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1 IP RAN Backhaul A Learning Experience Sumon Ahmed Sabir (sumon@fiberathome.net ) Md. AbdullahAlMamun ( mamun@fiberathome.net ) APRICOT 2014, Malaysia

IP RAN Backhaul A Learning Experience

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Page 1: IP RAN Backhaul A Learning Experience

1  

IP  RAN  Backhaul  A  Learning  Experience  

Sumon  Ahmed  Sabir  ([email protected]  )  

Md.  Abdullah-­‐Al-­‐Mamun  (  [email protected]  )  

APRICOT  2014,  Malaysia  

Page 2: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Before  the  IP  RAN  Backhaul  :  

2  

  Before  we  begin  •  Have  a  IP/MPLS  Network  with  10G  backbone  ring.  

Ring  consists  of  4  Cisco  7609  Routers.  

•  Around  2500  end  nodes  carrying  Internet  and  Data  traffic.  

 

Page 3: IP RAN Backhaul A Learning Experience

IP  Protocols  :  

3  

•  OSPF  v2  for  IGP  •  LDP  for  Label  DistribuZon    •  BGP  for  L3VPN  

 

Page 4: IP RAN Backhaul A Learning Experience

IniAal  Network  Design  :  

4  

Page 5: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Requirement  of  IP  RAN  Backhaul  

5  

 What  we  need  to  do?   Need  to  provide  IP  RAN  Backhaul  for  3G  Operators   Also  need  to  provide  2G  Backhaul  mostly  E1’s  over  IP  network   IniZally  3  operators  asked  for  services.  

 1st  operator  wants  L3VPN,  100mpbs/node  B  

 2nd  /3rd  operators  wants  L2Circuits  20mbps/node  B  

 All  of  them  need  legacy  E1’s  for  there  2G  sites  

 

Page 6: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Service  Requirement  :  

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  MPLS  L3VPN/VRF      MPLS  L2Circuit    

  SDH  (E1)  over  IP  Network    

Page 7: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Challenges  :  

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  IniZal  Challenges  •  Need  to  carry  mobile  voice  data  seamlessly  •  First  convergence  in  case  of  link/node  failure  

without  interrupZng  voice  calls  •  Need  to  connect  500  nodes  in  six  months,  1000  

nodes  in  one  year  and  may  be  5000  nodes  in  next  two  years      

Page 8: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Design  Philosophy  :  

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  Follow  the  best  pracZces    Keep  it  simple  

  Scalable  design  to  address  future  growth          

Page 9: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Design  ConsideraAon  :  

9  

  Singe  AS  MulZ-­‐Area  OSPF    End  to  End  MPLS  with  LDP  

  1G  Ring  Topology  for  Access  Layer.  X-­‐OSPF  Area    10G  Mesh/Ring  Topology  for  Backbone.  0-­‐OSPF  

Area          

Page 10: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Network  Diagram  :  

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Page 11: IP RAN Backhaul A Learning Experience

StarAng  Service  Delivery  :  

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  Successfully  implemented  L3VPN,  L2VPN  and  E1  over  IP  network  

  Incase  of  link  failure  call  drops  in  all  3  types    NoZced  5  to  7  packet  drops  in  ping  test.    Traffic  is  not  following  the  intended  path  always.  

Need  to  find  reasons?    Need  faster  convergence  Zme………..  

Page 12: IP RAN Backhaul A Learning Experience

IGP  Cost  and  Traffic  Flow  :  

12  

  OSPF  Cost  and  Traffic  Flow      Since  there  is  no  cost  impact  in  ospf  between  1G  and  10GE  so  we  

need  to  fix  the  cost  all  access  and  Backbone  interface  otherwise  10G  and  1G  will  be  considered  as  same.  We  decide  we  will  follow    below  standard-­‐-­‐-­‐    

OSPF  Cost  CalculaZon  Interface   Cost  100G   1  40G   4  10G  BB   5  10G  Access   10  OC  48  BB   15  OC  48  Access   20  1G  Backbone   25  1G  Access   30  OC  12  Backbone   50  OC  12  Access   55  OC  3  Backbone   100  OC  3  Access   155  FE  Backbone   500  FE  Access   505  

Page 13: IP RAN Backhaul A Learning Experience

OSPF  Traffic  Flow  :  

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AVer    Before    

Traffic   of   Cell   Site   router   does   not   forwarded  through   backbone   interface   although   there   is  minimum  hop  count  whereas  its  forward  through  Area   then   consider   shortest   path   for   that  mulZple  hop  is  consider  to  reach  desire  prefix.        

In  that  case  we  create  a  logical  interface  between  the  two  ABR  router  and  traffic  forward  to  the  Area  with  minimum  hop  count  through  logical  BB  interface.                      

Page 14: IP RAN Backhaul A Learning Experience

OSPF  Traffic  Flow  (  Cont  )  :  

14  

AVer    Before    

Same  thing  will  be  happened  MulZhop  away  ABR.  Traffic  will  forward  to  the  Area  first  then  calculate  SPF  Algorithm  and  that’s  why  mulZple  hop  will  engage.                

MulZhop  away  ABR  router  should  be  in  same  logical  interface  to  maintain  Area  conZnuity  and  traffic  forwarding  in  minimum  hop  count        

Page 15: IP RAN Backhaul A Learning Experience

OSPF  Traffic  Flow  :  

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C:\>tracert  10.253.4.2  Tracing  route  to  10.253.4.2  over  a  maximum  of  30  hops      1          2  ms          1  ms          6  ms    10.1.0.33      2          1  ms          1  ms          1  ms    10.0.0.121      3          1  ms          1  ms          1  ms    10.0.0.65      4          3  ms          2  ms          2  ms    10.10.12.122      5          1  ms          1  ms          5  ms    10.253.4.2  Trace  complete.  

C:\>tracert  10.253.4.2  Tracing  route  to  10.253.4.2  over  a  maximum  of  30  hops      1          1  ms          1  ms          1  ms    10.1.0.33      2          1  ms          1  ms          1  ms    10.0.0.121      3          1  ms          1  ms          1  ms    10.0.0.65      4          2  ms          2  ms          3  ms    10.10.12.130      5          3  ms          2  ms          2  ms    10.10.12.190      6          2  ms          1  ms          1  ms    10.253.4.2  Trace  complete.  

Page 16: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Fast  Convergence  :  BFD  

16  

  Implemented  BFD  in  all  the  links    Tuned  OSPF  parameters  

•  ISF  •  Hello  Zmer  

•  BFD  

  Packet  loss  reduced  to  2  to  3.    L3VPN  circuits  are  not  dropping  calls    But  L2Circuits  and  E1’s  are  sZll  a  challenge  

Page 17: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Fast  Convergence  :  BFD  

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router  ospf  65000    router-­‐id  10.253.39.1    ispf    Zmers  throhle  spf  50  100  5000    Zmers  throhle  lsa  0  20  1000    Zmers  lsa  arrival  20    Zmers  pacing  flood  15    passive-­‐interface  Loopback1    mpls  ldp  sync  

interface  Vlan10    descripZon  "  MPLS  Ring  Interface  to  PAN-­‐ASR903-­‐PE03:  Gi0/2/5  "    mtu  9178    ip  address  10.10.152.2  255.255.255.252    ip  ospf  network  point-­‐to-­‐point    ip  ospf  bfd    ip  ospf  65000  area  39    ip  ospf  cost  30    carrier-­‐delay  msec  0    mpls  ip    mpls  label  protocol  ldp    bfd  interval  50  min_rx  50  mulAplier  3  

Page 18: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Fast  Convergence  :  LFA  FRR  

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  Some  vendor  suggested  Traffic  Engineering  but  our  choice  is  always  generic  configuraZon  

  Decided  to  try  LFA  FRR  for  IGP  fast  convergence  and  had  to  change  some  network  design  to  implement  LFA  FRR  

  Got  Significant  improvement  in  fast  convergence  

  Its  almost  0  packet  loss  in  case  of  link  failure    

mpls  label  protocol  ldp  mpls  ldp  discovery  targeted-­‐hello  accept  no  l3-­‐over-­‐l2  flush  buffers  asr901-­‐plal-­‐frr  enable  router  ospf  65000  prefix-­‐priority  high  route-­‐map  TE_PREFIX    fast-­‐reroute  per-­‐prefix  enable  area  39  prefix-­‐priority  high    fast-­‐reroute  per-­‐prefix  remote-­‐lfa  tunnel  mpls-­‐ldp    mpls  ldp  sync  ip  prefix-­‐list  TE_PREFIX  seq  5  permit  10.255.255.30/32  route-­‐map  TE_PREFIX  permit  10    match  ip  address  prefix-­‐list  TE_PREFIX  

Page 19: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Before  and  AVer  OSPF  LFA/FRR  

19  

Xshell:\> ping 10.252.51.111 –t Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=4ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Request timed out. Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=61ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=86ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=70ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=147ms TTL=253

Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=1ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=1ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=27ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=32ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=1ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=2ms TTL=253 Reply from 10.252.51.111: bytes=32 time=1ms TTL=253

Page 20: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Clock  SynchronizaAon:  RFC  1855v2  :  

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  L3VPN  and  L2Circuits  seems  stabilized  aper  LFA  FRR  implementaZon  but  operators  complaining  they  are  seeing  some  bit  error  in  their  E1  Circuits  

  SyncE/PTP  •  Aper  implemenZng  RFC  1855v2  PTP  clock  to  the  end  

nodes  E1  Circuits  become    clean  

Page 21: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Before  and  AVer  PTP  Clock  SynchronizaAon  :  

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Start  Time Period  (Min) T7001:E1/T1  Error  Seconds T7002:E1/T1  Severely  Error  Seconds 01/06/2014  19:00:00 60 1 1 01/06/2014  20:00:00 60 1 1 01/06/2014  21:00:00 60 1 1 01/06/2014  22:00:00 60 1 1 01/06/2014  23:00:00 60 0 0 01/07/2014  00:00:00 60 1 1 01/07/2014  01:00:00 60 1 1 01/07/2014  02:00:00 60 1 1 01/07/2014  03:00:00 60 1 1 01/07/2014  04:00:00 60 1 1 01/07/2014  05:00:00 60 1 1 01/07/2014  06:00:00 60 2 2

01/08/2014  19:00:00 60 0 0 01/08/2014  20:00:00 60 0 0 01/08/2014  21:00:00 60 0 0 01/08/2014  22:00:00 60 0 0 01/08/2014  23:00:00 60 0 0 01/09/2014  00:00:00 60 0 0 01/09/2014  01:00:00 60 0 0 01/09/2014  02:00:00 60 0 0 01/09/2014  03:00:00 60 0 0 01/09/2014  04:00:00 60 0 0 01/09/2014  05:00:00 60 0 0 01/09/2014  06:00:00 60 1 1

BEFO

RE  

AFTER

 

Page 22: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Final  IP  Protocol  SelecAon  :  

22  

  OSPF  v2  for  IGP    LDP  for  Label  DistribuZon      BGP  for  L3VPN      BFD  for  Fast  fail  over  NoZficaZon      IP  OSPF  FRR  for  ms  switchover    

  RFC  1855V2  for  PTP  Clock  SynchronizaZon  

Page 23: IP RAN Backhaul A Learning Experience

More  and  More  Routers  were  Added  :  

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Page 24: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Challenges  in  New  Dimension  :  

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  Soon  the  number  of  nodes/routers  grows  more  than  500  new  challenges  started  to  appear  •  Convergence  Zme  become  unpredictable  some  

Zmes  few  packet  loss  seen  •  Some  nodes  become  unreachable  some  Zmes  

•  Edge  routers  CPU  load  goes  high.  

  Degraded  Network  Performance  forced  us  to  think  again  

Page 25: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Requirement  of  IP  OpAmizaAon  :  

25  

•  We  are  gerng  service  interrupZon  some  of  the  cell  site  routers  due  to  exhausted  of  prefixes    at  Cell  Site  Router  

•  We  are  gerng  low/delayed  performance  for  LFA-­‐FRR  where  Prefixes  are  near  to  Threshold      

•  We  are  gerng  more  than  one  packet  drop  for  traffic  switch  over.  Fail-­‐over  was  beher  when  we  were  in  lower  prefixes.          

  Within  the  short  Zme  period  we  will  reach  the  limit  of  the  router  

Page 26: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  StaAsAcs  of  the  Cell  Sites  :  

26  

•  Global  RouZng:  1600+  •  OM_FH  VRF:  700+  •  GP_VRF:  700-­‐1500  

•  OM_ROBI  VRF:  200+  

•  Total  Prefixes:  2500-­‐3200  

Page 27: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Scalability  of  the  Cell  Site  Router  (Cisco  ASR  901/  Juniper  ACX1000)  :  

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•  12k  Prefixes  without  MPLS  •  4k  Prefixes  for  VRF  without  MPLS    •  3K  to  4K  Prefixes  with  MPLS  

•  1600  Prefixes  with  MPLS+FRR  

Page 28: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  OpAmizaAon  Plan  :  

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•  OSPF  Area  Based  Route  SummarizaZon  and  export  the  summary  route  to  other  OSPF  Area  

•  Import  Expected  Route  into  the  Cell  Site  Router  at  Global  and  VRF  RouZng  Instance    

Page 29: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Present  Logical  Network  Design  :  

29  

Page 30: IP RAN Backhaul A Learning Experience

We  planned  our  IP  Addressing  Earlier  :  

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  One  logical  P2P  Interface  Represent  a  OSPF  Area  with  Ring  Topology    

  One  OSPF  Area  belongs    a  /22  Prefix  le  30  for  per  P2P  Link.  i.e  10.10.112.0/22  for  Area  29    

  One  Area  belongs  /24  for  loopback  IP  which  is    represent  router  ID.  i.e  10.253.29.0/24  for  loopback      

  Back-­‐Bone  Area  also  belongs  a  /22  prefix  le  30  for  P2P  link.  i.e  10.0.0.0/22  for  Area  0  

  Back-­‐Bone  Area  belongs  a  /24  prefixes  le  32  for  loopback  as  well  as  router  ID.  i.e  10.255.255.0/24  for  loopback          

Page 31: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Link  Failure  Before  Prefix  filtering  :  

31  

Page 32: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Link  Failure  AVer  Prefix  filtering  :  

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Page 33: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  OpAmizaAon  :  

33  

Before  IGP  Prefix  SummarizaAon   AVer  IGP  Prefix  summarizaAon  

Global  Routes:  1600+   Global  Routes:  1066  

VRF  Routes:  2400+   VRF  Routes:  700  

Total  Routes:  2500~3200   Total  Routes:  1766  

DHAGG3#show  ip  cef  summary  IPv4  CEF  is  enabled  and  running  VRF  Default    1066  prefixes  (1063/3  fwd/non-­‐fwd)    Table  id  0x0    Database  epoch:                0  (1066  entries  at  this  epoch)  

DHAGG3#show  ip  cef  summary  IPv4  CEF  is  enabled  and  running  VRF  Default    1677  prefixes  (1677/0  fwd/non-­‐fwd)    Table  id  0x0    Database  epoch:                0  (1066  entries  at  this  epoch)  

Page 34: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  OpAmizaAon  :  

34  

Before  IGP  Prefix  Filtering   AVer  IGP  Prefix  Filtering  

Global  Routes:  1066   Global  Routes:  205  

VRF  Routes:  700   VRF  Routes:  700  

Total  Routes:  1766   Total  Routes:  905  

DHAGG3#show  ip  cef  summary  IPv4  CEF  is  enabled  and  running  VRF  Default    1066  prefixes  (1066/0  fwd/non-­‐fwd)    Table  id  0x0    Database  epoch:                0  (1066  entries  at  this  epoch)  

ROBI24-­‐DHTEJ11#show  ip  cef  summary  IPv4  CEF  is  enabled  and  running  VRF  Default    205  prefixes  (205/0  fwd/non-­‐fwd)    Table  id  0x0    Database  epoch:                0  (205  entries  at  this  epoch)  

Page 35: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  OpAmizaAon  :  

35  

Before  VRF  Prefix  Filtering   AVer  VRF  Prefix  Filtering  

Global  Routes:  205   Global  Routes:  205  

VRF  Routes:  700   VRF  Routes:  11  

Total  Routes:  905   Total  Routes:  216  

ROBI24-­‐DHTEJ11#show  ip  cef  summary  IPv4  CEF  is  enabled  and  running  VRF  Default    205  prefixes  (205/0  fwd/non-­‐fwd)    Table  id  0x0    Database  epoch:                0  (205  entries  at  this  epoch)  

ROBI24-­‐DHTEJ11#show  ip  cef  vrf  OM_FH  summary  IPv4  CEF  is  enabled  and  running  VRF  OM_FH    11  prefixes  (11/0  fwd/non-­‐fwd)    Table  id  0x1    Database  epoch:                0  (11  entries  at  this  epoch)  

Page 36: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  OpAmizaAon  :  

36  

ip  vrf  OM_FH    rd  58587:10    import  map  OM-­‐ROUTE    route-­‐target  export  58587:10    route-­‐target  import  58587:10  ip  prefix-­‐list  FH-­‐OM-­‐ROUTE  seq  5  permit  10.1.0.32/27  ip  prefix-­‐list  FH-­‐OM-­‐ROUTE  seq  6  permit  10.1.0.0/27  route-­‐map  OM-­‐ROUTE  permit  10    match  ip  address  prefix-­‐list  FH-­‐OM-­‐ROUTE  

VRF  ROUTE  Filtering  

Page 37: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Prefix  OpAmizaAon  :  

37  

router  ospf  65000    router-­‐id  10.255.255.15    ispf    area  1  range  10.10.0.0  255.255.252.0    area  1  filter-­‐list  prefix  BB-­‐ROUTE-­‐IN  in  ip  prefix-­‐list  BB-­‐ROUTE-­‐IN  seq  5  permit  10.255.255.0/24  le  32  ip  prefix-­‐list  BB-­‐ROUTE-­‐IN  seq  10  permit  10.0.0.0/22  le  32  ip  prefix-­‐list  BB-­‐ROUTE-­‐IN  seq  150  deny  0.0.0.0/0  le  32  

OSPF  AREA  ROUTE  SummarizaAon    

Page 38: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Final  Scalability  of  the  Network  :  

38  

  Now  we  have  a  very  stable  network  with  1000+  nodes    Planned  to  Follow  the  best  pracZces  and  learning  

experiences  for  further  growth:        Core  Router  does  not  perform  any  service  delivery      

  Maximum  3  Area  should  be  considered  at  ABR.    

  /Area  there  will  be  Maximum  60  Nodes    Area  should  be  conZguous  physically  or  logically  otherwise  LFA-­‐FRR  

and  traffic  forwarding  will  be  hampered      Make  it  simple  through  LFA-­‐FRR,  LDP  and  BFD  and  it  is  enough  for  

Telco  Voice  and  Data  Traffic  

  No  manual  TE,  Policy  Route  

Page 39: IP RAN Backhaul A Learning Experience

 Memory  leakage  @ASR901  for  SNMP  ConfiguraZon  IOS  BUG  VER  15.2(S1)  15.3(S2)  

 MPLS  Label    Egress  failed  @ASR903  IOS  XE  3.7,  BUG  Fixed  3.10  

 JUNOS  BUG  at  12.R2  for  MX10,  10GE-­‐3D-­‐MIC  card  goes  down  frequently.  BUG  fixed  13.1R1  

 SZll  some  unresolved  Issues  and  we  are  working  with  vendors  to  fix  those.                    

IOS/JUNOS  BUG  Issue:  

Page 40: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Scalability  EquaAon  in  Single  IGP  Domain:  

40  

  Maximum  250  Node  should  be  within  Area  0  and  considering  P  and  PE  Device    

  Per  P  Router  should  be  connect  max  4  PE  Router    50  P  can  connect  4x50=200  PE  Router    Per  PE  connect  60  nodes    

  Possible  nodes  in  a  single  IGP  200x60=12,000    For  further  growth,  we  should  consider  separate  IGP  

domain  

Possible  Max  Node/IGP  Domain  :  12K??  

Page 41: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Network  Monitoring  Tools    

Page 42: IP RAN Backhaul A Learning Experience

Diversity  of  the  Network  :  

42  

•  Serving  MulZ  operators  (  open  access)  •  MulZ  vendor  environment  (Cisco/Juniper)  

•  MulZ  service  delivery  network(Ethernet,  TDM,  GPON)  

Page 43: IP RAN Backhaul A Learning Experience

43  

Thank You.

Sumon  Ahmed  Sabir    Md.  Abdullah-­‐Al-­‐Mamun  

www.fiberathome.net