Terabit Network: in arrivo la nuova generazione di rete

Con l’avvio delle prime gare prende forma la nuova generazione di rete GARR con capacità elevatissime, tecnologie all’avanguardia e la partecipazione attiva di una comunità di utenti.

Arrivare sempre più capillarmente su tutto il territorio nazionale con un’infrastruttura in fibra di proprietà è uno dei sogni che da tempo GARR cerca di realizzare. Una visione chiara presente da diversi anni ma che, per le caratteristiche del mercato, non era ancora possibile realizzare pienamente attraverso investimenti sostenibili.

Oggi la nuova generazione di rete, GARR-T, come Terabit che è l’orizzonte di riferimento, sta prendendo forma ed è sempre più vicina. Sarà una rete non solo tecnologicamente avanzata ma anche costruita intorno agli utenti e fortemente condivisa con loro grazie ad un ruolo attivo della comunità dell’università e della ricerca. Ne parliamo con il coordinatore del dipartimento Infrastruttura e Chief Technical Officer GARR, Massimo Carboni.

Uno dei principali obiettivi della nuova rete è di ampliare la sua capillarità. Cosa vuol dire concretamente?

Da anni si parla di contribuire alla riduzione del digital divide. Per noi, capillarità vuol dire dare a tutti le stesse opportunità. Non si tratta di concetti generici ma piuttosto di un obiettivo quotidiano che al GARR sposiamo e portiamo avanti con convinzione. Con il disegno della nuova rete pensiamo di poter dare un grande contributo in questo senso, grazie ad una rete che avrà circa 20.000 km di fibra ottica. Partiamo dalla consapevolezza che, già oggi, la rete GARR sia un fondamentale strumento per molte attività di ricerca che vengono svolte in luoghi davvero difficili da connettere e spesso siamo l’unica soluzione per garantire un affidabile collegamento con il resto del mondo.

Qual è il percorso che porterà alla nuova rete?

Abbiamo di fronte diversi tipi di sfide: non solo tecnologiche, ma anche operative e organizzative. Dal punto di vista operativo abbiamo fatto molto in questi anni ma la strada è ancora lunga: introdurre un’infrastruttura di rete di nuova generazione che parte dai principi della disaggregazione richiede un diverso approccio alle tecnologie ma soprattutto alla costruzione dei servizi. In questo senso, gli utenti sono chiamati ad essere un elemento attivo e non solo fruitori di servizi calati dall’alto.

Come tutti i cambiamenti, inoltre, c’è un forte impatto anche al livello organizzativo: da alcuni anni GARR sta ripensando il proprio modo di lavorare ed i suoi processi interni in modo da riuscire ad adattarsi alle mutazioni del contesto.

Tra le sfide tecnologiche quali sono le più difficili da affrontare?

Abbiamo di fronte una situazione più variegata rispetto al passato e la rete non sarà basata solo su IP. Avremo fibra condivisa e in più programmeremo le reti. L’approccio è simile a quello che si attua in un data centre: si mettono insieme componenti differenti e si lavora all’interno di un modello a microservizi.

Una delle sfide più impegnative è quella legata alla capacità delle applicazioni di essere network-aware, ovvero di essere in grado di utilizzare l’infrastruttura e di dialogare con essa al fine di avere un servizio sempre più personalizzato. Ad esempio, gestire cammini ottici o percorsi a minor latenza, autodeterminare livelli di servizio, sia per attività di sperimentazione che per altri motivi.

In questo GARR si differenzia dagli altri operatori: la nostra è la rete degli utenti che hanno l’opportunità di occuparsene direttamente. Inoltre sarà sempre più determinante la componente di monitoraggio e di analisi dei dati che ci farà conoscere sempre meglio lo stato della rete e ci permetterà di costruire dei servizi mirati.

Quali sono le principali novità?

Dal punto di vista architetturale, la rete attuale è fondamentalmente centrata su due macro servizi: IP e VPN, mediati da un layer IP/MPLS. In aggiunta abbiamo alcune attività di sperimentazione, come la collaborazione con INRIM per quanto riguarda l’uso delle fibre ottiche per applicazioni non tradizionali, ad esempio, il trasporto del segnale di tempo e frequenza e il trasporto delle chiavi quantistiche.

Ciò che cambia principalmente in GARR-T è proprio al livello più alto dello schema dell’architettura. Mi riferisco in particolare all’introduzione di cammini ottici (lightpath) e all’uso dello spettro che rappresentano il collante con nuove applicazioni e apriranno nuove potenzialità per gli utenti. Saranno di fondamentale importanza inoltre per il collegamento con le infrastrutture internazionali, ad esempio rendendo disponibile una porzione dell’infrastruttura fisica attraverso l’accesso allo spettro, come il collegamento Bari-Milano attraverso il quale la rete della ricerca greca GRNET sarà sempre più interconnessa alla rete europea Géant.

Tecnologicamente si tenderà a razionalizzare il servizio attraverso le componenti di trasporto DCI (Data Centre Interconnection) e il sistema di linea permettendo di estendere le alte capacità a distanze maggiori.

Disegno dell’architettura della nuova rete GARR-T presentato in occasione di Net Makers, il Workshop GARR 2020

Un altro aspetto fondamentale sarà la capacità di monitorare in maniera proattiva il funzionamento della fibra ottica. Abbiamo introdotto la funzionalità OTDR (Optical Time Domain Reflectometer), cioè uno strumento di misura optoelettronico per l’analisi e la diagnosi della fibra, proprio a questo scopo, per avere una visione d’insieme costante ed essere più rapidi possibile nel comprendere il degrado ed eventuali guasti.

L’architettura deve poi essere calata nel disegno di rete che sarà ancora principalmente una rete a pacchetto, che resta fondamentale come modalità di erogazione del nostro servizio, ma che evolverà sempre più in direzione dell’automazione con sistemi in grado di gestire la complessità relativa al crescente numero di sedi, di utenti e di necessità.

L’utilizzo del trasporto DCI darà anche un contributo in termini di sostenibilità della rete. E GARR è tra i primi in Europa a metterlo in campo su larga scala. Possiamo saperne qualcosa in più?

Abbiamo adottato i sistemi DCI già alcuni anni fa, quando abbiamo interconnesso i data centre di CINECA e del CNAF a Bologna ad una capacità di 1,2 Tbps. Le prime versioni consentivano di utilizzarli solo in una dimensione urbana, in distanze di poche decine di chilometri, poi i sistemi DCI si sono evoluti ed ora siamo in grado di estenderlo anche in ambito nazionale e presto internazionale.

Il trasporto DCI nasce nell’ambito dei data center per connettere due sedi distanti come se fossero un unico centro di calcolo, grazie alla capacità di trasportare la luce in maniera dedicata, mantenendo inalterate le prestazioni. In questo modo permette di avere grandi velocità su scala nazionale, in maniera inversamente proporzionale alla distanza: 600 Gbps fino a 100 km oppure 100 Gbps su migliaia di chilometri. DCI favorisce quindi la sostenibilità della rete perché consente di ottenere diversi risparmi: sia dal punto di vista energetico, visto che i precedenti sistemi avevano una matrice elettrica-ottica molto dispendiosa, sia in termini di costi, perché si ottimizzano le distanze da coprire in fibra e si usano transponder più economici.

Una rete che è per sua natura proiettata al futuro...

Indubbiamente la rete ottica DWDM multivendor, grazie all’uso delle alien wavelengths, ha un orizzonte lungo. L’idea è che l’intero disegno di rete possa crescere molto rapidamente sia sulla base dell’evoluzione dell’hardware che sulle necessità degli utenti. Nella nostra visione gli utilizzatori avranno la possibilità di gestire alcuni servizi in maniera autonoma. Certamente serviranno le competenze necessarie, ma in questo GARR potrà dare una mano.

Per fare tutto questo, il principio fondamentale è contare sulla fibra accesa che con l’Open Line System diventa la vera tecnologia abilitante che permette di ampliare i cicli di vita di rinnovo nell’ordine di 8-10 anni, molto più della durata media degli apparati.

È possibile dare qualche numero sulla nuova rete?

Nella prima fase, potenzieremo circa seimila chilometri di collegamenti esistenti e avremo nuovi 740 km in fibra. Complessivamente la rete trasmissiva potrà contare su una capacità aggregata di 17 Tbps. La dorsale sarà basata su collegamenti con capacità minima di 100 Gbps e avremo in totale circa 700 porte a 100 Gbps tra quelle di backbone e quelle delle sedi degli utenti.

I numeri mostrano un grande aumento rispetto alla generazione precedente, ma da sempre consideriamo questo salto tecnologico come un’opportunità e non come un costo. Circa 20 anni fa avevamo collegamenti a 2 Mbps e pagavamo tantissimo per un servizio che era abbastanza debole dal punto di vista funzionale e fragile dal punto di vista operativo. Riuscendo ad accedere alla fibra e quindi a sostituire quei collegamenti abbiamo potuto migliorare le prestazioni di 500 volte spendendo più o meno allo stesso modo.

Oggi ci muoviamo in questo stesso orizzonte: il nostro obiettivo è anticipare le necessità che l’utenza si troverà a vivere quotidianamente nel prossimo futuro. E la dimostrazione sarà data dai primi collegamenti a 400 Gbps che saranno disponibili sin dall’inizio della nuova rete.

Massimo Carboni è coordinatore del dipartimento Infrastruttura e Chief Technical Officer GARR

Qual è la tabella di marcia. In quali tempi vedremo GARR-T in funzione?

Adesso ci troviamo nella fase di acquisizione di fibre ottiche, di sistemi di linea, sistemi trasmissivi e di sistemi a pacchetto. Alcune procedure di gara sono già avviate e l’attività di installazione inizierà nei mesi di marzo-aprile del 2021. Stiamo considerando per l’inizio del prossimo anno anche l’acquisizione di elementi di network e sistemi per la costruzione di mini data centre perché c’è la necessità di erogare servizi in prossimità dell’utenza finale per ridurre la latenza e per accrescere la ridondanza.

Ci aspettano complessivamente 24 mesi di grande impegno, in cui vedremo la sovrapposizione parziale di due infrastrutture. Sarà un’attività che ci vedrà lavorare fianco a fianco alla nostra comunità, in modo particolare a quegli enti che ospitano dei PoP. Siamo sicuri però che la collaborazione sarà fruttuosa come è sempre stato in passato. Già verso la fine del prossimo anno contiamo di avere i primi collegamenti in produzione.