Cisco Unified Border Element for Enterprise CUBE (E)

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1 DFN Betriebstagung t Cisco Unified Border Element for Enterprise CUBE (E) Thursday, March 31, 2011 Stephan Bastian

2 Agenda Dimension Data Was ist ein Session Border Controller? Wo werden Session Border Controller eingesetzt? Technische Ausprägung bei Cisco Leistungsmerkmale des Cisco Unified Border Element (CUBE ) 2 Copyright Dimension Data March 2011

3 Dimension Data Wersindwir? Dimension Data ist einer der weltweit führenden Anbieter für Technologie und IT-Services und einer der größten Cisco-Gold-Partner weltweit mit Hauptsitz in Südafrika. Dimension Data wurde 1983 in Südafrika gegründet und hat mehr als Mitarbeitern in 47 Ländern. Dimension Data unterstützt seine Kunden bei Konzeption, Planung, Aufbau, Support und Management der unternehmensweiten IT-Infrastrukturen. Das Unternehmen verfügt über ein umfangreiches Know-how in den Bereichen Netzwerk- und Speichertechnologien, IT- Sicherheit, ApplicationIntegration und Managed Services. Dimension Data Global Konzernmutter: Dimension Data Holdings plc DDT (LSE / JSE; FTSE 200) 57 Sloane Street Bryanston, Stanton 2125 South Africa 3 Copyright Dimension Data March 2011

4 Dimension Data Germany AG & Co. KG Die deutsche Niederlassung Dimension Data Germany AG & Co. KG hat ihre Zentrale in Oberursel bei Frankfurt. Weitere Niederlassungen finden sich in Hamburg, Berlin, Düsseldorf, Stuttgart und München. In Deutschland sind ca. 350 Mitarbeiter beschäftigt. Global Service Center ( GSC ) Weltweit betreibt Dimension Data 5 Service Center um eine globale Abdeckung zu erreichen. Die GSC sind miteinander vernetzt und arbeiten alle nach den gleichen Prozessen unter Einsatz einer gemeinsamen IT Infrastruktur (Tools,..). Hierdurch kann bei Ausfall eines GSC ein weiteres den gesamten Betrieb innerhalb Kürzester Zeit übernehmen und so die vereinbarten Service Level sicherstellen. Das europäische GSC hat seinen Sitz in Oberursel und ist an allen Tagen rund um die Uhr (7x24) durchgehend besetzt (Schichtbetrieb) um einen kontinuierlichen Support sicherzustellen. Neben Cisco und vielen anderen Herstellern der IT Branche ist Dimension Data auch Partner von Acme Packet und leistet auch für diese Produkte Service und Beratung. 4 Copyright Dimension Data March 2011

5 Was istein SBC? Session Border Controller = Signaling Firewall mitvielenweiterenfunktionen?? Session Border Controller = Real-Time Kommunikation = IP ÜbergängezumKunden/Partner = Steuern und Überwachen der Session Some key definitions in the SBC world Session The OSI 7 layered model defines the session layer (layer 5) as being responsible for establishing, managing and terminating connections between applications. In SBC terminology, a session is any real time voice, video or multimedia communication, managed by a layer 5 control protocol (SIP, H.323, etc). Border Any IP to IP network border between service providers or between a service provider and its end users. Control Functions that allow the secure connectivity between network borders (Firewall, NAT), service delivery assurance (Protocol interworking, QoS), network operation and management (SDR), law enforcement (CALEA) and more. 5 Copyright Dimension Data March 2011

6 Wowerden Session Border Controller eingesetzt? There are two main categories for SBC deployments: peering between service providers and access between a service provider and its end users. 1. Peering - the session border controller forms the border between network operators. Here it secures the network border, enforces Quality of Service policies, ensures that any intermediate NAT and firewalls can be traversed, and provides regulatory compliance. 2. Access - the Session Border Controller enables the service provider to access the residential and corporate user across NAT and firewall devices whilst also providing Quality of Service, core network security and regulatory compliance. 6 Copyright Dimension Data March 2011

7 Wowerden Session Border Controller eingesetzt? 7 Copyright Dimension Data March 2011

8 Wowerden Session Border Controller eingesetzt? 8 Copyright Dimension Data March 2011

9 SBC Szenarien UNI scenario Der CUBE kann so konfiguriert werden das er Anrufe zwischen Service Providern oder Service Provider zu Softswitch routen kann. Dieses Szenario wird auch NNI = Network-Network-Interface genannt. SIP Service Provider A PE CE NNI scenario SBC Ebenso kann der CUBE Anrufe vom CPE zum SIP Proxy / Registrar routen. Dieses Szenario wird UNI = User- Network-Interface genannt. SIP Service Provider B SIP Proxy with Registrar e.g. OpenSER Softswitch e.g. PGW, BTS, CCM Beide Szenarien können zur gleichen Zeit auf einem CUBE zum Einsatz kommen. 9 Copyright Dimension Data March 2011

10 Technische Ausprägung g bei Cisco Cisco unterstützt die CUBE oder SBC Applikation auf verschiedenen Plattformen ASR 1004/6 RP S 3900 ISR G2 ASR E ISR G2 ASR 1001 CP ISR 2900 ISR G2 AS5000X M 2800 ISR < ISR 800/1861 ISR 4 < K Active Voice Call (Session) Capacity 12-16K 10 Copyright Dimension Data March 2011

11 CUBE Session KapazitätsZusammenfassung Platform CUBE Sessions C880/C890 SKUs (Future) 5-15 C8xx targeted for 1514MinCQ M AS5000XM E E 2500 ASR1002/1004/1006 / 006 RP ASR1001 TBD ASR1004/1006 RP E introduced in T in March 2010 ASR1001 introduced in 3.2 in Nov Copyright Dimension Data March 2011

12 Technische Ausprägung g bei Cisco Der ASR1k ist eine hoch performante Routingplattform optimiert auf Traffic Throughput, aber auch auf CPU Power für das Processing. Der ASR1k in der Lage Applikationen ohne Probleme parallel l zu verarbeiten. SBC ist dabei nur eine von vielen Anwendungen, die der ASR unterstützt. Der SBC muss somit nicht mehr nur als reiner stand - alone SBC, als eigenständiges Netzelement, arbeiten, sondern ließe sich mit anderen Netzfunktionalitäten kombinieren. 12 Copyright Dimension Data March 2011

13 Cisco ASR 1000 mit Quantum Flow Processor (QFP) Diese neue Recheneinheit bildet die Hardware-Grundlage der neuen Router-Generation. Auf einem einzelnen Chip sitzen nun 40 Kerne, die gleichzeitig bis zu 160 Prozesse ausführen können. Damit soll das Chipset in der Lage, insbesondere die neuen und vielfältigen Herausforderungen an den Netzwerkverkehr zu erfüllen. Diese Architektur erlaubt außerdem ein weites Spektrum an Netzwerk-Applikationen beziehungsweise Funktionen: Firewall, IP Security Virtual Private Networks (IPsec VPNs), Deep Packet Inspection (DPI) und Session Border Control (SBC) 13 Copyright Dimension Data March 2011

14 CUBE (Ent) on ASR1000 Series ASR RU ASR RU ASR RU ASR RU Slots 1-slot # of ESP Slots #of RP Sos Slots Integrated Integrated ed CPU 1 Integrated # of SIP Slots Integrated CPU IOS Redundancy SW, B2B Integrated Built in GigE 4 SW, B2B Bandwidth Gbps 4 CUBE (Ent) 5-10 Gbps CPU HA Session Capacity RP2-based Inbox SW, B2B TBD 3-slot 8-slot 12-slot RP1-based Inbox SW, B2B 17CPS/1.75K SW, B2B n/a Gbps RP1, RP2 Inbox SW, B2B 17CPS/1.75K RP1 150CPS/15K RP HW, Inbox n/a Gbps RP1, RP2 Inbox HW 17CPS/1.75K RP1 150CPS/15K RP2 14 Copyright Dimension Data March 2011

15 Grundsätzliche CUBE RedundanzOptionen Inbox redundancy ASR 1001/2/4/6 ASR25 2.5, , Media preservation ASR 3.2 (Nov 2010) Stateful failover Local redundancy ASR1002/4 Active OS Standby OS ASR1006 Dual Forwarding plane HW Dual Control plane HW (CPU) Active/Standby L2 Box-to- Box redundancy ISR G2 and ASR 1001/2/4 ISR G2 CUBE 8.5 (15.1.2T) Media preservation ASR 3.2 (Nov 2010) Stateful failover Local redundancy Virtual IP CUBE CUBE Virtual IP SIP SP Clustering with load balancing All platforms Load balancing by SP call agent Internal SIP proxy/load balancer Local redundancy Geographical redundancy Load Balancer Load Balancer 15 Copyright Dimension Data March 2011 SIP SP SIP SP

16 CUBE Box-to-Box Failover Configuration Inside Active Outside Virtual Interface Address GE 0/ Standby GE 0/ Virtual Interface Address SIP SP Call Handling XCUBE CUBE Active calls are preserved Active via checkpointing at the time of failover SIP Standby -> Active SP New calls set up after the failure go through the Standby (now Active) CUBE 16 Copyright Dimension Data March 2011

17 ASR 1000 Series Building Blocks Embedded Services Processor (active) Crypto assist FECP QFP subsystem Interconn. Interconn. IOCP Route Processor (active) RP Interconn. Interconn. IOCP Route Processor (standby) RP Interconn. Embedded Services Processor (standby) Crypto assist FECP QFP subsystem Interconn. Passive Midplane Interconn. IOCP RP (Route Processor) Handles control plane traffic Manages system RP1, RP2 ESP Handles forwarding plane traffic ESP5,ESP10, ESP10 ESP20, ESP40 Interface Processor Shared Port Adapters provide interface connectivity Centralized Forwarding Architecture All traffic flows through the active ESP, standby is synchronized with all flow state with a dedicated 10Gbps link Distributed Control Architecture All major system components have a powerful control processor dedicated for control and management planes (using dedicated GigE links running between all system components not shown) Agg. Agg. Agg. SIPs ESI, (Enhanced Serdes) 11.5Gbps -SPI, 11.2Gbps Hypertransport, 10Gbps 17 Copyright Dimension Data March 2011

18 Cisco Lizenzmodel Einfaches Lizenzmodel für die ASR1k Familie Alle Features in den Lizenzen enthalten Bei Transcoding darauf achten =>entsprechende DSP (Digitale Signalprozessor) Karten kalkulieren li 18 Copyright Dimension Data March 2011

19 ASR DSP Shared Port Adapter () A single-height form factor with DSPs Voice transcoding and transrating support with CUBE (Ent) Traditional (G.711-any) and Universal (any-any) CUBE (Ent) transcoding No other voice/video services supported by the DSPs in this phase Leverage ISR G2 PVDM3 DSP technology Same technology, but different formfactor, i.e. ISR PVDMs cannot be used in an ASR DSP Availability: ASR R3.2 in Nov 2010 ASR 100x DSP Shared Port Adapter () 19 Copyright Dimension Data March 2011

20 CUBE (Ent) Leistungsmerkmale CUBE (Ent) auf der ASR1k Plattform unterstützt unter anderem: Verschlüsselung der Signalisierung und Medienströme durch IPsec, SRTP, TLS Separation durch VLANs SIP - H.323 Interworking SIP SIP-I I Interworking IPv4 - IPv6 Interworking DTMF Interworking Call admission control Number manipulation Header manipulation. 20 Copyright Dimension Data March 2011

21 CUBE (Ent) Features in RLS 3.2 CUBE (Ent) support on the ASR1001 Platform Redundancy Enhancements Inbox redundancy d on ASR1001/2/4/6 with stateful t failover Older releases provide media preservation Box-to-Box redundancy on ASR1001/2/4 with stateful failover DSP Hardware ( card) Support Support for Transcoding and Transrating Configurable RTP port range New CUBE ISR Features now supported on ASR RTP-SRTP interworking SG3 fax and isac Support Gain/Attenuation Control CVP 8.5 qualification of CUBE ASR for Contact Center deployment (target Jan 2011) 21 Copyright Dimension Data March 2011

22 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Sollten Sie noch Fragen oder den Wunsch nach weiterer Beratung/Information haben, können wir gern einen Termin vereinbaren. Stephan Bastian Dimension Data Germany AG & Co. KG Copyright Dimension Data March 2011

23 Backup 23 Copyright Dimension Data March 2011

24 QFP Quantum Flow Processor Thursday, March 31,

25 Introducing Cisco QuantumFlow Processor Technology Fundamental Game Changing Cisco Innovation 25 Copyright Dimension Data March 2011

26 ASR 1000 Series Innovations Cisco QuantumFlow Processor Cisco QFP 5 year design Massively parallel, 40 multi-threaded cores QFP Architecture designed to scale to >100Gbit/sec 160 processes available to handle traffic High-priority traffic is prioritised Packet replication capabilities for Lawful Intercept Full visibility of entire L2 frame Latency: tens of microseconds with features enabled + Interfaces on-chip for external cryptographic engine Current generation QFP is capable of 20Gbit/sec, 32Mpps processing Total number processes (cores x threads) Cisco QFP Sun Ultrasparc T2 Intel Core 2 Mobile U Power per process 0.51W 1.01W 5W Scalable traffic 128k queues None None management Cisco QFP Traffic Manager 26 Copyright Dimension Data March

27 System Architecture t (HW & SW) and High Availability Thursday, March 31,

28 RedundancyandHighavailability ( ASR 1002 ) The SBC operating on the ASR 1000 series can offer hardware redundancy within a single chassis, and also software redundancy for non hardware redundant deployments, through the use of the IOS XE operating system. The illustration here shows the ASR 1002 platform. It contains a built in Route Processor (RP) card and two power supplies, within a 2 Rack Unit chassis. The RP card provides the signaling plane (SBE) functionality. The media plane (DBE) functionality is supported by an ESP card. Since there are no slots for redundant RP and ESP cards, a unique software redundancy feature is supported. This is achieved by running two instances of the SBC software on the same CPU. The two instances are completely separate, and they communicate using inter process communication (IPC) for heartbeats, to synchronise SBC configuration, and to maintain connected call states across the active and standby instances. 28 Copyright Dimension Data March 2011

29 RedundancyandHighavailability ( ASR 1006 ) The picture here shows the ASR 1006 platform. This is a 6 Rack Unit platform, with space for two RP (SBE) and two ESP (DBE) cards and up to 12 cards. It has dual power supplies, similar to ASR 1002 and ASR With the ASR 1006, the pairs of cards operate in a hot standby active standby standby configuration and the cards communicate to each other using the backplane. The example shows dual ESP and RP cards within the same chassis. These cards operate in an active/standby (hot standby) fashion. Notethat there are a few considerations that need to be made when determining the type of cards fitted within a chassis. The considerations are concerned with call rate, media throughput. Pleasenote that during switchover, some new traffic is lost, but when the caller reattempts, the call can connect. 29 Copyright Dimension Data March 2011

30 System Architecture Control Plane Ethernet out-of-band Channel (EOBC) Run between ALL components Indication if cards are installed and ready Watchdog timers State information exchange for L2 or L3 Protocols I 2 C Monitor health of hardware components Control resets Communicate acive/standby, Real time presence and ready indicators Control the other RP (reset, power-down, interrupt, report Power-supply status, signal ESP active/standby) EEPROM access control links Run between IOCP and s Detect OIR Reset s (via I2C) Power-control s (via I2C) Forwarding Processor (active) Crypto assist FECP QFP subsystem Interconn. Interconn. Agg. IOCP Route Processor (active) RP Midplane Interconn. Agg. IOCP Route Processor (Standby) RP Interconn. Agg. Forwarding Processor (Standby) Crypto assist IOCP FECP QFP subsystem I 2 C Inter Integrated Circuit Control Bus 30 Copyright Dimension Data March 2011 Read EEPROMs EOBC - 1Gbps Interconn.

31 Data Packet Flow Thursday, March 31,

32 Data Packet Flow: From through SIP Ingress Buffers (per port) Ingress Scheduler Ingress classifier g FPs Interconn. Egress Buffer Status Agg. SIP Egress Buffers (per port) 1. receives packet data from its network interfaces and transfers the packet to the SIP 2. Aggregation classifies the packet into H/L priority 3.SIP writes packet data to external 128B memory (at 40Gbps from 4 full-rate s). 4.Ingress buffer memory is carved into 64 queues. The queues are arranged by -SPI channel and optionally H/L. Channels on channelized s share the same queue. 5.SIP selects among ingress queues for next pkt to send to ESP over ESI. It prepares the packet for internal transmission 6.The interconnect transmits packet data of selected packet over ESI to active ESP at up to 11.5Gbps. 7.Active ESP can backpressure SIP via ESI ctl message to slow pkt transfer over ESI if overloaded (provides separate backpressure for Hi vs. Low priority pkt data). ESI, 11.2Gbps -SPI, 11.2Gbps Hypertransport, 10Gbps Other 4 s Data 32 Copyright Dimension Data March 2011

33 Data Packet Flow: Through ESP TCAM4 (10Mbit) PPE0 PPE0 PPE1 PPE0 PPE0 PPE0 PPE5 PPE0 Resource DRAM (512MB) Processor pool Pkt Buffer DRAM (128MB) Part Len/ BW SRAM ESP PPE0 PPE0 PPE0 PPE2 PPE0 PPE0 PPE0 PPE0 PPE0 PPE3 PPE0 PPE4 PPE0 PPE0 PPE6 PPE0 Dispatcher/ Pkt Buffer PPE0 PPE0 PPE0 PPE40 Interconn. CCs Data Buffer, queue, schedule Buffer, queue, schedule Buffer, queue, (BQS) schedule (BQS) (BQS) ESI, 11.2Gbps -SPI, 11.2Gbps Hypertransport, 10Gbps Other 8. Interconnect on ESP receives packet data interleaved from all SIP s over ESI s at up to 11.5Gbps each and writes it to packet memory 9. The dispatcher assigns it to one of 40 processor/context(thread). 10. The PPE processes the packet. The PPE acccesses external memory (DRAM and TCAM) to perform various lookups, etc. It can also invoke HW assists for statistics, policers, WRED 11. The PPE adds/modifies packet headers (incl. adding the ESI header and any shim header) 12. When the PPE has finished processing the packet, the packet is written to specified queue. 13. The HQF-based scheduler selects the next eligible packet for each scheduling hierarchy. 14. The selected packet for the hierarchy to SIP (or RP or other ESP) is transmitted over the ESI. 15. CC can independently backpressure ESP via ESI control message to pace the packet transfer if overloaded. 33 Copyright Dimension Data March 2011

34 Data Packet Flow: Through ESP To Ingress Buffers (per port) Ingress Scheduler g FPs Interconn. Egress Buffer Status SIP Egress Buffers (per port) 16.Interconnect receives packet data over ESI from the active ESP at up to 11.5Gbps. 17. Aggregation receives the packet and writes it to external egress buffer memory. 18.Egress buffer memory is carved into 64 queues. The queues are arranged by egress -SPI SPI channel and optionally H/L. Channels on channelized s share the same queue. 19. Aggregation selects and transfers packet data from eligible queues to -SPI channel (Hi queue are selected before Low) 20. can backpressure transfer of packet data burst independently for each -SPI channel using SPI FIFO status. 21. transmits packet data on network interface Ingress classifier Agg. ESI, 11.2Gbps -SPI, 11.2Gbps Hypertransport, 10Gbps Other 4 s Data 34 Copyright Dimension Data March 2011

35 Backup SRTP Passthrough Call Flow Redundant Topology 35 Copyright Dimension Data March 2011

36 Software/System Stack on QFP/ASR 1000 RP Software View IOS Forwarding Manager Hardware View Route Processor GigE MAC RP CPU HT Interconnect GigE EOBC (IPC) ESP Forwarding Manager QFP Client / Driver ESP Active Forwarding Processor FECP CPU ESI (PUNT) 11.5 Gbps HT QFP QFP Datapath s/w PUNT QFP Subsystem SPI4.2 Interconnect Interconnect Carrier Card - Legend Forwarding Information Path Punt Traffic Transit Data 36 Copyright Dimension Data March 2011

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