光バーストスイッチングに
未来はあるか?
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
1
Advanced
Network
Architecture
Research
Advanced
Network
Architecture
Research
Burst Switching Revisited
過去の例
電話網:TASI
音声対象→落ちてもよい
パケット交換ネットワーク: Virtual Cut Through
できなければ、パケットを電気メモリに格納
ATM:FRP (Fast Reservation Protocol)
大容量データ対象
ATMの利用により、帯域設定が自由に行える
空いている時は150Mbps、混んでくると75Mbps→37.5Mbps…
WDM: OBS (Optical Burst Switching)
チャネル容量10Gbps~→帯域の粒度が大きい
大容量転送への期待:DVD1枚4.7GB
対象はリアルタイムメディアではない
バッファ不要
FDLバッファリングによるペナルティを避ける→バッファがあればOBSとは呼
ばない
そもそもバーストとは?
大容量データ
IPに適用するためには、パケットを貯めることが必須だが、TCPはこの
ような利用形態を想定していない
M. Murata
2
Osaka University
Advanced
Network
Architecture
Research
OBSプロトコル (1):
Tell-and-Wait
ACK/NACK信号による、Forward型(往路で波長を決定)/Backward
型(復路で波長を決定)波長予約プロトコル
予め経路を定めておき、バーストの到着時に波長を定めて送出
オプション:経路も定める
○ バーストのネットワーク内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
× 伝播遅延時間がボトルネックになる
Forward型
Src 1 2
REQ
Dest

Src 1 2
REQ
2
Dest

2
2
×
NACK

2
REL
M. Murata
Link1
REL
Link2


2
Wavelength Reservation
REL
Link3
Link1
3
Link2
Link3
Burst Transmission
Osaka University
Advanced
Network
Architecture
Research
OBSプロトコル (2):
Tell-and-Go
伝播遅延時間によるオーバーヘッドの解消
ヘッダの電気処理のために、ヘッダとペイロードの間を空ける
パス設定(波長予約)処理の高速化が鍵
× バーストはネットワーク内で落ちるかも知れない
波長変換がない場合、M/G/1/1待ち行列網モデル!
Src
control
channel
REQ
Dest

2

2

2
Offset
data
channels
Offset Time
Burst Transmission
M. Murata
4
Link1
Link2
Link3
Osaka University
Advanced
Network
Architecture
Research
OBSのバーストブロッキング率
b: バースト長(コネクション保留時間)
s: コネクション処理時間
p: 伝播遅延時間
W: 波長数
: バースト到着率
全負荷
r = (b + s + p )l
r = (b + s )l
波長あたりの負荷: r 0 = r /W
TAW型の場合:
TAG型の場合:
ブロッキング率(M/G/W/W)
M. Murata
B=
5
rW W !
W
å r
n= 0
n n!
Osaka University
Advanced
Network
Architecture
Research
ノード処理時間の影響
TAW vs. 回線交換
1.E+00
1.E-01
1.E-02
1.E-04
ブロッキング率
TAW方式
処理時間=
100msec
1.E-03
波長数32、伝播遅延時間0
処理時間=
1msec
1.E-05
1.E-06
OBS
処理時間=
10msec
1.E-07
1.E-08
バースト時間よりも少なくとも一桁小さい処
理時間が要求される
GMPLS
処理時間=
0.1msec
1.E-09
波長あたり負荷0.2
1.E-10
1.E-11
波長あたり負荷0.5
1.E-12
1.E-13
0.01
0.1
1
10
100
1000
バースト時間 [msec]
[email protected]
10000 100000 1E+06 1E+07
波長あたり負荷0.8
[email protected]
1.E+01
1.E+01
1.E+00
1.E-01
1.E-02
1.E-06
1.E-07
1.E-08
1.E-06
1.E-07
1.E-08
1.E-09
1.E-10
1.E-11
1.E-11
1.E-12
1.E-13
0.01
1.E-12
1.E-13
0.01
[email protected]
処理時間=
100msec
1.E-04
1.E-05
1.E-09
1.E-10
1
1msec
1.E-03
1.E-04
1.E-05
M. Murata0.1
10msec
0.1msec
1.E-01
1.E-02
ブロッキング率
ブロッキング率
1.E-03
1msec
10msec
0.1msec
1.E+00
処理時間=
100msec
10
100
1000
バースト時間 [msec]
10000 100000 1E+06 1E+07
[email protected]
6
[email protected]
0.1
1
10
100
1000
バースト時間 [msec]
10000 100000 1E+06 1E+07
[email protected]
Osaka University
Advanced
Network
Architecture
Research
ブロッキング率低下の要因
ホップ数の増加
ホップ数に対して線形に影響
波長変換なし
Wavelength Continuity Problem
経路は予め定めておく
WA (Wavelength Assignment) vs.
RWA (Routing and Wavelength
Assignment)
WA:経路は予め決めておいて「最
適な」波長を選択
Random, First-Fit:分散化が可能
RWA:Multi-path Routing
波長とともに、複数の経路から「
最適な」経路を定める
Most-Used(同じ波長から埋めてい
く):集中化前提
処理時間の高速化→WA(経路は予
め決めておく)
Figure 4 in E. Karasan , E. Ayanoglu. Effects of Wavelength Routing and
Selection Algorithms on Wavelength Conversion Gain in WM Optical Network,
バースト交換ではWAゆえに高速化
が可能
ただし、オプションとしてMultipath Routingも可能
M. Murata
ACM/IEEE Transactions on Networking, April 1998.
7
Osaka University
Advanced
Network
Architecture
Research
Tell-and-Wait vs. Tell-and-Go
TAG (JET, JIT, …)
波長予約時間(処理時間+伝播遅延時間)のうち、伝播遅延時間をカット
波長変換なしの場合、M/G/1/1 !
波長数32
バースト長100msec
処理時間10msecに対しては大きい
TAG /wo WC
1.E+00
1.E+00
1.E-01
1.E-01
波長あたり負荷=0.8
1.E-02
1.E-03
1.E-04
波長あたり負荷=0.5
1.E-05
ブロッキング率
ブロッキング率
1.E-04
TAW
1.E-06
1.E-07
1.E-08
1.E-10
TAG /w WC
1.E-06
1.E-07
1.E-08
1
10
100
伝播遅延時間 [msec]
1000
TAG /w WC
1.E-13
0.01
1.E-13
0.1
TAW
1.E-11
1.E-12
波長あたり負荷=0.2
1.E-12
波長あたり負荷=0.5
1.E-05
1.E-09
1.E-10
1.E-09
1.E-11
波長あたり負荷=0.8
1.E-02
1.E-03
M. Murata
TAG /wo WC
10000
[email protected]
8
波長あたり負荷=0.2
0.1
1
10
100
1000 10000 100000 1E+06 1E+07
バースト長時間 [msec] [email protected]
Osaka University
パケットバッファリングの効果
TAG vs. パケット交換
パケットスイッチングはバッファ
リング前提
波長変換のない場合→M/G/1/1+L
波長変換のある場合→M/G/W/W+L
ただし、FDLの場合、固定長を単位
とした遅延線なので、可変長を扱
う場合にはオーバーヘッドがある
条件
波長数W=8
波長変換あり
OBSでもバッファを持たせること
は原理的に可能、ただし、FDLは長
くなる
1Mbitバースト
=100msecバースト(@10Gbps)
→20Km x L
M. Murata
TAG
Packet Loss Probability
Advanced
Network
Architecture
Research
1
1E-02
r = 0.85
1E-04
1E-06
r = 0.8
1E-08
1E-10
1E-12
r = 0.7
1E-14
r = 0.65
r = 0.75
1E-16
1E-18
0
20
40
60
80
Buffer Depth L
100
120
Masayuki Murata and Ken-ichi Kitayama,
“Ultrafast photonic label switch for
asynchronous packets of variable length,”
IEEE INFOCOM 2002, June 2002.
9
Osaka University
波長変換のない場合
波長変換をしなくとも一
定の効果は得られる、た
だし、バッファ容量はか
なり必要
1Kbitパケット
=0.1msecパケット
(@10Gbps)
→20m x L
波長数増大の効果は大きい
波長変換あり
バッファ長64
M. Murata
Packet Loss Probability
パケット交換のメリット
Packet Loss Probability
Advanced
Network
Architecture
Research
1
1E-02
1E-04
1E-06
1E-08
1E-10
1E-12
1E-14
1E-16
1E-18
0
1
1E-02
1E-04
1E-06
1E-08
1E-10
1E-12
1E-14
1E-16
1E-18
10
r = 0.85
r = 0.8
r = 0.75
r = 0.65
200
r = 0.7
400
600
800
Buffer Depth L
1000
r = 0.85
r = 0.8
r = 0.75
r = 0.7
r = 0.65
5
10
15
20
Osaka University
The Number of Wavelengths W
Advanced
Network
Architecture
Research
機能
パケット交換 vs. 回線交換
回線交換(光クロスコネクトノード)
パケット交換(電気ルータ)
回線効率
決して悪くない(回線それぞれの利用 一般に良いとされているが、遅延を小
効率ではなく、回線数の利用効率)
さくするためにはoverprovisioningが必
要
→波長数の増大が重要
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
ノード可用性
機能が低い分高い
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
パケット・回線交換の融合?
アクセス系:パケット交換
バックボーン:WDM回線交換(+GMPLS):光パスネットワ
ーク
スケーラビリティ確保のために、波長あたりの容量を増や
すより、波長数を増やすことが重要
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
その後は、光パケットスイッチ+GMPLS?
M. Murata
Deployment?
11
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Advanced
Network
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Research
フォトニックインターネットへの
ロードマップ
Cross-Connect, Switch or Router?
ルーティング
payload
フォワーディング
Queue
Management
スイッチング
バッファリング
header
クロスコネクト+GMPLS
光バーストスイッチ+GMPLS
光パケットスイッチ+GMPLS
フォトニックIPルータ
M. Murata
12
Osaka University
Advanced
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Architecture
Research
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
ユーザへの波長の開放(エッジノード間ではない):オンデマンド波
長パス設定
前提:波長が豊富にある(1,000波長~)
適用
ユーザ志向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
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(?)
M. Murata
napster, gnutella
13
Osaka University
ダウンロード

ppt