici ale TDM tehnologiei cu comutație de pachete – scalabilitatea conexiunilor orientate pe pachete, pe care o îmbunătățește față de cea existentă la MPLS și OAM, delayul de 50 ms din rețelele tradiționale. În anexa 6, am prezentat comparativ MPLS-TP și MPLS .

MPLS-TP este mult mai potrivit pentru rețelele metro pentru operatorii de telefonie mobilă pentru că:

-este simplu de folosit și de întreținut

-este scalabil la rețele mari

-elementele lui de rețea sunt mai ieftine și mai puțin complexe

-este robust și previzibil.

MPLS-TP însumează toate beneficiile MPLS-ului, fără complicațiile planurilor de control realizate pe un număr mare de elemente de rețea.

MPLS-TP este luat în considerare de operatori pentru o multitudine de scopuri pentru accesul și agregarea a rețelei:

Agregare regională și metropolitană – permițând agregarea unei varietăți de tipuri de trafic (ATM, Ethernet, frame relay sau TDM), peste o singură infrastructură bazată pe comutație de pachete

Mobile backhaul – oferind o infrastructură backhaul deterministă, orientată pe conexiune, care poate transporta trafic 2G, 3G și LTE prin infrastructura bazată pe comutație pachete, într-un mediu de transport familiar operatorilor de telefonie mobilă

Retail business service improvement – pentru a oferi un mediu determinist, sigur, orientat pe conexiune al rețelelor virtuale, pentru aplicații confidențiale cum ar fi videoconferințe fixe sau mobile sau pentru servicii de tip cloud.

CAPITOLUL VII [16]

MPLS-TP în rețeaua Cosmote – Mobile Backhauling COSMOTE Romania

7.1 Echipamente implicate

7.1.1 SPO 1400 POTP

Familia de echipamente Ericsson SPO 1400 (Smart Packet Optical) reprezintă platforma optică multiservice ce oferă nodului flexibilitate în ceea ce privește tehnologiile ce pot fi configurate: Ethernet (L1/L2), trafic TDM, connectivitate WDM și pachete orientate pe conexiune bazate pe MPLS-TP. Transformările din rețea se abordează eficient din punct de vedere al costurilor prin : upgradarea rețelei SDH la trafic de pachete, Mobile backhauling-ul cu full-protected HRAN (High Radio Access Network), sinergia dintre IP și mediu optic prin protocolul MPLS-TP și aplicațiile bussiness sau rezidențiale pentru Fixed Broadband & Convergence.

Platforma se bazează pe o tehnologie de switching ce include folosirea mai multor tehnologii în același nod, în același timp: Ethernet switching, TDM switching și transport WDM.

SPO 1400 poate lucra cu orice rețea core bazată pe SDH, Ethernet sau IP/MPLS. Așadar, poate fi folosit pentru migrarea de la TDM la rețele bazate pe comutație de pachete și suportă diferite tehnologii, fie bazate pe Packet over TDM, fie TDM over Packet.

Soluția aleasă este bazată pe următoarele caracteristici principale ale SPO 1400:

Ethernet Operation, Administration and Maintenance (OAM) ca în recomandarea Y.1731

MPLS-TP: Data Plane, OAM și protecție 1:1 LSP (Label Switched Path)

Și pe următoarele caracteristici secundare:

suport pentru interfața OTN

Synchronous Ethernet ca în recomandarea G.826x

protecție și agregare pentru trafic TDM și trafic de pachete incluzând Ethernet Ring Protection (ERP)

De asemeni, SPO 1400 acceptă și implementarea altor layere de transport optic cât și switching OTN, Ethernet/OTN cu debite foarte mari (40 Gbps și 100 Gbps) dar și DWDM prin folosirea unor amplificatoare optice dedicate și a unor dispozitive WSS (Wavelength Selective Switch).

Pentru soluția Mobile Backhauling COSMOTE Romania, sunt folosite următoarele noduri POTP:

Pentru Brasov:

SPO 1410 Edge/Access POTP – in site-urile Hub Proiect, Tractorul, Tampa_X, Zizinului

SPO 1460 Metro/Core POTP – in locatia de Core Brasov ASTRA_RTC

SPO 1410

SPO 1410 este un nod hibrid foarte compact ce consumă puțină putere. El prezintă capacități de switching:

Trafic TDM – de până la 15 Gbps High and Low Order

packet-based –de până la 80 Gbps

Figura7.1 Rack-ul nodului SPO 1410 :

SPO 1460

SPO 1460 este tot un nod POTP compact și de putere mică. El poate fi folosit în aplicații Metro/Core unde sunt necesare capacități mari atât pentru traficul TDM cât și pentru Packet-based.

Garantează capacități de switching:

pentru trafic SDH – de până la 60 Gbps (High and Low Order)

trafic packet-based – de 320 Gbps

Conține peste 16 sloturi vericale unde pot fi instalate aceleași Service Modules (SM) ca și SPO 1410.

SPO 1460 este prevăzut cu unele componente-cheie cum ar fi controller de sistem (System Controller), switch matrix/fabric SDH sau de pachete și alimentator – care îi permit să suporte OTN de capacități mari și module de servicii Ethernet cu debite de 40 Gbps pe slot, făcând ușor și foarte puțin costisitor upgrade-ul capacităților nodurilor la 640 Gbps, atât pentru traficul OTN cât și pentru cel Packet-switched.

Figura7.2: Rack-ul nodului SPO 1460

7.1.2 ERICSSON IP Transport NMS

Sistemul de Management Ericsson IP Transport este o soluție de management complet integrată și end-to-end O&M (Operation & Maintenance) pentru transport IP, folosit în mobile backhaul, metro, core și rețele convergente hibride fixed/mobile.

Oferă o soluție de management simplă, flexibilă, scalabilă și mai ales eficientă, permițând transformări ale rețelei la un cost foarte scăzut.

IPT NMS cuprinde toate elementele IP și cele de Broadband sub un sistem comun de management al rețelei, multi-layer (0-3, IP, Ethernet, SDH, WDM, MPLS-TP), multi-domain (Broadband Access, Microwave, Optical, Edge).

Având OAM integrat, permite evoluția SDH-to-packet, mobile backhaul și construirea rețelelor IP și Ethernet Layer 2.

IPT NMS cuprinde următoarele caracteristici:

Aprovizionare simplificată de servicii de pachete, prin layere și domenii multiple.

Operation & Maintenance complet integrat

Facilitatea de a crea pachete complete atât pentru Layerul Transport cât și pentru VPN

Este urmărită simplificarea, de-stratificarea și convergența operațională a rețelelor de transport și packet-based

Ericsson IPT NMS combină cele mai bune caracteristici ale soluțiilor precedente de management – ServiceOn NM, ServiceOn ESA and NetOp NMS, făcând upgrade-ul simplu.

Ericsson IP Transport NMS permite MPLS-TP să îmbine fiabilitatea SDH, pentru un QoS garantat și flexibilitatea unei conexiuni orientate pe protocol, implementând planul de control la nivel NMS, simplificând protocolul MPLS. Operatorul poate să configureze și controleze ușor rețeaua și serviciile sale, prin proceduri inteligente, similare cu cele existente în alte tehnologii – SDH, WDM sau IP.

Rezultă un layer MPLS îmbunătățit, compatibil în continuare cu IP/MPLS, având în plus mecanisme ce asigură scalabilitatea, fiabilitatea și calitatea transportului, cât și un cost total scăzut.

Transportul IP NMS este împărțit în două platforme ce pot fi combinate pentru o analiză de ansamblu a layerelor IP și Transport:

IP Transport NMS Circuit pentru PDH, SDH și layerele OTN/DWDM

IP Transport NMS Packet pentru layerul de ansamblu al traficului packet-based

Figura7.3: Screenshot-uri ale GUI (Graphical User Interface) pentru comutație de pachete și comutație de circute

7.1.3 ServiceOn Element Manager

ServiceOn Element Manager îndeplinește cerințele de transport atât pentru infrastructura de bază cât și pentru cea Next Generation. Poate fi adaptată pentru a urmări expansiunea rețelei și permite introducerea de noi arhitecturi de rețea, servicii și tehnologii Fiind bazată pe interfețe grafice orientate pe sarcini, permite operatorilor de rețea să se concentreze pe managementul propriu-zis al rețelei și serviciile acesteia, mai degrabă decât pe detaliile tehnologiei.

ServiceOn Element Manager este platforma de management pentru rețele Optice, de Microunde, Broadband Access și Metro Ethernet.

Împreună cu aplicațiile pentru Layerul Network (IP Transport NMS) SO-EM formează o aplicație completă de management pentru PDH, SDH, ONT, WDM, xDSL și servicii de date.

Sunt incluse în aplicație:

-Aprovizionare și configurare (Provisioning and Configuration )

-Monitorizarea statusului rețelei (Status Monitoring )

-Management de probleme (Problem management )

-Monitorizarea performanțelor (Performance Monitoring )

-Managementul Securității (Security Management )

-Managementul Inventarului (Inventory Management )

Ericsson IPT NMS și SO-EM permit un spectru larg de scheme de redundanță, ajută la restartarea serviciilor în cazul oricărui tip de defectare în rețea: protecție locală sau protecție la defectarea unui intreg site (Geographical Redundancy).

7.1.4 Management In-field al elementelor de rețea

Pentru managementul elementelor de rețea, sunt folosite următoarele versiuni de software:

-IP Transport NMS Circuit Release 11.2

-ServiceOn Element Manager Release 10.4

Pentru gestionarea traficului de rețea TDM și Ethernet al Cosmote Romania, la nivelul layerului Network, atât NMS pentru Transport IP de tip Circuit și de tip Pachet vor fi găzduite într-un server dedicat HP (Hewlett-Packard) Linux X86 Blade.

Cofigurația descrisă este schematizată în Figura 7.4

FFiFigura7.4

7.2 Modelul de rețea

Așadar, se folosește MPLS-TP ca și protocol pentru layerul Transport. Așadar, se urmărește soluția prin care MPLS-TP este activat în nodurile de Acces/Agregare (unde traficul din mai multe NodeB-uri este agregat, clasificat și forwardat) . Nodurile Head-End/Hub vor opera cu protocolul pentru trafic nativ de comutație de pachete.

În acest caz, toate funcțiile traficului de pachete corelate cu segregarea, clasificarea, tunneling și protecție prin Layerul 2 de transport Ethernet vor fi realizate de nodurile SPO 1400.

Pentru orice produs 3rd party Ericsson instalat (ASR IP Routers) în rețeaua COSMOTE Romania, conectivitatea fizică va fi realizată transparent și nu va interfera cu funcționalitatea implementată pe nodurile SPO 1410 și 1460, așa cum aceasta este prezentată în Figura 7.5.

Figura7.5

7.3 Configurarea și funcționalitatea Site-urilor

Clasificarea nodurilor SPO1400 POTP se bazează pe funcționalitatea Mobile Backhauling(Figura 7.5).s

Noduri de Acces sau Agregare, unde traficul de la mai multe NodeB sunt agregate și clasificate și apoi transmise / primite de-a lungul rețelei.

Noduri head-end sau Hub, în cazul în care traficul agregat în nodurile de acces este apoi predat (hand-over) dispozitivelor RAN de control al rețelei.

În nodurile site-urile Access/Aggregare este instalat un singur SPO 1410 căruia i se va atribui unul sau mai multe UNI (User Network Interfaces) care conectează POTP cu NodeB-uri. Fiecare UNI conține trafic de la una sau mai multe dintre ele.

Conectivitatea între NodeB-uri sau microunde și nodurile SPO se va realiza cu interfețe Ethernet electrice sau optice care funcționează la un debit FastEth sau GigEth.

Interfețele ce conectează nodurile SPO 1400 în site-uri de acces / agregare cu layerul de transport sunt definite ca NNI (Network Node Interface).

În cadrul nodurilor SPO 1400 interfețele ar putea fi considerate conexiuni logice cu interfețele WAN, cazul Pilot Line, unde conectivitatea fizică între două SPO 1400 este realizată cu interfețe SDH.

Un exemplu de un singur SPO 1410 ce funcționează în site-urile de acces /agregare este ilustrat în Figura7.6.

Figura7.6

În site-urile Head-end sau Hub sunt echipate două noduri SPO 1460. Interfețele ce conectează Layerul Transport cu nodul SPO 1460 sunt definite ca NNI (și apoi definite logic ca interfețe WAN). Porturile UNI fac si schimbul de trafic cu device-urile de control ale retelei RAN.

În configurația curentă COSMOTE Romania, în orice Hub există întotdeauna cel puțin două routere externe 3rd party (ASR IP Routers) între SPO 1460 și Controllerul RAN. Aceste tipuri de UNI au un singur link optic GigEth ce conectează una din cele două SPO 1460 cu numai unul din aceste Routere externe. Scenariul pentru Site-urile Hub este prezentat in Figura7.7.

Figura7.7

Cazuri de conectivitate fizică

Layerul Transport al COSMOTE Romania este bazat pe SDH, unde poate fi transportat atât trafic Ethernet nativ cât și TDM.

În cazul conectivității intra-nod într-un Hub, între două SPO 1400 există fibra proprie COSMOTE, peste link-uri ce operează cu debite SDH (STM-16/64), după cum e ilustrat în Figura7.8.

Figura7.8

Când se folosesc linii SDH închiriate (cazul conectivității între site-uri) nodurile SPO 1400 sunt conectate la rețeaua SDH al unui alt Operator (Other Licensed Operator (OLO)), după cum e ilustrat în Figura7.9.

Figura 7.9

7.3.1 Topologia în zona București

Zona metropolitană București este estimată ca fiind prima porțiune a Layerului de Transport a Cosmote Romania.

În această topologie, 4 noduri de Acces/Agregare sunt conectate la un HUB prin mijloacele unui inel cu conexiune fizică SDH reprezentată de liniile închiriate de STM-16.

Topologia Layerului Transport a rețelei este ilustrat în Figura 7.10, fiind evidențiată și conectivitatea între site-urile bazate pe legăturile Ethernet over SDH (EoSDH).

Figura 7.10.1:Tppologia în zona București

Figura 7.10.2:Topologia în zona București

În anexa 7 este prezentată configurarea echipamentelor.

7.3.2 Topologia Pilot Line în zona Brașov

Zona metropolitană a Brașovului este de asemeni estimată ca fiind prima porțiune a Layerului de Transport al COSMOTE Romania.

În această topologie, 4 noduri de Acces/Agregare sunt conectate la un singur site Hub printr-un inel cu conexiune fizică SDH, linii închiriate STM-16. În aceeași topologie de rețea, este prezent și un al 5-lea site de Agregare însă acesta nu generează trafic de pachete. Aceasta este ilustrată în Figura7.11.

Figura 7.11.1: Tppologia în zona Brașov

Figura 7.11.2: Topologia în zona Brașov

În anexa 7 este prezentată configurarea echipamentelor.

7.4 Modele de trafic pentru implementare

Dintre multele posibilități oferite de flexibilitatea nodului SPO 1400 POTP, le voi prezenta doar pe cele care îndeplinesc condițiile pentru protocolul MPLS-TP din Brașov și București, sau pentru o eventuală extensie a tehnologiei pe întregul Layer de Transport din România.

MPLS-TP va fi folosit numai pentru Trafic de Pachete nativ, care va fi transmis intre NodeB-uri si Routere ASR IP, prin interfețe Ethernet. Traficul TDM existent ( PDH sau SDH nativ) nu va fi inclus în aceste simulări.

Traficul de pachete nativ este tagat cu etichete numite Customer Tags (C-VLAN-uri) , care pot fi folosite de NodeB-uri diferite în acelasi nod de Acces/Agregare.

În general, se folosesc cate două etichete C-VLAN pentru fiecare grup de NodeB-uri în același site de agregare:

Un C-VLAN pentru trafic (Iub)

Un C-VLAN în scop de management (Mub) .

De asemeni, pentru fiecare site de agregare pot exista următoarele seturi de C-VLAN-uri:

Unul (sau mai multe) seturi de 2 C-VLAN-uri (Iub și Mub) pentru trafic 3G

Unul sau mai multe seturi de 2 C-VLAN-uri (Iub și Mub) pentru trafic LTE.

Tipurile de servicii existente sunt diferențiate prin felul în care C-VLAN-urile sunt încapsulate în pseudo-fire și apoi tunelate de la site-ul de Agregare la Hub.

Se presupune că tot traficul nativ de pachete care utilizează MPLS-TP este de tipul unicast (cu sursă și destinație unice definite de o adresă MAC unică) În acest caz, traficul ce floodează toate porturile dintr-un VPLS va fi limitat la perioade scurte de timp, în care este învațata adresa MAC.

7.4.1 Modelul deTrafic “VLANs granularity”

Modelul de trafic implementat este granularitatea VLAN, intrucat caracteristici ca segregarea traficului, sau construcția pseudowire-ului poate fi folosit pentru fiecare VLAN (sau grup de 2 VLAN-uri cu Iub si Mub) din topologie.

Figura 7.12 ilustrează VLAN granularity în site-uri de Acces (exemplu, AMERICA HOUSE” din topologia București).

Figura 7.13 prezintă același model în site-urile Hub (”PIPERA” din topologia București presupunând că face schimb de trafic cu site-urile de agregare “AMERICA HOUSE” și “PALATUL TELEFOANELOR”.

Pentru acest model de trafic, este necesară crearea unei instanțe VFI pentru fiecare VLAN sau grup de 2 VLAN-uri, atat in site-urile de Agregarecat și din nodurile Head-end.

Pentru Figura 7.12 ar trebui să se creeze două instanțe VFI în site-ul de Acces SPO 1410.

Figura 7.12 – SPO 1410 ca nod de Acces

În tabelul 5 sunt detaliate configurațiile pentru exemplul Nodului de Acces ilustrat în Figura 7.12 – pentru topologia Brasov.

Tabel 5

Pentru exemplul din Figura 7.13, 5 instanțe VFI diferite ar trebui create în nodul SPO 1460 în site-ul Head-End (unul pentru fiecare PW).

Detaliile configurării pentru cazul Figurii 7.13 este ilustrat în tabelul 6.

Tabel 6

Figura 7.13 – modelul în site-urile Hub

În Figura 7.13, intrarea (Ingress Policing) în UNI, care e conectat cu Routerul IP SRI se se va face in funcție de conținutul fiecărui pseudowire. Funcția de ordonare este bazată pe granularitatea unui grup de VLAN-uri, de unde și numele acestui model de trafic.

Această opțiune permite implementarea selectivă a SLA pentru fiecare tip de trafic (3G și LTE) cu backhaul într-un site Hub unic.

Granularitatea VLAN este modelul preferat pentru implementarea în rețea.

Cum se diferentiază traficul prin SPO 1400

Pentru a evita problema blocării la capatul de linie (head of line blocking), comună pentru dispozitivele de packet switching, platforma SPO 1400 utilizează Virtual Output Queuing pe același modul de servicii unde se află si UNI cu traficul de intrare (ingress). Această funcționalitate suportă opt cozi diferite pentru Class of Service și Quality of Service.

Pentru aceste cozi, pot fi configurate două modele de discard pentru trafic: Tail Drop ( pachetele care ajung ultimele sunt aruncate dacă coada este plină) sau Weighted Random Early Detection (WRED) (pachetele sunt aruncate aleator în functie de nivelul de umplere al fiecărei cozi). Pentru ambele cazuri, configurarea parametrilor (ca de exemplu mărimea pasului setata de la 100 kB pana la 4 MB) se face pe platforma lui SPO 1400.

Funcția de scheduling este alocată pe modulele Service Controllers ale SPO 1400.

Platforma Ericsson POTP suportă următoarele moduri de operare, în ceea ce privește această funcție de scheduling :

Strict Priority (SP) : traficul este trimis cu o prioritate data, doar dacă coada pentru prioritate mai mare este goală

Weighted Fair Queuing (WFQ): algoritmul de scheduling e bazat pe criterii ca alocarea benzii sau delay

Un mix intre SP si WFQ

Modul de operare Strict Priority asigură că traficul important (cu prioritate ridicată) este trimis întotdeauna fără pierderi și cu delay minim, până când rata de primire mu depășește capacitatea porturilor de output. Pe de altă parte, WFQ asigură o flexibilitate mult mai bună pentru că poate garanta un anumit delay și bandă pentru traficul ce trece prin nod. O combinație între aceste moduri este privită ca cea mai bună opțiune pentru Mobile Backhauling pentru că va garanta forwardarea traficului critic (mesaje de sincronizare, streaming video și trafic de voce) dar și alocarea unei benzi pentru celelalte servicii (Trafic Internet de exemplu).

SPO 1400 implementează și funcționalitate de dimensionare a porturilor de output pentru fiecare Modul de Serviciu. Pentru fiecare interfață rata de linie poate fi selectată între 1% și 99% din banda totală cu granularitate de 1%.)

Pentru minimizarea latenței, dimensionarea traficului de ieșire este bazată pe 3 module separate de First-In First-Out (FIFO):

Un modul e rezervat pentru trafic cu prioritate înaltă (ex, SP scheduling)

Al doilea modul e folosit pentru pachete cu prioritate scăzută (WFQ scheduling)

Al treilea modul este folosit pentru broadcast, multicast și trafic unicast necunoscut

Un exemplu de forwardare a traficului pentru SPO 1400 POTP este Figura 7.14. Se consideră cazul traficului de intrare de la două Module de Servicii diferite și traficul de ieșire de la unul singur, folosind configurația 4xSP și 4xWFQ pentru scheduling.

Figura 7.14-Schema de forwardare pentru SPO 1400

Independent de Modelul de Trafic selectat, una din principalele cerințe ale Mobile Backhauling este aceea de a diferenția traficul din rețeaua de transport a Layerului 2 Ethernet, pentru că se doresc diferite tehnologii ca 3G sau LTE pentru traficul nativ de pachete.

Soluția care a fost recomandata de Ericsson pentru COSMOTE Romania, în implementarea MPLS-TP este EXP bits on E-LSP. Este metoda cea mai practică de diferențiere a serviciilor (trafic de date, de voce) și tehnologii (3G și LTE) în rețelele mobile, întrucât un astfel de proces este controlat extern pentru Layerul de Transport.

Această solutie este in concordanta cu întreaga infrastructură a rețelei COSMOTE Romania- nu numai de capacitățile nodul SPO 1400 ci si de NodeB-uri, Routere IP și Controlerele de rețea RAN.

7.5 Implementarea MPLS-TP și reziliența traficului (Traffic Resiliency )

Diagrama implementării MPLS-TP este prezentată în Figura următoare:

Considerând topologiile rețelelor descrise (3.3) și explicând noțiunile de Pachet nativ și C-VLAN (Capitol 4) protocolul MPLS-TP trebuie implementat cu ajutorul Virtual Private LAN Services (VPLS)(Vezi capitolul 5.2).

S-a creat VPLS între trei noduri, unde unul dn ele este SPO 1410 în fiecare site de Acces/Agregare iar celelalte două sunt nodurile redundante SPO 1460, aflate în site-ul Hub.

Datorită protocolului MPLS-TP și facilităților lui SPO 1400, reziliența în layerul de transport (inele SDH cu linkuri fizice STM-16/64, ca cele descrise în Paragrafele 3.3 și 3.5) sunt realizate prin Protecție LSP 1:1.

Aceasta schema de rezilienta asigură că în cazul unei singure căderi a traficului, recuperarea se va realiza în sub 50 milisecunde, ca și în schemele de protecție tradiționale SDH.

Folosirea nodurilor redundante SPO 1460 ca și a routerelor ASR IP redundante în site-urile Hub asigură si ele rezilienta în cazul unei defectări complete a POTP sau a unui Router IP, crescând fiabilitatea în întreaga rețea Mobile Backhaul.

7.6 Implementarea VPLS

VPLS construiește un switch LAN virtual dispersat geografic, permițând conexiunea mai multor dispozitive remote într-un singur VLAN, ca și cum ar fi conectate într-un switch LAN local. End-Pointurile acestui switch virtual sunt porturi UNI localizate în nodurile SPO 1400, care sunt conectate fie la NodeB-uri (în site-uri de Acces/Agregare) fie la routere ASR IP externe (site-ul Hub).

Conectivitatea intre endpoint-urile VPLS-ului se bazeaza pe o constructie logica numita ~Pseudo-Wire” (PW),, folosite pentru a emula conexiunea. Pentru fiecare set ce contine 3 noduri VPLS, trebuie sa existe un set de 3 PW.

Prin VPLS ne putem referi si la Virtual Switching Instance (VSI) sau Virtual Forwarding Instance (VFI). Sunt setate 2 de VFI-uri (2 PW):

Un VFI pentru trafic 3G

Un VFI pentru trafic 4G

Conectivitatea între end-point-urile VLPS se bazează pe PW.

Pentru evitarea buclelor, VPLS folosește “Split horizon”- un procedeu ce implică faptul că traficul primit de la un PW nu e niciodată forwardat pe un alt PW. Ca și criteriu de forwardare, VPLS folosește adrese MAC, pentru a trimite pachetele catre porturile UNI

corecte.

în Figura 7.15 e ilustrat, pentru inelul din zona București, ca pentru fiecare VPLS cu 3 noduri exista un set de 3 PW, adică o construcție logică între două din cele trei noduri implicate (concept VPLS fully meshed).

PW 01: trafic între SPO 1410 “INTEC”și SPO 1460 “PIPERA 9”

PW 02: trafic între SPO 1410 “INTEC” și SPO 1460 “PIPERA 10”

PW 03: trafic între SPO 1460 “PIPERA 9” și SPO 1460 “PIPERA 10” (solicitat de Routerele IP, descris în paragraful 8.7- Traffic tunneling și reziliența în layerul transport)

Figura 7.15

7.7 Traffic tunneling și reziliența layerului transport

Pentru a permite conectivitatea între PW-uri în domeniul MPLS, trebuie construit un tunel între nodurile endpoint, construcție logică ce se numește Label Switch Path (LSP). Un LSP poate fi folosit pentru unul sau mai multe PW-uri si poate fi împărțit între aceleași endpoint-uri. (de exemplu, Service Module descris în paragraful 4.2).

Pentru asigurarea rezilienței traficului în layerul de transport (inelele SDH din București și Brașov), SPO1400 foloseste schema de protecție LSP 1:1, după cum e ilustrată în Figura 7.16.

Figura 7.16: Asigurarea rezilienței traficului

Între endpoint-uri se creaza două LSP-uri cu trasee diferite:

Unul funcționează ca Worker și transportă PW în condiții normale (LSP A în Figura 7.16), în timp ce al doilea funcționează ca Protection și transportă PW atunci când apare o defecțiune în Layerul de Transport.

Trecerea de la Worker la Protection LSP trebuie să se facă întotdeauna în maxim 50 milisecunde, pentru a garanta si pentru Traficul de Pachete fiabilitatea Carrier Class a SDH-ului tradițional.

Odată ce Protecția LSP 1:1 este implementată in București și Brașov, Containerele Virtuale SDH (SDH Virtual Containers (VC)) cu trafic MPLS-TP nu vor avea scheme proprii de reziliență SDH (SNCP, MSP și/sau LCAS), pentru evitarea interferențelor ce s-ar crea prin suprapunerea schemelor de reziliență .

Un exemplu de LSP în Pilot Line-ul din București pentru un Site de Acces este prezentată în Figura 7.17.

Figura 7.17.1: LSP pentru un Site de Acces

Figura 7.17.2: LSP pentru un Site de Acces

Legendă:

Cu verde inchis – LSP-urile ce conecteaza nodurile redundante SPO 1460 in Site-ul Hub si care contin toate PW ce conecteaza cele 2 noduri, pentru toate instantele VFI create in fiecare nod SPO 1460. Aceasta inseamna ca vor fi numai 2 LSP-uri in fiecare inel. Ele vor tunela toate PW, indiferent de cate site-uri de Acces exista in topologie.

Pentru un VPLS fiabil, fiecare PW trebuie să conțină Protecție LSP 1:1 și are, deci, nevoie de șase LSP-uri (Worker și Protection pentru fiecare PW al VPLS-ului) ce vor fi create pentru primul site de Agregare, unde se activeaza Protocolul MPLS-TP.

Albastru închis și deschis – LSP-urile ce conectează site-urile de Acces SPO 1410 cu fiecare SPO 1460 în Hub conțin un singur PW (pentru Service Model din paragraful 4.1) sau mai multe PW (pentru Service Model din paragraful 4.2), pentru a asigura rezilienta în layerul de transport.

Topologia COSMOTE România este bazată pe linii SDH închiriate – de aceea redundanța (prin STM-16 și/sau STM-64 și/sau linkuri Ethernet) dintre cele două noduri SPO 1460 din Huburi se realizeaza prin interfețe intra-office. Acest lucru evita încărcarea liniilor închiriate cu o capacitate suplimentară, ce presupune si un cost mai ridicat. (vezi capitolul 8.3 – Cazuri de conectivitate fizică)

Reziliența în site-urile Hub cu Routere IP

Datorita faptului că există 2 Routere IP ASR și noduri SPO 1460, se poate obține redundanța completă în Hub-uri.

Această redundanță se implementează prin conectarea unui SPO 1460 cu unul din Routerele IP ASR, printr-un link GigEth. End-point-ul traseului în SPO 1460 este portul UNI.

Pentru evitarea crearii unei bucle, fiecare SPO 1410 face schimb de trafic cu doar unul din cele doua SPO 1460 si doar cu unul din Routerele IP ASR.

Traseul între fiecare NodeB conectat la SPO 1410 în Site-ul de Acces și unul din cele duuă routere externe estei determinat de statusul Routerelor IP .

Protocolul de rezilienta (standard HSRP) stabileste un Router IP MASTER; în condiții normale, el face schimb trafic cu NodeB. Când apare o eroare în Hub, protocolul de reziliență va activa schimbul de trafic între cel de-al doilea router și NodeB.

Când are loc defectarea, nu se mai face schimb de mesaje între Routerele IP- ceea ce declanșeaza mecanismul de reziliență. Traficul între NodeB și RNC se muta prin cel de-al doilea routerIP ASR și printr-un alt SPO 1460, folosind un PW disponibil în VPLS-ul cu 3 noduri (paragraful 5.1).

Reziliența PW prin protecție LSP 1:1 va garanta funcționarea redundanței Hub-ului chiar și în cazul unui failure mai vechi din layerul de transport (de exemplu, dacă a fost tăiată fibra în inelul SDH), deci și caz de dublă defecțiune.

Mecanismul de reziliență se aplică la nivelul Layerul 3 al Routerelor IP; Procesul de invatare al adreselor MAC la nivelul layerului MPLS-TP trebuie sa fi fost pornit inainte de caderea Hubului. De aceea, procesul de recuperare al traficului în site-urile Hub dureaza întotdeauna mai mult de 50 milisecunde.

Timpul real al recuperării este determinat de factori ca: schema deja implementată pe Routerele IP (VRPP standardizat) sau numărul total de dispozitive implicate (deci, de numărul de adrese MAC).

Un exemplu de recuperare a traficului în caz de defecțiune în site-ul Hub este ilustrată în Figura 7.18, insă detaliile implementării redundanței Hub nu fac scopul acestei lucrări.

Figura 7.18: Exemplu de recuperare a traficului

7.8 Rețeaua de comunicații digitale (Digital Communication Network (DCN) ) – transmiterea informatiilor de management

Termenul Digital Communication Network (DCN) se referă la infrastructura ce permite userilor rețelei și Sistemului de management al Elementelor (Element Management System (IPT NMS and SO-EM)) să acceseze elementele din rețeaua de transport a COSMOTE Romania.

DCN este necesar configurării și supervizării nodurilor SPO 1400 fie doar la implementarea protocolului MPLS-TP, fie împreună cu tehnologii de transmisie de pachete fără conectivitate (connection-less packet technologies), ca de exemplu Protecție pe Inele Ethernet (Ethernet Ring Protection).

.

Pentru a asigura accesul userilor de Network si management – IPT NMS la elementele de rețea Platforma SPO 1400 se bazează pe o suită de protocoale IP.

De aceea, numai SPO 1400 poate ruta static sau prin Open Shortest Path First (OSPF) traficul IP.

SPO 1400 are porturi dedicate ce oferă acces la nod userilor locali sau remote – in scopuri de management. Multe noduri din rețeaua de transport folosesc aceeasi infrastructură (fibră sau linkuri de microunde) pentru schimbul de informație de management cu IPT NMS. Pentru aceste cazuri, SPO 1400 oferă două posibilități pentru informațiile In-band de management (folosind infrastructura fizică a layerului de transport) :

Canalul de comunicații digitale (Digital Communications Channel (DCC)) ale frame-urilor SDH

Managementul VLAN, unde se asigneaza pachete dedicate doar pentru unic scop de management al traficului pe link-urile fizice Ethernet, în cazul domeniilor ERP

Label Switch Path cu management ( (LSP MCC- Management contents), daca protocolul MPLS-TP este implementat pe linkurile Ethernet .

Când conexiunea fizică între noduri este realizată cu linkuri Ethernet, managementul comunicațiilor In-Band este realizat prin porțiuni dedicate ale benzii. Se crează un Management VLAN, care va fi singurul conectat la layerul IP; el este diferit de VLAN-urile pentru traficul clienților în ceea ce privește segregarea logică. Acesta reprezintă cazul tipic, când se implementează tehnologii de transport ale pachetelor (connection packet transport technologies, exemplu ERP).

7.8.1 Sincronizarea

Când se lucrează cu layerele de transport cu linkuri fizice, platforma SPO 1400 poate primi semnale de sincronizare fie prin dispozitive dedicate externe (prin E1/2 Mbps și/sau prin semnalul de sincronizare de 2 MHz) sau prin interfețe fizice SDH conectate la celălalt nod relevant.

Mai mult, SPO 1400 poate propaga semnalul de sincronizare prin interfețele fizice SDH către alte noduri din layerul transport.

Pentru ca principalul scop al implementarii MPLS-TP este folosirea liniilor SDH închiriate între nodurile POTP, sincronizarea tuturor nodurilor se va face cu semnale TDM tradiționale.

7.9 Concluzii

Datorită implementării protocolului MPLS-TP, cît și a capabilităților lui SPO1400, reziliența în layerul de transport ( inele SDH cu link-uri fizice STM 16/64) s-a putut realiza cu Protecție 1:1 LSP.

Reziliența schemei asigură restabilirea traficului ( după un single fault) se realizează sub 50 ms, ca în schemele tradiționale de protecție SDH).

Folosirea SPO 1460 redundante și a routerelor ASR IP redundante în Hub-uri oferă reziliență în cazul unui failure complet a unuia din aceste echipamente, mărind foarte mult soliditatea întregii rețele de Mobile Backhaul.

Conform rezilienței, două trasee diferite sunt create între end-point-urile cerute: unul operează ca Worker și transportă PW în condiții normale, iar al doilea este Protecția ce transportă PW dacă apare o defecțiune în Layerul de Transport.

Comutarea între Worker și Protection LSP are loc întotdeauna în mai puțin de 50 ms, garantând rezistența rețelelor de SDH tradițional și pentru trafic de Pachete.

CAPITOLUL VIII

Principile și metrica Jitter și Wander[17]

În mediul de telecomunicații actual în care întâlnim atât tehnologiile TDM, cât și tehnologiile de ultima oră bazate în intregime pe pachete, necesitatea implementării, configurării, utilizării și adaptării tehnologiilor ce se referă la sincronizare sub diversitatea tuturor protocoalelor și cerințelor existente, reprezintă o prioritate.

Sincronizarea este necesară calității și stabilității standardului dorit pe distanțe mari și peste orice tip de echipament sau tehnologie.

Metode de măsurare a sincronizării în diferite medii – există echipamente de măsurare pe standardul cerut sau multistandard care pot afișa rezultatele în timp real și pot efectua măsurători pe o perioadă de timp pentru verificarea stabilității surselor de sincronizare și a mediilor de transmisiune, salvându-le în diverse formate: word, xls, vsd, etc și/sau pot afisa rezultate tip PASSED/FAIL. Există și formate proprietare care pot fi interpretate doar de echipamentul sau softul producătorului, dar această tendință este în scădere.

Jitterul și wanderul sunt definite ca variații pe termen scurt și lung ale unul semnal digital, față de poziția lor ideală în timp- mișcări înainte și înapoi față de o sursă de ceas ideală.

Figura 8.1: Jitterul și Wanderul

Amplitudinea jitterului este exprimată în Unit Intervals (UI). De exemplu, la rate de 2048 kbit/s, o UI este echivalentă c 488 ns, pe când pentru 155.52 Mbit/s, o UI reprezintă 6.4 ns.

Măsurarea wanderului necesită o referință "wander-free" reference, relativ la care se măsoară wanderul altui semnal. Se poate folosi orice Primary Reference Clock (PRC) datorită acurateții îm timp, deși se poate folosi și tehnologia GPS.

Pentru a avea o măsurătoare concisă a calității sincronizării, s-au definit 3 parametri pentru a specifica limitele:

TIE Time Interval Error (wander in ns)

MTIE Maximum Time Interval Error (related to Peak-to-Peak wander)

TDEV Time Deviation (related to rms wander)

Amplitudinea Jitter-ului se cuantifică Peak-to-Peak, nu RMS, pentru că valoarea de vârf a jitterului va cauza o eroade de bit în echipamentul de rețea.

Valorile RMS se pot folosi pentru un model al acumulării jitterului în sistemele ce folosesc regeneratoare SDH, de exemplu.

Site Location: Cnt-2 MSC

Tested equipment & port: SSU / PORT B8 / 75Ω / 2MHz

Test duration: 24 HRS

Clock source & default quality: GPS/SSU / G811

Test equipment: ANT20SE

Reference source: TSR37 GPS

TIE value: 264.9E-12 s

MTIE value: 529.8E-12 s

OVERALL RESULTS: PASSED

Figura 8: Synchronization test report pentru tehnologia MPLS-TP

8.1 TIE (Time Interval Error)

TIE este definit ca diferența de fază între semnalul măsurat și cel de referință.

Figura 8.2: Wander TIE –exemplu de masuratoare

Tendința de creștere se datorează offset-ului frecvenței de aproximativ 1 ns pe secundă.

Figura 8.3: TIE din synchronization test report

8.2 MTIE (Maximum Time Interval Error)

MTIE este o măsură a wanderului ce caracterizează offsetul de frecvență și tranzițiile de fază – măsură a celui mai grav caz de variație a fazei unui semnal. Ea poate fi folosită pentru a detecta instabilitatea clock-ului ce poate cauza pierderi de trafic într-un canal de telecomunicații.

MTIE este cel mai mare Peak-to-Peak TIE .

Figura 8.4: wander MTIE – Exemplu de măsuratoare, corespunzătoare figurii 8.2.

Figura 8.5: MTIE din synchronization test report

8.3 TDEV (Time Deviation)

TDEV este o masurătoare a wanderului ce caracterizează conținutul spectral.

TDEV (t) este rms al TIE unde filtrul trece bandă (BPF) este centrat pe o frecvență de 0.42/t.

Figura 8.6: TDEV din Synchronization test Report

Figura 8.7: Prezentare comparativa MTIE/TDEV

Concluzii

Graficele măsurătorilor efectuate în rețeaua Cosmote prezintă valorile de jitter, wander Tie (time interval deviation), MTIE (maximum time deviation), după implementarea tehnologiei MPLS-TP.

Măsuratorile sunt la scară logaritmică, iar fiacare punct marcat pe grafic reprezintă media măsurătorilor pentru tot intervalul pe valoarea respectiv: Totalitatea măsurătorilor făcute la interval de o secundă pentru o perioadă de 24 ore. Măsurătoarea se poate face pentru acuratețea ți stabilitatea sursei atât pentru frecvență cât și pentru fază – cele două elemente definitorii ale sincronizării. În general, este utilizată frecvența pentru sync.

Obținerea cu succes a sincronizării este un pas foarte important înainte de punerea sistemului în funcțiune, pentru că atestă buna lui funcționare, demonstrează că tehnologiile prezente în rețea pot, intr-adevăr, coexista și nu se încurcă una pe cealaltă.

Valorile obținute pentru TIE și MTIE se află cu mult sub limitele admise – conform sursei de referință TSR37 GPS, fiind de ordinul picosecundelor. Testarea sincronizării s-a făcut pe echipamentul ANT20SE, pe perioada a 24 ore.

TIE value: 264.9E-12 s

MTIE value: 529.8E-12 s

CAPITOLUL IX

Crearea serviciilor Ethernet cu IPT-NMS

Cu platforma IP Transport Network Management System (NMS) – Packet, se construiește fiecare tunel MPLS-TP ca un serviciu distinct. Tunelele conțin LSP-uri care folosesc transportul orientat pe conexiune, separarea traficului și protective. Într-un serviciu tunel creat cu IP Transport NMS-Packet, se crează un LSP prin identificarea și configurarea end-point-urilor. Rutele pot fi generate sau configurate manual prin hopuri LSP. După ce se setează traseul work, se crează și protecția ce va fi folosită în cazul unei defecțiuni.

Se pot asigna costurile fiecărui link.

LSP poate fi monitorizat prin activarea serviciului Bidirectional Forwarding Detection

(BFD).

Secțiunile ce urmează descriu operațiile necesare pentru setarea și managementul rețelei.

Figura9.1 : Interfața cu utilizatorul

Figura 9.2: Iconițele IP NMS

Se urmează următorii pasi:

Pregătirea rețelei – pași preliminari

Crearea template-ului MPLS-TP

Crearea Tunelelor MPLS-TP

Activarea tunelelor MPLS-TP Tunnel

Populate the Component Domains

Crearea template-ului de ELAN Service

Create template-ului pentru EndPoint Service

Create ELAN Service

Pași preliminari

Înainte de a începe crearea infrastructurii MPLS-TP, vor trebui activate capabilitățile MPLS-TP pe toate porturile de rețea (NNI). De asemenea, este necesar să se precizeze pentru un port adresa MAC a portului echivalent de la destinație. Aceasta adresa MAC va fi Destination-MAC al fiecărui frame Ethernet, care va transporta pachete MPLS; prin urmare, dacă adresa este greșită portul care primește va renunța la frame-ul de intrare.

Se verifică dacă capabilitatea este setată MPLS și se adaugă adresa MAC de destinație.

Figura 9.3

9.1 Managementul tunelului MPLS-TP

Un tunel MPLS-TP furnizează transport de pachete între nodurile de intrare și cele de ieșire . Tuneluri MPLS-TP conțin LSP, oferind transport orientat pe conexiune, separarea traficului și protecție.

IPT NMS Packet permite crearea de tuneluri, identificarea end-pointurilor și configurarea hop-urilor interne, în funcție de constrângerile de rutare ale clientului. Traseul Tunel poate fi generat automat sau configurat manual.

După working path, utilizatorul poate adăuga protecția. LSP este monitorizată de sesiunile Bidirecțional Forwarding Detection (BDF) .

IPT NMS Packet se ocupă numai de tuneluri bidirecționale E-LSP MPLS-TP.

9.1.1 Crearea tunelelor MPLS-TP

Figura9.4: Pași pentru crearea tunelelor

Managementul resurselor

Adăugrarea elementelor de rețea

Configurarea NE se face în ServiceOn EM. NE se instalează în IP Transport NMS – Packet iar datele referitoare la subrețele, porturi, cross-connections, link-uri deja existente este stocată în IP Transport NMS – Packet database

Initial, se instalează elementele de rețea și link-urile necesare configurate in programul Service On Manager. Ne interesează cele 4 site-uri de test, create într-un template DEMO, configurate pentru folosirea lor în MPLS-TP: Test_Brasov8.3, Test_Brasov 9.4, Test_Tampa_X.2, Test_tractor_1.

Figura 9.5

După ce NE sunt instalate, sunt organizate pe domenii ce pot fi folosite pentru servicii.

Adăugarea link-urilor

Link-urile pot fi setate ca Physical (Pentru Interfețe Ethernet) sau Transport (Interfețe EoSDH- WAN) . Pentru a crea un link între două NE, porturile setate ca link endpoints trebuie să fie de același tip și bandă.

Se selectează nodurile de intrare și de ieșire, porturile logice 5.11 pentru Brașov_9 și Brașov_10.

Figura 9.6

Se selectează cele două elemente de rețea, de același tip și se crează legătura.

Se setează link cost, în funcție de capacități. Pentru linkuri mici, se seteaza cost mare si invers.

1-10GB ; 10-1GB; 100-STM-1.

Link-urile vor apărea ca o listă:

Figura 9.7

Crearea unui template pentru MPLS-TP Service

Se crează un template pentru tunele MPLS-TP, TEST_MPLS_TEMPLATE_10, pentru configurația default a parametrilor tunelului.

Templates-> MPLS-TP

Figura 9.8

Figura 9.8

Pentru a putea activa/dezactiva mai târziu back-up-ul pentru LSP, când se va finaliza crearea tunelului, trebuie făcută setarea:

Backup LSP Policy -> Optional

Se bifează BFD session pentru ca o alarmă din OAM să fie semnalată mai repede (când se întrerupe un link, pentru a se face switch-ul pe trafic MPLS-TP). Dacă nu e bifată opțiunea, timpul de switching pe tunnel este foarte mare.

Detect multiplier: setează după câte alarme BFD este considerat linkul întrerupt.

Sent interval: 3 ms, perioada după care portul transmite biții după switch.

Se seteaza required bandwidth la 10000kb/sec.

Crearea tunelului MPLS-TP

Din meniul Services, se selectează tipul de serviciu (Tunel MPLS-TP) și template-ul.

Figura 9.9

Clienții pot fi împărțiți pe foldere, în funcție de cerințele fiecăruia.

Se setează Work Orderul pentru referințe ulterioare.

Setare work/protection

Pasul următor este definirea linkurilor ca work sau protection:

Work: TEST_BRASOV3 –TEST_TRACTORUL_1

Protection: TEST_BRASOV3 –> TEST_BRASOV4 –> TEST_TAMPAX2-> TEST_TRACTORUL_1

Figura 9.10

Utilizatorul poate elimina unul sau mai multe din nodurile LSP generate și crea o nouă cale folosind noduri noi.

Dacă se șterge un link (Se setează nodurile ce se doresc șterse și se apasă Remove.) nodurile sunt in continuare setate iar programul găsește cea mai bună cale care să înlocuiască link-ul respectiv:

Figura 9.11

Etichetele LSP

Etichetele sunt adăugate automat de program, dar se poate seta fiecare ca PUSH (intrare), POP (ieșire) sau SWAP (noduri de tranzit).

Figura 9.12 – Etichetele fiecărui site

De exemplu, se intră pe BRASOV, se transmite eticheta 18 și se primeste 23 după tot traseul. Nodurile intermediare fac swap între 18 și 19. Se setează atat pentru linkul forward cat si pentru reverse.

Maintenance entity

Sesiunile de monitorizare BFD detectează o cădere a unui link pe working sau protection path în tunelul MPLS-TP. Ele se activează prin adăugarea unei entitate de mentenanță pe NE din LSP. Dacă ME detectează un fault, face comutarea la protection path.

Când s adaugă ME la un working path, aceasta se adaugă automat și la protection path.

Se selectează pentru fiecare nod in parte. Apare o altă linie care semnalează existența unei BFD session, pentru un switch rapid.

Pe BFD se pot vedea alarmele existente în sistem. (figura 9.13.1)

Figura 9.13.1: Alarmele din sistem

Momentan, tunelul este undeployed (Figura 9.13.2, link gri) și porturile sunt active pentru că tunelul trece prin toate aceste porturi

Figura 9.13

.

Figura 9.14

Putem vedea toate elementele de rețea:

Figura 9.15

Se apasă pe Complete Design și pe Activate Service. Programul face toate cross-connection-urile, de aceea acest pas durează puțin mai mult.

Se inițializează și protection path prin opțiunea INIT pentru a incepe transmisia biților BFD.

Figura 9.16

9.1.2 Activarea tunelului MPLS-TP

Activarea serviciului de MPLS-TP creează o legătură între end-point-urile A și Z ale tunelului. Pentru a face legătura disponibilă într-un serviciu Ethernet, se adaugă elementele de rețea care crează tunelul la un domeniu de component L2VPN.

Un element de rețea fără serviciul implementat apare gri, la fel ca și un LSP care nu a fost încă activat sau orice entitate de mentenanță abia definită. Atunci când s-a activat serviciul, LSP apare verde, nefiind alarme detectate. Așa cum se vede în figură, serviciului este implementat, iar mentenanța apare verde.

Figura 9.17

Tunelul este activ: link-urile sunt verzi.

Figura 9.18 rețeaua-inel cu tunelul implementat

La final, se apasă complete design.

.

Configurația pentru ambele inele.

Figura 9.19.1: LSP-urile pentru Brașov

Figura 9.19.2: LSP-urile pentru București

Definirea domeniului componentelor L2 VPN

Component domains sunt grupuri logice populate de NE ce folosesc aceeași tehnologie și același protocol. Scopul lor este de management al rutării și identificarea conexiunilor inter-domeniu din topologie. L2VPN ca și domeniu conține NE folosite pentru MPLS-TP și serviciile de L2 VPN. Se pot căuta, astfel, ink-uri, NE, tunele MPLS-TP.

Mai întâi, trebuie creat un domeniu L2VPN și populat cu un singur nod implicat în tunel. Toate celelalte noduri vor fi adăugate automat, pentru rapiditate. Se pot popula domeniile de componente cu NE ce folosesc același protocol.

Fiecare nod poate aparține unui singur domeniu L2VPN (acesta poate fi inclus doar în domenii de alt tip). Serviciul E-LAN este creat și rutat prin tunelul MPLS-TP, folosind protocolul Ethernet over MPLS-TP pentru a conecta rețelele VLAN.

Figura 9.23

Din meniul Resources– Component Domains view – Add

Figura 9.24: Pașii pentru implementarea serviciului E-LAN.

În implementare, se va folosi IPT NMS Packet Database sau NE Database, cu următoarele simboluri:

9.2.2 Crearea Template-ului E-LAN Service

Este prezentată o listă de template-uri ce pot fi folosite din baza de date IPT NMS. Se poate adăuga un template nou sau se poate clona un template vechi pentru a-l modifica.

Figura 9.25

Parametrii ce pot fi setați sunt:

Figura 9.26.1 Parametri

Figura 9.26.2: Parametri

9.2.3 Crearea template-urilor EndPoint Service

Endpoint-urile identifică elementele de rețea unde traficul este rutat și monitorizat.

Un Template de Endpoint service permite setarea unor parametri ca rata de linie, tipuri de clase de servicii și limite ale benzii.

Figura 9.27

Figura 9.28

Figura 9.29: Exemplu de template end-point

9.2 Crearea E-LAN Service

Serviciile E-LAN conectează la nivel de Layer 2 site-uri existente în rețeaua Ethernet sau MPLS. Folosesc conexiuni point-to-point prin protocoale ERP (Ethernet Ring Protection).

Se urmărește: identificarea clientuluo, denumirea serviciului, alegerea unui service template, selectarea endpoin-urilor pentru serviciu. Crearea și activarea serviciilor populează baza de date a rețelei.

Se crează serviciul:

Services – Add – E-lan emplate

Figura 9.20

Figura 9.21: Se selectează service template și service type – E-LAN.

Se adaugă lista de Customer Edge devices implicate în LAN, folosin butonul Add.(Figura 9.22)

Pentru fiecare NE, se specifică tipul și Template-ul End-to-End.

Figura 9.22

9.2.4 Rutarea E-LAN service

Serviciul E-LAN se poate ruta printr-un VPLS de tunele MPLS-TP full-mesh.

Mai multe servicii E-LAN pot rula pe același tunel.

Mai multe tunele pot fi create între două NE, pentru a asigura diferite clase de servicii.

Sistemul definește link-ul de transport folosit pentru conectarea end-point-urilor serviciilor cu diferite domenii (în cazul crossing-ului mai multor domenii).

9.2.5 Activarea E-LAN service

Când se activează serviciul, sunt create cross-connections între NE iar parametri configurați în service template sunt încărcați în baza de date a aplicației.

Din pagina Design tab se selectează Activate Service.

La sfârșitul acestor pași, serviciul a fost creat cu succes în baza de date și configurat în NE.

Concluzii

Înainte ca operatorul să înceapă implementarea, este necesar setup-ul rețelei și crearea unui template de MPLS-TP.

Se introduc elementele de rețea în baza de date ServiceOn Element Manager (SO EM). Aceasta oferă informații despre fiecare Network Element, pentru managementul traficului.

Un template include parametri generali ai unui tip de serviciu standard.

iP Transport NMS oferă informații despre circuitele de transport și resursele de trafic pentru construirea serviciului.

NE trebuiesc instalate și aliniate în aplicație, pentru a se asigura că toate elementele din SO EM sunt încărcate în IP Transport NMS.

Concluzii finale

Prin această lucrare, am urmărit să prezint aspectele implementării tehnologiei MPLS-TP în rețeaua de telefonie mobilă a Cosmote Romania.

MPLS-TP este o extensie a protocolului MPLS, îmbunătățită pentru a atinge cerințele transportului de pachete. În rețeaua COSMOTE Romania, tunele MPLS-TP sunt folosite pentru a transporta trafic de 2G, 3G și LTE între nodul de acces și cel edge. Ele oferă protecție prin existența a două trasee: Working și Protection, pe care se comută traficul la defecțiune.

Comutarea LSP între Worker și Protection are loc întotdeauna în mai puțin de 50 ms, garantând rezistența rețelelor de SDH tradițional și pentru trafic de Pachete.

Folosind platforma IP Transport Network Management System (NMS) – Packet, am construit o rețea de test ce urmărește setările rețelei reale COSMOTE Romania. (Capitolul IX). Trebuiesc configurate tunelele MPLS-TP și Serviciile E-LAN. Pentru aceasta, se crează template-uri pentru fiecare, se vor aplica topologiei iar apoi se vor activa. Totodată, se adaugă etichetele LSP și entitatea de mentenanță.

IP Transport NMS permite managementul multi-layerului IP, Ethernet, SDH, WDM, MPLS-TP, într-o rețea multi-domain (Broadband Access, Microunde, Optic). Se poate opera cu OAM, se simplifică evoluția de la SDH la Packet și construcția unei rețele de pachete IP și Ethernet.

IP Transport NMS comunică cu ServiceOn EM pentru a define modelul de rețea.

ServiceOn EM ușurează managementul NE, link-urilor și topologiei rețelei.

S-au folosit 4 site-uri de test Test_Brasov8.3, Test_Brasov 9.4, Test_Tampa_X.2, Test_tractor_1, care s-au interconectat printr-o topologie inel.

Datorită implementării protocolului MPLS-TP, cît și a capabilităților lui SPO1400, reziliența în layerul de transport (inele SDH cu link-uri fizice STM 16/64) s-a putut realiza cu Protecție 1:1 LSP.

Randamentul OAM, atât de important pentru rețelele de transport și foarte bine pus la punct în rețelele SDH, este monitorizat prin intermediul BFD sessions. Acestea detectează foarte rapid căderile de link-uri pe traseele work sau protection ale MPLS-TP. Această opțiune se poate activa prin entitatea de mentenanță a fiecărui NE, ce face parte din LSP în IPT NMS. (Capitolul 6.4.2).

Asocierea unui protection path cu o entitate de mentenanță asigură un fast Reroute (FRR, capitol 6.2) al conectivității – care îmbunătățește rezistența la defecțiuni prin stabilirea unor drumuri de rezervă LSP.

Mantainance Entity este cea care detectează un defect în working path și redirecționează automat traficul pe protecție. ME monitorizează, de asemeni, alarmele de pe tunel(figura 9.13.1)

Aceste capabilități OAM, sistemul de management al rețelei, permit scalarea rețelei la câteva mii de echipamente, de unde rezultă respectarea scalabilității conexiunilor orientate pe pachete– un alt avantaj obținut prin implementarea acestei tehnologii.

De asemeni, MPLS-TP este ușor de întreținut și de configurat, platformele cu care se lucrează pe echipamente fiind foarte intuitive. Ele oferă nodulurilor flexibilitate în ceea ce privește tehnologiile ce pot fi configurate: Ethernet (L1/L2), trafic TDM, connectivitate WDM și pachete orientate pe conexiune bazate pe MPLS-TP

Se atinge și obiectivul agregării unor varietăți de tipuri de trafic (ATM, Ethernet, frame relay sau TDM), peste o singură infrastructură bazată pe comutație de pachete

Rețeaua este upgradată eficient și din punctul de vedere al costurilor. Se reduc cheltuielile de capital (CapEx) și costurile operaționale (OpEx) ale rețelei., caracteristică specifică tehnologiei.

Practic, se folosesc rețelele SDH existente, trecându-se la comutarea de pachete.

Se păstrează majoritatea echipamentelor aflate deja în topologie și se integrează echipamentele SPO 1400 care introduc o platformă optică ce oferă lărgimi de benzi foarte mari. Se crează o sinergie între traficul IP și mediul optic, prin protocolul MPLS-TP.

SPO 1400 permit folosirea mai multor tehnologii în același nod, în același timp: Ethernet switching, TDM switching și transport WDM, fiind ideale pentru cazul COSMOTE Romania, care au migrat traficul TDM pe trafic bazat pe comutație de pachete.

Sistemele de fibră sunt mult mai eficiente din punct de vedere al costurilor, față de cablurile metalice, sateliți sau radio pentru aplicații long-haul.

Chiar dacă se bazează pe mecanisme bazate pe MPLS pentru a forwarda datele folosind etichete, MPLS-TP funcționează fără un plan de control distribuit, bazându-se pe IPT NMS pentru a cunoaște traseele (Capitol 6.4.1).

Toate funcțiile traficului de pachete corelate cu segregarea, clasificarea, tunneling și protecție prin Layerul 2 de transport Ethernet vor fi realizate de nodurile SPO 1400.

Toate acestea fac din MPLS-TP o tehnologie ideală pentru inelele metropolitane de FO.

=== Lucrare (1) ===

MODERNIZAREA INELELOR METROPOLITANE BAZATĂ PE TRANSPORTUL MPLS-TP ÎN REȚEAUA COSMOTE DE FO

Contents

Listă acronime

CAPITOLUL I

Introducere

Serviciile de date sunt interdependente cu societatea și economia. Deși informatia ar trebui să fie privită ca un ajutor, o unealtă, în zilele noastre a devenit o comoditate. Această accepțiune universală a tehnologiei informației a îngreunat structura pe care au fost construite serviciile de date. Cererea foarte mare, împreună cu ratele de utilizare la fel de ridicate depășesc rapid capacitățile fibrelor instalate acum 10 ani, care inițial ar fi trebuit să fie suficiente pentru a acoperi o perioadă îndelungată de timp.

Figura1.1: Evoluția tehnologiilor de transport [1]

Această explozie a necesității de bandă se datorează creșterii traficului de date. Se estimează că o treime din populația globului este online, iar această proporție este în continuă creștere: Useri noi, device-uri noi ce se conectează la rețele și servicii heavy-data ca streaming-ul video determină o creștere a cererii de bandă mai rapidă decât operatorii sunt capabili să ofere. [2]

În 2015, cererea de trafic video va ajunge la echivalentul a trei bilioane de DVD-uri pe lună și un milion de minute de streaming video vor traversa rețelele IP în fiecare secundă.

Totodată, traficul pe smartphone-uri și tablete este aproape congestionat, iar operatorii sunt nevoiți să restricționeze traficul lunar/utilizator. Statisticile Cisco arată că dispozitivele mobile de Internet, incluzând laptopurile, vor fi mai numeroase decât populația globului, depășind 10 bilioane în 2016.

De aceea, multe companii înceacă dezvoltarea de tehnologii Internet next-generation, iar statisticile sunt optimiste. În conformitate cu Cisco, traficul IP global a crescut de opt ori în ultimii cinci ani până în 2010 și va fi de patru ori mai mare până în 2015, ajungând la aproape 1 zetabyte (aprox. 966 hexabytes), față de 20.2 hexabytes în 2010.

Odată cu creșterea volumului de trafic, însăși natura traficului devine mai complexă întrucât tehnologia este obligată să evolueze constant. IP-ul este, acum, fundația tuturor serviciilor. Operatorii migrează de la sistemele TDM, optimizate pentru voce, care acum sunt congestionate, ineficiente și costisitoare, către trafic packet-switched, ceea ce necesită upgradarea arhitecturii și a echipamentelor existente – pe cât posibil, cu costuri cât mai mici.

Figura 1.2: Traficul global IP în funcție de tip, exprimat în petabytes/ lună, conform Cisco (Internet fix, trafic de date) [3]

Rețelele de transport au principala funcție de a transporta informația între dispozitivele marginale de servicii (Digital Subscriber Line Access Multiplexers (DSLAMs), gateway-uri, multiplexoare T1/E1, etc).

Sistemele tradiționale de transport, bazate pe platforme SONET/SDH oferă servicii de rețea cu lățimi de bandă cu granularitate mică și servicii de transmisiuni long-haul cu viteze mari.

Se emulează rețelele de transport cu comutație de pachete cu granularitate fixată (64 Kbps, 1.5 Mbps, 2 Mbps, 50 Mbps, 150 Mbps, 600 Mbps, etc.) folosind tehnologii orientate pe conexiune, packet-switched, pentru domeniile de acces/agregare sau metro.

Se dorește simplificarea networking-ului cu transport de pachete pentru a reduce cheltuielile de capital (capital expenditures (CapEx)) și costurile operaționale ( operational expenses (OpEx)) ale rețelelor next-generation.

De ce MPLS-TP

MPLS este considerată tehnologia lider pentru rețelele cu comutație de pachete, connection-oriented. Mulți operatori de telefonie mobilă și-au arătat interesul în a-și migra rețelele core pe MPLS.

MPLS-TP este un profil, un subset al MPLS-ului, construit pentru rețelele de transport. [4]

MPLS-TP conține o serie de îmbunătățiri care sunt compatibile cu standardul MPLS, pentru a include suport și pentru rețelele TDM tradiționale. Se păstrează mecanismele de QOS existente în acest standard, beneficiind totodată de avantajele mecanismelor de protecție in-band Operations, Administration, and Maintenance (OAM) ale comutației de circuite.

Figura 1.3: MPLS-TP ca subset al MPLS [4]

De asemenea, se poate migra direct de la TDM SONET/SDH, păstrându-se, bineînțeles, caracteristicile importante: traseu predeterminat, fast detection and recover time, in band OAM, etc.

Practic, traficul primit de la circuitele atașate este încapsulat în Pachete MPLS-TP și apoi va fi comutat. În MPLS-TP, există două trasee, unul working și unul protection, emulate de forma unul LSP Working and Protection Path (Label switched path).

Față de MPLS, MPLS-TP nu are nevoie de un plan de control (control plan). Working și Protection LSP sunt furnizate prin NMS (Network and Management System).

În MPLS, se găsesc vecinii unui nod prin Label distribution Protocol și se face schimb de etichete. În MPLS-TP, LSP este configurat static.

Rețeaua MPLS-TP emulează un PseudoWire edge-to-edge care folosește tehnologia packet-switched, astfel încât Provider Edge să aibă conectivitate de layer 2 cu Customer Edge, ca în rețelele SDH (Figura4). În MPLS, nu contează statusul link-ului end-to end, fizic sau logic. [5]

Figura 1.4: Structura layerului de acces cu MPLS-TP implementat, ca în structura SDH

CAPITOLUL II

Networking Optic –Rețele optice

2.1 Ce este networking-ul optic

După cum sugerează și numele, rețelele optice folosesc și componente optice, nu numai electronice, în structura lor. Comparativ cu cablul metalic, sistemele de fibră optică oferă benzi mult mai mari, atenuare mică, și evită interferența electrică – ceea ce a dus la o creștere imensă a sistemelor de fibră la nivel mondial. În zilele noastre, toate rețelele de telecomunicații long-haul depind de folosirea rețelelor optice de capacitate mare și performanță robustă.

Rețelele tradiționale sunt, în principiu, o colecție de switch-uri interconectate punct la punct de link-uri de fibră optică, ce pot acoperi rețele locale, metropolitane sau wide area. Pentru a acomoda creșterea continuă a cererii de bandă și de flexbilitate, se pot adăuga și alte fibre și switch-uri, se poate crește bit-rate-ul pe fibră, sau mări capacitatea și throughput-ul switch-urilor. Aceste feluri de îmbunătățiri duc la rețele foarte mari și complexe, a căror construcție este dificilă și costisitoare; însă descoperirile recente în tehnologia optică promit rețele revoluționare, capabile să furnizeze costuri reduse, flexibilitate și robustețe, care folosesc, în același timp, rețeaua de fibră existentă.

2.2 Principiul de funcționare

O fibră optică este un ghid de undă cilindric, compus din două materiale transparente cu indici de refracție diferit. Cele două materiale, de obicei sticlă de înaltă calitate, sunt dispuse concentric, pentru a forma un miez interior și un înveliș exterior. Unghiurile diferite de intrare a sursei de lumină duc la mai multe moduri de propagare a undei. Propagarea poate fi limitată la monomod prin utilizarea unui nucleu de diametru mic.

Alegerea între fibrele monomod și multimod depinde de spațierea dorită între repetoare și de rata de transmisie. Modul monomod este alegerea preferată pentru rețelele long-haul (pe distanțe mari) sau cu data-rate-uri mari. Prima formă de fibre multimod este cea step-index, care are miezul cu un indice de refracție uniform și învelișul tot cu indice de refracție uniform, dar mai mic. În acest caz, viteza de propagare în miez este constantă, astfel încât razele care au un drum mai lung ajung după cele care au un drum mai scurt – favorizând împrăștierea implsului sau dispersia. Aceste efecte dispersive pot fi remediate prin construirea unei fibre al cărei indice de refracție crește spre axă, cu un profil al indicelui de formă parabolică- fibră cu indice gradat, la care razele care au trasee mai lungi au o viteză mai mare decât razele cu căi scurte, datorită micșorării indicelui de refracție proporțional cu distanța radială. Diferite moduri de propagare tind, astfel, să aibă în același timp de sosire, astfel încât dispersia este redusă la minim și devin posibile lărgimi de bandă mari și pentru fibrele multimod.

În spectrul disponibil al unui sistem de fibre optice, există trei ferestre cu pierderi mici, la lungimi de undă de aproximativ 850, 1300, și 1550 nm. Primele aplicații ce folosesc fibră ca mediu de comunicații s-au bazat pe banda de lungimi de undă scurte, de aproximativ 800 – 860 nm. Sunt interesante în schimb aplicațiile în banda de lungimi de undă mai mari, între 1300 și 1550 nm, pentru că aici se îmbunătățesc atenuarea și dispersia.

Tipic, se folosesc lungimile de undă scurte pentru short-haul și sisteme cu data rate mic, și lungimi de undă mari pentru sisteme long-haul, cu data-rate ridicat. S-au dezvoltat fibre speciale care mută dispersia minimă la aproximativ 1550 nm pentru a folosi atât o atenuare cât și o dispersie minimă.(dispersion-shifted fibers, importante în aplicațiile cu fibră monomod)/

Sistemele de fibră optică low data-rate, short-haul, folosesc cabluri multimod și transmițătoare LED și receivere PIN diode, pe când cele high-data rate se transmit pe cabluri monomod, transmițătoare cu diode laser și receivere fotodiode.

Cele mai recente sisteme de fibră optică au îmbunătățit semnificativ lățimea de bandă și distanțarea posibilă între repetoare. Mai multe lungimi de undă pot fi transmise simultan prin Wavelength Division Multiplexing (WDM), analog cu frequency-division multiplexing (FDM) utilizată în telefonie. Acum, sunt disponibile amplificatoare optice care înlocuiesc partea electronică cu fibră dopată sau dispozitive cu laser semiconductoare

Utilizarea amplificatoarelor optice permite upgrade-ul bit-rate-urilor sistemelor optice fără înlocuirea repetoarelor. Amplificatoare optice sunt, de asemenea, folosite pentru a atinge distanțe foarte mari, prin transmisie soliton – transmiterea unui impuls ideal fără pierderea formei acestuia.

2.3 Arhitectura rețelelor optice

Există două arhitecturi optice standard, liniare și inel. Ambele pot oferi atât protecție cât și restaurarea serviciilor de rețea. Inele SONET/SDH sunt arhitectura cea mai des folosită. Ele pot privite ca rețele liniare ”împăturite” pentru a crea o buclă sau un inel. Spre deosebire de arhitecturile liniare, inelele sunt concepute pentru a garanta restabilirea automată a serviciilor atunci când cablul sau nodurile se defectează, prin utilizarea buclei în jurul componentei căzute. Datorită acestei protecții automate la defecțiuni, aceste inele sunt numite self-healing. Există mai multe arhitecturi inel SONET/SDH care depind de numărul de fibre, direcția de transport, precum și nivelul de comutare la protecție.

Inițial dezvoltat în Statele Unite ale Americii, standardul SONET a fost adoptat de către ITU-T, și redenumit ca ierarhia digitală sincronă (SDH). Aceste standarde oferă un set complet de specificații pentru a permite conexiuni naționale și internaționale, la diferite niveluri. Interfețe optice sunt definite astfel încât să formeze o interfață universală și permit interconectarea echipamentelor de la vendori diferiți.

Structura standardizată a semnalului permite transmiterea oricărei rate ierarhice existente (DS-1, DS-3, E-1, și E-3)​​. Sunt ușurate sincronizarea, multiplexarea add / drop , monitorizarea performanțelor și managementul rețelei. Ierarhia SDH este bazată pe multiplexare sincronă, cu o rată de bază de 155.52 Mb/s, care formează un STM-1 (Synchronous Transfer Module), astfel încât ratele SDH mai mari sunt multipli N x 155.52 Mb/s. Structura semnalului de bază este flexibilă pentru a transporta o varietate de rate de nivel inferior semnalului de 155.52 Mb/s, fără a fi necesare demultiplexarări succesive la recepție. [6]

Pe lângă STM, există și ATM – asynchronous transfer mode. Tehnologia consideră link-ul de transport un mediu unde celulele și pachetele de date pot fi trimise asincron. ATM este bazat pe celule și este orientat pe conexiune. El poate fi folosit pentru transfer de voce, date sau video.

Suportă switching VP sau VC (Virtual Container)

Folosește Virtual Path Identifier și Virtual Circuit Identifier (VPI/VCI) pentru a ruta traficul prin switch-urile ATM

Celula ATM este formată din:

Generic Flow Control (GFC) – folosit de NNI pentru a controla traficul între end-point și switch.

Virtual Path Identifier (VPI) – poate ocnține unul sau mai mult VCI

Virtual Channel Identifier (VCI) – ajută transmisia de celule prin switch

Payload Type Identifier (PTI) – identifică tipul de informație din celule

2.4 Networking optic vs. alte tehnologii

Dimensiune și greutate: Deoarece o fibră are , de obicei, doar 125 pm în diametru, un cablu cu fibre multiple poate fi construit mult mai mic decât cablurile metalice.

Lărgime de bandă: Cabluri optice au lărgimi de bandă ce pot fi mai mari decât ale cablului metalic cu câteva ordine de mărime. Sisteme cu rata de bit mică pot fi upgradate la rate mai mari fără a fi necesară schimbarea fibrelor, prin schimbarea sursei de lumină (LED în Laser), îmbunătățind tehnica de modulare, receiverul sau folosind wavelength division multiplexing.

Distanțarea repetoarelor: Cu cablul de fibra optică, ce are pierderi reduse, distanța dintre repetoare poate fi semnificativ mai mare decât în sistemele de cabluri metalice. Mai mult, pierderile din fibrele optice sunt independente de lățimea de bandă, în timp ce pentru cablul coaxial pierderile cresc cu banda.

Izolarea electrică: Cablurile de fibră optică nu sunt conductive electric, fapt ce elimină toate problemele electrice pe care le au cablurile metalice. Sisteme de fibră optică sunt imune la căderi de tensiune sau scurtcircuite. Fibrele nu sunt sensibile la interferențele electromagnetice de la liniile electrice, semnale radio sau sisteme de cablu adiacente.

Crosstalk: Deoarece nu există nici o cuplare optică între fibrele unui cablu, sistemele de fibră nu prezintă Crosstalk. În sisteme de cabluri metalice, crosstalk-ul este o problemă comună care de multe limitează performanțele.

Mediu: Sisteme de fibră optică concepute în mod corespunzător nu sunt afectate de temperatură sau umiditate și, prin urmare, au aplicabilitate și sub apă. Pentru cablul metalic, umiditatea este o problemă uzuală în special în mediu subteran, rezultând scurtcircuite, atenuare mare, coroziune sau crosstalk crescut.

Fiabilitate: Fiabilitatea fibrelor optice, a driverelor optice și a receptoarelor optice a ajuns în punctul în care factorii de limitare sunt circuitele electronice asociate.

Cost: Numeroasele avantaje ale fibrei enumerate aici au dus la o creștere foarte mare a aplicațiilor lor, reduceri ale costurilor datorate atât îmbunătățirilor tehnologice cât și a volumului de vânzări.

2.5 Aplicații ale rețelelor optice

Sistemele de fibră sunt mult mai eficiente din punct de vedere al costurilor, față de cablurile metalice, sateliți sau radio pentru aplicații long-haul, de rate mari. Se așteaptă ca fibra să fie folosită și pentru aplicațiile short-haul, incluzând rețelele locale, înlocuind cablurile metalice. Un avantaj final legat de costurile fibrei este materialul din care este realizată – nisipul, unul din cele mai abundente materiale de pe Pământ, față de cuprul care într-o zi se va epuiza sau spectrul radio, care este deja aproape consumat.

CAPITOLUL III

Transport Network

În general, o rețea de transport este o rețea ce trebuie să asigure o agregare de încredere și o infrastructură de transport pentru orice tip de trafic, la orice scală.

Figura 3.1: Cum se introduce tehnologia MPLS-TP în arhitectura unei rețele.[7]

3.1 Arhitecturi de rețele

Figura 3.2: Evoluția rețelelor

3.1.1 Rețeaua 2G – GSM

Rețeaua GSM are multe elemente tipice rețelelor celulare. Fiecare celulă este acoperită cu semnal radio de o stație de bază, BTS (Base Tranceiver Station), formată dintr-un set de echipamente de emisie/recepție, câte unul pentru fiecare canal radio duplex (Figura7). Mai multe stații de bază sunt comandate de o unitate de control, BSC (Base Station Controller).

Unitatea de control împreună cu stațiile de bază pe care le coordonează formează un sub-sistem de stații de bază, BSS (Base Station sub-System), sau rețeaua de Acces. Mai multe sub-sisteme sunt interconectate prin intermediul unei centrale pentru abonați mobili, MSC (Mobile Services Switching Centre), folosind trunchiuri de linie, cu fir sau herțiene.

Sub-sistemul de stații de bază administrează resursele radio și realizează comutarea între canalele radio și canalele temporale pentru conexiunile stație mobilă (MS)-centrala de comutare al serviciilor (MSC).

Centrala de comutare MSC, este similară cu o centrală ISDN și reprezintă punctul de conectare al rețelei celulare cu rețeaua telefonică publică comutată (PSTN) sau cu rețeaua ISDN. Centrala de comutare răspunde de prelucrările cerute de un apel, controlează funcțiile de semnalizare implicite și coordonează procesele de transfer ale abonatului mobil.[7]

Figura 3.3: Arhitectura 2G [7]

Entități specifice GSM

GSM conține o serie de baze de date cu ajutorul cărora sunt realizate funcțiile legate de tratarea mobilității și a apelurilor. Se disting patru tipuri de baze de date:

baza de date primară a abonaților mobili, HLR (Home Location Register), care conține toate datele cu privire la abonații care aparțin de centrală;

baza de date temporară a abonaților mobili în trecere (vizitatori), VLR (Visitors Location Register), care conține o serie de date cu privire la abonații aflați temporar în zona centralei;

centrul de autorizare AUC (Authentification Centre);

baza de date pentru identificarea echipamentelor mobile EIR (Equipment Identity Register).

Interfețe GSM

Interfața Um

Subsistemele BS și Mobile Station-urile comunică prin interfața Um, cunoscută ca interfața aer sau link radio

Abis interface

Base transceiver station (BTS) și base station controller (BSC) comunică prin interfața Abis

A interface
Base station subsystem comunică cu Mobile service Switching Center prin interfața A

3.1.2 Rețeaua 3G -UMTS

Necesitatea de a lucra cu aplicații ce impun transmisiuni cu debite ridicate a dus la apariția generatiei 3G, UMTS – Univesal Mobile Telecomunication System, ce a fost dezvoltată in proiectul 3GPP – 3rd Generation Partnership Project. 3GPP reprezintă un parteneriat a 6 organizații de dezvoltare a standardelor, din Europa (ETSI), Japonia (ARIB, TTC), Coreea (TTA), America de Nord (ATIS) și China (CCSA).

Spre deosebire de GSM care foloseste FDMA si TDMA, UMTS folosește tehnologia CDMA – Code Division Multiple Access.

Figura 3.4: Arhitectura rețelei 3G [8]

Arhitectura rețelei UMTS

Arhitectura UMTS se împarte în două subsisteme :

1. UTRAN – UMTS Terestrial Radio Access Network. UTRAN-ul este compus din două elemente : NodeB (stația de bază care intră în legatură cu UE – User Equipment) și RNC – Radio Network Controller (controlează NodeB-urile și parametrii resurselor radio ai NodeB-urilor).

2. CN – Core Network (centrala ce asigură managementul apelurilor intra și inter rețea).

Elementele rețelei UMTS interacționează între ele prin intermediul interfețelor:

Iub este interfața de comunicare între un NodeB si un RNC.

Iur este interfața de comunicare între RNC-uri,

Iu este interfața de comunicare între RNC si CN.

Figura 3.5: Arhitectura rețelei 3G. Interfețe [9]

3.1.3 Rețeaua 4G – Long Term Evolution [8]

Target-ul stabilit pentru tehnologia LTE a fost obținerea unei viteze de download de 100Mb/s ți upload de 50Mb/s pentru transmisiuni radio.

Pentru a putea realiza un astfel de target a trebuit să se folosească o nouă arhitectură a rețelei, fără a lua în calcul compatibilitatea cu tehnologia anterioară – UMTS.

Figura 3.6: Îmbunătățirile LTE. Acoperire mai mare, Vitezele de upload/download, Latența, CapEx/OpEx, etc.

Spre deosebire de arhitectura UMTS, arhitectura LTE conține un singur tip de nod numit eNodeB. eNodeB-ul preia funcțiile suportate de NodeB si RNC prezente în UMTS, inclusiv managementul resurselor radio și funcțiile Scheduler-ului din UMTS.

eNodeB-urile interactionează între ele prin interfata X2 ce facilitează atât transferul informatiei utile, cât și semnalizarea necesară. Schimbul de informație dintre eNodeB-uri și Core Network este facilitată de interfața S1 ce face legătura între eNodeB si PDN-Gw – Packet Data Network Gateway.

Core Network-ul LTE se numeste EPC – Evolved Packet Core.

Această arhitectură redusă facilitează reducerea considerabilă a latenței atât în ceea ce privește transmisia pachetelor de date, cât și faza de setup a conexiunii.

În anexă, prezint inelele de MPLS-TP pentru 2G, 3G și 4G, în rețeaua Cosmote.

Figura 3.7: Diferențele între arhitectura 2G/3G și 4G/ Interfețe

3.2 Tipuri de rețele[11]

Una din modalitățile de a clasifica rețelele este după domeniul lor de aplicare sau după scalabilitatea lor. Industria rețelisticii se referă la orice rețea ca la un tip de area network.

LAN (Local Area Networking)

WLAN (Wireless Local Area Networks)

WAN (Wide Area Networks)

MAN (Metropolitan Area Networks)

CAN (Campus Area Networks)

LAN – Local Area Network

Un LAN conectează dispozitivele unei rețele pe distanțe relativ mici: O clădire de birouri, o școală sau într-o locuință. Sunt controlate, în general, de o singură persoană/ organizație și majoritatea folosesc Ethernet și Token Ring.

Figura 3.8: LAN

WAN – Wide Area Networks

Un WAN presupune o distanță fizică mai mare; Sunt folosite pentru a conecta servere la computere aflate pe continente diferite, de exemplu.

În principiu, ca mediu de transmisiune, folosesc fibra optică. Internetul este cea mai mare rețea WAN, conectând toată informația existentă în toate rețelele.

Pot cuprinde mai multe LAN-uri dispersate geografic. Routerele realizează conexiunea LAN-urilor la WAN-uri. În general, WAN-urile nu aparțin cuiva anume și există sub un colectiv sau au apartenența și managementul distribuite. WAN-urile folosesc tehnologii ca ATM și Frame Relay pentru conectivitate la distanțe mari.

MAN (Metropolitan Area Networks)

Rețelele metropolitane se folosesc pentru a realiza comunicația între sistemele dintr-un oraș, deci ocupă un spațiu geografic mai mic decât WAN-urile. Termenul se referă și la interconectarea mai multor LAN-uri, prin backbone-uri sau la campusuri. Se caracterizează prin conexiuni de foarte mare viteză, folosind fibră optică. Mecanismul unui MAN este similar cu cel al unui ISP (Internet Service Provider) și funcționează la nivelul layerului 2 (Data Link) al stivei OSI.

CAN (Campus Area Networks)

CAN-urile sunt în general conexiuni între rețele LAN mai mici, folosite în campusuri universitare și clădiri de birouri. Permite un file sharing ușor între diferite departamente, pentru că uzual fișierele sunt transmise prin serverele fiecărui LAN. Acest tip de rețea ușurează transferul și downloadul de fișiere.

Figura 3.11: Campus Area Network

CAPITOLUL IV

Ierarhia globală a rețelelor. Rețele metropolitane [10]

Putem defini în sens larg entitățile care compun o rețea globală bazată pe variabile ca tehnologia de transport, distanță sau aplicații. Putem descrie rețelele MAN ca zona dintre long-haul și partea de acces a rețelei globale ( Figura16).

Figura 4.1: Ierarhia globală a rețelelor [10]

4.1 Rețelele Long-Haul

Rețelele Long-Haul sunt core-ul unei rețele globale. Dominate de un grup mic de operatori naționali și globali, rețelele long-haul conectează MAN-urile. Ele se ocupă de transport, deci principala lor preocupare este capacitatea. În multe cazuri, aceste rețele, care tradițional au fost bazate pe SONET/SDH, nu mai au capacitate pe fibră datorită cererii mari de bandă.

4.2 Access Networks

De cealaltă parte a spectrului se află rețelele de Acces. Acestea sunt cele mai apropiate de useri, la marginea MAN-ului. Sunt caracterizate de diferite protocoale și infrastructuri și conțin o gamă largă de debite, întrucât clienții operatorilor sunt de la utilizatori individuali de Internet la corporații sau instituții.

Traficul principal este cel IP și aduce multe provocări, mai ales pentru aplicațiile în timp real și este necesar să se transporte în continuare și traficul TDM.

4.3 Metropolitan Area Networks

Între aceste două tipuri de rețele, se află MAN-urile. Ele canalizează traficul între domeniul metropolitan (birouri, afaceri, etc). MAN au aceleași caracteristici ca rețelele de acces: diferite protocoale de rutare și viteze pe canale. De asemeni, ele au fost bazate pe SONET/SDH folosind topologii point-to-point sau inel, cu ADM (add/dropMultiplexers) .

Așadar, rețelele MAN se află la graniță: trebuie să satisfacă atât nevoile create de dinamica lățimii de bandă din rețelele de transport long-haul cât și cererile de conectivitate în creștere și tehnologiile de acces sunt specifice serviciilor de date de mare viteză.

4.4 Rețele metropolitane și rețele Long-Haul

Rețelele MAN nu sunt doar simple scalări la dimensiuni mai mici ale rețelelor long-haul. Rețeaua este mai stabilă pentru long-haul, pe când topologiile se schimbă des în MAN-uri. MAN-urile trebuie să fie ”învățate” să suporte diferite tehnologii, de la voce la stocarea de date, aplicații video, pe când rețelele long-haul țin cont doar de dimensiunile mediului de transport. Însă MAN-urile conțin o colecție de echipamente low bit-rate de trasmitere a traficului sincron și asincron, secțiuni de cross mici (small cross-sections) și o multitudine de useri cu cereri de bandă diferite; acestea au implicații puternice în domeniul metropolitan. Transparența protocoalelor și a vitezei, scalabilitatea, dinamica sunt la fel de importante ca și capacitatea, acesta fiind marele avantaj al long-haul-ului.

4.5 Rețele optice metropolitane bazate pe topologia inel

Rețelele optice metropolitane (MAN) bazate pe topologia inel sunt folosite pentru a interconecta noduri de rețea ale furnizorilor de telefonie mobilă. Pentru traficul de Internet, acestea sunt, în principal, routere IP. Un inel metropolitan care interconectează routere IP este alcătuit din noduri inel conectate, la rândul lor, prin fibră optică, ce pot fi :[12]

Add/Drop Multiplexers (ADM) Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy (SONET/SDH)

packet switchuri ce implementează inele bazate pe protocoale MAC, cum ar fi Spatial Reuse Protocol (SRP)

Wavelength Division Multiplexed (WDM) – Optical Add/Drop Multiplexers (OADMs) – tehnologie este propusă pentru implementarea MPLS-TP în COSMOTE Romania.

Arhitectura unui inel metropolitan ce interconectează routere IP este ilustrată în Figura1. Nodurile inelului pot fi:

SONET/SDH ADMs,

Pachet (de exemplu, SRP)

OADM-uri WDM .

Figura 4.2 Arhitectura unui inel metropolitan ce interconectează routere IP [12]

Toate aceste tipuri de noduri inel oferă restabilirea rapidă în cazul apariției unei defecțiuni în rețea, cum ar fi tăierea fibrei optice.

4.4.1 ADM-uri SDH

ADM-urile SONET/SDH adaugă sau scot fluxuri sau semnalele de rată joasă pentru a oferi conectivitate între routerele IP. De exemplu, un flux de 51Mbps poate fi introdus în routerul corespunzător nodului 1 și eliminat la routerul corespunzător nodului 2.

Inelele SONET/SDH sunt de 4 tipuri:

Unidirectional Line Switched Ring (ULSR)

Unidirectional Path Switched Ring (UPSR)

4-fiber Bidirectional Line Switched Ring (BLSR)

2-fiber BLSR

Un inel este bidirecțional dacă semnalele pot parcurge un canal duplex în ambele direcții printr-o singură cale și unidirecțional dacă cele 2 direcții ale canalului duplex sunt separate.

Există două tipuri de inele unidirecționale:

ULSR – traficul este trimis numai pe unul din inele, pe working ring, iar cel de-al doilea inel este considerat de protecție și folosit numai în cazul unei defecțiuni

UPSR -datele sunt trimise pe ambele inele, pentru a asigura protecție pentru toate semnalele, însă receiverele primesc datele numai de la un inel – working ring – până când în sistem apare o defecțiune; atunci, un switch de protecție aflat pe fiecare ADM decide dacă se vor folosi datele primite pe inelul de protecție sau de pe working ring.

Pentru 4-fiber BLSR, două fibre sunt considerate inel de protecție iar celelalte 2 sunt folosite ca working ring.

Pentru 2-fiber BLSR, datele dintre 2 noduri-inel alăturate sunt trimise în ambele sensuri, și pentru că nu există o pereche de fibre adițională care să fie utilizată ca inel de protecție, jumătate din time slot-urile aferente fiecărei fibre sunt rezervate ca bandă de protecție ( protection bandwidth).

UPSR folosește o schemă de protecție bazată pe un drum predefinit pe când celelalte 3 tipuri folosesc o schemă de protecție automată (Automatic Protection Switching (APS)).

4.4.2 SRP (Spatial Reuse Protocol)

Nodurile-inel sunt switchuri care implementează un protocol de Layer 2, cum ar fi SRP. Într-un inel SRP, toate nodurile-inel procesează headerele SRP pentru a decide dacă se forwardează întregul frame pe inel sau se elimină (drop) la routerul IP atașat. Inelele SRP sunt alcătuite din două inele bidirecționale, folosite pentru a transporta traficul.

SRP include o procedură de switching inteligent (Intelligent Protection Switching (IPS)), care restaurează inelul prin alăturarea celor 2 noduri adiacente legăturii defecte.

4.4.3 OADM-uri WDM

Conceptul de bază al acestul inel este adăugarea sau eliminarea de lungimi de undă. Se stabilesc lightpath-uri prin inelul WDM pentru a conecta două routere IP. Un exemplu este Optical Packet Node (OPN), care combină funcțonalitatea unui router IP cu MultiProtocol Label Switch (MPLS) și OADM WDM.

Reconfigurarea într-un inel OPN poate fi realizată la layerul MPLS sau la cel al lightpath-ului WDM.

CAPITOLUL V

5.1 Concepte de rutare și comutare [13]

Voi descrie pe scurt conceptele de bază care se aplică în orice tehnologie de comutare, aceasta înainte de a intra în amănunt despre funcționarea MPLS-TP-ului.

Rutarea este un termen folosit pentru a descrie acțiunile care trebuiesc făcute într-o rețea pentru a muta pachetele prin ea. Vorbim astfel de pachete care vor fi „rutate” de la „a” la „b”, sau despre ele ca fiind rutate printr-o rețea sau între rețele. Pot exista multe routere într-o rețea conectate într-o oarecare manieră arbitrară. Pachetele înaintează prin rețea, fiind trimise de la o mașină la alta până la destinatia lor. Protocoalele de rutare (de exemplu RIP, OSPF) permit fiecărei mașini să înteleagă care altă mașină este „următorul hop” pe care un pachet îl va urma spre destinația sa. Router-ele folosesc protocoalele de rutare pentru a construi tabele de rutare. Când ele primesc un pachet și trebuie sa ia o decizie de forwarding, router-ele „inspectează” tabela de rutare, folosind adresa IP destinație a pachetului, ca un index, și astfel obțin identitatea mașinii din „următorul hop”. Construcția tabelelor și folosirea lor pentru inspectarea în momentul forwarding-ului sunt operații separate logic.

Comutarea este folosită în general pentru a descrie transferul de date de la un port de intrare la un port de ieșire al unei mașini, în care selecția portului de ieșire este bazată pe informația de nivel 2 (de exemplu ATM VPI/VCI).

Componenta de control construiește și menține o tabelă de forwarding pentru nodul folosit. Ea funcționează cu componentele de control de la alte noduri pentru a distribui informația de rutare cu acuratețe, asigurându-se de asemenea că procedurile locale sunt folosite pentru crearea tabelelor de forwarding. Protocoalele de rutare standard (de exemplu OSPF, BGP și RIP) sunt folosite pentru schimbul informației de rutare între componentele de control. Componentele de control trebuie să reacționeze atunci când apar schimbări în rețea (cum ar fi o cădere de legătură), dar nu sunt implicate în procesarea pachetelor individuale.

Componenta de forwarding realizează forwarding-ul pachetului. Folosește informația din tabela de forwarding (cea care este mentinută de router), informație care este transportată de pachet și împreună cu un set de proceduri locale iau decizia de forwarding. Într-un router convențional, un algoritm de comparație bazat pe potrivirea cea mai lungă, compară adresa destinație din pachet cu intrările din tabela de forwarding, până când obține cea mai bună potrivire. Mai important, procesul total de decizie trebuie să fie repetat la fiecare nod de-a lungul căii de la sursă la destinație. Într-un LSR, un algoritm de swapping al etichetelor (cu potrivire exactă), folosește eticheta din pachet și o tabelă de forwarding bazată pe etichete, pentru a obține o „noua” etichetă și interfața de ieșire pentru pachet.

O tabela de forwarding este setul de intrări într-o tabelă care oferă informații pentru a ajuta componenta de forwarding să-și efectueze funcția de switching (comutare). Tabela de forwarding trebuie sa asocieze fiecare pachet cu o intrare (în mod tradițional adresa destinație), care oferă instructiuni despre unde se îndreaptă în continuare pachetul.

O clasa de echivalență pentru forwarding (Forwarding Equivalence Class- FEC) este definită ca orice grup de pachete care poate fi tratat într-o manieră echivalentă pentru scopuri de forwarding. Un exemplu de FEC este setul de pachete de unicast a căror adrese destinație se potrivesc prefixului unei adrese IP particulare. Un alt FEC este setul de pachete a căror adrese sursă și destinație este la fel. FEC-urile pot fi definite la diferite nivele.

O etichetă este un identificator relativ scurt, de lungime fixă, nestructurat, care poate fi folosit în asistarea procesului de forwarding. Etichetele sunt asociate cu un FEC în timpul procesului de unire. Etichetele sunt în mod normal locale unei singure legături de date și nu au semnificatie globală (așa cum are adresa). Etichetele sunt analog cu VPI/VCI-urile din mediile ATM. Întrucât ATM este o tehnologie care deja folosește câmpuri scurte de dimensiune fixă pentru realizarea deciziilor de switching, comutarea de etichete este considerată o modalitate eficientă de implementare a IP-ului „peste” ATM. Etichetele sunt legate cu un FEC (și astfel capătă semnificație), ca rezultat al unor evenimente care indică necesitatea unei legături.

Aceste evenimente pot fi divizate în două categorii:

legături determinate de date care apar atunci când începe transferul de trafic, este trimis la LSR și este recunoscut ca un candidat pentru comutarea de etichete. Legăturile etichetelor sunt stabilite doar atunci când este nevoie, rezultând astfel mai putine intrări în tabela de forwarding. Etichetele sunt asignate fluxurilor de trafic IP individuale și nu pachetelor singulare. Într-o retea ATM, aceasta poate duce la folosirea unui număr substanțial de circuite virtuale, ceea ce poate limita scalabilitatea rețelei;

legături determinate de control care sunt stabilite ca rezultat al activității planului de control și sunt independente de date. Legăturile etichetei pot fi stabilite ca răpuns la actualizarea rutelor sau recepția mesajelor RSVP. Legătura etichetei determinată de control este mai scalabilă decât cele determinate de date, și din acest motiv se folosește în MPLS.

5.2 Protocoale, concepte MPLS și terminologie.

Conform tehnologiei MPLS, trecerea pachetelor dintr-o rețea în alta (forwarding) este bazată pe etichete (label), care sunt atribuite pachetelor atunci când acestea din urmă intră în rețea, și sunt extrase, atunci când pachetele părăsesc rețeaua. Etichetele se pun în fața pachetului, iar nodurile din rețeaua MPLS, forwardează pachetele /celulele bazându-se pe valoarea etichetei (nu pe informatia IP).

MPLS permite să avem decizii de forwarding bazate pe: Traffic Engineering, multicast, VPN, QoS, etc.

5.2.1 Forwarding-ul bazat pe IP

Caracteristici:

Forwarding-ul este făcut în mod independent la fiecare hop

Decizia de rutare este bazată pe header-ul pachetului și pe algoritmul de rutare (tabela de rutare)

Fiecare ruter (hop) IP folosește propria instanță a algoritmului de rutare

Fiecare hop IP își face propriile decizii de rutare.

5.2.2 Forwarding-ul bazat pe FEC (Forwarding Equivalence Class)

Caracteristici:

Pachetele sunt organizate pe grupuri de pachete care sunt forwardate în aceeași manieră (spre aceeași cale, aplicându-le acelasi “tratament”).

Forwardarea propriu-zisă a unui pachet constă în: asignarea pachetului către un FEC și determinarea următorului hop, pentru fiecare FEC.

5.2.3 Forwarding-ul bazat pe MPLS

Caracteristici:

MPLS utilizează FEC

Nodurile MPLS asignează eticheta (label) fiecărui FEC

Forwarding-ul MPLS este făcut în mod asemănător atât în switchurile ATM, cât și în rutare. Cu toate acestea, în cazul switchurilor ATM, numărul de ordine din cozile de așteptare sunt date de valoarea etichetei VCI (Virtual Circuit Identifier), pe când la routere, acest număr de ordine este dat de biții “Exp” din headerul etichetei.

Switchurile ATM nu au capacitatea de a analiza headerele de nivel 3 rețtea.

Etichetele pot fi distribuite cu ajutorul mai multor protocoale printre care: LDP (Label Distribution Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol), PIM (Protocol Independent Multicast), BGP (Border Gateway Protocol).

5.2.4 Routerele cu comutare de etichetă (Label Switch Routers) LSR

Există două categorii de LSR. La marginea rețelei, este nevoie de clasificatori de pachete foarte performanți, care pot să aplice sau să elimine etichetele respective. Acestea sunt router-ele MPLS de edge – de margine. Cealaltă categorie de LSRuri sunt cele de core. LSR-ul de core trebuie să fie capabil sa proceseze pachetele etichetate la lățimi de bandă extrem de mari. Pot fi realizate din switchuri ATM sau din routere. Routerele LSR “de margine” (Edge-LSR) realizează introducerea și extragerea etichetei, atunci când pachetele pătrund, respectiv părăsesc rețeaua MPLS. Pentru schimbul informației de rutare, toate LSR-urile folosesc protocoalele existente de rutare IP. De asemenea toate LSR-urile folosesc LDP.

Formatul etichetei și lungimea acesteia depind de încapsulare, acest lucru va fi negociat de perechile de routere prin interfețele ATM ale acestora.

De asemenea, este permisă existența simultană a mai multor etichete. În acest caz, etichetele sunt ordonate într-o stivă de etichete (Label Stack).

LSR-urile MPLS execută forwarding-ul pachetelor pe baza valorii etichetei aflată pe prima poziție din stiva de etichete.

5.2.5 VPN

VPN-ul reprezintă o rețea privată care utilizează rețeaua publică pentru a transmite informații. Acest lucru se realizează prin utilizarea unor metode de securitate a transferului. Aceste metode presupun criptarea datelor transmise. De exemplu se poate seta un VPN între biroul de acasă, cel de la servici, si un alt birou aflat undeva in internet.

Putem avea urmatoarele situatii de interconectare VPN referitoare la locatiile interconectate:

locațiile pot apartine aceleias organizatii, sau pot apartine unor organizatii diferite;

locațiile pot apartine mai multor VPN-uri

locațiile pot apartine unuia sau mai multor ISP-uri

5.2.5.1 Serviciul L2 VPN (Layer-2 Virtual Private Networks) [14]

Un Layer-2 VPN este un serviciu care emulează o soluție Layer-2 pe o rețea cu comutație de pachete (bazată pe MPLS) și operează cu pseudowires (PW).

Tipuri de servicii:

VPWS (Virtual Private Wire Service):

Oferă o conexiune logică între două dispositive Customer Edge User (CE). Poate fi folosit pentru a transporta Ethernet, ATM, TDM peste o PSN

VPLS (Virtual Private LAN Services):

Oferă o conexiune logică mai multe dispozitive CE, astfel încât ele să pară conectate printr-o singură rețea LAN.Constă dintr-un modul bridge și un modul de emulare LAN .

5.2.5.2 VPLS

Un serviciu VPLS este format din mai multe site-uri conectate la Provider Edge (PE), implementând emularea serviciul LAN.

PE iau deciziile legate de forwardare între site-uri și încapsulează frame-urile Ethernet în rețelele cu comutare de pachete, folosind un circuit virtual sau un PseudoWire.

Pentru a implementa deciziile de forwardare ale fiecărui VPLS, se folosește o instanță de switching virtuală la fiecare PE.

Figura 5.1: Serviciul VPLS

5.2.6 Pseudo wire (PW)

PW este un mecanism care emulează atribuțiile unui serviciu nativ atunci când acesta e transportat într-o rețea packet-switched ( PSN).

PSN este o rețea care forwardează pachete folosind protocoale ca IPv4, IPv6, MPLS, Ethernet, iar un PW realizează tunnel trafic prin PSN și este bidirecțional, spre deosebire de LSP-urile MPLS. PW este o extensie a arhitecturii VPN.

Figura 5.2 Exemple de Pseudowire în rețeaua Cosmote

5.3 Protocoale folosite

În lucrare, am făcut referire la mai multe protocoale ce ajută la implementarea MPLS-TP.

Ethernet over SDH – EoSDH : Generațiile de SDH care incorporează Ethernet-over-SDH (EoSDH) transformă SDH-ul într-o platformă ideală de date, întrucât combină eficient transportul de date cu protecția carries-class propriu SDH și stabilitatea tehnologiei global folosite, Ethernet.

Ethernet over MPLS-TP: Ethernet este o tehnologie de pachete care acum domină rețelele de acces. În aceastã lucrare este propusã o alternativã a Ethernet-ului și anume versiunea MPLS, MPLS-TP.

LDP este un portocol al MPLS-ului care permite ruterelor sã facã schimb de informații legate de maparea etichetelor. LDP este folosit sã construiascã ți sã menținã un database-uri LSP folosite pentru trimiterea traficului prin rețele MPLS.

RSVP-TE Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering este o extensie a RSVP pentru ingineria traficului. El rezervã resursele peste o rețea IP. RSVP-TE permite folosirea LSP-ului în MPLS, luând în considerare parametrii rețelei ca bandã liberã și hopuri.

LSP: Datoritã naturii lipsite de conectivitate a nivelului IP, pachetele parcurg rețeaua pas cu pas prin decizii de rutare în fiecare nod. Ca rezultat, se poate forma o agregare prea mare a datelor pe anumite legãturi ți acest lucru poate împiedica operatorul sã ofere un serviciu end-to-end garantat.O soluție la aceastã problemã o aduce MPLS. Acestã tehnologie asigurã capabilitatea de a stabilii drumuri orientate pe conexiune, numie LSP-uri, peste o rețea lipsitã de conectivitate.

HSRP este un protocol care stabileste o legãturã între ruterele unei rețele pentru a obține un gateway implicit în cazul în care gateway-ul principal devine inaccesibil.

CAPITOLUL VI

MPLS și MPLS-TP

6.1 Aplicabilitatea în rețeaua metro

În ultimul deceniu, MPLS a devenit tehnologia de transport dominantă în rețelele bazate pe pachete.Ethernet a fost una din primele tehnologii adoptate pentru această migrare însă încercările inițiale au întâmpinat câteva dificultăți:

Lipsa suportului QOS

Fiabilitate limitată

Scalabilitate limitată, referitoare la numărul de servicii suportate

Lipsa unui serviciu de management

Multe din aceste neajunsuri se datorează naturii lipsite de conectivitate a Ethernet. S-au căutat soluții, prin utilizarea MPLS ca bază pentru furnizarea de servicii Ethernet. Deși următorul pas ar fi o simplă extensie a MPLS-ului de la core către rețeaua metro sunt câteva diferențe notabile între acestea care ingreunează soluția. Așadar, s-a investit in dezvoltarea unui mai degrabă derivat al MPLS-ului, MPLS-TP. [15]

6.2 Cum funcționează MPLS

Comutarea Multiprotocol cu Etichete (Multi Protocol Label Switching) reprezintã o arhitecturã în care nodurile terminale adaugã o etichetã unui pachet IP ce identificã drumul spre destinatie, iar pachetele sunt direcționate pe baza etichetei, fãrã inspectarea header-ului inițial.

MPLS folosește o solutie ce integreazã atât controlul rutãrii IP, cât și comutarea de la nivelul legãturii de date (nivelul 2 din modelul OSI). Mai mult, MPLS oferã bazele unor servicii de rutare avansate, rezolvând o serie de probleme:

se adreseazã problemelor privind scalabilitatea, legate de modelul IP-over-ATM

reduce complexitatea operațiilor din rețea

faciliteazã apariția de noi posibilitãti de rutare, ce îmbunãtãtesc tehnicile de rutare IP existente

oferã o solutie standardizatã, ce are avantajul interoperabilitãtii între diverși furnizori de produse si servicii.

Esența MPLS-ului este generarea unei etichete „label” scurte, de dimensiune fixă, care se comportă ca o reprezentare simplificată a header-ului pachetului IP (vezi capitolul 5.1) Pachetele IP au un câmp în header-ul lor care conține adresa spre care pachetul este rutat.

În MPLS, pachetele IP sunt încapsulate cu aceste etichete de către primul dispozitiv MPLS pe care-l întâlnesc când intră în rețea. Router-ul MPLS de margine (egde-router) analizează conținutul header-ului IP și selectează o etichetă potrivită cu care sa încapsuleze pachetul.

Cel mai mare avantaj al MPLS-ului vine tocmai din faptul ca în contrast cu rutarea IP convențională, această analiză poate să nu se bazeze numai pe adresa destinație care este atribuităheader-ului IP, ci și pe alte elemente. La fiecare dintre nodurile ulterioare din rețea, eticheta MPLS (și nu header-ul IP) se folosește pentru a lua decizia de forwarding(vezi capitol 5.1) pentru un pachet. În final, pe parcurs ce pachetele MPLS etichetate părăsesc rețeaua, un alt edge router elimină etichetele.

În terminologia MPLS, nodurile sau router-ele care manipulează pachetele se numesc Label Switched Routers (LSR) – routere cu comutare de etichete.(vezi capitolul 5.2.4).

Așadar, MPLS este o tehnologie aplicabilă rețelei cu comutație de pachete la nivel 2.5 din stiva OSI (între Data Layer la nivel 2 și Network Layer la nivel 3).

MPLS poate transporta servicii Ethernet carrier-class prin depășirea limitărilor impuse de Ethernet ca tehnologie de transport.

MPLS permite utilizarea mai multor protocoale pentru că fiecare dintre acestea este încapsulat printr-un sistem propriu de etichetare: ATM, Ethernet, frame-relay, IP și servicii bazate pe TDM cu servicii orientate pe conexiune, folosind pseudo-wires. Se alocă, astfel, pentru fiecare tip de trafic, o clasă de servicii, printr-un câmp de 3 biți in etichetă.

LSR schimbă între ele hărți de etichetare și informații de rutare, folosind un protocol numit label distribution protocol (LDP), (vezi capitolul 5.2) pentru a construi baze de date pentru forwardare a informațiilor LSP, astfel încât etichetele sunt configurate automat în cadrul fiecărui router.

În urma unor standardizări, protocolul MPLS a fost extins astfel încât să permită ingineria traficului și să includă:

RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering) – permite aplicțiilor să acceseze banda rezervată din rețea, specificată prin parametri ca bandwidth, burst speed sau jitter.

MPLS Fast Reroute (FRR) – îmbunătățește rezistența la defecțiuni prin stabilirea unor drumuri de rezervă LSP

Point-to-multipoint LSP – permite folosirea multicast-ului

6.3 Rolul evolutiv al MPLS

Când operatorii de telefonie mobilă au încercat folosirea comutației de pachete, au trebuit să urmeze standardele de operare ale rețelelor tradiționale cu comutație de circuite:

-OAM (Operation and Administration Maintanance) mai amplu – pentru că inginerii de trafic sunt obișnuiți cu anumite sisteme care s-au îmbunătățit în timp iar acum trebuie să realizeaze eficient operații complicate, administrare și întreținere.

-Comutare de protecție rapidă (Fast protection switching) – mediile de transport bazate pe comutație de circuite (SONET / SDH) oferă o protecție de comutare foarte rapidă. Acest lucru asigură pentru clienți atât o experiență deosebită a serviciilor cât și continuitate. Operatorii care utilizează transportul bazat pe MPLS în rețelele proprii de acces sau de agregare trebuie să atingă un nivel de performanță – restaurarea rețelei în mai puțin de 50ms – ceea ce nu poate fi realizat cu MPLS fast reroute decât împreună cu RSVP-TE, un protocol complex și care prezintă limitări mai ales la scalare.

-Scalabilitate – Scalabilitatea este foarte importantă, deoarece mediul de acces și agregare poate cuprinde mii de noduri – mult mai multe decât sunt de obicei găsite într-o rețea de bază. Acest lucru înseamnă că orice rutare sau restaurare a arhitecturii rețelei trebuie să facă față la o procesare mult mai dificilă și să se limiteze la cantitatea de informație pe care o suportă fiecare nod.

-inginerie de trafic maleabilă (Strong Traffic engineering) – Ingineria traficului oferă control complet și capacitatea de a gestiona atent și în amănunt utilizarea rețelei și monitorizarea performanțelor, precum și pentru a oferi un mediu de transport orientat pe conexiune serviciile care necesită acest aspect.

-costuri reduse (Cost efficiency) – sunt deosebit de importante pentru că rețelele metropolitane se folosesc la scări foarte mari. Elemente de rețea MPLS sunt scumpe, deoarece susțin stiva de protocoale IP și trebuie să sprijine un plan de control distribuit.

Toți acești factori au dus la o nouă variantă de MPLS, numită MPLS-TP, care oferă funcționalitatea necesară a MPLS, minimizând totodată costurile și complexitatea.

6.4 MPLS-TP

Una din motivațiile pentru dezvoltarea MPLS-TP a fost nevoia circuitelor în rețelele de transport de pachete. Switchurile tradițonale de transport încapsulau pachetele independent, însă pentru transportul orientat pe conexiune trebuie să se stabilească în prealabil această „conexiune”, între un punct de plecare și unul de destinație – traficul urmărind, ulterior, numai acest drum prestabilit, ceea ce face ca rețelele de transport de pachete să fie foarte similare cu rețelele TDM și să simplifice managementul și migrarea rețelei de transport.

Așadar, MPLS-TP (MPLS Transport Profile) este un protocol de transport bazat pe comutație de pachete, dezvoltat de IEFT in parteneriat cu ITU-T.

S-a dorit crearea unei versiuni a MPLS optimizată pentru rețelele de transport și prezintă următoarele caracteristici:

susține modele operaționale pentru servicii de date, care sunt similare mai degrabă modelelor operaționale de transport ale rețelei decât core IP networking.

oferă un nivel de predictibilitate pentru crearea de rețele de transport de pachete , așa cum se întâmplă în prezent cu rețelele de transport pe bază de circuite.

permite operatorilor să evite costurile instalării altor noduri cu procesările de rigoare pentru a sprijini un plan de control distribuit și oferă posibilitatea configurării statice prin intermediul unui sistem de management Network Management System (NMS) .

MPLS – TP este adesea descris ca un "profil" al MPLS. Ar putea fi la fel descris ca un " protocol-fiică " al MPLS, deoarece folosește un subset de caracteristici MPLS,

6.4.1 Cum funcționează MPLS-TP

Câteva din caracteristicile MPLS au fost eliminate pentru că nu s-au considerat a fi utile în rețelele orientate pe conexiune.

Penultimate Hop Popping (PHP)- PHP este folosit de routerele marginale pentru a reduce load-ul datorat căutării a doua etichete adiționale, de aceea se elimină eticheta MPLS la penultimul nod care ar reduce traficul pe ultimul router. MPLS-TP nu folosește această tehnică pentru că nu se poate ști cu certitudine dacă se folosește protocolul IP pentru a forwarda către ultimul nod și poate cauza probleme cu QOS.

Equal Cost Multi-Path – În IP/MPLS, pachetele pot urma căi diferite pentru a ajunge la destinație, ceea ce e bine când există drumuri de costuri egale, dar care este însă în conflict cu conceptul de circuit unde traficul trebuie să urmărească același drum. Așadar, nu se mai folosește forwardarea pachetelor peste o varietate de căi de cost egal (equally best) pentru că este incompatibil cu caracterul deterministic al protocolului și necesită urmărirea performanțelor pachetelor.

Label Merge – Nu se mai poate cumula traficul de pe un drum cu cel de pe un altul, sub aceeași etichetă, lucru ce reduce numărul de etichete din rețea. Aceasta ar putea duce însă la imposibilitatea diferențierii traficului comun pentru două surse – de aceea s-a dezactivat LSP merge.

Chiar dacă se bazează pe mecanisme bazate pe MPLS pentru a forwarda datele folosind etichete, MPLS-TP funcționează fără un plan de control distribuit, bazându-se pe Sistemele de Management ale Rețelei (NMS) pentru a cunoaște traseele.

Deși dispar câteva din caracteristici, există și numeroase avantaje ale MPLS-TP-ului care fac din acest protocol unul atractiv pentru operatorii de telefonie mobilă.

6.4.2 Avantajele MPLS-TP

Randamentul OAM

OAM a fost întotdeauna important pentru rețelele de transport și totodată, unul din motivele succesului SONET/SDH – funcționalitate ce a fost extinsă și pentru transportul de pachete prin standarde ca IEEE 802.1ag, ITU-T Y.1731, Bidirectional Forwarding Detection (BFD), și LSP-Ping, LSP Traceroute.

In MPLS-TP, datele despre OAM sunt transportate pe un canal de semnalizare, Generic Associated Channel (G-Ach).

Se pot fixa alarme pentru anumite evenimente/defecțiuni în rețea, loopback-uri ot fi folosite pentru a localiza defecțiunile sau a cuantiza parametrii de conexiune end-to-end ca throughput, packet loss, latency, latency variation (jitter), care pot fi măsurați și transmiși în mod continuu. OAM poate fi aplicat la diferite nivele ale rețelei.

Protecție îmbunătățită

MPLS-TP a fost gândit pentru a se asigura delayuri sub 50 ms pentru drumul de protecție, indiferent de configurația rețelei, la fel ca și tradiționalul SDH. Când transportul de pachete a început să folosească conceptul de conexiuni sau circuite și s-a putut aplica OAM pe aceste circuite (cu alarme în caz de defecțiune), a devenit posibilă detectarea blocajelor și redirecționarea foarte rapidă a traficului de pe work path pe traseul de protecție. Aceste protection paths sunt întotdeauna pregătite să preia legătura, la fel ca în SDH. Această funcționalitate a fost standardizată de ITU-T G.8031.

Quality of Service

Într-o rețea cu comutație de pachete toate pachetele folosesc aceeași infrastructură, ceea ce face din Quality of Service un aspect prioritar; Un pachet cu prioritate ridicată sau cu un delay critic nu ar trebui așezat într-o coadă cu prioritate scăzută, așadar toate rețelele au nevoie de mecanisme QOS.

Pot exista 2 tipuri de QOS: static și ierarhic. Cel ierarhic asigură corectitudinea între diferite servicii, clienți sau prin diferite tunele.

Există 3 nivele ale QOS-ului ierarhic:

Primul nivel se asigură că fiecare CoS (Class of Service) primește banda necesară

Al doilea nivel se asigură că serviciile primesc prioritatea necesară într-un tunel

Al treilea nivel se asigură că fiecare tunel primește prioritatea necesară pentru a accesa portul terminal

Scalabilitate

MPLS-TP folosește etichete similare cu MPLS. Acestea conțin 20 biți cu care se pot crea 1 million de etichete diferite iar așezarea lor în stive permite realizarea a multiple nivele ierarhice, neexistând o limită pentru numărul de nivele. De aceea, atât MPLS cât și MPLS-TP pot fi folosite la o scară foarte largă, diferența între ele fiind însă aceea că MPLS necesită existența întregii baze de date a topologiei la fiecare router, și cum routerele au atât memoria cât și puterea de procesare limitate, pot face față la o anumită mărime a rețelei. În MPLS-TP, avem centrul NMS care folosește servere cu putere de procesare foarte mare ceea ce mărește atât scalabilitatea rețelei și simplifică nodurile.

6.4.3 Concluzii

MPLS-TP cuprinde așadar cele mai bune caracteristici ale TDM tehnologiei cu comutație de pachete – scalabilitatea conexiunilor orientate pe pachete, pe care o îmbunătățește față de cea existentă la MPLS și OAM, delayul de 50 ms din rețelele tradiționale. În anexa 6, am prezentat comparativ MPLS-TP și MPLS .

MPLS-TP este mult mai potrivit pentru rețelele metro pentru operatorii de telefonie mobilă pentru că:

-este simplu de folosit și de întreținut

-este scalabil la rețele mari

-elementele lui de rețea sunt mai ieftine și mai puțin complexe

-este robust și previzibil.

MPLS-TP însumează toate beneficiile MPLS-ului, fără complicațiile planurilor de control realizate pe un număr mare de elemente de rețea.

MPLS-TP este luat în considerare de operatori pentru o multitudine de scopuri pentru accesul și agregarea a rețelei:

Agregare regională și metropolitană – permițând agregarea unei varietăți de tipuri de trafic (ATM, Ethernet, frame relay sau TDM), peste o singură infrastructură bazată pe comutație de pachete

Mobile backhaul – oferind o infrastructură backhaul deterministă, orientată pe conexiune, care poate transporta trafic 2G, 3G și LTE prin infrastructura bazată pe comutație pachete, într-un mediu de transport familiar operatorilor de telefonie mobilă

Retail business service improvement – pentru a oferi un mediu determinist, sigur, orientat pe conexiune al rețelelor virtuale, pentru aplicații confidențiale cum ar fi videoconferințe fixe sau mobile sau pentru servicii de tip cloud.

CAPITOLUL VII [16]

MPLS-TP în rețeaua Cosmote – Mobile Backhauling COSMOTE Romania

7.1 Echipamente implicate

7.1.1 SPO 1400 POTP

Familia de echipamente Ericsson SPO 1400 (Smart Packet Optical) reprezintă platforma optică multiservice ce oferă nodului flexibilitate în ceea ce privește tehnologiile ce pot fi configurate: Ethernet (L1/L2), trafic TDM, connectivitate WDM și pachete orientate pe conexiune bazate pe MPLS-TP. Transformările din rețea se abordează eficient din punct de vedere al costurilor prin : upgradarea rețelei SDH la trafic de pachete, Mobile backhauling-ul cu full-protected HRAN (High Radio Access Network), sinergia dintre IP și mediu optic prin protocolul MPLS-TP și aplicațiile bussiness sau rezidențiale pentru Fixed Broadband & Convergence.

Platforma se bazează pe o tehnologie de switching ce include folosirea mai multor tehnologii în același nod, în același timp: Ethernet switching, TDM switching și transport WDM.

SPO 1400 poate lucra cu orice rețea core bazată pe SDH, Ethernet sau IP/MPLS. Așadar, poate fi folosit pentru migrarea de la TDM la rețele bazate pe comutație de pachete și suportă diferite tehnologii, fie bazate pe Packet over TDM, fie TDM over Packet.

Soluția aleasă este bazată pe următoarele caracteristici principale ale SPO 1400:

Ethernet Operation, Administration and Maintenance (OAM) ca în recomandarea Y.1731

MPLS-TP: Data Plane, OAM și protecție 1:1 LSP (Label Switched Path)

Și pe următoarele caracteristici secundare:

suport pentru interfața OTN

Synchronous Ethernet ca în recomandarea G.826x

protecție și agregare pentru trafic TDM și trafic de pachete incluzând Ethernet Ring Protection (ERP)

De asemeni, SPO 1400 acceptă și implementarea altor layere de transport optic cât și switching OTN, Ethernet/OTN cu debite foarte mari (40 Gbps și 100 Gbps) dar și DWDM prin folosirea unor amplificatoare optice dedicate și a unor dispozitive WSS (Wavelength Selective Switch).

Pentru soluția Mobile Backhauling COSMOTE Romania, sunt folosite următoarele noduri POTP:

Pentru Brasov:

SPO 1410 Edge/Access POTP – in site-urile Hub Proiect, Tractorul, Tampa_X, Zizinului

SPO 1460 Metro/Core POTP – in locatia de Core Brasov ASTRA_RTC

SPO 1410

SPO 1410 este un nod hibrid foarte compact ce consumă puțină putere. El prezintă capacități de switching:

Trafic TDM – de până la 15 Gbps High and Low Order

packet-based –de până la 80 Gbps

Figura7.1 Rack-ul nodului SPO 1410 :

SPO 1460

SPO 1460 este tot un nod POTP compact și de putere mică. El poate fi folosit în aplicații Metro/Core unde sunt necesare capacități mari atât pentru traficul TDM cât și pentru Packet-based.

Garantează capacități de switching:

pentru trafic SDH – de până la 60 Gbps (High and Low Order)

trafic packet-based – de 320 Gbps

Conține peste 16 sloturi vericale unde pot fi instalate aceleași Service Modules (SM) ca și SPO 1410.

SPO 1460 este prevăzut cu unele componente-cheie cum ar fi controller de sistem (System Controller), switch matrix/fabric SDH sau de pachete și alimentator – care îi permit să suporte OTN de capacități mari și module de servicii Ethernet cu debite de 40 Gbps pe slot, făcând ușor și foarte puțin costisitor upgrade-ul capacităților nodurilor la 640 Gbps, atât pentru traficul OTN cât și pentru cel Packet-switched.

Figura7.2: Rack-ul nodului SPO 1460

7.1.2 ERICSSON IP Transport NMS

Sistemul de Management Ericsson IP Transport este o soluție de management complet integrată și end-to-end O&M (Operation & Maintenance) pentru transport IP, folosit în mobile backhaul, metro, core și rețele convergente hibride fixed/mobile.

Oferă o soluție de management simplă, flexibilă, scalabilă și mai ales eficientă, permițând transformări ale rețelei la un cost foarte scăzut.

IPT NMS cuprinde toate elementele IP și cele de Broadband sub un sistem comun de management al rețelei, multi-layer (0-3, IP, Ethernet, SDH, WDM, MPLS-TP), multi-domain (Broadband Access, Microwave, Optical, Edge).

Având OAM integrat, permite evoluția SDH-to-packet, mobile backhaul și construirea rețelelor IP și Ethernet Layer 2.

IPT NMS cuprinde următoarele caracteristici:

Aprovizionare simplificată de servicii de pachete, prin layere și domenii multiple.

Operation & Maintenance complet integrat

Facilitatea de a crea pachete complete atât pentru Layerul Transport cât și pentru VPN

Este urmărită simplificarea, de-stratificarea și convergența operațională a rețelelor de transport și packet-based

Ericsson IPT NMS combină cele mai bune caracteristici ale soluțiilor precedente de management – ServiceOn NM, ServiceOn ESA and NetOp NMS, făcând upgrade-ul simplu.

Ericsson IP Transport NMS permite MPLS-TP să îmbine fiabilitatea SDH, pentru un QoS garantat și flexibilitatea unei conexiuni orientate pe protocol, implementând planul de control la nivel NMS, simplificând protocolul MPLS. Operatorul poate să configureze și controleze ușor rețeaua și serviciile sale, prin proceduri inteligente, similare cu cele existente în alte tehnologii – SDH, WDM sau IP.

Rezultă un layer MPLS îmbunătățit, compatibil în continuare cu IP/MPLS, având în plus mecanisme ce asigură scalabilitatea, fiabilitatea și calitatea transportului, cât și un cost total scăzut.

Transportul IP NMS este împărțit în două platforme ce pot fi combinate pentru o analiză de ansamblu a layerelor IP și Transport:

IP Transport NMS Circuit pentru PDH, SDH și layerele OTN/DWDM

IP Transport NMS Packet pentru layerul de ansamblu al traficului packet-based

Figura7.3: Screenshot-uri ale GUI (Graphical User Interface) pentru comutație de pachete și comutație de circute

7.1.3 ServiceOn Element Manager

ServiceOn Element Manager îndeplinește cerințele de transport atât pentru infrastructura de bază cât și pentru cea Next Generation. Poate fi adaptată pentru a urmări expansiunea rețelei și permite introducerea de noi arhitecturi de rețea, servicii și tehnologii Fiind bazată pe interfețe grafice orientate pe sarcini, permite operatorilor de rețea să se concentreze pe managementul propriu-zis al rețelei și serviciile acesteia, mai degrabă decât pe detaliile tehnologiei.

ServiceOn Element Manager este platforma de management pentru rețele Optice, de Microunde, Broadband Access și Metro Ethernet.

Împreună cu aplicațiile pentru Layerul Network (IP Transport NMS) SO-EM formează o aplicație completă de management pentru PDH, SDH, ONT, WDM, xDSL și servicii de date.

Sunt incluse în aplicație:

-Aprovizionare și configurare (Provisioning and Configuration )

-Monitorizarea statusului rețelei (Status Monitoring )

-Management de probleme (Problem management )

-Monitorizarea performanțelor (Performance Monitoring )

-Managementul Securității (Security Management )

-Managementul Inventarului (Inventory Management )

Ericsson IPT NMS și SO-EM permit un spectru larg de scheme de redundanță, ajută la restartarea serviciilor în cazul oricărui tip de defectare în rețea: protecție locală sau protecție la defectarea unui intreg site (Geographical Redundancy).

7.1.4 Management In-field al elementelor de rețea

Pentru managementul elementelor de rețea, sunt folosite următoarele versiuni de software:

-IP Transport NMS Circuit Release 11.2

-ServiceOn Element Manager Release 10.4

Pentru gestionarea traficului de rețea TDM și Ethernet al Cosmote Romania, la nivelul layerului Network, atât NMS pentru Transport IP de tip Circuit și de tip Pachet vor fi găzduite într-un server dedicat HP (Hewlett-Packard) Linux X86 Blade.

Cofigurația descrisă este schematizată în Figura 7.4

FFiFigura7.4

7.2 Modelul de rețea

Așadar, se folosește MPLS-TP ca și protocol pentru layerul Transport. Așadar, se urmărește soluția prin care MPLS-TP este activat în nodurile de Acces/Agregare (unde traficul din mai multe NodeB-uri este agregat, clasificat și forwardat) . Nodurile Head-End/Hub vor opera cu protocolul pentru trafic nativ de comutație de pachete.

În acest caz, toate funcțiile traficului de pachete corelate cu segregarea, clasificarea, tunneling și protecție prin Layerul 2 de transport Ethernet vor fi realizate de nodurile SPO 1400.

Pentru orice produs 3rd party Ericsson instalat (ASR IP Routers) în rețeaua COSMOTE Romania, conectivitatea fizică va fi realizată transparent și nu va interfera cu funcționalitatea implementată pe nodurile SPO 1410 și 1460, așa cum aceasta este prezentată în Figura 7.5.

Figura7.5

7.3 Configurarea și funcționalitatea Site-urilor

Clasificarea nodurilor SPO1400 POTP se bazează pe funcționalitatea Mobile Backhauling(Figura 7.5).s

Noduri de Acces sau Agregare, unde traficul de la mai multe NodeB sunt agregate și clasificate și apoi transmise / primite de-a lungul rețelei.

Noduri head-end sau Hub, în cazul în care traficul agregat în nodurile de acces este apoi predat (hand-over) dispozitivelor RAN de control al rețelei.

În nodurile site-urile Access/Aggregare este instalat un singur SPO 1410 căruia i se va atribui unul sau mai multe UNI (User Network Interfaces) care conectează POTP cu NodeB-uri. Fiecare UNI conține trafic de la una sau mai multe dintre ele.

Conectivitatea între NodeB-uri sau microunde și nodurile SPO se va realiza cu interfețe Ethernet electrice sau optice care funcționează la un debit FastEth sau GigEth.

Interfețele ce conectează nodurile SPO 1400 în site-uri de acces / agregare cu layerul de transport sunt definite ca NNI (Network Node Interface).

În cadrul nodurilor SPO 1400 interfețele ar putea fi considerate conexiuni logice cu interfețele WAN, cazul Pilot Line, unde conectivitatea fizică între două SPO 1400 este realizată cu interfețe SDH.

Un exemplu de un singur SPO 1410 ce funcționează în site-urile de acces /agregare este ilustrat în Figura7.6.

Figura7.6

În site-urile Head-end sau Hub sunt echipate două noduri SPO 1460. Interfețele ce conectează Layerul Transport cu nodul SPO 1460 sunt definite ca NNI (și apoi definite logic ca interfețe WAN). Porturile UNI fac si schimbul de trafic cu device-urile de control ale retelei RAN.

În configurația curentă COSMOTE Romania, în orice Hub există întotdeauna cel puțin două routere externe 3rd party (ASR IP Routers) între SPO 1460 și Controllerul RAN. Aceste tipuri de UNI au un singur link optic GigEth ce conectează una din cele două SPO 1460 cu numai unul din aceste Routere externe. Scenariul pentru Site-urile Hub este prezentat in Figura7.7.

Figura7.7

Cazuri de conectivitate fizică

Layerul Transport al COSMOTE Romania este bazat pe SDH, unde poate fi transportat atât trafic Ethernet nativ cât și TDM.

În cazul conectivității intra-nod într-un Hub, între două SPO 1400 există fibra proprie COSMOTE, peste link-uri ce operează cu debite SDH (STM-16/64), după cum e ilustrat în Figura7.8.

Figura7.8

Când se folosesc linii SDH închiriate (cazul conectivității între site-uri) nodurile SPO 1400 sunt conectate la rețeaua SDH al unui alt Operator (Other Licensed Operator (OLO)), după cum e ilustrat în Figura7.9.

Figura 7.9

7.3.1 Topologia în zona București

Zona metropolitană București este estimată ca fiind prima porțiune a Layerului de Transport a Cosmote Romania.

În această topologie, 4 noduri de Acces/Agregare sunt conectate la un HUB prin mijloacele unui inel cu conexiune fizică SDH reprezentată de liniile închiriate de STM-16.

Topologia Layerului Transport a rețelei este ilustrat în Figura 7.10, fiind evidențiată și conectivitatea între site-urile bazate pe legăturile Ethernet over SDH (EoSDH).

Figura 7.10.1:Tppologia în zona București

Figura 7.10.2:Topologia în zona București

În anexa 7 este prezentată configurarea echipamentelor.

7.3.2 Topologia Pilot Line în zona Brașov

Zona metropolitană a Brașovului este de asemeni estimată ca fiind prima porțiune a Layerului de Transport al COSMOTE Romania.

În această topologie, 4 noduri de Acces/Agregare sunt conectate la un singur site Hub printr-un inel cu conexiune fizică SDH, linii închiriate STM-16. În aceeași topologie de rețea, este prezent și un al 5-lea site de Agregare însă acesta nu generează trafic de pachete. Aceasta este ilustrată în Figura7.11.

Figura 7.11.1: Tppologia în zona Brașov

Figura 7.11.2: Topologia în zona Brașov

În anexa 7 este prezentată configurarea echipamentelor.

7.4 Modele de trafic pentru implementare

Dintre multele posibilități oferite de flexibilitatea nodului SPO 1400 POTP, le voi prezenta doar pe cele care îndeplinesc condițiile pentru protocolul MPLS-TP din Brașov și București, sau pentru o eventuală extensie a tehnologiei pe întregul Layer de Transport din România.

MPLS-TP va fi folosit numai pentru Trafic de Pachete nativ, care va fi transmis intre NodeB-uri si Routere ASR IP, prin interfețe Ethernet. Traficul TDM existent ( PDH sau SDH nativ) nu va fi inclus în aceste simulări.

Traficul de pachete nativ este tagat cu etichete numite Customer Tags (C-VLAN-uri) , care pot fi folosite de NodeB-uri diferite în acelasi nod de Acces/Agregare.

În general, se folosesc cate două etichete C-VLAN pentru fiecare grup de NodeB-uri în același site de agregare:

Un C-VLAN pentru trafic (Iub)

Un C-VLAN în scop de management (Mub) .

De asemeni, pentru fiecare site de agregare pot exista următoarele seturi de C-VLAN-uri:

Unul (sau mai multe) seturi de 2 C-VLAN-uri (Iub și Mub) pentru trafic 3G

Unul sau mai multe seturi de 2 C-VLAN-uri (Iub și Mub) pentru trafic LTE.

Tipurile de servicii existente sunt diferențiate prin felul în care C-VLAN-urile sunt încapsulate în pseudo-fire și apoi tunelate de la site-ul de Agregare la Hub.

Se presupune că tot traficul nativ de pachete care utilizează MPLS-TP este de tipul unicast (cu sursă și destinație unice definite de o adresă MAC unică) În acest caz, traficul ce floodează toate porturile dintr-un VPLS va fi limitat la perioade scurte de timp, în care este învațata adresa MAC.

7.4.1 Modelul deTrafic “VLANs granularity”

Modelul de trafic implementat este granularitatea VLAN, intrucat caracteristici ca segregarea traficului, sau construcția pseudowire-ului poate fi folosit pentru fiecare VLAN (sau grup de 2 VLAN-uri cu Iub si Mub) din topologie.

Figura 7.12 ilustrează VLAN granularity în site-uri de Acces (exemplu, AMERICA HOUSE” din topologia București).

Figura 7.13 prezintă același model în site-urile Hub (”PIPERA” din topologia București presupunând că face schimb de trafic cu site-urile de agregare “AMERICA HOUSE” și “PALATUL TELEFOANELOR”.

Pentru acest model de trafic, este necesară crearea unei instanțe VFI pentru fiecare VLAN sau grup de 2 VLAN-uri, atat in site-urile de Agregarecat și din nodurile Head-end.

Pentru Figura 7.12 ar trebui să se creeze două instanțe VFI în site-ul de Acces SPO 1410.

Figura 7.12 – SPO 1410 ca nod de Acces

În tabelul 5 sunt detaliate configurațiile pentru exemplul Nodului de Acces ilustrat în Figura 7.12 – pentru topologia Brasov.

Tabel 5

Pentru exemplul din Figura 7.13, 5 instanțe VFI diferite ar trebui create în nodul SPO 1460 în site-ul Head-End (unul pentru fiecare PW).

Detaliile configurării pentru cazul Figurii 7.13 este ilustrat în tabelul 6.

Tabel 6

Figura 7.13 – modelul în site-urile Hub

În Figura 7.13, intrarea (Ingress Policing) în UNI, care e conectat cu Routerul IP SRI se se va face in funcție de conținutul fiecărui pseudowire. Funcția de ordonare este bazată pe granularitatea unui grup de VLAN-uri, de unde și numele acestui model de trafic.

Această opțiune permite implementarea selectivă a SLA pentru fiecare tip de trafic (3G și LTE) cu backhaul într-un site Hub unic.

Granularitatea VLAN este modelul preferat pentru implementarea în rețea.

Cum se diferentiază traficul prin SPO 1400

Pentru a evita problema blocării la capatul de linie (head of line blocking), comună pentru dispozitivele de packet switching, platforma SPO 1400 utilizează Virtual Output Queuing pe același modul de servicii unde se află si UNI cu traficul de intrare (ingress). Această funcționalitate suportă opt cozi diferite pentru Class of Service și Quality of Service.

Pentru aceste cozi, pot fi configurate două modele de discard pentru trafic: Tail Drop ( pachetele care ajung ultimele sunt aruncate dacă coada este plină) sau Weighted Random Early Detection (WRED) (pachetele sunt aruncate aleator în functie de nivelul de umplere al fiecărei cozi). Pentru ambele cazuri, configurarea parametrilor (ca de exemplu mărimea pasului setata de la 100 kB pana la 4 MB) se face pe platforma lui SPO 1400.

Funcția de scheduling este alocată pe modulele Service Controllers ale SPO 1400.

Platforma Ericsson POTP suportă următoarele moduri de operare, în ceea ce privește această funcție de scheduling :

Strict Priority (SP) : traficul este trimis cu o prioritate data, doar dacă coada pentru prioritate mai mare este goală

Weighted Fair Queuing (WFQ): algoritmul de scheduling e bazat pe criterii ca alocarea benzii sau delay

Un mix intre SP si WFQ

Modul de operare Strict Priority asigură că traficul important (cu prioritate ridicată) este trimis întotdeauna fără pierderi și cu delay minim, până când rata de primire mu depășește capacitatea porturilor de output. Pe de altă parte, WFQ asigură o flexibilitate mult mai bună pentru că poate garanta un anumit delay și bandă pentru traficul ce trece prin nod. O combinație între aceste moduri este privită ca cea mai bună opțiune pentru Mobile Backhauling pentru că va garanta forwardarea traficului critic (mesaje de sincronizare, streaming video și trafic de voce) dar și alocarea unei benzi pentru celelalte servicii (Trafic Internet de exemplu).

SPO 1400 implementează și funcționalitate de dimensionare a porturilor de output pentru fiecare Modul de Serviciu. Pentru fiecare interfață rata de linie poate fi selectată între 1% și 99% din banda totală cu granularitate de 1%.)

Pentru minimizarea latenței, dimensionarea traficului de ieșire este bazată pe 3 module separate de First-In First-Out (FIFO):

Un modul e rezervat pentru trafic cu prioritate înaltă (ex, SP scheduling)

Al doilea modul e folosit pentru pachete cu prioritate scăzută (WFQ scheduling)

Al treilea modul este folosit pentru broadcast, multicast și trafic unicast necunoscut

Un exemplu de forwardare a traficului pentru SPO 1400 POTP este Figura 7.14. Se consideră cazul traficului de intrare de la două Module de Servicii diferite și traficul de ieșire de la unul singur, folosind configurația 4xSP și 4xWFQ pentru scheduling.

Figura 7.14-Schema de forwardare pentru SPO 1400

Independent de Modelul de Trafic selectat, una din principalele cerințe ale Mobile Backhauling este aceea de a diferenția traficul din rețeaua de transport a Layerului 2 Ethernet, pentru că se doresc diferite tehnologii ca 3G sau LTE pentru traficul nativ de pachete.

Soluția care a fost recomandata de Ericsson pentru COSMOTE Romania, în implementarea MPLS-TP este EXP bits on E-LSP. Este metoda cea mai practică de diferențiere a serviciilor (trafic de date, de voce) și tehnologii (3G și LTE) în rețelele mobile, întrucât un astfel de proces este controlat extern pentru Layerul de Transport.

Această solutie este in concordanta cu întreaga infrastructură a rețelei COSMOTE Romania- nu numai de capacitățile nodul SPO 1400 ci si de NodeB-uri, Routere IP și Controlerele de rețea RAN.

7.5 Implementarea MPLS-TP și reziliența traficului (Traffic Resiliency )

Diagrama implementării MPLS-TP este prezentată în Figura următoare:

Considerând topologiile rețelelor descrise (3.3) și explicând noțiunile de Pachet nativ și C-VLAN (Capitol 4) protocolul MPLS-TP trebuie implementat cu ajutorul Virtual Private LAN Services (VPLS)(Vezi capitolul 5.2).

S-a creat VPLS între trei noduri, unde unul dn ele este SPO 1410 în fiecare site de Acces/Agregare iar celelalte două sunt nodurile redundante SPO 1460, aflate în site-ul Hub.

Datorită protocolului MPLS-TP și facilităților lui SPO 1400, reziliența în layerul de transport (inele SDH cu linkuri fizice STM-16/64, ca cele descrise în Paragrafele 3.3 și 3.5) sunt realizate prin Protecție LSP 1:1.

Aceasta schema de rezilienta asigură că în cazul unei singure căderi a traficului, recuperarea se va realiza în sub 50 milisecunde, ca și în schemele de protecție tradiționale SDH.

Folosirea nodurilor redundante SPO 1460 ca și a routerelor ASR IP redundante în site-urile Hub asigură si ele rezilienta în cazul unei defectări complete a POTP sau a unui Router IP, crescând fiabilitatea în întreaga rețea Mobile Backhaul.

7.6 Implementarea VPLS

VPLS construiește un switch LAN virtual dispersat geografic, permițând conexiunea mai multor dispozitive remote într-un singur VLAN, ca și cum ar fi conectate într-un switch LAN local. End-Pointurile acestui switch virtual sunt porturi UNI localizate în nodurile SPO 1400, care sunt conectate fie la NodeB-uri (în site-uri de Acces/Agregare) fie la routere ASR IP externe (site-ul Hub).

Conectivitatea intre endpoint-urile VPLS-ului se bazeaza pe o constructie logica numita ~Pseudo-Wire” (PW),, folosite pentru a emula conexiunea. Pentru fiecare set ce contine 3 noduri VPLS, trebuie sa existe un set de 3 PW.

Prin VPLS ne putem referi si la Virtual Switching Instance (VSI) sau Virtual Forwarding Instance (VFI). Sunt setate 2 de VFI-uri (2 PW):

Un VFI pentru trafic 3G

Un VFI pentru trafic 4G

Conectivitatea între end-point-urile VLPS se bazează pe PW.

Pentru evitarea buclelor, VPLS folosește “Split horizon”- un procedeu ce implică faptul că traficul primit de la un PW nu e niciodată forwardat pe un alt PW. Ca și criteriu de forwardare, VPLS folosește adrese MAC, pentru a trimite pachetele catre porturile UNI

corecte.

în Figura 7.15 e ilustrat, pentru inelul din zona București, ca pentru fiecare VPLS cu 3 noduri exista un set de 3 PW, adică o construcție logică între două din cele trei noduri implicate (concept VPLS fully meshed).

PW 01: trafic între SPO 1410 “INTEC”și SPO 1460 “PIPERA 9”

PW 02: trafic între SPO 1410 “INTEC” și SPO 1460 “PIPERA 10”

PW 03: trafic între SPO 1460 “PIPERA 9” și SPO 1460 “PIPERA 10” (solicitat de Routerele IP, descris în paragraful 8.7- Traffic tunneling și reziliența în layerul transport)

Figura 7.15

7.7 Traffic tunneling și reziliența layerului transport

Pentru a permite conectivitatea între PW-uri în domeniul MPLS, trebuie construit un tunel între nodurile endpoint, construcție logică ce se numește Label Switch Path (LSP). Un LSP poate fi folosit pentru unul sau mai multe PW-uri si poate fi împărțit între aceleași endpoint-uri. (de exemplu, Service Module descris în paragraful 4.2).

Pentru asigurarea rezilienței traficului în layerul de transport (inelele SDH din București și Brașov), SPO1400 foloseste schema de protecție LSP 1:1, după cum e ilustrată în Figura 7.16.

Figura 7.16: Asigurarea rezilienței traficului

Între endpoint-uri se creaza două LSP-uri cu trasee diferite:

Unul funcționează ca Worker și transportă PW în condiții normale (LSP A în Figura 7.16), în timp ce al doilea funcționează ca Protection și transportă PW atunci când apare o defecțiune în Layerul de Transport.

Trecerea de la Worker la Protection LSP trebuie să se facă întotdeauna în maxim 50 milisecunde, pentru a garanta si pentru Traficul de Pachete fiabilitatea Carrier Class a SDH-ului tradițional.

Odată ce Protecția LSP 1:1 este implementată in București și Brașov, Containerele Virtuale SDH (SDH Virtual Containers (VC)) cu trafic MPLS-TP nu vor avea scheme proprii de reziliență SDH (SNCP, MSP și/sau LCAS), pentru evitarea interferențelor ce s-ar crea prin suprapunerea schemelor de reziliență .

Un exemplu de LSP în Pilot Line-ul din București pentru un Site de Acces este prezentată în Figura 7.17.

Figura 7.17.1: LSP pentru un Site de Acces

Figura 7.17.2: LSP pentru un Site de Acces

Legendă:

Cu verde inchis – LSP-urile ce conecteaza nodurile redundante SPO 1460 in Site-ul Hub si care contin toate PW ce conecteaza cele 2 noduri, pentru toate instantele VFI create in fiecare nod SPO 1460. Aceasta inseamna ca vor fi numai 2 LSP-uri in fiecare inel. Ele vor tunela toate PW, indiferent de cate site-uri de Acces exista in topologie.

Pentru un VPLS fiabil, fiecare PW trebuie să conțină Protecție LSP 1:1 și are, deci, nevoie de șase LSP-uri (Worker și Protection pentru fiecare PW al VPLS-ului) ce vor fi create pentru primul site de Agregare, unde se activeaza Protocolul MPLS-TP.

Albastru închis și deschis – LSP-urile ce conectează site-urile de Acces SPO 1410 cu fiecare SPO 1460 în Hub conțin un singur PW (pentru Service Model din paragraful 4.1) sau mai multe PW (pentru Service Model din paragraful 4.2), pentru a asigura rezilienta în layerul de transport.

Topologia COSMOTE România este bazată pe linii SDH închiriate – de aceea redundanța (prin STM-16 și/sau STM-64 și/sau linkuri Ethernet) dintre cele două noduri SPO 1460 din Huburi se realizeaza prin interfețe intra-office. Acest lucru evita încărcarea liniilor închiriate cu o capacitate suplimentară, ce presupune si un cost mai ridicat. (vezi capitolul 8.3 – Cazuri de conectivitate fizică)

Reziliența în site-urile Hub cu Routere IP

Datorita faptului că există 2 Routere IP ASR și noduri SPO 1460, se poate obține redundanța completă în Hub-uri.

Această redundanță se implementează prin conectarea unui SPO 1460 cu unul din Routerele IP ASR, printr-un link GigEth. End-point-ul traseului în SPO 1460 este portul UNI.

Pentru evitarea crearii unei bucle, fiecare SPO 1410 face schimb de trafic cu doar unul din cele doua SPO 1460 si doar cu unul din Routerele IP ASR.

Traseul între fiecare NodeB conectat la SPO 1410 în Site-ul de Acces și unul din cele duuă routere externe estei determinat de statusul Routerelor IP .

Protocolul de rezilienta (standard HSRP) stabileste un Router IP MASTER; în condiții normale, el face schimb trafic cu NodeB. Când apare o eroare în Hub, protocolul de reziliență va activa schimbul de trafic între cel de-al doilea router și NodeB.

Când are loc defectarea, nu se mai face schimb de mesaje între Routerele IP- ceea ce declanșeaza mecanismul de reziliență. Traficul între NodeB și RNC se muta prin cel de-al doilea routerIP ASR și printr-un alt SPO 1460, folosind un PW disponibil în VPLS-ul cu 3 noduri (paragraful 5.1).

Reziliența PW prin protecție LSP 1:1 va garanta funcționarea redundanței Hub-ului chiar și în cazul unui failure mai vechi din layerul de transport (de exemplu, dacă a fost tăiată fibra în inelul SDH), deci și caz de dublă defecțiune.

Mecanismul de reziliență se aplică la nivelul Layerul 3 al Routerelor IP; Procesul de invatare al adreselor MAC la nivelul layerului MPLS-TP trebuie sa fi fost pornit inainte de caderea Hubului. De aceea, procesul de recuperare al traficului în site-urile Hub dureaza întotdeauna mai mult de 50 milisecunde.

Timpul real al recuperării este determinat de factori ca: schema deja implementată pe Routerele IP (VRPP standardizat) sau numărul total de dispozitive implicate (deci, de numărul de adrese MAC).

Un exemplu de recuperare a traficului în caz de defecțiune în site-ul Hub este ilustrată în Figura 7.18, insă detaliile implementării redundanței Hub nu fac scopul acestei lucrări.

Figura 7.18: Exemplu de recuperare a traficului

7.8 Rețeaua de comunicații digitale (Digital Communication Network (DCN) ) – transmiterea informatiilor de management

Termenul Digital Communication Network (DCN) se referă la infrastructura ce permite userilor rețelei și Sistemului de management al Elementelor (Element Management System (IPT NMS and SO-EM)) să acceseze elementele din rețeaua de transport a COSMOTE Romania.

DCN este necesar configurării și supervizării nodurilor SPO 1400 fie doar la implementarea protocolului MPLS-TP, fie împreună cu tehnologii de transmisie de pachete fără conectivitate (connection-less packet technologies), ca de exemplu Protecție pe Inele Ethernet (Ethernet Ring Protection).

.

Pentru a asigura accesul userilor de Network si management – IPT NMS la elementele de rețea Platforma SPO 1400 se bazează pe o suită de protocoale IP.

De aceea, numai SPO 1400 poate ruta static sau prin Open Shortest Path First (OSPF) traficul IP.

SPO 1400 are porturi dedicate ce oferă acces la nod userilor locali sau remote – in scopuri de management. Multe noduri din rețeaua de transport folosesc aceeasi infrastructură (fibră sau linkuri de microunde) pentru schimbul de informație de management cu IPT NMS. Pentru aceste cazuri, SPO 1400 oferă două posibilități pentru informațiile In-band de management (folosind infrastructura fizică a layerului de transport) :

Canalul de comunicații digitale (Digital Communications Channel (DCC)) ale frame-urilor SDH

Managementul VLAN, unde se asigneaza pachete dedicate doar pentru unic scop de management al traficului pe link-urile fizice Ethernet, în cazul domeniilor ERP

Label Switch Path cu management ( (LSP MCC- Management contents), daca protocolul MPLS-TP este implementat pe linkurile Ethernet .

Când conexiunea fizică între noduri este realizată cu linkuri Ethernet, managementul comunicațiilor In-Band este realizat prin porțiuni dedicate ale benzii. Se crează un Management VLAN, care va fi singurul conectat la layerul IP; el este diferit de VLAN-urile pentru traficul clienților în ceea ce privește segregarea logică. Acesta reprezintă cazul tipic, când se implementează tehnologii de transport ale pachetelor (connection packet transport technologies, exemplu ERP).

7.8.1 Sincronizarea

Când se lucrează cu layerele de transport cu linkuri fizice, platforma SPO 1400 poate primi semnale de sincronizare fie prin dispozitive dedicate externe (prin E1/2 Mbps și/sau prin semnalul de sincronizare de 2 MHz) sau prin interfețe fizice SDH conectate la celălalt nod relevant.

Mai mult, SPO 1400 poate propaga semnalul de sincronizare prin interfețele fizice SDH către alte noduri din layerul transport.

Pentru ca principalul scop al implementarii MPLS-TP este folosirea liniilor SDH închiriate între nodurile POTP, sincronizarea tuturor nodurilor se va face cu semnale TDM tradiționale.

7.9 Concluzii

Datorită implementării protocolului MPLS-TP, cît și a capabilităților lui SPO1400, reziliența în layerul de transport ( inele SDH cu link-uri fizice STM 16/64) s-a putut realiza cu Protecție 1:1 LSP.

Reziliența schemei asigură restabilirea traficului ( după un single fault) se realizează sub 50 ms, ca în schemele tradiționale de protecție SDH).

Folosirea SPO 1460 redundante și a routerelor ASR IP redundante în Hub-uri oferă reziliență în cazul unui failure complet a unuia din aceste echipamente, mărind foarte mult soliditatea întregii rețele de Mobile Backhaul.

Conform rezilienței, două trasee diferite sunt create între end-point-urile cerute: unul operează ca Worker și transportă PW în condiții normale, iar al doilea este Protecția ce transportă PW dacă apare o defecțiune în Layerul de Transport.

Comutarea între Worker și Protection LSP are loc întotdeauna în mai puțin de 50 ms, garantând rezistența rețelelor de SDH tradițional și pentru trafic de Pachete.

CAPITOLUL VIII

Principile și metrica Jitter și Wander[17]

În mediul de telecomunicații actual în care întâlnim atât tehnologiile TDM, cât și tehnologiile de ultima oră bazate în intregime pe pachete, necesitatea implementării, configurării, utilizării și adaptării tehnologiilor ce se referă la sincronizare sub diversitatea tuturor protocoalelor și cerințelor existente, reprezintă o prioritate.

Sincronizarea este necesară calității și stabilității standardului dorit pe distanțe mari și peste orice tip de echipament sau tehnologie.

Metode de măsurare a sincronizării în diferite medii – există echipamente de măsurare pe standardul cerut sau multistandard care pot afișa rezultatele în timp real și pot efectua măsurători pe o perioadă de timp pentru verificarea stabilității surselor de sincronizare și a mediilor de transmisiune, salvându-le în diverse formate: word, xls, vsd, etc și/sau pot afisa rezultate tip PASSED/FAIL. Există și formate proprietare care pot fi interpretate doar de echipamentul sau softul producătorului, dar această tendință este în scădere.

Jitterul și wanderul sunt definite ca variații pe termen scurt și lung ale unul semnal digital, față de poziția lor ideală în timp- mișcări înainte și înapoi față de o sursă de ceas ideală.

Figura 8.1: Jitterul și Wanderul

Amplitudinea jitterului este exprimată în Unit Intervals (UI). De exemplu, la rate de 2048 kbit/s, o UI este echivalentă c 488 ns, pe când pentru 155.52 Mbit/s, o UI reprezintă 6.4 ns.

Măsurarea wanderului necesită o referință "wander-free" reference, relativ la care se măsoară wanderul altui semnal. Se poate folosi orice Primary Reference Clock (PRC) datorită acurateții îm timp, deși se poate folosi și tehnologia GPS.

Pentru a avea o măsurătoare concisă a calității sincronizării, s-au definit 3 parametri pentru a specifica limitele:

TIE Time Interval Error (wander in ns)

MTIE Maximum Time Interval Error (related to Peak-to-Peak wander)

TDEV Time Deviation (related to rms wander)

Amplitudinea Jitter-ului se cuantifică Peak-to-Peak, nu RMS, pentru că valoarea de vârf a jitterului va cauza o eroade de bit în echipamentul de rețea.

Valorile RMS se pot folosi pentru un model al acumulării jitterului în sistemele ce folosesc regeneratoare SDH, de exemplu.

Site Location: Cnt-2 MSC

Tested equipment & port: SSU / PORT B8 / 75Ω / 2MHz

Test duration: 24 HRS

Clock source & default quality: GPS/SSU / G811

Test equipment: ANT20SE

Reference source: TSR37 GPS

TIE value: 264.9E-12 s

MTIE value: 529.8E-12 s

OVERALL RESULTS: PASSED

Figura 8: Synchronization test report pentru tehnologia MPLS-TP

8.1 TIE (Time Interval Error)

TIE este definit ca diferența de fază între semnalul măsurat și cel de referință.

Figura 8.2: Wander TIE –exemplu de masuratoare

Tendința de creștere se datorează offset-ului frecvenței de aproximativ 1 ns pe secundă.

Figura 8.3: TIE din synchronization test report

8.2 MTIE (Maximum Time Interval Error)

MTIE este o măsură a wanderului ce caracterizează offsetul de frecvență și tranzițiile de fază – măsură a celui mai grav caz de variație a fazei unui semnal. Ea poate fi folosită pentru a detecta instabilitatea clock-ului ce poate cauza pierderi de trafic într-un canal de telecomunicații.

MTIE este cel mai mare Peak-to-Peak TIE .

Figura 8.4: wander MTIE – Exemplu de măsuratoare, corespunzătoare figurii 8.2.

Figura 8.5: MTIE din synchronization test report

8.3 TDEV (Time Deviation)

TDEV este o masurătoare a wanderului ce caracterizează conținutul spectral.

TDEV (t) este rms al TIE unde filtrul trece bandă (BPF) este centrat pe o frecvență de 0.42/t.

Figura 8.6: TDEV din Synchronization test Report

Figura 8.7: Prezentare comparativa MTIE/TDEV

Concluzii

Graficele măsurătorilor efectuate în rețeaua Cosmote prezintă valorile de jitter, wander Tie (time interval deviation), MTIE (maximum time deviation), după implementarea tehnologiei MPLS-TP.

Măsuratorile sunt la scară logaritmică, iar fiacare punct marcat pe grafic reprezintă media măsurătorilor pentru tot intervalul pe valoarea respectiv: Totalitatea măsurătorilor făcute la interval de o secundă pentru o perioadă de 24 ore. Măsurătoarea se poate face pentru acuratețea ți stabilitatea sursei atât pentru frecvență cât și pentru fază – cele două elemente definitorii ale sincronizării. În general, este utilizată frecvența pentru sync.

Obținerea cu succes a sincronizării este un pas foarte important înainte de punerea sistemului în funcțiune, pentru că atestă buna lui funcționare, demonstrează că tehnologiile prezente în rețea pot, intr-adevăr, coexista și nu se încurcă una pe cealaltă.

Valorile obținute pentru TIE și MTIE se află cu mult sub limitele admise – conform sursei de referință TSR37 GPS, fiind de ordinul picosecundelor. Testarea sincronizării s-a făcut pe echipamentul ANT20SE, pe perioada a 24 ore.

TIE value: 264.9E-12 s

MTIE value: 529.8E-12 s

CAPITOLUL IX

Crearea serviciilor Ethernet cu IPT-NMS

Cu platforma IP Transport Network Management System (NMS) – Packet, se construiește fiecare tunel MPLS-TP ca un serviciu distinct. Tunelele conțin LSP-uri care folosesc transportul orientat pe conexiune, separarea traficului și protective. Într-un serviciu tunel creat cu IP Transport NMS-Packet, se crează un LSP prin identificarea și configurarea end-point-urilor. Rutele pot fi generate sau configurate manual prin hopuri LSP. După ce se setează traseul work, se crează și protecția ce va fi folosită în cazul unei defecțiuni.

Se pot asigna costurile fiecărui link.

LSP poate fi monitorizat prin activarea serviciului Bidirectional Forwarding Detection

(BFD).

Secțiunile ce urmează descriu operațiile necesare pentru setarea și managementul rețelei.

Figura9.1 : Interfața cu utilizatorul

Figura 9.2: Iconițele IP NMS

Se urmează următorii pasi:

Pregătirea rețelei – pași preliminari

Crearea template-ului MPLS-TP

Crearea Tunelelor MPLS-TP

Activarea tunelelor MPLS-TP Tunnel

Populate the Component Domains

Crearea template-ului de ELAN Service

Create template-ului pentru EndPoint Service

Create ELAN Service

Pași preliminari

Înainte de a începe crearea infrastructurii MPLS-TP, vor trebui activate capabilitățile MPLS-TP pe toate porturile de rețea (NNI). De asemenea, este necesar să se precizeze pentru un port adresa MAC a portului echivalent de la destinație. Aceasta adresa MAC va fi Destination-MAC al fiecărui frame Ethernet, care va transporta pachete MPLS; prin urmare, dacă adresa este greșită portul care primește va renunța la frame-ul de intrare.

Se verifică dacă capabilitatea este setată MPLS și se adaugă adresa MAC de destinație.

Figura 9.3

9.1 Managementul tunelului MPLS-TP

Un tunel MPLS-TP furnizează transport de pachete între nodurile de intrare și cele de ieșire . Tuneluri MPLS-TP conțin LSP, oferind transport orientat pe conexiune, separarea traficului și protecție.

IPT NMS Packet permite crearea de tuneluri, identificarea end-pointurilor și configurarea hop-urilor interne, în funcție de constrângerile de rutare ale clientului. Traseul Tunel poate fi generat automat sau configurat manual.

După working path, utilizatorul poate adăuga protecția. LSP este monitorizată de sesiunile Bidirecțional Forwarding Detection (BDF) .

IPT NMS Packet se ocupă numai de tuneluri bidirecționale E-LSP MPLS-TP.

9.1.1 Crearea tunelelor MPLS-TP

Figura9.4: Pași pentru crearea tunelelor

Managementul resurselor

Adăugrarea elementelor de rețea

Configurarea NE se face în ServiceOn EM. NE se instalează în IP Transport NMS – Packet iar datele referitoare la subrețele, porturi, cross-connections, link-uri deja existente este stocată în IP Transport NMS – Packet database

Initial, se instalează elementele de rețea și link-urile necesare configurate in programul Service On Manager. Ne interesează cele 4 site-uri de test, create într-un template DEMO, configurate pentru folosirea lor în MPLS-TP: Test_Brasov8.3, Test_Brasov 9.4, Test_Tampa_X.2, Test_tractor_1.

Figura 9.5

După ce NE sunt instalate, sunt organizate pe domenii ce pot fi folosite pentru servicii.

Adăugarea link-urilor

Link-urile pot fi setate ca Physical (Pentru Interfețe Ethernet) sau Transport (Interfețe EoSDH- WAN) . Pentru a crea un link între două NE, porturile setate ca link endpoints trebuie să fie de același tip și bandă.

Se selectează nodurile de intrare și de ieșire, porturile logice 5.11 pentru Brașov_9 și Brașov_10.

Figura 9.6

Se selectează cele două elemente de rețea, de același tip și se crează legătura.

Se setează link cost, în funcție de capacități. Pentru linkuri mici, se seteaza cost mare si invers.

1-10GB ; 10-1GB; 100-STM-1.

Link-urile vor apărea ca o listă:

Figura 9.7

Crearea unui template pentru MPLS-TP Service

Se crează un template pentru tunele MPLS-TP, TEST_MPLS_TEMPLATE_10, pentru configurația default a parametrilor tunelului.

Templates-> MPLS-TP

Figura 9.8

Figura 9.8

Pentru a putea activa/dezactiva mai târziu back-up-ul pentru LSP, când se va finaliza crearea tunelului, trebuie făcută setarea:

Backup LSP Policy -> Optional

Se bifează BFD session pentru ca o alarmă din OAM să fie semnalată mai repede (când se întrerupe un link, pentru a se face switch-ul pe trafic MPLS-TP). Dacă nu e bifată opțiunea, timpul de switching pe tunnel este foarte mare.

Detect multiplier: setează după câte alarme BFD este considerat linkul întrerupt.

Sent interval: 3 ms, perioada după care portul transmite biții după switch.

Se seteaza required bandwidth la 10000kb/sec.

Crearea tunelului MPLS-TP

Din meniul Services, se selectează tipul de serviciu (Tunel MPLS-TP) și template-ul.

Figura 9.9

Clienții pot fi împărțiți pe foldere, în funcție de cerințele fiecăruia.

Se setează Work Orderul pentru referințe ulterioare.

Setare work/protection

Pasul următor este definirea linkurilor ca work sau protection:

Work: TEST_BRASOV3 –TEST_TRACTORUL_1

Protection: TEST_BRASOV3 –> TEST_BRASOV4 –> TEST_TAMPAX2-> TEST_TRACTORUL_1

Figura 9.10

Utilizatorul poate elimina unul sau mai multe din nodurile LSP generate și crea o nouă cale folosind noduri noi.

Dacă se șterge un link (Se setează nodurile ce se doresc șterse și se apasă Remove.) nodurile sunt in continuare setate iar programul găsește cea mai bună cale care să înlocuiască link-ul respectiv:

Figura 9.11

Etichetele LSP

Etichetele sunt adăugate automat de program, dar se poate seta fiecare ca PUSH (intrare), POP (ieșire) sau SWAP (noduri de tranzit).

Figura 9.12 – Etichetele fiecărui site

De exemplu, se intră pe BRASOV, se transmite eticheta 18 și se primeste 23 după tot traseul. Nodurile intermediare fac swap între 18 și 19. Se setează atat pentru linkul forward cat si pentru reverse.

Maintenance entity

Sesiunile de monitorizare BFD detectează o cădere a unui link pe working sau protection path în tunelul MPLS-TP. Ele se activează prin adăugarea unei entitate de mentenanță pe NE din LSP. Dacă ME detectează un fault, face comutarea la protection path.

Când s adaugă ME la un working path, aceasta se adaugă automat și la protection path.

Se selectează pentru fiecare nod in parte. Apare o altă linie care semnalează existența unei BFD session, pentru un switch rapid.

Pe BFD se pot vedea alarmele existente în sistem. (figura 9.13.1)

Figura 9.13.1: Alarmele din sistem

Momentan, tunelul este undeployed (Figura 9.13.2, link gri) și porturile sunt active pentru că tunelul trece prin toate aceste porturi

Figura 9.13

.

Figura 9.14

Putem vedea toate elementele de rețea:

Figura 9.15

Se apasă pe Complete Design și pe Activate Service. Programul face toate cross-connection-urile, de aceea acest pas durează puțin mai mult.

Se inițializează și protection path prin opțiunea INIT pentru a incepe transmisia biților BFD.

Figura 9.16

9.1.2 Activarea tunelului MPLS-TP

Activarea serviciului de MPLS-TP creează o legătură între end-point-urile A și Z ale tunelului. Pentru a face legătura disponibilă într-un serviciu Ethernet, se adaugă elementele de rețea care crează tunelul la un domeniu de component L2VPN.

Un element de rețea fără serviciul implementat apare gri, la fel ca și un LSP care nu a fost încă activat sau orice entitate de mentenanță abia definită. Atunci când s-a activat serviciul, LSP apare verde, nefiind alarme detectate. Așa cum se vede în figură, serviciului este implementat, iar mentenanța apare verde.

Figura 9.17

Tunelul este activ: link-urile sunt verzi.

Figura 9.18 rețeaua-inel cu tunelul implementat

La final, se apasă complete design.

.

Configurația pentru ambele inele.

Figura 9.19.1: LSP-urile pentru Brașov

Figura 9.19.2: LSP-urile pentru București

Definirea domeniului componentelor L2 VPN

Component domains sunt grupuri logice populate de NE ce folosesc aceeași tehnologie și același protocol. Scopul lor este de management al rutării și identificarea conexiunilor inter-domeniu din topologie. L2VPN ca și domeniu conține NE folosite pentru MPLS-TP și serviciile de L2 VPN. Se pot căuta, astfel, ink-uri, NE, tunele MPLS-TP.

Mai întâi, trebuie creat un domeniu L2VPN și populat cu un singur nod implicat în tunel. Toate celelalte noduri vor fi adăugate automat, pentru rapiditate. Se pot popula domeniile de componente cu NE ce folosesc același protocol.

Fiecare nod poate aparține unui singur domeniu L2VPN (acesta poate fi inclus doar în domenii de alt tip). Serviciul E-LAN este creat și rutat prin tunelul MPLS-TP, folosind protocolul Ethernet over MPLS-TP pentru a conecta rețelele VLAN.

Figura 9.23

Din meniul Resources– Component Domains view – Add

Figura 9.24: Pașii pentru implementarea serviciului E-LAN.

În implementare, se va folosi IPT NMS Packet Database sau NE Database, cu următoarele simboluri:

9.2.2 Crearea Template-ului E-LAN Service

Este prezentată o listă de template-uri ce pot fi folosite din baza de date IPT NMS. Se poate adăuga un template nou sau se poate clona un template vechi pentru a-l modifica.

Figura 9.25

Parametrii ce pot fi setați sunt:

Figura 9.26.1 Parametri

Figura 9.26.2: Parametri

9.2.3 Crearea template-urilor EndPoint Service

Endpoint-urile identifică elementele de rețea unde traficul este rutat și monitorizat.

Un Template de Endpoint service permite setarea unor parametri ca rata de linie, tipuri de clase de servicii și limite ale benzii.

Figura 9.27

Figura 9.28

Figura 9.29: Exemplu de template end-point

9.2 Crearea E-LAN Service

Serviciile E-LAN conectează la nivel de Layer 2 site-uri existente în rețeaua Ethernet sau MPLS. Folosesc conexiuni point-to-point prin protocoale ERP (Ethernet Ring Protection).

Se urmărește: identificarea clientuluo, denumirea serviciului, alegerea unui service template, selectarea endpoin-urilor pentru serviciu. Crearea și activarea serviciilor populează baza de date a rețelei.

Se crează serviciul:

Services – Add – E-lan emplate

Figura 9.20

Figura 9.21: Se selectează service template și service type – E-LAN.

Se adaugă lista de Customer Edge devices implicate în LAN, folosin butonul Add.(Figura 9.22)

Pentru fiecare NE, se specifică tipul și Template-ul End-to-End.

Figura 9.22

9.2.4 Rutarea E-LAN service

Serviciul E-LAN se poate ruta printr-un VPLS de tunele MPLS-TP full-mesh.

Mai multe servicii E-LAN pot rula pe același tunel.

Mai multe tunele pot fi create între două NE, pentru a asigura diferite clase de servicii.

Sistemul definește link-ul de transport folosit pentru conectarea end-point-urilor serviciilor cu diferite domenii (în cazul crossing-ului mai multor domenii).

9.2.5 Activarea E-LAN service

Când se activează serviciul, sunt create cross-connections între NE iar parametri configurați în service template sunt încărcați în baza de date a aplicației.

Din pagina Design tab se selectează Activate Service.

La sfârșitul acestor pași, serviciul a fost creat cu succes în baza de date și configurat în NE.

Concluzii

Înainte ca operatorul să înceapă implementarea, este necesar setup-ul rețelei și crearea unui template de MPLS-TP.

Se introduc elementele de rețea în baza de date ServiceOn Element Manager (SO EM). Aceasta oferă informații despre fiecare Network Element, pentru managementul traficului.

Un template include parametri generali ai unui tip de serviciu standard.

iP Transport NMS oferă informații despre circuitele de transport și resursele de trafic pentru construirea serviciului.

NE trebuiesc instalate și aliniate în aplicație, pentru a se asigura că toate elementele din SO EM sunt încărcate în IP Transport NMS.

Concluzii finale

Prin această lucrare, am urmărit să prezint aspectele implementării tehnologiei MPLS-TP în rețeaua de telefonie mobilă a Cosmote Romania.

MPLS-TP este o extensie a protocolului MPLS, îmbunătățită pentru a atinge cerințele transportului de pachete. În rețeaua COSMOTE Romania, tunele MPLS-TP sunt folosite pentru a transporta trafic de 2G, 3G și LTE între nodul de acces și cel edge. Ele oferă protecție prin existența a două trasee: Working și Protection, pe care se comută traficul la defecțiune.

Comutarea LSP între Worker și Protection are loc întotdeauna în mai puțin de 50 ms, garantând rezistența rețelelor de SDH tradițional și pentru trafic de Pachete.

Folosind platforma IP Transport Network Management System (NMS) – Packet, am construit o rețea de test ce urmărește setările rețelei reale COSMOTE Romania. (Capitolul IX). Trebuiesc configurate tunelele MPLS-TP și Serviciile E-LAN. Pentru aceasta, se crează template-uri pentru fiecare, se vor aplica topologiei iar apoi se vor activa. Totodată, se adaugă etichetele LSP și entitatea de mentenanță.

IP Transport NMS permite managementul multi-layerului IP, Ethernet, SDH, WDM, MPLS-TP, într-o rețea multi-domain (Broadband Access, Microunde, Optic). Se poate opera cu OAM, se simplifică evoluția de la SDH la Packet și construcția unei rețele de pachete IP și Ethernet.

IP Transport NMS comunică cu ServiceOn EM pentru a define modelul de rețea.

ServiceOn EM ușurează managementul NE, link-urilor și topologiei rețelei.

S-au folosit 4 site-uri de test Test_Brasov8.3, Test_Brasov 9.4, Test_Tampa_X.2, Test_tractor_1, care s-au interconectat printr-o topologie inel.

Datorită implementării protocolului MPLS-TP, cît și a capabilităților lui SPO1400, reziliența în layerul de transport (inele SDH cu link-uri fizice STM 16/64) s-a putut realiza cu Protecție 1:1 LSP.

Randamentul OAM, atât de important pentru rețelele de transport și foarte bine pus la punct în rețelele SDH, este monitorizat prin intermediul BFD sessions. Acestea detectează foarte rapid căderile de link-uri pe traseele work sau protection ale MPLS-TP. Această opțiune se poate activa prin entitatea de mentenanță a fiecărui NE, ce face parte din LSP în IPT NMS. (Capitolul 6.4.2).

Asocierea unui protection path cu o entitate de mentenanță asigură un fast Reroute (FRR, capitol 6.2) al conectivității – care îmbunătățește rezistența la defecțiuni prin stabilirea unor drumuri de rezervă LSP.

Mantainance Entity este cea care detectează un defect în working path și redirecționează automat traficul pe protecție. ME monitorizează, de asemeni, alarmele de pe tunel(figura 9.13.1)

Aceste capabilități OAM, sistemul de management al rețelei, permit scalarea rețelei la câteva mii de echipamente, de unde rezultă respectarea scalabilității conexiunilor orientate pe pachete– un alt avantaj obținut prin implementarea acestei tehnologii.

De asemeni, MPLS-TP este ușor de întreținut și de configurat, platformele cu care se lucrează pe echipamente fiind foarte intuitive. Ele oferă nodulurilor flexibilitate în ceea ce privește tehnologiile ce pot fi configurate: Ethernet (L1/L2), trafic TDM, connectivitate WDM și pachete orientate pe conexiune bazate pe MPLS-TP

Se atinge și obiectivul agregării unor varietăți de tipuri de trafic (ATM, Ethernet, frame relay sau TDM), peste o singură infrastructură bazată pe comutație de pachete

Rețeaua este upgradată eficient și din punctul de vedere al costurilor. Se reduc cheltuielile de capital (CapEx) și costurile operaționale (OpEx) ale rețelei., caracteristică specifică tehnologiei.

Practic, se folosesc rețelele SDH existente, trecându-se la comutarea de pachete.

Se păstrează majoritatea echipamentelor aflate deja în topologie și se integrează echipamentele SPO 1400 care introduc o platformă optică ce oferă lărgimi de benzi foarte mari. Se crează o sinergie între traficul IP și mediul optic, prin protocolul MPLS-TP.

SPO 1400 permit folosirea mai multor tehnologii în același nod, în același timp: Ethernet switching, TDM switching și transport WDM, fiind ideale pentru cazul COSMOTE Romania, care au migrat traficul TDM pe trafic bazat pe comutație de pachete.

Sistemele de fibră sunt mult mai eficiente din punct de vedere al costurilor, față de cablurile metalice, sateliți sau radio pentru aplicații long-haul.

Chiar dacă se bazează pe mecanisme bazate pe MPLS pentru a forwarda datele folosind etichete, MPLS-TP funcționează fără un plan de control distribuit, bazându-se pe IPT NMS pentru a cunoaște traseele (Capitol 6.4.1).

Toate funcțiile traficului de pachete corelate cu segregarea, clasificarea, tunneling și protecție prin Layerul 2 de transport Ethernet vor fi realizate de nodurile SPO 1400.

Toate acestea fac din MPLS-TP o tehnologie ideală pentru inelele metropolitane de FO.