PTN - Parte 1

PTN PT N - Pa Pack cket et Tr Tran ansp spor ortt Ne Netw twor orkk MN5000 Series Parte 1 Treinamento Técnico

Controle de Versões Dat a

Ver s ão

Res p o n s ável

Ob s er v aç õ es

07/12/2012

1.0

Carl os R. Rossi

Versão ini cial

11/12/2012

1.1

Carl os R. Rossi

Correção no slide 43

2

Tr ei einamento Técnico – N EC EC Brasil S.A.

Proibido Reproduzir sem Autorização

Introdução Treinamento Técnico

O que são redes de transporte?

Redes que proporcionam uma infraestrutura para transporte e agregação confiável para qualquer tipo de tráfego cliente Multi serviço

Confiável

Redes de Transporte

QoS

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Escalável

Baixo Custo

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Principais Redes de Transporte Atuais

SONET/SDH DWDM

OTN REDES DE TRANSPORTE ATUAIS

IP/MPLS

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ETHERNET

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Explosão na Demanda por Largura de Banda

Mobile 3G/4G Cloud Computing Internet Games online Download / Música e Vídeo Ensino a distância IPTV/HDTV Outros A Capacidade de Processamento dobra a cada 18 meses. 6

O crescimento da largura de banda para usuários domésticos dobra a cada 21 meses.

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Crescimento do Tráfego de Dados em Redes Móveis iPhone, Blackberry e outros smartphones estão impulsionando o crescimento explosivo no tráfego de pacotes; Operadoras de telefonia móvel têm implementado 3G e / ou HSDPA para oferecer velocidades de dados cada vez maiores HSPA + eLTE podem oferecer experiência verdadeira em banda larga

Fonte: Cisco® Visual Networking Index (VNI) Global Mobile Data Traffic Forecast / FEV-2012

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Transformação das Redes de Transporte

Sumário Explosão do tráfego de Pacotes (Dados) impulsionado pelas redes móveis; Necessidade de convergência de diferentes redes em uma única rede de transporte; Redução de CAPEX e OPEX; Agilidade de Flexibilidade de Provisionamento. 8

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Principais desafios para os Provedores de Serviços

Lidar com o crescimento do tráfego de pacotes:

TDM

Crescimento Rápido dos assinates 3G para telefonia móvel e banda larga em todo o mundo, vem impulsionando a demanda por transporte de pacotes em alta velocidade.

Packet

Custo

$

Elevar a receita:

Receita Novo Custo Largura de Banda Voz Dominante

t

Apesar do crescimento de assinantes e o aumento da banda disponibilizada, a receita líquida média por assinante está caindo. As redes são complexas, de difícil escalabilidade e caras de se manter. Energia e espaço físico são outros grandes desafios.

Dados Dominante

Oferecer novos serviços: Novos Serviços

9

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A infra-estrutura da rede atual de transporte não é suficiente para suportar a evolução dos serviços móveis, como LTE e serviços avançados para empresa (por exemplo: EPL, EVPL).

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Tecnologias atuais não são adequadas para enfrentar os novos desafios

SWITCH ETHERNET

IP Metr o

IP Access

Residential

MSTP SONET/SDH

ROUTERS IP/MPLS

SPOP

IP Core

DSLAM

PE MSCG

Phone

BRAS

GE/FE

BSC PC RNC

xPON Business NodeB

Mobile Terminal

10

BTS

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P

P

PE

Switches 

LAN Switches Não há mecanismo de QoS fim a fim; IP Backbone CORE

SR

SR

 Acc ess Fraca capacidade para QoS

Dificuldade para multiserviços

Falta de mecanismo eficaz para proteção de rede. Maior tempo de recuperação para redes maiores. Não satisfaz as exigências de comutação de proteção para redes de transporte; Falta de sistemas de gerência de redes adequados à operação & manutenção; Falta de mecanismo OAM para isolamento de falhas e solução de problemas;

Falta de mecanismo para OAM

Dificuldade em suportar sincronização; Falta de mecanismo para suportar tráfego especial ATM multiserviço.

11

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Roteadores 

  Roteadores Um Roteador suporta multi-serviços, suporta função L2/L3, encaminhamento hierarquizado, controle de fluxo e garantia de priorização de serviços, mas..... Falta de hardware baseado em OAM e dificuldade para implementar proteção sub-50ms, principalmente na ocorrência de falhas simultâneas; Baixa capacidade para gerenciamento da rede. Falta capacidade para configuração de serviços fim a fim;

IP Metro

Falta suporte para transmissão de sincronismo; Suporte a proteção de linha e equipamento, deixa a desejar; No contexto das redes de transporte, apresenta elevado custo, com muitas funcionalidades inúteis, tais como milhares de tabelas de encaminhamento.

12

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MSTP SONET/SDH 

  MSTP/SDH  – Um MSTP SONET/SDH suporta tráfego ethernet, proteção de linha e de equipamento, adequado para redes de transporte, capacidade para gerenciamento da rede. para configuração de serviços fim a fim, bons recursos para OAM e fácil operação, mas..... • Baixa eficiência para multiplexação estatística; • Recursos para QoS limitado; • Transporte do tráfego ethernet baseado em Virtuais Containers de tamanho fixo, dificultando a escalabilidade Modelo de Tráfego

Modelo de Aplicação SPOP 3G/HSxPA

DownTown LTE/Wimax

Fiber 

RNC

3G/HSxPA

CBD

RNC

LTE/Wimax

RNC

3G/HSxPA

…

Residential LTE/Wimax

SDH VC 13

VCn1 VCn2 VCn3 Tr einamento Técnico – N EC Brasil S.A.

Flexible Tunnel

Túnel 1 Túnel 2 Túnel 3

Largura de Banda livre Proibido Reproduzir sem Autorização

Packet Transport Network - PTN

Transport Network Orientado a conexão Multiplexação estatística Sincronismo (alta precisão) MSTP/MSPP Transporte flexível Resiliente (50ms switch(SDH/SONET) QoS avançado over) Escalabilidade OAM abrangente Rentabilidade (Ethernet) Multi serviços Provisionamento estático ou dinâmico Transporte multiserviço sobre pacotes Multiplexação estatística (melhor ocupação da bada disponível) Plano de dados determinístico Packet Transport Orientado a conexão Network QoS avançado fim a fim OAM abrangente Proteção de rede e equipamento O melhor Sincronismo entre dois mundos

Packet Network

IP, Ethernet, MPLS

14

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Porque PTN?

Permite rápido crescimento da rede  

Escalável, para atender a demanda crescente de tráfego Capacidade multiserviço de lidar com pacotes e TDM igualmente

Reduz CAPEX & OPEX Packet：Packet core, Multiserviço e QoS. Transport：  OAM, proteção de hardware e rede, acesso multiserviço e sistema abrangente de sincronismo. Network：Tráfego fim a fim e gerência de rede classe de transporte

  

Economia de espaço Economia de energia Menor investimento que SDH/Router

Habilita novos serviços  

Padronização para serviços Metro Ethernet Garantia de nível de serviço

Garantia de Investimento  

15

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Pronto para tecnologias em desenvolvimento como o LTE Pode ser usado em redes existentes

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PTN x Redes MSTP SONET/SDH

Classic 2G, 3G, HSDPA,

Packet

RNC

E1

STM1

TDM (SDH/MSTP)

BTS E1

NB

BSC E1 STM1

PTN

ETH E1

RNC

ETH

BSC E1

BTS

2G, 3G, HSDPA, NB Broadband Aggregation, ETH E1 Enterprise, LTE, …

ETH

Enterprise BB access

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E1

NB

Hybrid LTE, …

TDM (SDH)

E1

LTE, …

2G, 3G, HSDPA,

BSC

BTS

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PTN

RNC ETH

ETH Proibido Reproduzir sem Autorização

Mobile Backhaul PTN

Cell Site

Mobile Backhaul

A-bis

AAL2/5

Unified Backhaul Network 

T1/E1 (Copper)

E1/T1

BSC

2G BTS MN5100

ATM

MN5300

Operator’s Circuit Switching Backbone Network 

3G Node B

IP ATM (IMA/STM-1)

MLPPP E1/T1 AAL2/5 ATM

MN5200

PTN RNC

SGSN

GGSN

3G Node B MGW MN5200

STM-1

aWG

SGSN

Ethernet (Fiber, GPON, xDSL)

LTE

Operator’s Packet Switching Backbone Network 

UDP/IP

3G NodeB or Ethernet LTE eNodeB

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GMSC

MSC

IMA E1/T1

Mobile Core Network

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Tecnologia MPLS-Transport Profile (TP) Treinamento Técnico

MPLS-TP Histórico e Padronização Treinamento Técnico

Histórico 

T-MPLS (Transport MPLS)  – Com a tendência de redes baseadas em pacote em alta, o ITU-T se interessou em adaptar o MPLS para torná-lo “classe de operadora”, de acordo com os reconhecidos princípios de arquitetura do ITU-T;  – O resultado foi o Transport MPLS (T-MPLS), uma tecnologia multiserviço de transporte confiável de pacotes baseada no MPLS, orientada à conexão e com conexões ponto-a-ponto gerenciadas;  – O ITU-T aprovou a primeira versão de sua recomendação para transporte de pacotes T-MPLS em 2006;  – Alinhada com as redes de transporte baseadas em circuito, o T- MPLS possui suporte avançado a OAM (Y.1711), permitindo um controle abrangente dos recursos da rede de transporte.

20

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Histórico 

MPLS-TP (MPLS Transport Profile)  – Por volta de 2008, a tecnologia T-MPLS tinha alcançado um estágio onde alguns fabricantes começaram a suportá-la em seus equipamentos de transporte óptico;.  – O IETF responsável pelo MPLS chamou a atenção do ITU-T com relação a incompatibilidade do T-MPLS com o MPLS, a qual poderia ter impactos negativos sobre a internet;  – Um grupo de trabalho conjunto (JWT) foi formado entre o IETF e o ITU-T para alcançar um alinhamento mútuo entre as soluções, chamado do MPLS-TP;  – O objetivo do MPLS-TP é oferecer transporte orientado à conexão para serviços baseados em pacotes sobre redes ópticas, com base na tecnologia MPLS, implementando funcionalidades de OAM abrangentes (ainda não padronizada por completo), resiliência, operações escaláveis, alta disponibilidade e monitoramento de desempenho.

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Padronização 

ITU-T x IETF

 J ointWorking Team

Não finalizado ! 22

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MPLS Conceitos Treinamento Técnico

MPLS (Multi Protocol Label Switch) 

Rede MPLS

Conceitos

Ethernet 

Rede IP / MPLS

Solução que possibilita melhorar a velocidade no encaminhamento dos Pacotes na Rede. O termo “Multi-Protocol” é usado para especificar o suporte de vários protocolos ao nível da camada de rede. A aplicação mais interessante do MPLS consiste na sua utilização em conjunto com o Internet Protocol (IP).

Camada 3 Camada 2,5 Fram e Relay 

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ATM 

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Camada de Rede. Ex.: IP MPLS

Camada 2

Camada de Enlace. Ex.: Ethernet

Camada 1

Camada Física (Óptica)

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MPLS (Multi Protocol Label Switch) 

No roteamento IP, não orientado a conexão  , cada elemento no caminho, analisa o header do pacote e encaminha-o de acordo com sua tabela de roteamento. Isso demanda tempo de processamento.



Um modo de minimizar esse tempo de processamento é a utilização do protocolo MPLS.



Na rede MPLS somente os roteadores de borda, criam um caminho entre estes (LSP) através da atribuição de labels. Assim, os demais roteadores irão somente comutar labels até que o pacote chegue ao seu destino pelo caminho definido, denotando uma comunicação orient ada a conexão .



Desta forma a parte pesada do processamento dos pacotes é feita nas bordas da rede, diminuindo o processamento no núcleo. Como a velocidade dos pacotes no núcleo da rede é maior em relação às bordas, temos uma processo de comunicação mais rápido.

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MPLS (Multi Protocol Label Switch) 

LSP – Label Switch Path No roteamento IP, não orientado a conexão, cada elemento no caminho, analisa o header do pacote e encaminha-o de acordo com sua tabela de roteamento. Isso demanda tempo de processamento.

E-LSR 

LSP 

LSR 

LSR 

Rede IP / MPLS

E-LSR  LSR: Label Sw it ch Router  E-LSR: Edge Label Sw it ch Rout er 

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Tr einamento Técnico – N EC Brasil S.A.

Um modo de minimizar esse tempo de processamento é a utilização do protocolo MPLS. Na rede MPLS somente os roteadores de borda, criam um caminho entre estes (LSP) através da atribuição de labels. Assim, os demais roteadores irão somente comutar labels até que o pacote chegue ao seu destino pelo caminho definido, denotando uma comunicação orientada a conexão. Desta forma a parte pesada do processamento dos pacotes é feita nas bordas da rede, diminuindo o processamento no núcleo. Como a velocidade dos pacotes no núcleo da rede é maior em relação às bordas, temos uma processo de comunicação mais rápido. Proibido Reproduzir sem Autorização

MPLS (Multi Protocol Label Switch) 

LSP – Label Switch Path Camada 2

Camada 2,5 (MPLS)

Header Camada 2

Shim Header

Label (20 bits)

Camada 3

Payload (camada 3)

EXP (3 bits)

S (1 bit)

Label = 20 bits EXP = Experimental bits or traffic class (TC), 3 bits S = Bottom of Stack, 1 bit TTL = Time to Live, 8 bits

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TTL (8 bits)

MPLS-TP Visão Geral da Tecnologia Treinamento Técnico

MPLS-TP O MPLS-TP oferece transporte orientado à conexão  para diversos sobre uma rede de pacotes, com base na tecnologia MPLS:



 – Transporte TDM  – Transporte ATM  – Transporte Ethernet      

Oferece multiplexação estatística com plano de dados determinístico   Escalabilidade Permite provisionamento estático e dinâmico Implementa funcionalidades de QoS e sincronismo avançadas Alta disponibilidade (Proteção) Implementa funcionalidades avançadas de OAM  –  –  –  –

Monitoração de desempenho e status Monitoração de falhas Funções de manutenção DCC

MPLS MPLS-TP

RFC 5654 29

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Pseudo Wire Emulation 

Tecnologia que permite emular serviços diversos sobre uma rede comutada de pacotes (PSN – Packet Switched Network).



Conhecido como “PWE3” (Pseudo Wire Emulation Edge to Edge), é descrito na RFC 3985 como uma tecnologia ponto a ponto, operando sobre uma rede de pacotes (PSN) baseada em IP/MPLS.



Genericamente os serviços que podem ser emulados sobre uma PSN através do PWE3 são:

30

Payload Genérico

Serviços PW

Packet

Ethernet, HDLC, Frame Relay e AAL5

Cell

ATM

Bitstream

PDH

Structured Bitstream

SDH

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Pseudo Wire Emulation 

  Conceitos Emulated Services Pseudo Wire (PW)

PSN Tunnel (LSP)

Attachment Circuit – AC

Attachment Circuit – AC

PW CE Customer Edge

PE

Native Services

Provider Edge

PE Provider Edge

Packet Netw ork 

CE

Native Services

Pseudowire : identifica e emula o serviço sobre a rede MPLS Tunel LSP: Identifica e define o caminho bidirecional fim a fim entre dois PE’s Tunel LSP PW

31

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Customer Edge

Pseudo Wire Emulation 

PW Mux/Demux Tunel LSP PE

PE

CE

CE

PW1 e PW2

CE Payload PW Encapsulation

CE Payload

Tunel LSP PW1

PW Mux/Demux PSN Convergence

32

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PW Encapsulation PW Mux/Demux

PW2

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PSN Convergence

Pseudo Wire Emulation 

  SS-PW/MS-PW MS-PW (PW3-b + PW3-c) PW3-a

PW3-b/PW3-c

TUNEL 2 CE

PE

TUNEL 1 PE

PE

CE

SS-PW (PW3-a) SS-PW: SINGLE SECTION PW MS-PW: MULTI SECTION PW 33

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CE

MPLS-TP OAM 

Canal para Operação, Administração e Manutenção (OAM) in Band

Basic OAM requirements (MPLS-TP Layer)

Multi-layer OAM support Client Layer: ATM, SDH/SONET, and Ethernet MPLS-TP Layer: PW and LSP Network Uplink layer: Ethernet and SDH/SONET

1

Continuity Check/ Connectivity Verification (CC/CV)

2

Connectivity Verification on demand (CV)

3

Route Tracing

4

UP LINK LAYER

CLIENT LAYER

MPLS-TP LAYER

LSP PW

PW OAM LSP OAM

34

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Testing Debug test Loopback

5

Lock indicate

6

Lock

7

Alarm indication singal (AIS)

8

Remote Alarm Indication (RAI)

9

Client Signal Failure (CSF)

10

Packet loss measurement

11

Delay measurement

Proibido Reproduzir sem Autorização

MPLS-TP OAM 

Generic Associate Channel Header (G-ACh) G-ACh SHIM HEADER

Label PW Label ACH OAM G-ACh Payload

Label GAL ACH OAM G-ACh Payload

35

0001

Version

Reserved

PW G-ACh

Channel Type

LSP

PW G-ACH

RFC 5085

Pacotes G-Ach (payload) transportam:  Mensagens OAM no PW/ LSP (PDU’s)  DCC (Data Communication)  Channel Type (ITU-T e IETF divergem quanto ao seu uso)

0001

13 Version

Reserved

TC S TTL Channel Type RFC 5586

GAL identifica um pacote G-Ach no LSP  O novo valor reservado pelo IETF é 13  Não necessário no PW ( No PW usa-se “control word”) Tr einamento Técnico – N EC Brasil S.A.

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Generic Alert Label (GAL) LSP G-ACH

MPLS-TP OAM 

Opções para OAM  – ITU-T x IETF MPLS-TP SHIM HEADER (32 BITS)

LABEL

1 LSP LABEL GAL ACH

2

3

1 MEL

EXP/TC

1 4 5

2 6 7 8 1 2 3 4 5 6 Tunel LSP Label (13) VER RESV Version OpCode

G-Ach

7

8

1

2

3

S

TTL

3 4 5

4 4 5 TTL

6 7 8 1 2 3 6 TC S Channel Type (Y.1731) Fl ags TLC Offset

7

8

OPÇÃO 1: ITU-T / GACH + Y1731 • Draft-Bhh-mpls-tp-oam-y.1731 • Usar RFC 5586 GACH package • Usar formato de frame Y1731

OAM PDU PAYLOAD AREA (Y.1731 )

Y.1731 frame format

：

• use MPLS date plane (Label: 13) • Use G.ACH

OPÇÃO 1 – ITU-T (G.8113.1)

1 LSP LABEL GAL ACH

G-Ach

2

1

3

1 4 5

6

7

VER

8

2 1 2 3 4 5 LSP Label Label (13) RESV

6

7

8

1

2

3

3 4 5

6 TC TC

• use OpCode identify OAM type

7

8 1 2 S S Channel Type

3

4 4 5 TTL TTL

OAM PDU PAYLOAD AREA (BFD, ETC)

OPÇÃO 2: IETF / BFD/LSP Ping 6

7

8

• 9 outros Drafts • Usar RFC 5586 GACH package • Usar formato do Frame BFD

BFD extensions frame format • Use MPLS date plane (Label: 13) • Use G.ACH

OPÇÃO 2 – IETF (G.8113.2) 36

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• use Channel Type identify OAM type

MPLS-TP OAM 

Opções para OAM  – ITU-T x IETF LSP Label = 13

LSP Label = 13 ITU-T e IETF (responsável pelo MPLS) discordam entre si. IETF/IANA se recusa a atribuir o Channel Type conforme desejado  pelo ITU-T.

Channel Type 0x8902

IEEE 802.1ag (L2)

ITU-T Y.1731

OAM ITU-T

OAM IEEE

OpCode

OpCode

IETF não vê necessidade em indexar diferentes tipos de OAM PDUs.

Channel Type

OAM PDU

ITU-T e IEEE concordam entre si sobre a distribuição do OpCode, tornando as PDU independentes entre si. Há OpCodes comuns entre ITU-T e IEEE e OpCodes específicos para o ITU-T MPLS-TP OAM.

OAM PDU 37

OAM PDU

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MPLS-TP OAM 

38

Status atual do formato MPLS-TP OAM

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NEC PTN 

Pré MPLS-TP

Ethernet PBB/PBT IP/POS

MPLS MPLS-TP

ATM T-MPLS

SDH

NG-SDH

NEC MN 5000 Produc t Line

Pre MPLS-TP

OTN WDM

39

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Proibido Reproduzir sem Autorização

Migrando para o MPLS-TP 

MPLS-TP - Padrões em Desenvolvimento  – Normas ainda em desenvolvimento pela JWT entre ITU-T e IETF.  – MPLS-TP é baseado na arquitetura PWE3 e encaminhamento de LSP que está dentro de padrões IETF MPLS.



Atualizando para MPLS-TP OAM  – MPLS-TP OAM possui características mais abrangentes para lidar com o gerenciamento de ponta a ponta-de-rede de IP / MPLS.  – Padrões MPLS-TP OAM ainda estão em desenvolvimento, portanto, atuais equipamentos instalados terão que ser atualizados para suportar os novos formatos de OAM e alterações mínimas na estrutura de dados do LSP e PW para conformidade com a norma.  – Atualmente os equipamento NEC utilizam para OAM na camada MPLS a recomendação Y.1711 do T-MPLS

NEC irá garantir uma suave migração para MPLS-TP OAM sem interrupção de serviço

40

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Arquitetura Genérica dos Equipamentos PTN NEC 

Arquitetura PTN NEC

FE/GE/10GE

Ethernet

ATM STM-1

E1/T1/STM-1

ATM

TDM

Pseudo Wire Emulation (PW)

CLIENT SERVICE LAYER MPLS-TP LAYER

Tunel (LSP)

41

Ethernet

SONET/SDH

GE/10GE

2.5G/10G POS

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LINK TRANSPORT LAYER

Suporte Multi-Serviços 

PTN NEC

Uplink Layer 

Optical Link GE/2.5G/10G

Pseudo Wire

MPLS-TP

PW1 ..

LSP1

PWn

LSP2

LSP3

1000M 50M

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Ethernet over MPLS Circuit Emulation

FE/GE/10GE L2/3 switch E1/T1/STM-N SDH/PDH

30M PW-A

42

Client Equipment

Client Layer 

 ATM over MPLS

Proibido Reproduzir sem Autorização

 ATM STM-1  ATM

Portfólio PTN NEC 

MN5000 Series

•

Under Developing

•

Aggregation/Core Device

Switching Capacity

MN5400* • Aggregation Device • Medium size

320/640 Gb/s

MN5300 • Edge/Aggregation device • Compact • Edge Device • 1U Entry Level Pizza box

Planned release in 2012

108/160 Gb/s

MN5200 88 Gb/s

MN5100 (C/E) 6.4/44 Gb/s

1U

3U

7U

Chassi s Size 43

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Proibido Reproduzir sem Autorização

18U