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Corso di Reti di
Telecomunicazione
Introduzione alle reti ottiche
Introduzione alle reti ottiche
Introduzione alle reti ottiche
Evoluzione delle reti di TLC
Architettura delle reti di TLC
Reti di TLC ottiche
Tecniche di multiplazione
Reti di prima generazione
Reti di seconda generazione
Reti completamente ottiche
Evoluzione delle reti ottiche.
Evoluzione delle reti di TLC (1)
Richiesta di banda per TLC semprecrescente
Il traffico Internet raddoppia ogni 4-6mesi
Reti di accesso a larga banda (DSL)
Reti private aziendali a larga banda
Costi ridotti crescita domanda
Evoluzione delle reti di TLC (2)
Privatizzazione dei service provider
Deregulation
Startup service providers
Riduzione dei costi
Nuove tecnologie
Traffico dati supera traffico voce
Nuovo modello di business
Nuove architetture di rete
Introduzione alle reti ottiche
Introduzione alle reti ottiche
Evoluzione delle reti di TLC
Architettura delle reti di TLC
Reti di TLC ottiche
Tecniche di multiplazione
Reti di prima generazione
Reti di seconda generazione
Reti completamente ottiche
Evoluzione delle reti ottiche.
Architettura delle reti di TLC (1)
Reti pubbliche
Service providers, carriers, operatori
Diverse tipologie di operatori
LEC: servizi locali
IXC: servizi long-haul
Metro carriers vs. long-haul carriers
Spesso coincidono ma…
Diverse le architetture di rete!
Architettura delle reti di TLC (2)
Il caso USA
Prima del 1984: monopolio AT&T
1984: TLC deregulation act
AT&T in concorrenza con altri operatori (MCI,Sprint) nel long-haul
Baby Bells (ILECs) e concorrenti (CLECs) per iltraffico locale
In Italia:
Concorrenza dopo la liberalizzazione
Telecom, Fastweb, Wind, Tiscali …
Architettura delle reti di TLC (3)
Classificazione
LAN: alcuni km
MAN: decine - centinaia di km
WAN: centinaia - migliaia di km
Architettura delle reti di TLC (4)
Reti pubbliche in fibra ottica
Reti sottomarine
Reti terrestri
Access, metro, long-haul networks
Architettura delle reti di TLC (5)
Servizi… Connection-oriented vs. connectionless
Commutazione di… circuito: telefonia
Banda garantita
Consegna ordinata
Multiplexing fisso
pacchetto: traffico “bursty” Banda media, banda di picco
Consegna disordinata
Multiplexing statistico
Architettura delle reti di TLC (6)
Multiplexing statistico
Miglior sfruttamento della banda
Buffering dei pacchetti
Ritardo di consegna variabile
Architettura delle reti di TLC (7)
Reti IP: servizio a datagramma
Servizio connectionless
Pacchetti instradati come entitàindipendenti
TCP assicura il riordino dei pacchetti
Rete “best effort” (come frame relay)
Reti ATM: circuiti virtuali
Gestione della QoS
Architettura delle reti di TLC (8)
Moderno modello di servizio Cresce la banda per connessione
Fornitura veloce della banda necessariaWhen needed where needed…
Affidabilità 99.999%
Oggi: servizi multipli offerti su reti multiple
Domani: migrazione verso un’unicaarchitettura in gradi di fornire servizimultipli
Introduzione alle reti ottiche
Introduzione alle reti ottiche
Evoluzione delle reti di TLC
Architettura delle reti di TLC
Reti di TLC ottiche
Tecniche di multiplazione
Reti di prima generazione
Reti di seconda generazione
Reti completamente ottiche
Evoluzione delle reti ottiche
Reti di TLC ottiche
Enorme capacità trasmissiva
Infrastruttura comune per servizimultipli
Gestione flessibile della banda When needed where needed…
Collegamenti dalla corta alla lungadistanza ad elevato bitrate
Fibre ottiche installate in tutte le reti…a parte quelle di accesso
Tecniche di multiplazione
Tecniche di multiplazione
TDM, richiede elettronicaveloce o fotonica
WDM: fibre virtuali
Reti metro e long-haul
TDM+WDM consente disuperare 1 Tb/s.
64 x 2.5 Gbit/s oppure 16x 10 Gbit/s ?
Reti ottiche di prima generazione
Reti ottiche di prima generazione
Sonet/SDH (USA/Europa)
Strato ottico come mezzo trasmissivo adalta capacità e basso BER
Elaborazione elettronica dei segnali
Reti ottiche di seconda generazione
Parte delle operazioni intelligenti a livelloottico
Routing, switching…
Reti ottiche di seconda generazione (1)
Reti ottiche di seconda generazione Difficoltà dell’elettronica ad elaborare datiad elevati bitrate Elaborazione di un blocco Ethernet di 70 bytes
Bitrate 100 Mb/s: 5.6 μs per l’operazione
Bitrate 10 Gb/s: 56 ns per l’operazione
Switching/routing a livello ottico
Reti wavelength-routing La rete ottica fornisce lightpath tra mittente edestinazione
Reti ottiche di seconda generazione (2)
Lightpath: connessione ottica end-to-end su una lunghezza d’onda per ognitratta
Ad ogni nodo, routing/switching deilightpaths
Elementi per l’optical networking
Optical line terminals (OLT)
Optical add/drop multiplexers (OADM)
Optical cross-connects (OXC)
Reti ottiche di seconda generazione (3)
Reti wavelength-routing
Esempio di rete realmente installabile
Modello a strati (1)
Modello a strati delle reti di TLC
Ogni strato fornisce servizi allo stratosuperiore
Ogni strato riceve servizi dallo stratoinferiore
SAP (Service Access Point)
Ogni strato multiplexa dati dal livellosuperiore aggiungendo overhead
Ogni elemento di rete implementa solo unaparte dello stack
Modello a strati (2)
Importante definire funzioni edinterfacce di ogni strato
Standardizzazione per interoperabilità
Modello a strati (3)
Diversi standard ed implementazioniper ogni strato
Ogni tipo di rete ottica chevedremo costituisce uno strato
Ogni strato può essere suddiviso insottostrati
Modello a strati (4)
Modello a strati ISO/OSI
Livelli Fisico
Data-link
Rete
Trasporto
Sessione
Presentazione
Applicazione
Modello a strati (5)
Livello fisico: mezzo trasmissivo chefornisce banda
Livello data-link: gestisce framing,multiplexing, demultiplexing, MAC
Livello di rete: fornisce datagrammi ocircuiti virtuali (VC)
VC: connessione end-to-end con QoSfissata e consegna ordinata (ATM)
datagrammi: servizio connectionless conmultiplexing statistico (IP)
Modello a strati (6)
Livello di trasporto: assicura laconsegna end-to-end, ordinata, senzaerrori
Livelli superiori: non di interesse inquesto corso
Reti moderne: stack multipli unosopra l’altro
IP over Sonet, IP over ATM over Sonet
Modello a strati (7)
IP over Sonet
La rete Sonet fornisce ai router IPconnessioni punto-punto
Ogni stack incorpora diversi sottostrati
Sonet / SDH
Reti di prima generazione
Sonet/SDH come strato trasmissivo
Connessioni end-to-end a commutazione dicircuito
Multiplexing di flussi a basso bitrate
Demultiplexing dei singoli flussi ai nodi
Alta affidabilità (99.999%)
Efficiente monitoraggio e management dellarete
Elementi della rete: line terminals, ADM, DCS,rigeneratori
Strato ottico (1)
Reti di seconda generazione
Strato ottico: strato server, fornisceservizi a livello ottico a strati client
Reti wavelength-routing: lo strato otticofornisce lightpath agli strati superiori
In futuro: fornirà anche VC e datagrammi
Strato ottico (2)
Strati client: IP, ATM, Sonet, GigabitEthernet, Fibre Channel
Esempio: Sonet over optical
Lo strato ottico fornisce lightpath
Per i terminali Sonet, sono come fibre
Lightpath
Permanenti
Commutazione di circuito
Attualmente lo strato ottico agisce ingran parte a livello fisico
Strato ottico (3)
IP over optical e Sonet over optical
Sonet e IP usano i lightpath come mezzotrasmissivo
Multiplexing nello strato ottico:
Lightpath, bande, fibre, insiemi di fibre
Strato ottico (4)
Perché usare strati multipli con funzionisimili?
Riduzione dei costi
Strati diversi operano in modo efficiente abitrate diversi
Strato ottico: elaborazione di elevate quantitàdi banda wavelength-by-wavelength
Sonet: elaborazione di piccole quantità dibanda con flussi a basso bitrate
Gestione dei fault
Reti completamente ottiche (1)
Trasparenza dei lightpath rispetto abitrate e protocolli
In generale, trasparenza rispetto a
Servizi, bitrate, protocolli
es. rete telefonica (voce, dati, fax)
Reti completamente ottiche
Dal mittente al destinatario a livello ottico
Rete completamente trasparente
Reti completamente ottiche (2)
Rete non trasparente (opaca)
Singolo bitrate e protocollo
es. 10 Gb/s, servizio Sonet
Rete “pratica” (reale)
Gestisce un range di bitrate e un insieme diprotocolli
es. massimo 10 Gb/s, servizi Sonet e IP
Elettronica non totalmente eliminabile
Rigenerazione del segnale
Conversione di lunghezza d’onda
Reti completamente ottiche (3)
Rigenerazione
1R: amplificazione (amplificatori ottici)
2R: 1R + reshaping
3R: 2R + retiming
Richiede estrazione del clock
Perdita della trasparenza
3R trasparente: ottica, oppure elettronica“programmabile”
Reti moderne
Rigenerazione 2R o 3R
Conversione O-E-O dove necessario
Reti completamente ottiche (4)
Commutazione di pacchetto ottica (1)
Reti wavelength-routing Lightpath commutazione di circuito
Evoluzione futura Fornitura di datagrammi o VC (IP, MPLS)
TDM a livello ottico (OTDM) Lightpath condiviso tra più connessioni
OTDM Fisso
Statistico: commutazione di pacchetto a livelloottico
Commutazione di pacchetto ottica (2)
Nodi di commutazione ottica Bitrate superiori rispetto all’elettronica
Idealmente, tutte le funzioni a livello ottico
In pratica, alcune operazioni rimangono alivello elettronico Buffering, elaborazioni complesse
Sistemi di comunicazione ottici (1)
Lunghezza d’onda, frequenza Tre finestre: 800, 1300 e 1550 nm
Channel spacing in sistemi WDM 0.8 nm equivale a 100 GHz
Bitrate [Gb/s]
Spettro
Banda [GHz]
Efficienza spettrale [bitrate/banda] Circa 0.4 bit/s/Hz in sistemi ottici
Sistemi di comunicazione ottici (2)
Griglia ITU-T
Standard per sistemi DWDM a 1550 nm
Griglia equispaziata in frequenza ancorata a193.1 THz (1552.524 nm)
Channel spacing 50 o 100 GHz
Evoluzione verso sistemi a 25 GHz
Sistemi di comunicazione ottici (3)
Potenza ottica, perdite
dBW: potenza assoluta riferita a 1W
dBm: potenza assoluta riferita a 1 mW
1 mW equivale a -30 dBW e 0 dBm
Perdite in fibra [dB/km]
Un segnale che si propaga per 120 km in unafibra con perdite di 0.25 dB/km perde 30 dB
30 dB equivale ad attenuazione di fattore 1000
Introduzione alle reti ottiche
Introduzione alle reti ottiche
Evoluzione delle reti di TLC
Architettura delle reti di TLC
Reti di TLC ottiche
Tecniche di multiplazione
Reti di prima generazione
Reti di seconda generazione
Reti completamente ottiche
Evoluzione delle reti ottiche
Evoluzione delle reti ottiche (1)
Obiettivo: la più alta capacità sulla piùlunga distanza possibile
La capacità continua a crescere
Il costo per bit al km decresce
Mezzo trasmissivo
Fibra ottica
Evoluzione delle reti ottiche (2)
Evoluzione delle reti ottiche (3)
1960: prime guide d’onda
1970: fibre ottiche a basse perdite
1970-1980 (a)
Fibre multimodali
Sorgenti LED a 800 o 1300 nm
Ampia banda
Bassa potenza
Forte dispersione intermodale
32 - 140 Mb/s con rigeneratori ogni 10 km
Usati ancora oggi per connessioni low cost
Evoluzione delle reti ottiche (4)
1984 (b)
Fibre monomodali
Laser Fabry Perot MLM a 1300 nm
Rigenerazione ogni 40 km
Bitrate > 100 Mb/s
Fine 1980
Laser Fabry Perot MLM a 1550 nm
Dispersione cromatica fattore limitante
Fibre Dispersion-shifted
Evoluzione delle reti ottiche (5)
1990 (c)
Laser a singolo modo DFB
Bitrate > 1 Gb/s
Oggi (d)
Amplificatori ottici EDFA
Amplificazione ottica a banda larga
Sistemi WDM con centinaia di canali
Rigenerazione dopo centinaia - migliaia dikm
Bitrate > 1 Tb/s (40 Gb/s per canale)
Evoluzione delle reti ottiche (6)
Compensazione della dispersione
Effetti non lineari
Bande disponibili per il WDM
C, L con EDFA
S, U con amplificazione Raman
Evoluzione delle reti ottiche (7)
Negli ultimi anni…
1980-1990: reti di prima generazione
FDDI: rete MAN a 100 Mb/s
ESCON: rete SAN a 200 Mb/s
Sonet (America), SDH (Europa, Giappone)
1990-2000: reti di seconda generazione
LAN ottiche
Reti wavelength-routing
OADM e OXC commerciali
FTTC, FTTH
Commutazione di pacchetto ottica