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Kontron Communications

Technik der Netze – Seminar 2006 [email protected] Seite 1

Die Technik der NetzeSeminar

Teil 8: Baukasten (1)

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Seminarprogramm

(1) Einführung – Wir bauen ein Netz(2) Übersicht über TK-Netze(3) Mobilfunk – Was steckt hinter meinem Händi(4) Internet – Das Netz der Netze(5) WiMAX – auch ein mobiles Netz(6) Geht das auch etwas allgemeiner, oder müssen wir jede

Implementierung kennen? – Netzarchitekuren (7) Sicherheit im Netz – Verfügbarkeit, Integrität, Vertraulichkeit(8) Kontron - Baukasten Teil 1

Beispiel: VoIP Call Server; Media Server: Netzdesign, Systemdesign; ATCA Baukasten; TCA Baukasten;

(9) Kontron - Baukasten Teil 2Anwendungen; Anwendungsprofile; Musterkonfigurationen; Validierungstools; System Validation Kits für ATCA und TCA

(10) Die Zukunft der Netze

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Beispiel: Call Server

Funktionen,Bemessungsgrössen,

Systemdesign

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Öffentliche Netze: SIP Call Server

IP Network(Carrier)

PSTN

Call Server/Gateway Controller

Media Server

PLMN

Trunking GW

Trunking GW/Signalling Gateway

Call Server• control call sessions (SIP call control)• control Media Server & Gateways

Media Servers• announcements• customised tunes• conferences• voice mail• streaming media• trunking gateways

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Call Server: Transaktionen Funktion:

Transaktionen für Anrufe (SIP Transaktionen) Verbindung aufbauen, Verbindung auflösen, Ticket zur Abrechnung

generieren Proportionen (Designvorgabe):

1 Mio Teilnehmer (subscribers) 500 Bytes Daten pro Teilnehmer (Teilnehmerprofil in der Datenbank)

Verkehrsmodell (Erfahrungswert): 4 Anrufe pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde Hauptverkehrsstunde = Bemessungsgrösse Messwert: BHCA = Busy Hour Call Attempts (Transaktionen pro

Stunde) Transaktionen im Call Server:

Bei 1 Mio Teilnehmer: 4 Millionen BHCA 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde, bei ca. 4000 Sekunden/Stunde)

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Call Server: Throughput

Throughput (Verkehrsdurchsatz in bit/s): Pro Transaktion: 3 Nachrichten mit 10 kBit Länge pro Nachricht 1000 Transaktionen pro Sekunde 30 Mbit/s throughput für Signalisierung (control traffic)

Datenbank: 500 Bytes pro Teilnehmer für Call States und Teilnehmerprofil

(location, presence, service setiings, …) 500 MByte Datenbank (Arbeitsspeicher & Disk)

Systemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer

Prozessor

1000 tps (bei 80%

Systemauslastung)

SIP-Nachrichten SIP-Nachrichten

Round Trip Delays?

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Call Server: ModellSystemmodell

Eingangspuffer Ausgangspuffer

Prozessor

1000 tps (bei 80%

Systemauslastung)

SIP-Nachrichten SIP-Nachrichten

Daten 500 MB

30 MBit/s

Nichtfunktionale Eigenschaften: Verfügbarkeit (Redundanz, Kapselung, …) Sicherheit Konventionen bzgl. Bauweise (Environmental, Thermal, …)

Arbeitsspeicher

Storage Disks

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Call Server: Organisation der DatenSystemmodell Eingangspuffer Ausgangspuffer

Prozessor

Wieviele gleichzeitig aktive Sessions? Aktive Sessions = Transaktionen pro Sekunde x Dauer der Transaktion Telefonanruf: 100 Sekunden 1000 tps x 100 s = 100.000 aktive Sessions 500 Bytes per Session (Teilnehmerprofil) => 50 MB

Cache

Arbeitsspeicher (flüchtig)

Disks (persistent)

Daten:Datenbank,Dateisystem,Betriebssystem

Speichern,Laden,Paging

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Call Server: Nichtfunktionale Eigenschaften

Verfügbarkeit: 2x Redundanz (Designvorgabe)

Storage: Disks in RAID Konfiguration (z.B. RAID1)

Prozessor: Cluster-Konfiguration mit 2x

Prozessoren Datenbank im Arbeitsspeicher Synchronistion des Arbeitsspeichers

im Cluster Switch-over und Fail-over mit

gleichen IP-Adressen

processor

storage

Network

client

synch

RAID

switch

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Systemdesign - Zusammenfassung Beispiel: Call Server (SIP-Server) Funktionale Anforderungen - Vorgaben

1 Mio Teilnehmer (subscribers) 500 kBytes Daten pro Teilnehmer (Teilnehmerprofil in der Datenbank)

Verkehrsmodell (Erfahrungswert): 4 Anrufe pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde 3 Nachrichten (in und out) pro SIP Transaktion 10 kBits pro Nachricht

Systemanforderungen: 1000 tps (Transaktionen pro Sekunde) 30 Mbit/s Troughput für Call Control (SIP-Nachrichten) 500 MBytes Datenbank für Teilnehmerprofile

Nichtfunktionale Anforderungen: Redundante Disks Redundante Prozessoren (Cluster)

Systemdesign?Systemdesign?

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Von der Architektur zum System?

Wieviele Prozessoren denn nun?Was sonst?

Wieviele Prozessoren denn nun?Was sonst?

processor

storage

Network

client

synch

RAID

switch

?

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Call Server: Benchmarks Benchmarks über SIP-Transaktionen

2 Dual-Core Xeon

2 Single-Core Xeon

Prozessor: 2 Dual-Core Xeon LV 2 GHz 4 GB memory

1500 tps (at 80% load) Test Set-up:

Linux Red Hat on System Under Test

Radvision SIP Server Toolkit

Sample SIP Transactions (see next page)

Source: Intel, http://download.intel.com/design/telecom/papers/9936.pdf

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Call Server: Benchmarks (Mustertransaktion)

SIP-Transaktionen

2 Dual Core Xeon2GHz, … memory

2 Xeon 2GHz

Benchmarks & Systemdesign

Benchmarks & Systemdesign

Source: Intel

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Call Server: Benchmarks (Testsystem) Systems under Test

2 Dual Core Xeon2GHz, … memory

2 Xeon 2GHz

Source: Intel

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Call Server in CompactPCI

Systemkomponenten: 4x CP6012 Processor (Intel Single-Core Xeon @2GHz, 4GB memory) 2x CP6923 GbE Switch Plus hard disks & disk controllers

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Call Server in ATCA

Profile: Call Server/Gateway Controller/IMS-CSCF

1 Mio subscribers 1000 tps (4 Mio BHCA), 30 Mbit/s throughput of control traffic 500 MB of subscriber profiles & state info No data traffic (user plane is handled by

gateways) Components:

2x Switch Hubs 2x CPU Blades (2x Xeon

Dual-Core @ 2GHz, 4 GB) Hard Disk Modules (AMCs) Redundant configuration

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Call Server in TCA

Profile: Call Servers/Gateway Controllers/IMS-CSCF: 1 Mio subscribers 1000 tps (4 Mio BHCA), 30 Mbit/s throughput of control traffic 500 MB of subscriber profiles & state info

Components: 2x Switches (Micro Carrier Hubs, MCH) 6x PrAMC (Pentium M @1.8 GHz, 2GB) Hard disk AMCs Redundant configuration

MC

H

MC

H

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

RedundantSubsystem

CP

U

CP

U

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GymnastikNetzdesign -

Media Streaming

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Media Streaming

RAN(2G/3G/WiMAX)

BSBSC/AC

Wireline Access Network(DSL/CaTV)

DSLAM/NAS

AAA

“triple play”

Life TV/local TV

Video/AudioOn demand

Media Controller/Call Server

Media ServerMedia Server

• Media Streaming• conferences• IVR/VXML

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Media Streaming im Mobilnetz36 Mio Teilnehmer1 Transaktion (Video)

pro Teilnehmer in der Haupt-verkehrsstunde

400 Teilnehmer pro Funkzelle

AG1: 10 ZellenAG2: 20 AG1

Video Streams:128 kbit/s3 Minuten Dauer

Media Server(Video Server)

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Media Streaming im Mobilnetz - Fragen

Wie gross ist der Verkehr für Video-Streaming pro Funkzelle?

Wieviele Transaktionen pro Sekunde (für Anfragen und Abspielen von Videos) muss der Media-Server bedienen?

Welchen Verkehr (bit/s) muss der Media-Server bewältigen (gleichzeitig abgespielte Videos)?

Bonus-Stretch (Einschätzung): Funkzelle: Wie passt dieser Verkehr (Frage 1) zur Kapazität

gängiger Mobilfunkstandards? Media-Server: Würde man diese Menge an Verkehr (Frage 3)

mit einem einzigen System bedienen wollen? Media-Server: Kann man diese Art Server parallelisieren?

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GymnastikSystemdesign -Media Server

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Media Server – Systemarchitektur

1000 tps (4 Mio. BHCA, video requests per hour) 23 Gbits/s of traffic storage capacity 1000 GB (40.000 videos)

Anwendungsprofil: 1 Mio. Teilnehmer Verkehrsmodell: 4 Transaktionen pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde 128 kbit/s video x 3 Minutes Dauer pro Video = 23 Mbit pro Video (~ 3 MB)

Fragen: Transaktionen? Durchsatz? Speicherkapaziät

für 350.000 Videos? Systemarchitektur?

Benchmarks?Benchmarks?

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Media Server - Systemkonfiguration

ATCA Konfiguration (Muster): 6 slot system Network I/F: 4x 10GbE on

hub switches CPU power: 4 ATCA CPU

boards with 2x SAS disks Spare capacity: 4 AMC slots

on hub switches Options:

DSP for signal STM-1 or E1/T1 Interface

AMCs for Signalling or Trunking GW

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Media Server – SystemkonfigurationM

CH

MC

H

MC

HM

CH

CP

UC

PU

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

ProcessorSubsystem

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

CP

U

StorageSubsystem

2x 10 GbE uplinks for network interconnection 2x 10 GbE uplinks to interconnect both tiers 1 GbE as basic fabric is NOT sufficient (total 23 Gbps

throughput to be distributed to processors) Special backplane design for storage subsystem

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IPTV over Cable, DSL and Mobile Networks

IP Network

BroadbandMedia Server

Life TV/Local TV

Video/AudioOn Demand

RAN(3G/WiMAX)

RNC/AC

Node B/BTS

GGSN/HA

DSLAM

STB

DSL

CMTS

STB

CaTV

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Media Server - Requirements

Processor

Physical memory

Disks

Traffic in Traffic out

12 Gbps

(0.64 Gbps)10 Gbps

(0.64 Gbps)

250 GB (5000 videos)

(80 GB)

200.000 Subscribers

30 tps

180 s per transaction

5000 parallel sessions

25 GB (10% of active sessions)

(8GB)

Wireless Networks

128 kbps per session

640 Mbps total traffic

Wireline Networks

2 Mbps per session

10 Gbps total traffic

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Media Server – Systems Architecture

IP Network

Hubs

SessionProcessors

Uplinks (10GbE)

Media Processors (DSP) transcoding

Fabric (GbE)

Main Controllers

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Media Server – Sample Configuration

Main Controller

MediaProcessor

SessionProcessor

Uplinks (10GbE)

Uplinks (10GbE)

Uplinks (GbE)

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ATCA BaukastenModule,

Systemschnittstellen,Konfigurations-möglichkeiten

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ATCA Systemkomponenten

ATCA

Power & Management

Rear Transition Modules

Systemschnittstellen

AMC

Advanced Mezzanine Cards(Module für ATCA-Boards)

ATCA Boards

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ATCA Connectors & Channels

One connector provides 40 signal pairs

10 rows/ base channels

5 fabric channels

1 Row = 4 signal pairs

1 Base Channel = 1 Row (2 ports,

1 GbE port on 4 signal pairs)

1 Fabric Channel = 2 Rows (4

ports, 1x 10GbE port)

Signal pair

1 Row =

Base Channel

Differential signals

1

2

…

10

1 Fabric Channel

Connector

1 Two-Pair Port

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ATCA Backplane (Zone 2 only)

2 hub slots for hub boards16 slots total

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ATCA Backplane - Fabric

2 hub boards

Fabric capacity

30 rows per hub node (signals to offer & distribute)

30 rows per node board (signals to collect/distribute)

14 nodes in full shelf systems

Full-shelf dual-hub configurations:

28 rows (14 channels) per hub to distribute => dual star

Leaves 28 rows of capacity per node board to mesh

Reduced-slot backplanes, e.g 5-slot chassis:

28 rows (14 channels) per hub to distribute to 3 node

boards

Allows 3 x4 stars per hub (e.g. 10GbE) + 2 rows

Leaves 2 rows per node to mesh

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ATCA Backplane – 5 slot chasis (zone 2)

2 hub slots for hub boards

Basic Capacity 14 rows to distribute per hub node

3 nodes in 5 shelf config.

Used for GbE to node boards with

spare capacity (dual star)

Fabric capacity 30 rows per hub node (signals to

offer & distribute)

30 rows per node

Allows for example 4x10 GbE from

each hub to each node (dual star)

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Beispiel: AdvancedTCA Boards AT8001 – First CPU blade with AMC support

LV XEON 2.8GHz @ 800MHz FSB Dual Gigabit Fabric and Base Interface Dual AMC support

AT8020 – Next generation CPU blade Dual Xeon Dual Core 2.0GHz 16GB Memory Dual AMC support Flexible Fabric Interface

AT890X – Next generation Hub Board Supports 14 and 16 slots (NEBS & ETSI shelves)

Fabric Interface switch on piggyback Comprehensive Layer 2 & 3 protocol support 2 AMC expansion slots

AT8400 – AdvancedMC Carrier Most advanced carrier board in market! 4 AMC slots, multi functional

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AMCs

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AMC Connectors & Ports

85 contacts per connector side thereof 28 GND & 9 power

leaves 48 differential signals (Tx+, Tx-)

and (Rx+, Rx-) or 24 signal pairs

One connector side provides (basic side) 24 signal pairs (Tx+/- and Rx+/-)

12 ports.

Extended connector (both sides) Total of 48 signal pairs

Total of 24 ports

Signal pair

Port

Differential signals

1 side of AMC connector

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Beispiel: AdvancedMCs (1)

AM4001/2 – Processor module Intel Pentium-M (Dothan) CPU up to 2 GHz Up to 4 GByte DDR-II memory (PC400) w/ ECC PICMG AMC.0, AMC.1, .2 and .3 compliant Allows for both, GbE OR PCI-Express as Fabric I/O

AM4500/20 – SATA/SAS module SATA = High capacity up to 100GB 2.5” HDD drive, 7x24 hrs SAS = High reliability 1.500.000 MTBF

AM4300- QUAD GbE module 4 x 10/100/1000Base-T ports Ports can be individually routed via IPMI to Virtual LAN 802.3q VLAN tagging

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Beispiel: AdvancedMCs (2)

AM4010 – Next Generation processor module Next generation Intel CPU Unique Memory Latest competitive Server Chipset

AM4100 – PowerPC processor module State of the art Freescale PowerPC processor 32 MB Boot-Flash (NOR) + up to 1 GB NAND Flash

AM4310 – GbE Uplink Redundant Interlink of multiple ATCA chassis Converts dual 10GbE / XAUI ports on AMC connector to

10 GbE XFI with dual XFP connectors XFP hot pluggable connectors

AM4330 - IPSec Hifn HIPP-II 8155 IPSec encryption controller Min. host CPU interaction & max. system performanc Multi-protocol packet processing for security protocols

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AMC Port Mapping

Connecto

r

Region

AMC

Port #Signal Conventions

0123

Common

Options

Fat

Pipes

Extended

Fat

Pipes

AMC.2 1000Base-BX

AMC.2 1000Base-BX

AMC.3 SAS

AMC.3 SAS

AMC.1 x4

PCI-E

AMC.4 x4

SRIO

AMC.2

10GBase-BX4

AMC.21000Base-

BX…

AMC.21000Base-

BXAMC.21000Base-

BXAMC.21000Base-

BXAMC.21000Base-

BXAMC.21000Base-

BXAMC.21000Base-

BXAMC.21000Base-

BX

4

5

6

7

8

9

10

11

AMC.4 x4

SRIO

AMC.2

10GBase-BX4

D

G

MCH Fabric #

A

B

E

F

…2/D

2/G

2/E

2/F

2/A

2/B

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TCA BaukastenAMCs direkt an der

Backplane,Konfigurations-möglichkeiten

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MicroTCA Systemkomponenten

Functions Backplane Shelf Mngt. & Switches

AMCAMC MCH

Pow

erPower Supply

IPM

I

12

2

…

1

MCMC

MCMC

Mgnt.

Mgnt.

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MicroTCA Backplane

MCH MCHMax. 12 slots

Fabrics A + B (Common Options: IPMI,

Clocks, Control, Data & Disks)

Fabrics D/E/F/G (Fat Pipes, e.g 4x GbE, PCI, …)

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Beispiel: TCA Backplane Netz

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

MCH2

GbE port 1 to MCH2(12 sots)

GbEport 0 to MCH1(12 slots)

GbE port 8 to MCH1(12 slots)

Backplane Options:different systems (e.g. PCIe) on ports

4-7 (not through SCOPE MCH)

Basic MCH port count:• 12 GbE ports for AMC ports 0/1• 2x 10 GbE uplinks on front plate

GbE port 9 to MCH2(12 slots)

Extended MCH port count:• 12 GbE ports for fabric (AMC ports 8/9) • option: further 12 GbE ports for fabric (AMC ports 10/11)

Extended MCH

Basic MCH

MCH12x 10GbE uplinks

2x 10GbE uplinks

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Das nächste Mal (Teil 9)

Der Kontron-Baukasten (2) Anwendungen Anwendungsprofile Musterkonfigurationen Validierungstools System Validation Kits für ATCA

und TCA

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Ende Teil 8

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