I fornitori di servizi si stanno orientando verso reti di trasporto basate su mesh e l'ultimo progresso tecnologico è la Shared Mesh Protection basata su standard, che sfrutta un piano di controllo GMPLS intelligente in modo che una rete di trasporto mesh possa riprendersi da guasti multipli locali o a livello di rete, riducendo al contempo i costi eliminando la necessità di dedicare larghezza di banda di backup per ogni circuito attivo. In questo articolo, esamineremo la Shared Mesh Protection con accelerazione hardware come mezzo per aumentare la resilienza della rete senza incorrere in ulteriori spese relative alla fibra.
Nell'economia indiana in rapida crescita, il ciclo costante di costruzioni, demolizioni e lavori stradali mette a rischio le infrastrutture di telecomunicazione esistenti. Secondo fonti del settore, un operatore Tier-1 medio in India ha subito da 12 a 15 interruzioni di fibra ogni 1.000 chilometri al mese. Per contestualizzare, si consideri che i principali operatori Tier-1 in India possiedono da 80.000 a 190.000 chilometri di fibra. Ciò si traduce in oltre 60 interruzioni della fibra al giorno, 2.000 al mese o 25.000 all'anno, che questi operatori devono affrontare tempestivamente. In un'economia globalizzata, le aspettative dei clienti vengono costantemente confrontate con i migliori standard mondiali. Questo rappresenta una sfida significativa per gli operatori di livello 1 in termini di aumento delle spese operative per la riparazione della fibra, aumento delle spese in conto capitale per la protezione ottica tradizionalmente disponibile per far fronte alle interruzioni della fibra e aumento delle spese per la fidelizzazione dei clienti.
Poiché la larghezza di banda continua a crescere a ritmi sorprendenti, stimati al 40% all'anno a livello globale, trainata da applicazioni aziendali come cloud, mobile e tecnologie video, una singola interruzione di soli 50 minuti in un anno può ridurre la disponibilità della rete fino al 99,99%. Qualunque sia la causa delle interruzioni di rete, il fornitore di servizi deve affrontare i problemi. In questo sforzo complessivo, ci sono due approcci:
• Protezione. Questa deve avvenire entro 50 millisecondi dal guasto (lo standard di riferimento accettato per il ripristino). Per ottenere questa risposta rapida, per i circuiti di protezione viene in genere utilizzato un percorso precalcolato. La capacità di protezione può essere dedicata o scambiata. Tuttavia, i protocolli di protezione a commutazione tradizionali presentano limitazioni molto rigide in termini di topologia e scalabilità. Possono esserci anche limitazioni nella protezione da guasti multipli.
• Ripristino. In un'operazione di ripristino, quando viene rilevato un guasto, viene calcolato un nuovo percorso di comunicazione e le connessioni vengono interrotte sul percorso di lavoro e ristabilite sul percorso sicuro. Il ripristino è comune nelle reti a pacchetto, sebbene possa essere relativamente lento (in genere da secondi a minuti). Consente la condivisione della capacità di protezione e trova quasi sempre un percorso, a condizione che esista un percorso di backup. Il ripristino è possibile anche a livello di trasporto digitale, con miglioramenti delle prestazioni che vanno da centinaia di millisecondi a pochi secondi, ma comunque ben al di sotto del requisito di ripristino da guasto inferiore a 50 millisecondi.
Oggi, gli approcci sopra descritti vengono implementati utilizzando le seguenti tecniche di resilienza:
• SONET/SDH: 1+1 e Subnetwork Connection Protection (SNCP), che utilizza la protezione della larghezza di banda dedicata per fornire una protezione garantita inferiore a 50 millisecondi per tutti i tipi di payload (SONET/SDH, Ethernet, SAN, video). Questa protezione è utilizzata nelle reti di trasporto di molte aziende. Questo tipo di protezione definisce il valore di 50 millisecondi ma non offre protezione contro guasti multipli e il modo in cui viene tipicamente implementato implica che la capacità di protezione non può essere condivisa da altri servizi, aumentando così i costi.
• OTN Digital/GMPLS: il ripristino software mesh è fornito dai più recenti switch di cross-connect ottici intelligenti come alternativa all'utilizzo di larghezza di banda dedicata per la protezione. Quando si verifica un guasto, questi dispositivi utilizzano piani di controllo intelligenti per reindirizzare i servizi interessati utilizzando tabelle basate su software, che utilizzano la larghezza di banda allocata nella rete. Poiché tutta la larghezza di banda non allocata è disponibile come pool condiviso di larghezza di banda di ripristino, questo meccanismo è in genere più efficiente del 20-35% in termini di risorse di rete rispetto alla larghezza di banda di protezione dedicata. Inoltre, poiché il ripristino della rete mesh GMPLS reindirizza dinamicamente un servizio guasto in base alla larghezza di banda disponibile, questa procedura può essere ripetuta in caso di guasti multipli della rete. Tuttavia, l'approccio multi-fase, basato esclusivamente su software, può richiedere secondi per il ripristino e il tempo di ripristino complessivo aumenterà con la complessità della topologia di rete, il numero di collegamenti e il numero di connessioni ripristinabili.
IP Packet/MPLS: Fast Redirection (FRR) è una protezione basata su router utilizzata nelle reti incentrate sui dati. Come il ripristino della rete mesh GMPLS, MPLS FRR utilizza la larghezza di banda di protezione condivisa per l'efficienza della rete e può ripristinare il servizio in caso di guasti multipli. Uno degli obiettivi di MPLS è sempre stato quello di fornire una maggiore resilienza contro le reti IP senza connessione. MPLS FRR (a volte indicato come protezione MPLS locale) consente a un Label Switch Router (LSR) di reagire entro 50 millisecondi con il reindirizzamento locale non appena rileva un guasto nel percorso di lavoro. MPLS FRR utilizza percorsi e valori di etichetta precalcolati, quindi tutto ciò che deve fare è assegnare una nuova etichetta e indirizzare il traffico a una porta diversa. MPLS FRR consente una topologia arbitraria ed è una tecnica di protezione condivisa. Gli svantaggi di MPLS FRR sono che il funzionamento in meno di 50 millisecondi non è completamente deterministico perché è solo locale e, una volta che si verifica un guasto, l'intera rete potrebbe dover riconvergere, richiedendo l'uso di porte di routing MPLS/IP aggiuntive per garantire la resilienza.
L'importanza della protezione a maglia condivisa con accelerazione hardware:
come abbiamo visto, le reti sono ormai soggette a guasti multipli e la protezione da un singolo guasto non è più sufficiente. Inoltre, le soluzioni multi-guasto sono semplicemente troppo costose, considerando che il traffico sulle fibre può raggiungere una capacità fino a 8 Tb/s. Le pressioni sui prezzi che gravano sui modelli di business dei fornitori di servizi richiedono un nuovo approccio alla resilienza.
La tecnologia di resilienza ideale per le moderne reti di trasporto dovrebbe offrire tre funzioni fondamentali:
1. Ripristino multi-guasto per una maggiore sopravvivenza; 2. Ripristino rapido entro 50 millisecondi per prestazioni deterministiche; e 3. Condivisione intelligente delle risorse di backup per una migliore economicità.
Queste tre funzionalità sono ora disponibili in un'unica tecnologia di protezione a maglia condivisa con accelerazione hardware. Questa soluzione offre ai fornitori di servizi l'opportunità di creare piani di protezione a livelli, che potrebbero contribuire a generare entrate aggiuntive con un investimento minimo in capacità di protezione.
Oggi, l'ITU-T sta lavorando a due documenti: G.SMP (G.808.3) e G.ODUSMP. Il primo mira a standardizzare le singole componenti della tecnologia SMP, mentre il secondo si propone di standardizzare il livello digitale OTN. Questi protocolli riguardano la codifica dei messaggi, la segnalazione, l'attivazione e altre funzioni necessarie per l'SMP. Nel frattempo, l'IETF sta lavorando a due progetti per standardizzarne l'applicazione su circuiti digitali e reti a pacchetto.
Il protocollo SMP è fondamentalmente un approccio proattivo alla protezione della rete. Separa le attività critiche in termini di tempo, come l'attivazione della protezione, dal calcolo a lungo termine del percorso del piano di controllo GMPLS, che richiede maggiori risorse. Il protocollo di attivazione della protezione SMP è progettato per essere leggero, una caratteristica fondamentale che ne consente l'implementazione in hardware, il supporto di migliaia di servizi e un rapido ripristino.
Come funziona l'accelerazione hardware e la sua importanza:
mentre la trasmissione a lunga distanza si sta rapidamente evolvendo verso tecnologie superchannel coerenti a 100 Gb/s e 500 Gb/s, la domanda di servizi è ancora prevalentemente guidata da un numero elevatissimo di connessioni Gigabit Ethernet e 10 GbE. Con il passaggio a 100G e una capacità di 8 Tb/s per fibra, la rottura di una singola fibra potrebbe avere un impatto su migliaia di servizi. I clienti pianificano da oltre un decennio l'utilizzo di piattaforme di trasporto backbone, che devono essere progettate per gestire volumi multi-terabit a un livello di servizio estremamente granulare, offrendo al contempo un'efficienza di banda e una resilienza senza precedenti. Questa nuova architettura consente di implementare l'SMP utilizzando processori di accelerazione hardware dedicati che supportano il ripristino simultaneo di migliaia di servizi in 50 millisecondi, anche in caso di rottura di più fibre. Infinera implementa questa tecnologia sulla piattaforma di trasporto DTN-X utilizzando il suo processore FastSMP, integrato in ogni scheda disponibile in commercio. Viene implementata un'architettura di pipeline parallela massiva, in grado di supportare reti con migliaia di nodi, hop multipli e ripristino in caso di guasto di fibra multi-terabit. Gli scenari di guasto vengono gestiti a un livello di granularità molto elevato (ovvero, per ogni singolo servizio).
Pertanto, l'orchestrazione di un elevato numero di richieste di servizio con una gerarchia di protezione sofisticata richiede un sistema di pianificazione robusto. Il primo passo per SMP consiste nell'utilizzare il software Network Planning System (NPS) per pre-calcolare scenari di guasto multipli e quindi popolare le tabelle hardware contenute nel processore FastSMP. Questo è fondamentale per garantire una capacità di protezione end-to-end di 50 millisecondi.
Una volta verificatosi un guasto, il processore FastSMP garantisce l'attivazione della protezione in meno di 50 millisecondi. Contemporaneamente, la notifica di guasto richiede all'intelligenza GMPLS di ciascun nodo di iniziare a ricalcolare i percorsi di backup in tempo reale e quindi aggiorna continuamente sia le tabelle hardware in tutta la rete sia l'NPS, se necessario. Pertanto, i tre componenti chiave – NPS, il processore FastSMP e il piano di controllo GMPLS – sono sempre sincronizzati.
Efficacia in termini di costi della tecnologia:
la tecnologia SMP con accelerazione hardware può essere impiegata in reti di trasporto completamente e parzialmente interconnesse, incluse, a titolo esemplificativo, le reti a lunga distanza e metropolitane. A seconda del grado di interconnessione tra i nodi di rete, la protezione SMP può migliorare significativamente l'utilizzo delle risorse di rete rispetto a meccanismi di protezione alternativi. Un recente studio di ACG Research dimostra che è possibile ottenere risparmi fino al 33% utilizzando SMP al posto della protezione 1+1.
Inoltre, questa tecnologia offre l'opportunità di fornire una varietà di nuovi livelli di protezione. Gli operatori stanno iniziando a valutare i seguenti livelli:
• Premier: Sopravvivenza senza interruzioni in caso di guasti di due reti con la massima priorità; • Elite: Sopravvivenza senza interruzioni in caso di guasto di una rete; ripristino con il massimo sforzo in caso di ulteriori guasti di rete; • Protected: Sopravvivenza senza interruzioni in caso di guasto di una rete; • Restoreable: Ripristino con il massimo sforzo in caso di guasti di rete; • Unprotected: Non può sopravvivere dopo un guasto di rete, ma non è pre-empted; e • Best effort: Priorità inferiore e pre-empted per servizi a priorità più alta.
Come minimo, l'SMP può fornire a un operatore una posizione di mercato più competitiva, consentendogli di acquisire e mantenere importanti flussi di entrate dai clienti.
Conclusione:
Data l'interconnessione tra le operazioni aziendali e l'affidabilità della rete, unitamente al crescente numero di minacce naturali e antropiche alle reti in fibra, i fornitori di servizi devono sfruttare le nuove capacità di protezione offerte dall'intelligenza di rete, dall'innovazione hardware e dalle topologie di rete mesh. La soluzione SMP con accelerazione hardware combina le seguenti tre funzionalità di resilienza fondamentali in un'unica tecnologia:
• Disponibilità migliorata: backup automatico a livello di rete di guasti multipli tramite intelligenza di rete; • Prestazioni deterministiche: ripristino in meno di 50 millisecondi tramite hardware dedicato; e • Riduzione dei costi di capitale e operativi: backup condivisi tramite un livello di trasporto economicamente vantaggioso.
Grazie a questa funzionalità, i fornitori di servizi possono continuare a offrire SLA rigorosi ai propri clienti finali per i servizi protetti e persino creare una gerarchia di classi di protezione che fornirà una differenziazione fondamentale del servizio e ulteriori opportunità di guadagno. Possono anche avvisare i pensionati che non hanno mai sentito parlare di Internet in merito a possibili guasti dei servizi Web.
Autore: Geoff Bennett, Infinera
