MPLSによるブロードバンドアグリゲーション
ネットワークの構築

矢頭 俊英
日本アルカテル・ルーセント

Agenda1. 概要
2. 加入者管理
3. Multicast
4. QoS/CAC
5. 接続先指定接続・ホールセール

1

概要

3 | Presentation Title | March 2008

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今更ながら・・・Multi Play

ATMからからEthernetへのへのから

Voice

1 マイグレーション

コストと帯域の最適化

2
Multi
Play

LegacyHSI

Fiberアクセス
アクセス回線
アクセス回線(VDSL2, PON)

加入者アクセスの広帯域化
加入者アクセスの加入者アクセスの3 コネクションレス化
コネクションレス化
プラグ&プレイ
BEインターネット
インターネット接続
インターネット接続から接続から

4 常時接続のマルチサービスに常時接続のマルチサービスにIPTV

4 | Presentation Title | Month 2007

ユーザエクスペリエンスの品質向上・多様化

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXMPLSによるブロードバンドアグリゲーション – 他国のケース
DSLAMのEtherアップリンク化・FTTH導入による広帯域化とサービスのmulti play化が同時
 欧州では2006年のワールドカップへ向けての導入が多かった
サービス網統合
 モバイルバックホール
 企業向け広域Etherサービス
Ether
脱・PPP
 接続先指定接続以外では使い続ける価値無し?
純L2ベース、L3ベースのアグリゲーションと比較して・・・
 切替えが高速 (FRR) 他のサービスとインフラ共有(仮想L2/L3インスタンス) 物理トポロジに関係無くL2/L3インスタンスが繋げられ、設計の柔軟度、スケーラビリ
ティが高い(MS-PW、H-VPLS、PW termination on L3VPN…)
5 | Presentation Title | March 2008

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構成要素
加入者管理
ブリッジング(VPLS)インスタンス
 加入者 or サービス毎のブロードキャストドメイン作成(但し、同一VPLS内でもL2 reachablity的に分離する事は可能)
 MAC/multicast snoopingテーブル分け
 PseudowireのL2集約ルーティング(L3VPN)インスタンス
 加入者のL3 first-hop
 ISP毎のVPN分け
Pseudowire 主にL2ベースでのトンネルとして使用
 L3VPN/VPLSの仮想インタフェースとして使用可能

6 | Presentation Title | March 2008

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2大導入モデル - Routed CO vs Bridged CORouted

加入者管理
ポイント

 ルータによるアクセスノード収容
 PWによるEthernet以外のサービス(ATM、TDM等)収容や、CO折り返しが必要な場合に有効
 全ての加入者トラフィックに対してサービス関連機能(DPI、SBC、NAT等)を提供すると高くつく

BSR
アクセスノードBroadband ServiceRouterFemto

IP-MPLSIP

加入者管理
ポイントアクセスノード

BSA

BSR

Broadband Service
Aggregator

Broadband Service
Router

IPFemto

IP-MPLSIP
IP

7 | Evolution of Subscriber Management | October 2008

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Bridged BSAによるアクセスノード収容
 BSA – BSRをpseudowire(H-VPLSspoke)で接続
 Routed COに比べ、加入者管理ポイントを変えずに低価格化が可能
 高付加価値機能は集中配置

2

加入者管理

8 | Presentation Title | March 2008

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加入者管理の定義
アクセスプロトコルセッション(PPP/DHCP)情報に応じ加入者毎に下記のような機能を提供
 加入者の単位
DHCP: DHCPクライアント (IP/MACアドレス、VLAN)
PPP: PPPoEクライアント(VLAN/MACアドレス、session ID)

 加入者の識別、AAA、アドレス配布
 加入者へのQoSポリシーの適用によるサービス・アプリケーション毎のSLA保証
加入者間fairness
アプリケーションの差別化 認証・許可されていない加入者のアクセス制限
なり済まし防止ACL
DDoS防御 加入者ステートの保持、サービスの継続性 トラブルシューティング・OAM
 トラフィックの法的傍受
9 | Evolution of Subscriber Management | October 2008

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXPPP vs DHCP
PPP

DHCP

Authentication

LCP認証によるユーザ識別

Option 82によるユーザ識別Authorization

RADIUSベースのauthorization

DHCPサーバ、RADIUS等によるauthorization

Accounting

BRAS/BSRによるRADIUS accounting

BRAS/BSRによるRADIUS accounting

PPP LCP keepalive

ARP keepalive

Point-to-pointプロトコルのため、multicastreplicationが非効率的効率的なmulticast replication

クライアントへの要件

PPPoEサポートが必要

基本的にどのIPデバイスでもOK

対応クライアント

VoIP/STBデバイスではサポートされていない事も多い

ほぼ全てのデバイスでサポート

Femtoサポート

プロトコルオーバーヘッド増加、QoS差別化が難しい

オーバーヘッド無し、QoS差別化容易

加入者ステートの監視
Multicast

加入者のサポート
冗長性
ホールセール

10 | Presentation Title | March 2008

プロトコルレイヤの多段化により切り分け難易度高、サードパーティ製クライアントソフトのサポート
シャーシ内の冗長性の部分的なサポート(切替り中は新規呼受付付加、等)

L2/L3レベルの比較的容易なトラブルシューティング

L2TP・VR/VRF選択

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シャーシ内、シャーシ間の冗長性サポート
DHCP+RADIUS、802.1x、web認証with L3VPN/L2VPNDHCPの特徴
他の加入者アクセスプロトコル(PPP/L2TP、IPSec)と比較し、以下の点が相違
 一般的なクライアント・サーバ実装においては認証方法が無い
他の認証方法(EAP、web認証等)と組み合わせる必要がある
Option 90、PANA+option 136等あるが、まだ誰も使ってない風?
Option 60に無理矢理認証情報を埋められなくはないが・・・ トンネリングプロトコルではない
加入者・OLT – 加入者終端点(L3 first hop)間に他のプロトコルによるトンネルが必要(VLAN/pseudowire/VPLS/L3VPN等)
マルチキャストとの親和性が高い

 EAPや何らかのDHCP optionの埋め込みを必要としない限りはクライアント側の設定やソフトウェ
アのインストールは特に必要無し
Plug & playが実現可能

 PPPoE(oA/oE)からのmigrationが容易
RFC2684 bridged encap

 L2TP等のような呼制御的概念が無いキャパ計画が困難だったが、multi play化に伴う常時接続化により手間が減ってきた
11 | Presentation Title | March 2008

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXDHCP関連機能
 DHCP to RADIUS
DHCP discoverパケットの内容をRADIUS Access-Requestとして送信
RADIUSサーバからのAccess-Acceptに含まれるAVP(ポリシー等)をクライアントに適用

 VLAN auto-sense
DHCP/PPPパケットをトリガーに、VLAN単位の仮想I/Fを生成
VPLS or ルーティングインスタンスにマッピング

12 | Presentation Title | March 2008

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXDHCP to RADIUS 接続シーケンス例
BSAN

BSR

Broadband Service
Access NodeFemto

Broadband Service
Router

アグリゲーションネットワーク(オプションオプション)
オプション

IP/MPLS
RADIUS-Access-Request: Username,User-Password, NAS-IP-Address, NAS-Port-Id, NAS-Identifier,
CID
RID, option60, line char

DHCP Discover: chaddr, options, CID, RID

12

RADIUS-Access-Accept: Framed-IP-Address, Framed-IPNetmask, Alc-Primary-DNS, Alc-Secondary-DNS, Alc-DefaultRouter, Session-Timeout, Alc-Subsc-ID-Str, Alc-Subsc-Prof-Str,Alc-SLA-Prof, ALc-App-Prof, Alc-ANCP-Str, Framed Route

DHCP
Relay

DHCP
サーバ

DHCP Offer: chaddr, options, CID, RID, IP
address
DHCP Request: chaddr, options, CID, RID, IP
address
DHCP ACK: chaddr, options, CID, RID, IP address

13 | Presentation Title | March 2008

anti-spoofingフィルタのインストール
MAC, IP, SAP id

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IP address
ancp-string
app-profile-stringinter-dest-id
sla-profile-string
sub-profile-string
subscriber-id
dns-server
net-bios
custom options

DHCP to RADIUS 接続シーケンス例 (with VLAN auto-sense)
BSAN

Femto

VPLS

BSR

Broadband Service
Access NodeBroadband Service
Router

アグリゲーションネットワーク(オプションオプション)
オプション

VPLS
VPRN

IES/VPRN
IP/MPLS

RADIUS-Access-Request: Username,User-Password, NAS-IP-Address, NAS-Port-ID, NAS-Identifier, CID
RID, option60, line char,

DHCP Discover: chiaddr, options, CID, RID

1RADIUS-Access-Accept: Framed-IP-Address, Framed-IPNetmask, Alc-Primary-DNS, Alc-Secondary-DNS, Alc-DefaultRouter, Session-Timeout, Alc-Subsc-ID-Str, Alc-Subsc-Prof-Str,Alc-SLA-Prof, ALc-App-Prof, Alc-ANCP-Str, Framed Route

VLAN I/Fの生成•DHCP Discover

2

DHCP
Relay

DHCP
サーバ

DHCP Offer: chiaddr, options, CID, RID, IP
address
DHCP Request: chiaddr, options, CID, RID, IP
address
DHCP ACK: chiaddr, options, CID, RID, IP
address

14 | Presentation Title | March 2008

anti-spoofing
フィルタのインストール
MAC, IP, SAP id

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IP address
ancp-string
app-profile-stringinter-dest-id
sla-profile-string
sub-profile-string
subscriber-id
dns-server
net-bios
custom options

EAP認証L2スイッチや無線APの動的VLANアサイン機能による接続選択
 MACベース認証が必要
 VLANスケーラビリティに難L2デバイスによる認証情報とBSA/BSRでのDHCP to RADIUS機能とのマッピング
 ALU 5750SSCによる実装例
5750SSCにて、EAP認証時の情報をベースにDHCP用の加入者エントリを自動生成(デフォルトではEAP認証時のNAS-portをDHCP option 82に変換)
7x50によるDHCP to RADIUS認証時にoption 82による加入者識別、サービス振分け
上記認証情報マッピングはスクリプトにより行われており、スクリプトのカスタマイズによりその他の情報(MACアドレス)等をキーにしたマッピングも設定可能

15 | Presentation Title | March 2008

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXWeb認証ポリシーサーバ、ポータルと組み合わせた使用例
1. 初期接続時、加入者にアドレス払出し(+ webポータルへのHTTP redirectionポリシー)
2. 加入者がwebブラウザを立ち上げるとポータルへリダイレクト
3. 認証・ISP選択用のwebページ表示、加入者は認証情報を入力
4. Webポータルよりポリシーサーバに加入者サービス情報を送信、ポリシーサーバが加入者情報をアップデート
5. DHCP leaseのlease expireもしくはFORCE-RENEWによりISP用プールアドレスの払出し
6. インターネット接続確立
7. 接続先変更時にはwebポータルに再アクセスし、認証情報を再入力

16 | Presentation Title | March 2008

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HTTP Redirectionによるユーザ認証
BSR

アクセスノード
Femto

Broadband ServiceRouter

アグリゲーションネットワーク(オプション)RADIUSIP/MPLSRADIUS
Portal認証とアドレス払出し(PPPoE/DHCP)

HTTP TCP SYNHTTP TCP SYN ACK

Installanti-spoofing
MAC, IP, SAP ID
SLA-Profile (Web-redirect)

HTTP TCP ACKHTTP GETHTTP TCP ACKHTTP 302 (Moved)
HTTP TCP FIN ACKHTTP TCP FIN ACKHTTP with Portal
Update SLA Profile

17 | Presentation Title | March 2008

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ポータル Internet

3

Multicast18 | Presentation Title | March 2008

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典型的なBridged COモデルにおけるMulticast転送構成例
基本ポリシー Core区間は2つのソースからのP2MP LSPによる”垂れ流し”
 メトロ・アグリゲーション区間はBSA間をHVPLS spoke接続+path protection
 IGMP/MLD snoopingによりトラフィック量を抑制
 MVRにより最終replicationポイントを加入者の近くに持って行く

IP Core
BSR

BSR

IGMPQuerier

2台のBSRによるP2MP LSP終端、1台がPIM DRとして動作

PIM

PIM
BSA

BSA

 P2MP treeを2つ作る事により、ソースを冗長構成
 通常時は1台のBSRがIGMP querierとして動作
 BSR障害はBFD for PIMにて検知
プライマリソース用P2MP
LSPツリー
セカンダリソース用P2MP LSP
ツリー

BSA
BSR = Broadband Service Router
BSA = Broadband Service Aggregator

19 | Multicast over P2MP LSP | October 2008

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BSA

Multicast VLAN/VPLS Registration (MVR)
ネットワーク全体の”multicastVLAN/VPLS”上で転送されるストリームに加入者がjoin可能 加入者毎VLAN構成においてもCO局上でのreplication
 ルーティング・VPLSインスタンスに関わらずmulticastストリームを渡せる

MVR by Proxy MVR VPLS上のストリームをIGMP/MLDを受け取ったVLANとは違うVLANにコピー
 DSLAM/OLT上でのマルチキャスト配信
効率化機能を使う場合にも有効

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コネクションモデル – Unicast + Multicast
UnicastはBSR – 各BSA間でHub&Spoke
加入者間共有、サービス毎、もしくは加入者毎のVPLSインスタンス
 接続先ISP毎にVPLSインスタンスを分けたい場合
 Unicast VPLS側にもmulticastを流したい場合

BSA2

BSA1OLTBTV VLANBTV VLAN

Sub1 VLAN

Sub1 VLAN

Sub2 VLAN

Sub2 VLAN

Sub3 VLAN

Sub3 VLAN

Sub4 VLAN

Sub4 VLAN

21 | Presentation Title | March 2008

Multicast
VPLS

Unicast
VPLS

McastSpoke

Subx VLANs

Multicast
VPLS

UnicastVPLS
BSA1UnicastAll Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX

BSR
McastSpoke

IPv6
unicast/mcast

BSA2
UnicastIPv4
unicast/mcast

4

QoS/CAC22 | Presentation Title | March 2008

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加入者QoS機能の変遷
初期の加入者管理: 加入者のAAAとインターネットアクセス帯域のfairness

第一世代:
第一世代
加入者単位

第二世代:
第二世代
マルチサービス

第三世代:
第三世代
マルチアプリケーション

第二世代の加入者管理:
 加入者間の帯域fairnessとサービス毎のキューイング
第三世代の加入者管理:

GE

 DPIによるアプリケーション単位でのデータトラフィック
識別Per
subscriber

VoIP

Gaming

Video
HSI

P2P
iVoIP

Per
subscriber

P2P、OTTビデオトラフィック対策

VoIP

iVideoVideo
HSI

アプリケーションに特化した新サービスの可能性

Persubscriber

VoIP
Video
HSI

Gaming
P2P
iVoIP
iVideo23 | Evolution of Subscriber Management | October 2008

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2つの親スケジューラを持つキューイングモデル
 トラフィッククラス毎→加入者毎の階層化
QoSモデル
加入者・位置に関わらずアプリケーションベースの優先度に基づいた第一階層のスケジューリング
(加入者毎キューをベースにした階層化では高優先度キューの遅延が大きくなる)
加入者毎にアプリケーションの帯域幅を指定

 2つの親スケジューラを持つ加入者毎クラスキュー

VoIP
Sub1:VoIP
Sub2:VoIP
Sub3:VoIP
Sub4:VoIP

VoD

Sub1:VOD
Sub2:VOD

P4

Sub3:VOD
Sub4:VODHSI-Prem
Sub1:HSI
Sub2:HSI

P2

P1

HSI-Reg

各キューはポート上のクラス毎キュー階層に所属→加入者間fairness

Sub3:HSI
Sub4:HSI

ポート

加入者毎のスケジューラにも所属し、契約帯域に応じてshapingされる
Sub 1

24 | Evolution of Subscriber Management | October 2008

P3

Sub 2

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Sub 3

Sub 4

Unicast CAC - ワークフロー

サービスのAdmission
Control機能
機能
サービスの帯域確保

Admission GW(Rq, WS, etc)
Accept/deny
IP Lease 検索–
Op82等の情報

a2
加入者
位置情報

加入者のLookup

CLF帯域確保

Accept/deny

Admission Control(RACF, policy server, etc)

e4
加入者
位置情報

Path検索(allocate ifavailable)

検索結果

NACF
トポロジデータベース

アクセスネットワークのトポロジ情報(A-RACF)All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX

IPルーティング・
MPLS LSP情報(C-RACF)End-to-EndのCAC~300 subs~10K subs~100K subs

ServingCO

Metro
OfficeVideo
Hub

1st mile

2nd mile

BSAN

HSI CIR<>PIR
SD/HD per TV

HSI
IPTV

BSA

VoD
BTV

VoIP per line
加入サービスのCIR合計がアクセス帯域を超えないようにする

BSR

SAC

VoD

Min. rate(CIR)

3rd mile

BTV

サービス毎の同時使用帯域合計が2nd mile以上のサービス帯域合計を超えないようにする

ポリシーベースのCAC
ポリシーベースの サービス種別、アプリケーションフロー単位の帯域計算
 加入者毎の加入サービス判別 (HD, SD, etc)
 高優先度チャンネル(緊急時放送、911呼等)の保護
 …
26 | Technology Trends and Standards Update | May 2007

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXCore NW

SuperHub

BTV/VoD
Servers

Multicast CAC
既存のIGMP/MLD CAC
 Joinしている(S,G)数のみをカウント
 チャンネル毎の帯域、優先度等の差別化は不可能
拡張Multicast CAC
 CACポリシーにより、チャンネル毎の帯域・優先度情報を保持 ポート毎、加入者毎、チャンネル種別(HD、SD, etc)毎の帯域チェック
CACを行うデバイスが最終replication pointでなければならない
 下流にsnooping/replicationを行う機器がいると、意味無し

27 | Technology Trends and Standards Update | May 2007

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5

接続先指定接続・ホールセール

28 | Presentation Title | March 2008

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXDHCPアクセスモデルにおける複数接続先サポート
ISP・企業アクセス等毎に別のルーティングインスタンスに収容従来使われてきたモデル
 インターネットアクセスはPPP、それ以外はDHCP STB、ルータ等機能ブロック毎に別々のDHCPクライアント
PPP BRAS(内蔵 or 外付)

DHCP

V/V VRFPPP

CPE

Data VRF

アクセス
ノード

BSA

BSR

V/V

V/V VRF29 | Presentation Title | March 2008

IP/MPLS

VPLS

Data

CPE

IP/MPLS

VPLS

Data VRF

アクセスノード

BSA

BSR

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXISP選択 or ホールセール?
手動での接続先ネットワーク選択 802.1x EAP認証もしくはWeb認証
接続先ISP固定のホールセール
 前項のような加入者管理機能を使用し、加入者毎に接続先を決め打ち
NAS-Port、DHCP option 82、MACアドレス等により加入者識別Web認証による半固定

 DHCPのplug & play的特長を活用
 ISPによるユーザ識別やaccountingが困難
Web認証であればISP RADIUSに飛ばせる
MACアドレスやcircuit ID等をキーにする?

30 | Presentation Title | March 2008

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今後の課題 - 加入者端末のSoC化
CPE設計の効率化の結果、単一DHCPクライアント・単一TCP/IPスタック化
ホールセール的サービスとmultiplayの同居が困難に如何にサービス毎に振り分けるか?
 ポリシールーティング?
 DPI?
 Softwire or PPP?
手軽なIPv6対応には使えるが、IPv4では同一IPスタックに乗るため意味無し

とりあえずルーティングベースで考えてみるが・・・
 ISP毎にルーティングインスタンスを分け、その他のサービスにNAT接続
 全ISPで同一のアドレス空間を使用し、ISPに渡すところでNAT

31 | Presentation Title | March 2008

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6

まとめ

32 | Presentation Title | March 2008

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まとめ
日本では今から新規網を作る事はあまり無いかもしれないが、ポイントソリューションとしての適用可能性はあるのでは?
 L2アグリゲーション網を作る時
 新規にアンバンドルサービスメニューを追加
 PPP→DHCPのマイグレーション時のソリューションとして
 ATM
ATM→Etherのマイグレーション時のソリューションとしてEther
過渡期のPPPoAはどうする?

33 | Presentation Title | March 2008

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34 | Presentation Title | March 2008

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