Progettazione Reti IP. Corso Progetto di Impianti

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1 Progettazione Reti IP Corso

2 Rete Pubblica IP Driver della progettazione della rete pubblica IP Piano di sviluppo elaborato sulla base dei programmi commerciali definiti dalle forze di Vendita; Stato di avanzamento di tali programmi; Requisiti di servizio formulati dal Marketing: specifiche, copertura, target di clientela, modalita di tariffazione, SLA, tempistica; Monitoraggio effettuato sul traffico smaltito dalla rete in esercizio; Evoluzioni architetturali e/o tecnologiche; Progetti/Gare Cliente di impatto significativo sulle risorse disponibili 2

3 Rete Pubblica IP Il problema del dimensionamento (1/2) Valutare l adeguato impiego di risorse in campo tali da garantire lo smaltimento del traffico offerto in ingresso pesato con un opportuno rapporto di concentrazione statistica da applicare al trasporto sul backbone. Nodo/POP/Rete Rete di accesso BB Traffico in ingresso Traffico sul BB aggregazione concentrazione 3

4 Rete Pubblica IP Il problema del dimensionamento (2/2) 1) - Stima del profilo di traffico offerto; 2) - Overhead di protocollo; 3) - Capacita dei nodi, giunzioni e schede (prestazioni di apparato); 4

5 Rete Pubblica IP 1) - Stima del profilo di traffico offerto Si deduce fondamentalmente sulla base dell ampiezza del bacino di clientela da servire (numero utenti) e dall analisi del profilo di servizio da offrire (ad es. in termini di banda di trasporto garantita e di picco ). Il valore aggregato delle velocita di trasferimento garantite (analisi statica) consente di definire la capacita trasmissiva in accesso. 5

6 2) - Overhead di protocollo (1/2) Rete Pubblica IP Le velocita di trasferimento dati in una interfaccia devono sempre essere valutate tenendo in conto il valore del livello di protocollo su cui ci si pone. Se ad esempio si vuole valutare la capacità di trasferimento da assicurare sulla connessione Router B.B. in corrispondenza della offerta di traffico T b/s calcolata in ingresso, lato porta di accesso ATM, è necessario tenere conto del overhead. A tale riguardo, ad es., in termini di bit il livello ATM può presentare un eccesso di banda di circa 13% o 44% a fronte rispettivamente di un pacchetto IP di 1064 Bytes o di 60 Bytes. IP Packet Convergence layer SAR-PDU ATM Overhead ATM 6

7 2) - Overhead di protocollo (2/2) Rete Pubblica IP Centrale T.I. Centrale T.I. Cliente GW SDH Router Nodo ATM DSLAM SDH ATM TCP/IP 7

8 Rete Pubblica IP 3) - Capacita dei nodi, giunzioni e schede (prestazioni di apparato) I servizi supportati sono caratterizzati anche dal carico elaborativo che le prestazioni offerte (Qualita differenziata, Liste di Accesso, Traffic Shaping, Rate Limiting, etc.) determinano sugli apparati di rete. Questo fattore contribuisce, insieme ai vincoli tecnologici intrinseci, alla definizione di limiti prestazionali da considerare nell impiego degli impianti in campo. La valutazione di tali limiti deriva anche dalla stima del traffico realmente generato in accesso: analisi dinamica. Tale tipo di analisi viene anche utilizzata per il dimensionamento delle risorse Trasmissive ed Elaborative del BackBone. 8

9 Esempio 1: Connessioni Gateway IP/ATM per l accesso ai servizi della rete pubblica IP Nodo IP 155 Mbps. 34 Mbps Rete Pubblica IP Nodo ATM I collegamenti interposti tra nodi ATM e router di accesso sono a 34 Mbps o 155 Mbps e sono governati dal protocollo ATM. Su di essi vengono pertanto configurati i VC dei clienti aggregati dalla rete ATM e terminati sui router IP. Il consumo di banda da considerare a tutti gli effetti è quindi in termini statici, a prescindere da quello che sarà il traffico reale sviluppato su detti VC. VC Su ciascun collegamento di gateway e possibile configurare un numero di VC tale che la somma dei valori di banda statica garantita (MCR) per ciascuno dei VC non ecceda il valore nominale di banda del collegamento. La definizione del n. di VC configurabili deve comunque tenere conto anche di due limitazioni: 1) - il numero max di VC supportabili da ciascuna porta di Gateway; 2) - il numero max di connessioni logiche (VCC) che il router nel suo complesso può gestire (es. alcune centinaia) 9

10 Rete Pubblica IP Esempio 2: Circuiti di uplink tra POP GateWay e BackBone della rete IP (1/2) Backbone Switch Nodo di accesso IP Gateway Fast Ethernet (100 Mbps) Nodo ATM 10

11 Rete Pubblica IP Esempio 2: Circuiti di uplink tra POP GateWay e BackBone della rete IP (2/2) Il traffico di ingresso al B.B. è di tipo IP. Pertanto il traffico equivalente indotto dai VC, di cui all esempio 1, deve essere dapprima epurato del overhead ATM ; quindi il risultato viene tipicamente ridotto in funzione del trend reale del traffico (analisi dinamica). Il valore risultante viene poi dato in carico ai link verso il B.B.. A questo punto il dimensionamento dei detti link viene fatto tenendo conto di quanto segue: La connessione di uplink verso il Backbone (Fast Ethernet a 100 Mbps Gigabit Ethernet a 1000 Mbps) è tipicamente duplicata; i link lavorano a bilanciamento di carico. Normalmete i link sono dimensionati in modo che ciascuno sia in grado di assorbire l intero traffico del link con cui condivide il bilanciamento di carico. I link sono monitorati sistematicamente. Quando il traffico dinamico rilevato raggiunge la soglia del 50% della capacita trasmissiva si avviano gli ampliamenti di rete con l aggiunta di ulteriori circuiti. 11

12 Rete Pubblica IP Il router Cisco 7513 Capacita di switching pari a 2 Gbps full duplex; 2 alimentatori a -48 vdc; Processore RSP8 (RISC 250 Mhz 256 MB RAM) ridondato; 22 slot disponibili per l inserimento delle schede di interfaccia LAN/WAN: PA-A3-E3 (ATM 34 Mbps) singola porta; PA-A3-OC3SMI (ATM 155 Mbps) singola porta; GEIP (Gigabit Ethernet 1 Gbps) singola porta; PA-FE-FX (Fast Ethernet ottica 100 Mbps) singola porta; PA-MC-2E1/120 (PRI ISDN) doppia porta. 12

13 Rete Pubblica IP Lo switch Catalyst 6509 Matrice di commutazione scalabile da 32 a 256 Gbps; duplicabile; 9 slot per alloggiamento schede; Supervisor Engine in grado di trattare 30 Mpps, con 512 MB di RAM, ridondata; Doppio alimentatore da -48 vdc Schede di linea supportate: WS porte Fast Ethernet ottiche; WS porte Fast Ethernet elettriche WS porte Gigabit Ethernet; 13

14 Esercitazione Esercitazione Dimensionamento di router di accesso alla rete IP, raggiungibile tramite rete ATM Router Switch Backbone IP Router Nodo ATM Gateway Accesso Rete IP Rete ATM 14

15 Esercitazione Approccio al progetto di un PoP di accesso alla rete IP (gateway ATM IP) Caratterizzare i Clienti costruendone il profilo di servizio Individuare i requisiti di rete ( Topologia, tecnologia degli apparati ) derivanti dai livelli di servizio desiderati (in termini di affidabilità, ritardo, disponibilità..) Individuare le configurazioni di impianto mediante : - Analisi statica - Interessa soprattutto le risorse di accesso (porte di router) che devono essere dimensionate in relazione al valore di banda garantita (statica) ai Clienti (lato ATM), di valore di banda concentrata sul collegamento con il Backbone IP, di Fan-Out. - Analisi dinamica - Si basa sul traffico effettivamente generato in rete (analizzato mediante strumenti di monitoraggio) ed ha lo scopo di definire i limiti prestazionali degli apparati (router, switch) utilizzati e di dimensionare correttamente i collegamenti con il BackBone IP. 15

16 Esercitazione Panoramica dei Servizi disponibili Navigazione in Internet ( , Browsing ) Videoconference E-Learning VoD (Video on Demand) Video Streaming VoIP (Voice over IP) Video Sorveglianza Data Storage VPN Banda Necessaria Indirizzi IP Parametri di Rete Si compone di: 1 Flusso Video 1 Flusso Audio 1 Flusso Dati Video Dati Audio 16

17 Esercitazione Composizione del Profilo di Servizio Si vuole garantire la possibilità di svolgere simultaneamente 2 sessioni di videoconferenza ed 1 flusso di video Streaming, bisogna allora garantire banda sufficiente per consentire lo scambio di tutti i dati necessari (flussi video, audio e dati). Rimane la possibilità di effettuare traffico di Navigazione ( , browsing.) senza garanzie di banda (Best Effort) Dati Video Audio Videoconferenza Dati Video Audio Videoconferenza Dati Video Dati Audio Video Streaming Navigazione 17

18 Disponibilità (A) Ogni elemento di rete è caratterizzato da un proprio parametro di disponibilità (ovvero il complementare della probabilità di fuori servizio) ; valgono i seguenti principi: La disponibilità di due elementi in serie è pari al prodotto delle le disponibilità dei singoli elementi: A (X e Y): A (X) * A (Y) La disponibilità di due elementi in parallelo è pari a 1 A = Π (1 Ai) Disponibilità (A) = MTTF MTTF+MTTR MTTF=Mean Time To Failure MTTR= Mean Time To Repair 18

19 Esercitazione Topologia e disponibilità del PoP gateway ATM-IP X Nodi di Transito (BackBone) X Indisponibilità! GE GE X Switch L2 X Indisponibilità! FE FE FE X Router di Accesso Indisponibilità! 19

20 Esercitazione Configurazione di impianto - Limiti di hardware e di elaborazione Gli apparati di Rete sono caratterizzati da due limiti di scalabilità: 1. Limite di espandibilità dell apparato in termini di banda statica garantita e conseguenti schede istallabili (limite statico); 2. Limite di capacità elaborativa dipendente dal numero di pacchetti / sec effettivamente trattabili (limite dinamico) Case Study: Gateway Rete ATM / ReteIP Cliente Rete di accesso (ATM) Router di accesso Rete IP Backbone IP Celle ATM / Banda preassegnata Pacchetti IP / Best Effort 20

21 Analisi statica (1/2) Schede disponibili: Processore ATM 155 Mbit/s Fast Ethernet Esercitazione Backbone IP Aggregazione Dimensionamento statico sulla base della banda complessivamente garantita alla Clientela ATM 155 Rete di accesso (ATM) Process. Fast Eth. Concentrazione Dimensionamento sulla base di parametri di concentrazione da applicare alla banda garantita in accesso (derivanti dal monitoraggio) 21

22 L aumentare dei Clienti può comportare la necessità di inserire nuove schede. La crescita di schede ATM, e quindi della banda configurata in accesso, comporterà anche l adeguamento dei link che rilegano l apparato al BackBone ATM 155 Rete di accesso (ATM) Esercitazione Analisi statica (2/2) - Limite di fan - out Process. Backbone IP SATURAZIONE DEGLI SLOT! Fast Eth. L equipaggiamento potrà essere potenziato fino all esaurimento degli Slot disponibili (limite di Fan -Out). Per ulteriori sviluppi bisognerà affiancare nuovi apparati 22

23 Analisi dinamica (1/2) Le schede Processore rappresentano l intelligenza dell apparato e gestiscono tutti i processi, dal Forwarding dei pacchetti alla gestione delle tabelle di routing. Come tutti i processori, hanno un limite massimo di funzionamento (tipicamente individuato nel NUMERO MAX di PACCHETTI GESTIBILI) Esercitazione Backbone IP Fast Eth. Process. ATM 155 Rete di accesso (ATM) 23

24 Esercitazione Analisi dinamica (2/2) - Limite di CPU 100% CPU Backbone IP N Clienti ATM 155 Rete di accesso (ATM) Process. SATURAZIONE della CPU! Fast Eth. Pur avendo ancora slot disponibili la crescita dei Clienti ha portato alla saturazione della CPU dell apparato 24

25 Dimensionamento risorse logiche: indirizzi IP 1 Classe C (/24) = 256 indirizzi IP La tecnica IP 1 Classe B (/16) = 256 Classi C = indirizzi IP 32 bit Network (N) Host (H) 8 bit 8 bit 8 bit 8 bit 25

26 Dati comuni Esercitazione Reti Dati IP ATM

27 Specifiche generiche: Throughput IP max sulle porte Fast Ethernet pari all 90% del valore nominale Dimensione Celle ATM 53 Bytes di cui 5 bytes di Overhead Overhead derivante dalle Funzionalità di SAR (Segmentation & reassembling) IP/ATM pari al 7% Fattore di concentrazione applicabile sui router di accesso (ovvero Traffico proveniente dai Clienti / Traffico verso il BackBone) = 5 Il traffico che il router di accesso genera verso il Backbone viene instradato su coppie di Porte (Fast Eth., Gigabit Eth. ) funzionanti a bilanciamento di carico e l una Back-up dell altra (ovvero in caso di fault di uno dei due link, l altro deve poter supportare tutto il traffico) Il dimensionamento delle porte ATM presenti sui router di accesso viene fatto in base all MCR (banda ATM garantita) dei collegamenti Cliente Il dimensionamento delle porte per rilegare i router di accesso verso il Backbone viene fatto in base all MCR pesato con il fattore di concentrazione Il dimensionamento del router (limite della capacità elaborativa) viene fatto sulla base del traffico dinamico generato in media dalla Clientela. 27

28 Servizi di Base E- Learning: Flusso video: necessita di una banda garantita pari a 160 Kbit/s Flusso audio: necessita di una banda garantita pari a 24 Kbit/s Flusso dati: necessita di una banda garantita pari a 56 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 450 Bytes Videoconference: Flusso video: necessita di una banda garantita pari a 280 Kbit/s Flusso audio: necessita di una banda garantita pari a 24 Kbit/s Flusso dati: necessita di una banda garantita pari a 6 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 500 Bytes Video on Demand (VoD): Flusso del Codec utilizzato: necessita di una banda garantita pari a 2600 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 400 bytes 28

29 Servizi di Base Data Storage: Flusso dati: necessita di una banda garantita pari a 56 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 1500 Bytes Video sorveglianza: Flusso video: necessita di una banda garantita pari a 64 Kbit/s Flusso dati: necessita di una banda garantita pari a 16 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 350 Bytes Video Streaming: Flusso del Codec utilizzato: necessita di una banda garantita pari a 2600 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 400 bytes Voice Over IP (VoIP): Flusso complessivo audio/segnalazione: necessita di una banda garantita pari a 64 Kbit/s La dimensione media dei pacchetti IP generati è di 80 bytes 29

30 Le seguenti due slides sono applicabili ai gruppi dall 1 al 17 30

31 Specifiche degli apparati : Switch Cisco Catalyst 6509 con 7 slot disponibili per l istallazione delle seguenti tipologie di schede: 16 porte Gigabit Ethernet 24 porte Fast Ethernet Il processore dell apparato è in grado di gestire fino a 22 Mpps (mil. Di pacchetti al secondo). Router Cisco 7513 con 22 slot disponibili per l istallazione delle seguenti tipologie di schede: 1 porta ATM 155 Mb/s 1 porta Fast Ethernet Il processore dell apparato è in grado di gestire fino a pps. Router Cisco con 10 slot disponibili per l istallazione delle seguenti tipologie di schede: 8 porte POS 155 Mb/s 1 porta POS 2,5 Gb/s 3 porte Gigabit Ethernet Il processore dell apparato è in grado di gestire fino a 28 Mpps. 31

32 Layout degli apparati (per la soluzione dell esercizio 3 Dimensionamento PoP): Switch ATM Cisco MGX 8850 equipaggiato con 96 porte 155 Mb (distribuite su 6 schede distinte) per l interconnessione ai router di accesso Cisco 7513 e 8 porte 622 Mb (distribuite su 2 schede) per l interconnessione al Backbone ATM; Switch Cisco Catalyst 6509 equipaggiato con 32 porte Gigabit Ethernet (distribuite su due schede) e 48 porte Fast Ethernet (distribuite su due schede ); Router Cisco 7513 equipaggiato con 3 porte ATM 155 Mb utilizzate per l attestazione delle connessioni dei Clienti e due porte Fast Ethernet utilizzate per il rilegamento verso il BackBone; Router Cisco equipaggiato con 2 schede 1 porta POS 2,5 Gb/s e 2 schede 3 porte Gigabit Ethernet Si consideri la configurazione degli apparati invariante se non diversamente specificato 32

33 Le seguenti due slides sono applicabili ai gruppi dall 18 al 34 33

34 Specifiche degli apparati : Switch Cisco Catalyst 6509 con 7 slot disponibili per l istallazione delle seguenti tipologie di schede: 16 porte Gigabit Ethernet 24 porte Fast Ethernet Il processore dell apparato è in grado di gestire fino a 22 Mpps (mil. Di pacchetti al secondo). Router Cisco con 8 slot disponibili per l istallazione delle seguenti tipologie di schede: 4 porte ATM 155 Mb/s 1 porta Gigabit Ethernet Il processore dell apparato è in grado di gestire fino a 2,6 Mpps. Router Cisco con 14 slot disponibili per l istallazione delle seguenti tipologie di schede: 8 porte POS 155 Mb/s 1 porta POS 2,5 Gb/s 3 porte Gigabit Ethernet Il processore dell apparato è in grado di gestire fino a 28 Mpps. 34

35 Layout degli apparati (per la soluzione dell esercizio 3 Dimensionamento PoP): Switch ATM Cisco MGX 8850 equipaggiato con 96 porte 155 Mb (distribuite su 6 schede distinte) per l interconnessione ai router di accesso Cisco 7513 e 8 porte 622 Mb (distribuite su 2 schede) per l interconnessione al Backbone ATM; Switch Cisco Catalyst 6509 equipaggiato con 32 porte Gigabit Ethernet (distribuite su due schede) e 48 porte Fast Ethernet (distribuite su due schede ); Router Cisco equipaggiato con 1 scheda 4 porte ATM 155 Mb utilizzate per l attestazione delle connessioni dei Clienti e due porte Gigabit Ethernet utilizzate per il rilegamento verso il BackBone; Router Cisco equipaggiato con 2 schede 1 porta POS 2,5 Gb/s e 2 schede 3 porte Gigabit Ethernet 35

36 Regole per lo svolgimento degli esercizi Giustificare tutte le risposte mediante brevi commenti, riportando anche i passaggi significativi alla determinazione del risultato; Approssimare tutti i risultati alla seconda cifra decimale; NON inserire slides aggiuntive, utilizzare gli appositi riquadri per rispondere alle singole domande; Utilizzare come font Arial di dimensione minima 8. 36

37 Gruppo 1 - Esercitazione Reti Dati IP ATM

38 Es. 1: Profili di Servizio pippo Classic: I Clienti che sottoscrivo tale profilo di servizio vogliono sostanzialmente realizzare traffico dati (navigazione, , FTP ). BANDA GARANTITA: 128 Kbit/s NUMERO INDIRIZZI IP: 8 DIMENSIONE MEDIA PACCHETTI IP: 1500 Bytes TRAFFICO DINAMICO: pari al 20% della banda garantita a) Determinare la banda minima da garantire, quella massima (di picco) e la dimensione media dei pacchetti per i seguenti profili di Servizio: pippo Conference: Tale profilo di servizio deve garantire la possibilità di realizzare simultaneamente un minimo di 3 sessioni di Videoconferenza ed un massimo (qualora vi siano risorse disponibili in rete) di 5. BANDA GARANTITA(PICCO): NUMERO INDIRIZZI IP: 8 DIMENSIONE MEDIA PACCHETTI IP: TRAFFICO DINAMICO: pari al 20% della banda garantita 38

39 pippo TV: Tale profilo di servizio deve garantire la possibilità di realizzare simultaneamente un minimo di una sessione di Video Streaming ed una di VoD ed un massimo (qualora vi siano risorse disponibili in rete) di 2 sessioni sia di Video Streaming che di VoD. BANDA GARANTITA(PICCO): NUMERO INDIRIZZI IP: 4 DIMENSIONE MEDIA PACCHETTI IP: TRAFFICO DINAMICO: pari al 20% della banda garantita 39

40 Es. 2: Dimensionamento del Router a) Supponendo che sul router Cisco 7513 sia configurato il 58% di Clienti con profilo di servizio pippo Classic, il 34% di Clienti con profilo di servizio pippo Conference e l 8% di Clienti con profilo di servizio pippo TV, determinare la banda IP media da garantire in accesso per ogni connessione (in Mbit/s). 40

41 b) Determinare il n max di collegamenti che il router può raccogliere avendo a disposizione solamente due collegamenti verso il Backbone (si utilizzi la banda media precedentemente determinata) 41

42 c) Determinare il n di schede ATM 155 Mb necessarie a gestire i collegamenti precedentemente determinati 42

43 d) Determinare il numero di Classi C che è necessario assegnare al router per gestire i Clienti determinati ai punti precedenti 43

44 Es. 3: Dimensionamento del PoP Nodi di Transito BB Cisco Switch L2 Catalyst 6509 Router di Accesso Disponibilità (D) dei collegamenti= 0,98 Disponibilità (D) dei Cisco 12012= 0,997 Disponibilità (D) dei Catalyst 6509= 0,995 Disponibilità (D) dei Cisco 7513= 0,99 I valori di disponibilità si riferiscono al singolo apparato/collegamento 44

45 a) Determinare la Disponibilità per la parte di rete che va dal router di accesso a quello di Backbone (si veda slide precedente); calcolare tale parametro per un Cliente che richiede un secondo link di Back-up attestato su un router di accesso distinto (doppio collegamento in parallelo). 45

46 b) Considerando la topologia del PoP illustrata precedentemente ed il layout degli apparati riportato nella slide precedente come invarianti, determinare il numero massimo di Router di accesso Installabili nel PoP ed il conseguente numero di Clienti pippo Conference configurabili 46

47 c) Supponendo di avere a disposizione spazi in centrale per 20 apparati complessivi (compresi gli switch ATM di Gateway), fornire il numero di Clienti pippo TV configurabili 47

48 d) Definire il numero di Classi B necessarie per gestire tutti i Clienti calcolati al punto precedente 48

49 Es. 4: Analisi di Rete PoP1 PoP4 PoP2 PoP3 a) Completare la figura sopra riportata realizzando una topologia di rete a Centro Stella (con centro sul PoP1) e garantendo la ridondanza di percorso per ogni router di accesso ed in ogni segmento di rete. 49