Redes Ópticas para a Comunidade Nacional de Educação e Pesquisa II Workshop Ciência e Tecnologia em Comunicações Ópticas, Unicamp, Novembro 2005 Michael.

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1 Redes Ópticas para a Comunidade Nacional de Educação e Pesquisa II Workshop Ciência e Tecnologia em Comunicações Ópticas, Unicamp, Novembro 2005 Michael Stanton Diretor de Inovação Rede Nacional de Ensino e Pesquisa - RNP © 2005 – RNP

2 Redes para Pesquisa e Educação
Sumário Novas tecnologias de transmissão e comutação ópticas permitem redução significativa nos custos de construir e operar redes para pesquisa e educação. Por meio de exemplos mostramos como estas oportunidades estão sendo exploradas no país Nossa agenda: Uma breve visão da RNP Projeto GIGA – uma rede óptica experimental IPÊ – a 5a fase da rede nacional Redecomep – Redes ópticas metropolitanas comunitárias Redes híbridas para a próxima geração Redes para Pesquisa e Educação

3 RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa
RNP é a rede nacional de pesquisa e educação Mantida pelo governo federal (desde 1989) provê conectividade nacional (interestadual) e internacional para mais de 400 universidades e centros de pesquisa através de uma infra-estrutura de comunicação avançada colaboração – conexão internacional a outras redes semelhantes (Internet2, GÉANT, APAN, RedCLARA) “commodity” – conexões à Internet comercial sustenta e promove o desenvolvimento de redes avançadas e suas aplicações a RNP é gerida para o governo federal por uma empresa privada sem fins lucrativos (organização social) - RNP-OS Redes para Pesquisa e Educação

4 Evolução das redes de P&E no Brasil
Fase Ano Tecnologia Capacidades de enlace Comentários 1988 BITNET até 9.6 kbps primeira rede nacional 1 1992 Internet 9.6 e 64 kbps primeira rede nacional IP (RNP) 2 1995 até 2 Mbps também: rede IP comercial 3 1999 IP/ATM, IP/FR CV até 45 Mbps, acesso até 155 Mbps rede nacional RNP2; ReMAVs em 14 cidades (usando ATM/fibra apagada) 4 2003 IP/SDH 34, 155, 622 Mbps RNP2 estendida (RNP2+) também: rede experimental IP/WDM interestadual (Projeto GIGA) 5 2005 IP/WDM 2.5 e 10 Gbps rede nacional IPÊ; redes metropolitanas em 27 capitals Redes para Pesquisa e Educação

5 Evolução das redes de P&E no Brasil
Fase 5 Ipê Fase 4 RNP2+ Fase 3 RNP2 Fase 2 Internet comercial Fase 1 Internet Fase 0 BITNET Redes para Pesquisa e Educação

6 Rede nacional – abril de 2005
Fase 4 Abr/2005 (2 Gbps) Implantada em 2004/5 Um Ponto de Presença (PoP) por estado IP/SDH (substituiu IP/ATM da RNP2) 1a rede com múltiplos provedores Fruto da competição 6x capacidade da rede anterior a 2/3 do custo Redes para Pesquisa e Educação

7 Acesso para instituições federais de P&E
Além da rede nacional, interestadual, a RNP também provê conexões diretas ao PoP local para Universidades Federais, Unidades de Pesquisa do MCT na maioria dos casos. No estado de São Paulo, estas conexões incluem: UNIFESP UFSCar INPE LNLS CenPRA Redes para Pesquisa e Educação

8 Projeto GIGA – uma rede óptica experimental
Projeto em colaboração entre RNP e CPqD Comunidade de P&D na indústria e nas universidades Objetivos construir uma rede experimental avançada para desenvolvimento e demonstrações suporte para subprojetos de P&D em tecnologias de redes óptica e de IP e aplicações e serviços avançados Participação industrial (operadoras cedem as fibras; é exigida transferência tecnológica de produtos e serviços) Financiamento de R$53 milhões do FUNTTEL - desde Dez 2002 2/3 dos recursos para financiar P&D FUNTTEL Redes para Pesquisa e Educação

9 Rede experimental GIGA - localização
Universities IME PUC-Rio PUC-Campinas UERJ UFF UFRJ Mackenzie UNICAMP USP R&D Centers CBPF CPqD CPTEC INCOR CTA FIOCRUZ IMPA INPE LNCC LNLS Redes para Pesquisa e Educação

10 Projeto inicial da rede GIGA
rede interurbana DWDM 2,5G entre Campinas e Rio de Janeiro até 4 lambdas (comprimentos de onda) por enlace (pode chegar a 8) redes metropolitanas CWDM 2,5G (MANs) no Rio, em S. Paulo e em Campinas todos equipamentos ópticos fornecidos pela empresa Padtec ( Equipamentos de L2/3 da Extreme Networks rede operacional entre Rio, S. Paulo e Campinas (desde maio de 2004) S.J. dos Campos São Paulo Campinas Rio de Janeiro Campinas São Paulo S. José dos Campos Rio de Janeiro Cachoeira Paulista MAN CP MAN SP MAN RJ Petrópolis Niterói Antecipado para 2006 Redes para Pesquisa e Educação

11 Redes para Pesquisa e Educação
Atividades de P&D 2/3 do orçamento do Projeto GIGA sustemta atividades de P&D nas seguintes áreas: Redes ópticas (CPqD) Protocolos e serviços de rede (RNP) Serviços de telecomunicações experimentais (CPqD) Serviços e aplicações científicas (RNP) A grande maioria das atividades de P&D estão sendo realizadas por grupos de pesquisa nas universidades (em mais de 50 instituições em 15 estados do Brasil) Incentivos para a transferência de tecnologia ao setor produtivo A rede também pode ser usada para o desenvolvimento e/ou demonstração de aplicações de de rede de alto desempenho por pesquisadores em várias áreas (física de altas energias, bioinformática, geociências, ciências ambientais, etc), freqüentemente usando grades computacionais. Redes para Pesquisa e Educação

12 Redes ópticas para a comunidade de P&E
Baseado na experiência prática da rede experimental do Projeto GIGA, a RNP está instalando em uma rede multi-Gbps para a comunidade nacional de P&E Tem dois grandes componentes: Rede IPÊ: uma rede nacional multi-Gbps ipê: a flor nacional do Brasil i-pê: IP (Internet Protocol) em português IPE: Inovação, Pesquisa, Educação Redecomep: Redes Comunitárias para Educação e Pesquisa Para acesso local em Gbps aos PoPs da Rede IPÊ ipê amarelo em flor Redes para Pesquisa e Educação

13 IPÊ: a Fase 5 da rede da RNP (2005)
IPÊ – Nov 2005 (60 Gbps) Fortaleza Recife Salvador Rio de Janeiro Belo Horizonte Brasília São Paulo Curitiba Florianópolis Porto Alegre enlaces interestaduais de múltiplos Gbps inicialmente entre 10 cidades lambdas de 2,5 and 10G de duas operadoras apenas 3x custo das conexões da Fase 4 por 40x a capacidade agregada roteadores da Juniper Networks (M320, M40) Lançamento Nov 2005 2.5 Gbps 10 Gbps Redes para Pesquisa e Educação

14 Redecomep – Redes Metropolitanas Ópticas para a comunidade de P&E
As redes de longa distância chegam num ponto específico de cada cidade servida – Ponto de Presença (PoP) Para servir um conjunto de clientes na mesma cidade, é necessário prover acesso individual ao PoP – problema da Última Milha Encontramos um problema parecido quando for necessário prover conectividade entre os componentes de uma única organozação na mesma cidade As soluções tradicionais ao “problem of the Last Mile”: Alugar serviços de dados ponto a ponto da operadora para chegar ao PoP O custo disto é uma função da largura de banda contratada Freqüentemente resulta em “sub-aprovisionamento” devido a altos custos Redes para Pesquisa e Educação

15 Uma abordagem alternativa – construir sua própria rede comunitária
Formar um consórcio para aprovisionamento de rede em conjunto Construir uma rede óptica própria para alcançar TODOS os campi de TODOS os membros do consórcio Iluminar a fibra! Custos envolvidos: Instalação do cabo óptico: usando o posteamento da cia. de energia elétrica R$ por km Aluguel mensal de R$ 3 (não mais de 40 postes por km) Equipmentos: usualmente comutadores GigE de 2 portas ópticas Operação e manutenção Estudo de caso em 2004: MetroBel (Belém do Pará): 12 instituições usando conexões GigE: Investimento de R$ Custeio de R$ p.a. Compare com R$ p.a. para a solução tradicional via operadora (com conexões de menos de 1 Mbps comparadas com 1 Gbps!) Redes para Pesquisa e Educação

16 MetroBel: possível topologia (anel 30km + 10km extensão; 29 pontos)
PoP da RNP na UFPA Redes para Pesquisa e Educação

17 RNP activities in metro networks 2005/6
Em dezembro de 2004, a RNP recebeu financiamento da Finep para construir redes metropolitanas ópticas em todas as 27 capitais do país (projetos MetroBel e Redecomep) Valor total de mais de R$ 41 milhões a ser executado até dezembro de 2006 Licitação do cabeamento em Belém publicada em agosto Licitação Redecomep de equipamentos publicada em setembro Planejamento em curso para instalar redes metro nas seguintes cidades: Manaus, Belém, Fortaleza, Natal, Recife, Salvador, Vitória, Brasília, Curitiba, Florianópolis, Porto Alegre Redes para Pesquisa e Educação

18 Para concluir a implantação da rede da Fase 5
A princípio, será resolvido até dezembro de 2006 o problema de acesso externo às redes avançadas para a maioria de instituições nas capitais 10 dos PoPs da RNP’ terão conexões interestaduais de pelo menos 2,5 Gbps em novembro de 2005 Até dezembro de 2006 mais de 200 instituições com conexões de 1 Gbps à nova rede nacional Ipê (Fase 5) Os problemas de conectividade remanescentes: Os outros 17 PoPs da RNP – espera-se poder incorporar a maioria destes na rede de múltiplos Gbps dentro de 2 a 3 anos Dificuldade maior em partes da Amazônia, devido à falta de infra-estrutura óptica (AM, AP, RR) Cidades do interior ENTRETANTO: a RNP já provê enlaces diretos aos PoPs para Universidades Federais e UPs do MCT que não sejam, localizadas nas capitais. Isto apresenta uma oportunidade para construir redes metro nestas codades (talvez usando WiMax ao invés de tecnologia óptica) Redes para Pesquisa e Educação

19 Como será a rede da próxima geração?
Uma nova classe de usuário de alto desempenho Acesso a redes de longa distância de múltiplos Gbps possibilitou uma nova classe de usuários, que lidam com processamento distribuído de alto desempenho Características típicas incluem: transferência de grandes volumes de dados de sensores remotos visualização remota processamento paralelo usando tecnologias de grade transmissão de iamgens e de vídeo de muito alta definição Para estes usuários, um canal de dados fim a fim terá tipicamente pelo menos 1 Gbps de capacidade Exemplos: física de altas energias, astrofísica, geociências, telemedicina Redes para Pesquisa e Educação

20 Categorias de usuários (apud Cees de Laat)
No. de usuários Uso convencional: WWW, correio, uso doméstico Requer acesso pleno à Internet: 1 a muitos Aplicações “comerciais”: multicast, streaming, VPN, LAN Requer acesso pleno à Internet e serviços VPNs: vários a vários Aplicações “científicas”: processamento distribuído, grades Requer grande largura de banda, poucas Organizações Virtuais, poucos a poucos, P2P ADSL GigE Largura de banda Redes para Pesquisa e Educação

21 roteador L3 X comutador L2 X comutador L1 (óptico)
Redes híbridas roteador L3 X comutador L2 X comutador L1 (óptico) Para a mesma vazão (10 Gbps) o custo comparativo por porto em US$ são: roteador L3: 75 a 300 K$ comutador L2: 5 a 10 K$ MEMS (óptico): 0,5 a 1,5 K$ ou seja custo L1  0,1  custo L2  0,01  custo L3 Para otimizar custos, deveríamos adotar uma arquitetura híbrida que sirva a todas categorias de usuário de maneira mais econômica: mapear categoria A para L3 mapear categoria B para L2 mapear categoria C para L1 “Dê a cada pacote na rede o serviço que necessita, mas nada a mais do que isto!” (Kees Neggers/Cees de Laat) Redes para Pesquisa e Educação

22 Redes para Pesquisa e Educação
Implicações Deve-se evitar roteamento L3 sempre que possível se possível, roteadores L3 deveriam ser interconectados por uma nuvem de conectividade L2 ou, ainda melhor, uma nuvem L1 para usuários da categoria 3, a solução ideal não usa roteamento L3 Comutação L1 (óptica) é preferível à comutação L2, sempre que possível Exemplos: multiplexação de canais GigE em lambdas demo da iGrid2002: Amsterdam  Vancouver Surfnet5 na Holanda nuvens de interconectividade L2 nos EUA nuvem de interconectividade L2 em São Paulo comutação óptica – GLIF redes híbridas – Internet2/HOPI e Surfnet6 Redes para Pesquisa e Educação

23 2001: Início de redes de lambdas (por K. Neggers)
Lambda de 2,5Gbit/s adquirido por SURFnet entre StarLight, Chicago, EUA e NetherLight, Amsterdã, Holanda Lambda terminado em multiplexadores ONS15454 da Cisco, lado WAN: enquadramento SONET: OC48c lado LAN: interfaces GigE a clusters de computadores StarLight NetherLight Lambda 2,5G GigE Redes para Pesquisa e Educação

24 Surfnet5 na Holanda (poucos roteadores L3)
Rede usava 4 roteadores de núcleo em 2 pontos distintos de Amsterdã (SARA e Hempoint) Cada universidade usava dois canais de 10 Gbp, um para SARA, o outro para Hempoint Qualquer tráfego interuniversitário passava por apenas dois roteadores Redes para Pesquisa e Educação

25 Demo na iGrid2002: sem uso de roteadores L3
Application Application High bandwidth application (e.g. Grid) Middleware Middleware Transport Transport L2 Switch Cenário de caminho de luz fim a fim para aplicações de alto desempenho: não utiliza a rede de roteamento de pacotes caminho de luz fim a fim é solicitado através de middleware Justificativa: Reduzir o custo de transporte por pacote Fonte: Cees de Laat/Tom DeFanti (Translight) Router U. of Amsterdam GbE SURFnet5 NL Router L1 switch Router SL GbE CA*net4 Router L1 switch Router GbE Router UBC Vancouver L2 switch Redes para Pesquisa e Educação

26 Redes para Pesquisa e Educação
Pacific Wave: um ponto distribuído de interconexão L2 (por C. Anderson) Um ponto distribuído de interconexão em Los Angeles, CA, e Seattle, WA Comutadores L2 em 6 pontos constituem uma nuvem L2. Qq par de roteadores L3 conectados a esta nuvem podem trocar tráfego Redes para Pesquisa e Educação

27 Troca de tráfego através de Pacific Wave (por John SIlvester)
Redes para Pesquisa e Educação

28 Conexões internationais L2 (por Don Riley)
É possível eliminaar roteamento transcontinental L3 A-Wave (Atlantic Wave) em implantação em 2005 Redes para Pesquisa e Educação

29 Um ponto distribuído de interconexão L2 em São Paulo
Diversas redes importantes de P&E precisam trocar tráfego em São Paulo RNP, ANSP, RedCLARA, enlace WHREN/LILA paraMiami ANSP e RNP mantêm grandes redes de P&E no país, com conectividade internacional RNP provê para ANSP trânsito ao resto do Brasil Um ponto de interconexão L2 permitirá a futura extensão ao Brasil do ponto distribuído de interconexão L2 Atlantic Wave (A-Wave) Baseado fisicamente em 3 pontos de presença (PoPs): USP (RNP), Barueri (ANSP), Cotia (RedCLARA, WHREN/LILA) Redes para Pesquisa e Educação

30 Redes para Pesquisa e Educação
RedCLARA e WHREN/LILA RedCLARA: Rede regional Latino Americana (2004-) WHREN/LILA: Conexões do México e Brasil aos EUA (2005-) Redes para Pesquisa e Educação

31 Redes para Pesquisa e Educação
Localização dos PoPs ANSP PoP Barueri RedCLARA & WHREN/LILA PoPs Cotia RNP PoP USP Redes para Pesquisa e Educação

32 Redes para Pesquisa e Educação
Situação física 2 pares de fibra apagada existentes PoP ANSP Barueri PoP RedCLARA 2 fibras apagadas existentes Cotia PoP RNP USP 2 pares de fibra apagada existentes Redes para Pesquisa e Educação

33 WDM com redundância (1+1)
utiliza uma segunda fibra (ou par de fibras) numa rota diversa para prover redundância plena lambdas multiplexados são transmitidos em ambas fibras árbitro no receptor seleciona uma fibra com transmissão ativa fibra de trabalho fibra de proteção divisor árbitro multiplexador desmultiplexador Redes para Pesquisa e Educação

34 Redes para Pesquisa e Educação
Uso proposto de WDM múltiplos lambdas PoP ANSP Barueri PoP RedCLARA múltiplos lambdas Cotia PoP RNP USP múltiplos lambdas Redes para Pesquisa e Educação

35 Nuvem de interconexão L1
A nuvem de lambdas criada pela infra-estrutura WDM permite a interconexão arbitrária de pares de dispositivos de camada 1 ou 2 em diferentes PoPs ligados à nuvem Em geral, os lambdas usarão enquadramento n-Gbps Ethernet excepcionalmente poderá ser usado enquadramento SDH/Sonet comutador camada 1 ou camada 2 Barueri nuvem de lambdas comutador camada 1 ou camada 2 Cotia comutador camada 1 ou camada 2 USP Redes para Pesquisa e Educação

36 Cotia USP Barueri anel L1/L2
Ponto Distribuído de Interconexão L2 em São Paulo Interconectando POP-RNP (USP), POP-ANSP (Terremark) and PoPs GLBX+LanNautilus (Cotia) RedeClara Ampath ou Atlantic Wave roteador Clara RNP roteador de agregação para insts. federais em SP comutador RNP Cotia enlace LILA comutador ANSP ONS 15454 caminho redundante de fibra (RNP) possível conexão local STM-1 comutador RNP anel L1/L2 roteador da RNP POP-SP USP comutador ANSP ANSP caminho redundante de fibra (ANSP) Barueri roteador ANSP comutador ANSP roteador da rede de campus da USP fibra e comutadores nas pontas pertencem à mesma organização somente Ethernet usado no anel Redes para Pesquisa e Educação

37 Redes para Pesquisa e Educação
Comutação Óptica (L1) comutação L2 hoje é feita em unidades de 1 Gbps e 10 Gbps, usando comutadores Ethernet canais ópticas (L1) normalmente são implementados como comprimentos de onda (lambdas) ou circuitos SDH tipicamente a 2,5 e 10 Gbps 2 conexões GigE podem ser multiplexadas num canal óptico de 2.5G 8 conexões GigE podem ser multiplexadas num canal óptico de 10G canais ópticas (L1) podem ser comutados por inteiro usando comutadores ópticos (Optical Cross Connects ou OXCs) um caminho de luz (no sentido estrito) é um canal L1, formado por uma concatenação de enlaces L1 entre comutadores ópticas nos últimos anos foi montada uma infra-estrutura L1 internacional para P&E através da colaboração de dezenas de países – a GLIF: Global Lambda Integrated Facility Redes para Pesquisa e Educação

38 Pontos de interconexão óptica GLIF em 2004 (por T. de Fanti)
European lambdas to US (red) –10Gb Amsterdam—Chicago –10Gb London—Chicago –10Gb Amsterdam—NYC Canadian lambdas to US (white) –30Gb Chicago-Canada-NYC –30Gb Chicago-Canada-Seattle US sublambdas to Europe (grey) –6Gb Chicago—Amsterdam Japan JGN II lambda to US (cyan) –10Gb Chicago—Tokyo European lambdas (yellow) –10Gb Amsterdam—CERN –2.5Gb Prague—Amsterdam –2.5Gb Stockholm—Amsterdam –10Gb London—Amsterdam IEEAF lambdas (blue) –10Gb NYC—Amsterdam –10Gb Seattle—Tokyo CAVEwave/PacificWave (purple) –10Gb Chicago—Seattle –10Gb Seattle—LA—San Diego –10Gb Seattle—LA Northern Light UKLight CERN Japan PNWGP Manhattan Landing Redes para Pesquisa e Educação

39 Juntando as partes – redes híbridas
Redes híbridas networks require us to maintain parallel and interoperating structures for handling L3, L2 and, possibly, L1 traffic. Few networks so far operate at all these levels. Some networks are currently attempting to operate jointly services at L2 and L3. These include: Abilene (Internet2): the HOPI project Surfnet6 in the Netherlands It should be noted that the end sites of users of L2 (and L1) end-to-end services MUST also count on such facilities at the regional, metropolitan and campus levels Redes para Pesquisa e Educação

40 Internet2: a topologia HOPI (Hybrid Optical and Packet Infrastructure)
O experimento HOPI complementa Abilene com múltiplos lambdas na infra-estrutura NLR de fibra apagada Redes para Pesquisa e Educação

41 Nó HOPI da Internet2 (por R. Summerhill)
Comutadores adicionais têm funcionalidades L1 (OXC) and L2 (Ethernet) Tráfego roteado L3 tradicional utiliza a rede Abilene existente Interface à Rede Óptica Regional (RON) para capilaridade L1/L2 Redes para Pesquisa e Educação

42 SURFnet6 sobre fibra apagada
SURFnet6 will be entirely based on SURFnet owned managed dark fiber via the customer premises Over 5300 km fiber pairs available today; average price paid for 15 year IRUs: < 6 €/meter per pair Managed dark fiber infrastructure will be extended with new routes, to be ready for SURFnet6 Redes para Pesquisa e Educação

43 Common Photonic Layer (CPL) in SURFnet6
2 central interconnected nodes in Amsterdam All universities on one of 4 fibre subnetworks connected to both central nodes. All fibres lit up with DWDM Redes para Pesquisa e Educação

44 Redes para Pesquisa e Educação
Subnetwork 1: Green Utrecht1 Delft1 DenHaag1 Leiden1 Hilversum1 Redes para Pesquisa e Educação

45 SURFnet6: IP network implementation
SURFnet6 Border Routers SURFnet6 Core Routers Avici SSR External IP connectivity Avici SSR Avici SSR Avici SSR 10 GE Nortel OM 5000 10 GE Nortel OME 6500 Nortel OM 5000 Nortel OME 6500 SURFnet6 Common Photonic Layer 1 GE Nortel OM 5000 1 Gigabit Ethernet Customer Nortel OME 6500 Nortel Passport 8600 10 Gigabit Ethernet Customer CPE OME Optical Multiservice Edge 6500 delivers Layer 0, 1, and 2 services OM OPTera Metro 5200 offers Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) data transmission Avici SSR - Stackable Switch Router Nortel OME 6500 Nortel OME 6500 10 GE SURFnet infrastructure CPE 1 GE Non-SURFnet Redes para Pesquisa e Educação

46 SURFnet6: Light Path Provisioning implementation
Amsterdam Optical Switch GLIF Nortel HDXc 10 GE 16x16 MEMS 16x16 MEMS 10 GE 10 GE LAN Nortel OME 6500 Nortel OME 6500 International Light Paths SURFnet6 Common Photonic Layer Nortel OME 6500 1 GE Nortel OME 6500 Customer equipment HDXc - High Density Optical Cross Connect offers non-blocking optical switching capability and delivers grooming, aggregation, and restoration of SONET/SDH, transparent wavelengths and Ethernet services. MEMS - Micro Electrical Mechanical Switch for optical switching Customer equipment 10 GE SURFnet infrastructure End-to-End Light Path Non-SURFnet Redes para Pesquisa e Educação

47 Redes para Pesquisa e Educação
Conclusion Through the IPÊ network core and the optical metro networks, RNP is effectively bringing about “Internet2 quality” networking to the Brazilian R&E community, permitting the widespread use of advanced applications. The next generation of R&E networks will seek to provide cost-effective networks for high-performance users, with end-to-end bandwidth of at least 1 Gbps Note that we already support such users experimentally for international demonstrations (e.g. HEP at Supercomputing) More conventional users will continue to need L3 routed packet networks for their applications Hybrid networks will become the next standard R&E network architecture Redes para Pesquisa e Educação

48 Michael Stanton (michael@rnp.br)
Obrigado! Michael Stanton