フォトニックインターネット への展望

Advanced
Network
Architecture
Research
内容
フォトニックインターネット
への展望
IP over WDMの必要性
IP over WDMへのロードマップ
IP over WDMにおける課題
波長の開放による新しいネットワーク
アーキテクチャの可能性
大阪大学サイバーメディアセンター
先端ネットワーク環境研究部門
村田正幸
e-mail: [email protected]
http://www.anarg.jp/
M. Murata
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1
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フォトニックネットワークに
対するいくつかのビュー
M. Murata
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IP over ATM over SONET over WDM
IP over SONET over WDM
IP over (PPP or HDLC over) WDM
マルチレイヤプロトコルスタック
の問題点
屋上屋を重ねる危険性
複数レイヤにまたがった機能の最適化は容易では
ない
ただし、機能分担の可能性はある
経路制御、信頼性制御
ATM
データリンク層
SONET
WDM
非効率性
IP over ATM over SONET over WDM network
40バイトIPパケット/ 2セル（106バイト）
物理層
3
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M. Murata
4
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制御プレーンの切り離し: GMPLS
レイヤ３スイッチングの実現
GMPLS: Generalized MultiProtocol Label
Switching
レガシーモデル
アクセスネットワーク
ルーティングテーブル参照（
Longest prefix matching）の
高速化
ルータ処理の並列化・パイプ
ライン化
パケット交換 over 回線交換
Cf. MPLS
(G)MPLSによるパケットフ
ォワーディングとスイッチ
ングの切り離し
Traffic Engineering, QoS Routing
ATM, WDMによるパスネット
ワークの提供
M. Murata
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機能の重複
ネットワーク層
IP
M. Murata
2
5
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6
コア
ネットワーク
アクセスネットワーク
高速パケット
フォワーディング
ネットワーク
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フォトニックインターネット
アーキテクチャ
フォトニックインターネット
アーキテクチャ(1)
４つのアーキテクチャ
WDM link network
1. WDM link network
隣接ルータ間を複数波長で接続
○ 複数リンクの提供：波長数分の帯域
× 電気ルータへのボトルネック移行
z ルータ間リンクをWDMで接続
2. WDM lightpath network
Router
z エッジノード間を波長で接続
3. Optical Burst Switching
M. Murata
z バースト単位でエッジノード間を波長
で接続しながら転送
9
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4. Optical Packet Switching
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10
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フォトニックインターネット
アーキテクチャ(2)
WDM lightpath network
IPルータはファイバを接続
するのではなく、lightpath
を接続する
オプション：ネットワーク
内部のルーティング機能
RWA (Routing and Wavelength
Assignment）問題
GMPLSに基づくパス設定
× Ingress LSRにおけるボトルネック
Lightpath Networkの実現に向けた
課題
機能分割の実現方法
Router
波長ルーティングに基いた
論理トポロジー形成
IPルーティングとWDM波長ルーティ
ングのマッチング
Quality of Protectionの実現
X
X
Osaka University
X
IP Router
N1
トラヒック量既知としたトポロジー
最適化問題
トラヒックエンジニアリングの観点
に基づく段階的波長パス設定の必要
性
ただし、WDM Ringなどによる処理分散は可能
× Labelの粒度：波長
λ-MPLS
λ2
λ2
論理パストポロジー設計問題
Optical Crossconnect
N4
Ingress LSR
λ1
λ2
λ1
N2
N3
λ1
λ2
λ1
N5
Core LSR
Label Merging/Splitting、４層スイッチングが困難
M. Murata
11
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M. Murata
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14
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フォトニックインターネット
アーキテクチャ(3)
IP&WDM Integration
OBS (Optical Bust Switching)
WDM技術による高信頼化：IP＆
WDM Integration (or, Functional
Partitioning)
バースト到着時に波長を定める
オプション：経路も同時に定める
Two-way vs. One-way
○ バーストのバッファリング不要（パケットスイッチングとの本質的な違い）
Two-way（Forward、Backward型波長予約プロトコル）
波長予約を確定してからバースト送出
× 伝播遅延時間がボトルネックになる
障害回復時間のギャップを埋める
IP：秒オーダ、WDM：数十ms
Src
REQ
λ
RESER2
VE
トポロジー設計問題
WDMプロテクション
M. Murata
Osaka University
Dest
λ
Src
REQ
2
RESER
VE
Dest
λ
2
RESER
VE
λ
RESER2
VE
×
主経路
16
1対1プロテクション、多対1プロテ
バックアップパス
多対１プロテクション
1対1プロテクション
クション
Osaka University
λ2
NACKλ2
REL
M. Murata
Link1
REL
Link2
λ2
RESER
VE
Wavelength Reservation Time
Burst Transmission time
ACK
REL
Link3
Link1
Link2
17
Link3
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フォトニックインターネット
アーキテクチャ(3)（続き）
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One-way (JETなど）
フォトニックインターネット
アーキテクチャ(4)
光パケットスイッチング
ヘッダの電気処理のために、ヘッダ
とデータの間を空ける
パス設定（波長予約）処理の高速化
がキーテクノロジー
IPパケットの直接的なサポート
非同期到着→同期
可変長パケット→スロット化
FDLによるパケットバッファリング
× バーストは落ちるかも知れない
× M/G/1/1待ち行列網！
Src
PR
REQ
Dest
OBE
PRO
BE
NACK
Link1
Src
X
Link2
Dest
Src
PRO
BE
REQ
PRO
BE
PRO
BE
Link3
λ3
RESERVE
X
NAC
K
REL
M. Murata
Link1
REL
ルーティング機能：GMPLSに依存
スイッチング制御：（現状では）電気処理
多重化効果は大きい
Dest
PRO
BE P
ROB
E PR
OBE
REQ
λ3
本質的にATMと同じ
ただし、余計なことは考えない
rve
Rese
REL
Link1
Link2 18
Link3
Link2
Link3
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パケット交換 vs. 回線交換
光パケットスイッチの例
Optical Switching Unit
Optical Scheduling Unit
Optical Buffering Unit
機能
Scheduler S1W
Scheduler S11
λW
Photonic
label
label
λPhotonic
1
processor
processor
Photonic
Photoniclabel
label
processor
processor
Optical SW
Optical SW1
λ
Optical SW
Optical SW1
λ
1
λ1
パケット交換（電気ルータ）
決して悪くない
一般に良いとされているが、遅延を小
さくするためにはoverprovisioningが
必要
エンド間パス可用性
コストをかけることにより維持
経路制御により維持
システム可用性
コストをかけることにより維持
低い
ノードコスト
機能が低い分安い（半分から1/10)
高速化すればするほど多機能実現のた
めにコスト高
サービス機能の多様性
低い
高い
W
b11
τ0
τ1
τ2
λW
τ0
τ1
τ2
λ 1- λ W
O1
λ
OC Decoder
λ1 λ W
1
回線交換（光ノード）
回線効率
b1
λW
OC Decoder
SC+Gate
OC Decoder
OC Decoder
SC+Gate
OC SC+Gate
OC Decoder
OC Decoder
Encoder
OC Decoder
SC+Gate
OC Decoder
SC+Gate
OC
OC Decoder
SC+Gate
Encoder
OC Decoder
SC+Gate
OC
OC Decoder
OC Decoder
SC+Gate
λ W λ Encoder
Time
Synchronizer
Header
Header
λW
λOC
Encoder
1
λ-MUX
λW
λ-DEMUX
Masayuki Murata and
Ken-ichi Kitayama,
“Ultrafast photonic
label switch for
asynchronous packets
of variable length,” λ 1- λ W
IEEE INFOCOM 2002,
I1
June 2002.
1
1
Scheduler S2W
パケット・回線交換の融合？
Scheduler S21
λ
Optical SW
Optical SW1
Optical SW
Optical SW1
1
OC Decoder
OC Decoder
SC+Gate
OC Decoder
OC SC+Gate
OC Decoder
Encoder
OC Decoder
SC+Gate
OC Decoder
SC+Gate
OC
OC Decoder
SC+Gate
Encoder
OC Decoder
SC+Gate
OC
OC Decoder
OC Decoder
SC+Gate
λ W λ Encoder
λ
1
20
λ1 λ W
b1
λW
OC Decoder
SC+Gate
λ1
τ1
τ2
b11
τ0
λW
τ1
τ2
OC Decoder
その後は、光パケットスイッチ＋GMPLS？
λ 1- λ W
O2
λ
1
アクセスネットワーク
アクセス系：パケット交換
バックボーン：GMPLS+WDM回線交換
W
τ0
λ-MUX
λW
λOC
Encoder
1
Time
Synchronizer
I2
M. Murata
λ-DEMUX
λ 1- λ W
λW
Photonic
label
λPhotoniclabel
processor
processor
1
Photonic
Photoniclabel
label
processor
processor
Header
Header
λW
Osaka University
M. Murata
Deployment?
高速パケット
フォワーディング
ネットワーク
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Osaka University
1
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フォトニックインターネットの
ロードマップ
Cross-Connect, Switch or Router?
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ユーザに対する波長の開放
IPを乗せることがWDMネットワークの役割か？
TCPは本質的に
パケットロスを発生する
帯域をfair-shareする役割を担う
ルーティング
ユーザへの波長の開放：オンデマンド波長パス設定
payload
フォワーディング
Queue
Management
スイッチング
バッファリング
ユーザ設定によるVPN
データグリッド（Tbyte級データ転送）
SANの広域ネットワークへの展開
header
クロスコネクト＋MPλS
光バーストスイッチ＋GMPLS
M. Murata
前提：波長が豊富にある（1,000波長）
適用
23
Proprietaryなプロトコル展開も可能
PhotonicGrid
参考：インターネットが目の前にあったからこそ、それに適したWeb
というアプリケーションが生まれた
背景：画像圧縮技術、GUI、画像表示能力
にわとりと卵（？）
フォトニックパケット
スイッチ＋GMPLS
フォトニックIPルータ
napster, gnutella
Osaka University
M. Murata
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