Ethernet over sdh что это
У специалистов часто возникают споры по поводу соответствия современным запросам новых и «старых» технологий построения сетей. Прежде всего, сравнивают SDH и IP. На эту тему написано огромное количество аналитических материалов
с множеством экономических обоснований, но большинство из них имеют субъективный характер, поскольку выпячивают достоинства одной технологии и акцентируются на недостатках другой. Попробуем сравнить возможности SDH и Ethernet с учетом тех аспектов, которые обычно не рассматриваются аналитиками.
Ethernet поверх SDH
Ethernet поверх SDH (EoS) самая распространенная реализация систем NG SDH. Так опрос Light Reading более 150 операторов, предоставляющих на своих сетях услуги Ethernet, показал, что подавляющее большинство (42%) приходится на Ethernet поверх SONET/SDH (на втором месте Ethernet поверх MPLS с 16%). Применение интерфейсов Ethernet в системах NG SDH естественно и закономерно:
- Один и тот же физический интерфейс может работать в широком диапазоне скоростей, позволяя при необходимости изменять скорость подключения без замены оборудования;
- Устраняется необходимость промежуточного преобразования интерфейсов при передаче данных из одной локальной сети в другую (а такой трафик составляет основной объем от всего трафика данных);
- Значительно снижаются затраты на подключение.
На Рисунке 2 приведена функциональная схема реализации служб Ethernet в рамках технологии NG SDH.
Рис. 2. Функциональная схема Ethernet поверх SDH
Встроенный Ethernet коммутатор является опциональным, однако его наличие расширяет набор реализуемых в сети Ethernet служб. Встраиваемая в Ethernet коммутатор поддержка VLAN (802.1Q), технологии Q-in-Q (802.1ad), приоритезации кадров 802.1p в сочетании с GFP, VCAT, LCAS и остальными возможностями SDH позволяют строить региональные Ethernet сети (Metro-Ethernet) операторского класса. К таким дополнительным возможностям относятся схемы самовосстановления сети и средства эксплуатации, администрирования и обслуживания.
Схемы самовосстановления в такой сети с третьего или второго уровней (перемаршрутизация, STP и т.п.) переносятся на уровень SDH, что многократно повышает их надежность и скорость (в пределах 50 мс). Это позволяет рекомендовать применение EoS там, где критичны надежность и скорость восстановления для обеспечения услуг «прозрачных» к сбоям в сети.
Технология Ethernet не имеет встроенных средств эксплуатации, администрирования и обслуживания (OA&M), обеспечивающих развитые средства диагностики, обнаружения и локализации аварий, мониторинг производительности. При реализации EoS эти функции обеспечиваются встроенными в SDH средствами OA&M. Это важно и критично для тех сетей и тех операторов, которые предоставляют услуги на основе SLA. Поэтому, если сравнивать сеть EoS с коммутаторами Ethernet поверх «темного волокна», то в последнем случае мы имеем дешевый и прямолинейный способ поддержки служб Ethernet, не оставляющий сомнений в том, за что придется платить. И если это т.н. домовая сеть, предоставляющая своим абонентам широкополосный доступ в Интернет, то такой подход вполне оправдан. Когда нам надо обеспечить надежный Ethernet транспорт для бизнес приложений (особенно в сочетании со службами выделенных каналов E1), то зачастую EoS наиболее эффективный способ.
Высокопроизводительные сети передачи данных становятся решающим фактором конкурентной борьбы. Объединять локальные сети для обеспечения возможности использования информационных ресурсов в рамках всего предприятия приходится прежде всего организациям с распределенными филиалами. Появление новых мультимедийных услуг и критичных ко времени приложений, например систем планирования корпоративных ресурсов и сетей хранения данных (Storage Area Network, SAN), приводит к ежегодному удвоению трафика в операторских сетях, а потребность в пропускной способности удовлетворяется за счет высокоскоростных соединений с высокой степенью готовности через волоконно-оптическую магистраль стандарта синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH).
Однако услуги связи в глобальных сетях оказываются чрезмерно дорогими для компаний среднего размера, поэтому многие предпочитают выбирать глобальные соединения на размер поменьше. Если рассматривать общую стоимость эксплуатации, то основным фактором увеличения издержек оказывается отнюдь не плата за канал, а расходы на приобретение и эксплуатацию маршрутизаторов с интерфейсными картами для подключения выделенной линии, преобразующих кадры Ethernet в протоколы SDH. Они переводят асинхронные данные в синхронный поток и обратно.
В большинстве случаев из-за сложности устройств достаточно много приходится платить и по контрактам на обслуживание или за обучение технического персонала. Нередко возникает парадоксальная ситуация, когда в локальной сети данные перемещаются со скоростью 100 Мбит/с или 1 Гбит/с, а между филиалами — со скоростью в 2 Мбит/с, т. е. при переводе потока Ethernet в глобальную сеть между филиалами образуется «бутылочное горлышко».
Таблица 2.
Служба | Эффективность использования канала без VCAT | Эффективность использования канала с VCAT |
Ethernet 10 Мбит/с | VC-3 20% | VC-12-5v 92% |
Fast Ethernet 100 Мбит/с | VC-4 67% | VC-12-47v 100% |
Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с | VC-4-16c 42% | VC-4-7v 85% |
Так как промежуточные узлы интерпретируют каждый контейнер в соединении как стандартный, то только оборудование на котором начинается и заканчивается тракт передачи должно уметь распознавать и обрабатывать структуру логически объединенного сигнала. Это означает, что каждый индивидуальный контейнер в логической связке может иметь свой путь через сеть, что может приводить к фазовым расхождениям между контейнерами прибывающими на оборудование терминирования тракта передачи, что требует от оборудования сглаживания таких задержек.
Параметры, отвечающие за компенсацию задержек (до 512 мс) и гарантирующие целостность всех членов группы передаются в заголовке тракта индивидуальных контейнеров ( байт H4 для VC-4/VC-3 и байт K4 для VC-12).
Один из последних разработанных стандартов для NG SDH- протокол LCAS, который выполняется между двумя сетевыми элементами (NE), соединяющими пользовательские интерфейсы в сети SDH. Каждый байт H4/K4 передает управляющий пакет, состоящий из информации об виртуальной конкатенации и протоколе LCAS.
На основании данных управляющего пакета, протокол LCAS определяет какой из членов VCG активизирован и как они используются и позволяет исходящему оборудованию динамически изменять количество контейнеров в группе конкатенации в ответ на производимые в реальном времени запросы по изменению полосы.
Эти увеличения или уменьшения полосы соединения выполняются без какого-либо негативного воздействия на услуги.
Например, компания, которая использует канал 50 Мбит/с между подразделениями в течение рабочего дня может нуждаться в большей полосе для выполнения операций резервного копирования во внерабочее время. LCAS позволяет автоматически добавить необходимую полосу без прерывания связи.
Данный метод позволяет обеспечить альтернативную схему защиты в сети SDH: связанные VCAT контейнеры проходят разными сетевыми маршрутами и в случае отказа на одном из маршрутов механизмы LCAS оставляют в соединении незатронутые отказом виртуальные контейнеры, тем самым сохраняя работоспособность соединения, хотя и с меньшей пропусконой способностью. После устранения отказа соединение восстанавливается к исходному состоянию.
Компоненты NG SDH
Принято считать, что система SDH относится к новому поколнию, если она включает поддержку следующих компонент:
- Общая процедура разбиения на кадры (General Framing Procedure, GFP), которая обеспечивает адаптацию асинхронного трафика данных на основе кадров переменной длины к байт ориентированному трафику SDH с минимальными задержками и избыточностью заголовков; ITU-T G.7041
- Виртуальная конкатенация (Virtual Concatenation, VCAT), обеспечивает возможность объединения на логическом уровне нескольких контейнеров VC-12, VC-3 или VC-4 в один канал передачи данных. ITU-T G.707, G.783
- Схема регулировки емкости канала (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS) позволяет реализовать любые изменения пропускной способности без прекращения передачи данных. ITU-T G.7042
Рассмотрим их более подробно.
GFP была создана для замены HDLC подобных методов инкапсуляции данных поверх SDH и одновременно уменьшения стоимости и сложности реализации метода в оборудовании.
Метод GFP поддерживает инкапсуляцию таких служб как 10/100/1000 Мбит/с Ethernet, IP, PPP, протоколы сетей хранения данных FiberChannel (FC), FICON, ESCON, а в будущем предполагается поддержка цифровых широковещательных видеосигналови DVB-ASI. GFP адаптирует поток данных на основе кадров переменой длины к байт-ориентированному потоку данных сети SDH, отображая различные службы в кадр общего назначения, который затем отображается в кадры SDH. Эта кадровая структура лучше определяет и исправляет ошибки и обеспечивает большую эффективность использования полосы, чем традиционные методы инкапсуляции.
GFP кадр содержит следующие составляющие (Рис. 1): основной заголовок (GFP Header), заголовок полезной нагрузки (Payload Header), область полезной нагрузки (Payload Area), необязательное поле контроля ошибок полезной нагрузки FCS.
Рис. 1. Структура кадра GFP
Основной заголовок, в свою очередь, содержит длину GFP кадра PLI и поле cHEC (core Header Error Control) для определения и коррекции ошибок заголовка.
cHEC используется совместно с PLI для нахождения начала кадров (кадровая снхронизация). Эта процедура использует те же принципы, что и в технологии ATM для синхронизации к потоку ячеек. Сначала приемник GFP кадров находится в состоянии поиска начала кадра (Hunt State), сканируя бит за битом и сравнивая вычисленный cHEC для PLI с полученным из потока cHEC. При обнаружении совпадения приемник переходит в состояне Pre-Sync State в котором ему уже известна начальная точка следущего GFP кадра. Если для следующего кадра вычисленный cHEC совпадает с полученным, то считается, что кадровая синхронизация установлена и приемник переходит в нормальное состояние синхронизации Sync State.
Преимущество такого подхода (по сравнению с HDLC методами резервирующими символ, обычно 0×7E, указывающий начало кадра) нет необходимости вставлять в кадр дополнительные управляющие символы (обычно 0×7d): если символ 0×7E встречается в поле полезной нагрузки он заменяется парой 0×7d, 0×5e, а символ 0×7d парой 0×7d, 0×5d. Такие вставки приводят к недетерминированному изменению размеров кадра и усложняют приемо-передающее оборудование.
На данный момент применяются два типа адаптации клиентского сигнала: GFP-Framed (GFP-F) и GFP-Transparent (GFP-T).
Метод GFP-F ориентировани на инкапсуляцию в один кадр GFP одного кадра клиентского сигнала (PDU) и имеет следующие особенности:
- PDU буферизуется перед инкапсуляцией (т.к. имеет переменную длину);
- PDU могут отображаться к различным скоростям передачи (в т.ч. и переменным при использовании VCAT/LCAS);
- Работает на уровне 2 (Layer 2), т.е. использует байтовую последовательность PDU, извлеченную из физического уровня;
- Заголовок полезной нагрузки (Payload Header) содержит информацию об инкапсулируемом протоколе;
- Хорошо подходит для трафика данных (Ethernet, IP), однако задержки могут быть неприемлимы для протоколов сетей хранения данных (SAN).
Метод GFP-T ориентирован на сигналы, использующие кодирование 8B/10B (Gigabit Ethernet, протоколы SAN).
Схема кодирования 8B/10B отображает 256 возможных значений байт данных в 1024 возможных значений 10 битовых кодовых символов таким образом, что обеспечивается сбалансированность в линии последовательностей нулей и едениц, необходимая для корректной синхронизации и приема данных. Код 8B/10B имеет 25% избыточность. В GFP-T сначала последовательность 8B/10B декодируется к исходным 8 битам, затем кодируется снова в более эффективный супер блок 64B/65B.
ETHERNET: САМ ПО СЕБЕ ИЛИ ПО SDH
Операторы сетей в зависимости от потребностей своих клиентов исповедуют различные подходы к обеспечению доступности своих услуг в городских и межрегиональных сетях. В европейских регионах ставка делается главным образом на обычный Ethernet, так что трафик Ethernet передается без обращения к промежуточному уровню по медным или оптическим носителям. Потребность в недорогой пропускной способности неуклонно возрастает, поэтому в городских сетях все явственнее наблюдается тенденция перехода от обычного Ethernet к так называемому оптическому Ethernet со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с. Эти сети проникают из локальной области в глобальные сети и связывают клиентские филиалы в различных городских сетях по глобальному каналу.
С прочими требованиями — к примеру с необходимостью повсеместной доступности — сталкиваются те, кто эксплуатирует волоконно-оптические сети SDH в масштабах всей страны. На этой платформе они предлагают ряд глобальных услуг. Благодаря Ethernet по SDH (Ethernet over SDH, EoSDH) они получают преимущества географической достижимости. Однако SDH и Ethernet совместно работают неэффективно, поскольку сети SDH изначально строились для передачи таких сигналов, как голос с постоянной скоростью передачи бит, а сети Ethernet, в которых потребность в пропускной способности сильно варьируется, напротив, передают сигналы переменной длины. Поэтому в случае традиционных выделенных линий в каждом клиентском филиале выполняется преобразование при помощи дополнительных маршрутизаторов. Совсем иначе обстоит дело с EoSDH: сетевой оператор интегрирует интеллект преобразования в свою сеть. T-Com, в частности, оснащает мультиплексоры SDH интерфейсами Ethernet от Lucent, чтобы Ethernet можно было провести непосредственно к конечному пользователю. В результате клиент получает простой интерфейс Ethernet, а до остального ему нет дела (см. Рисунок 1).
Все это позволяет реализовать недавно принятые стандарты общей процедуры синхронизации кадров (Generic Framing Procedure, GFP), группы виртуальной конкатенации (Virtual Concatenation Group, VCG) и схемы настройки емкости канала (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS). С их помощью операторы модулируют данные Ethernet из локальной клиентской сети таким образом, что они эффективно могут передаваться через структуру SDH. GFP приводит пакеты Ethernet разной длины в соответствие с требованиями стандартных транспортных контейнеров SDH. VCG обеспечивает гранулярное предоставление пропускной способности в сети SDH. Для этого метод объединяет различные маршруты в сети SDH в виртуальный пучок. Преимущество заключается в том, что при помощи VCG пропускная способность в сетях SDH масштабируется с меньшим шагом. Наконец, LCAS предлагает еще одну адаптированную для передачи Ethernet альтернативу традиционным защитным механизмам SDH. Она отвечает за то, чтобы высокая готовность SDH оставалась и у Ethernet. Если один из объединенных посредством VCG путей откажет, то остальные продолжат выполнять его задачи.
ЭКОНОМИЯ БЛАГОДАРЯ ЕДИНОМУ ПРОТОКОЛУ
Операторы все-таки разработали недорогую альтернативу: они «продлили» стандарт для локальных сетей в область глобальных и организовали службы Ethernet в городских сетях (Metropolitan Area Networks, MAN). Между тем европейские провайдеры восприняли эту стратегию и направили Ethernet в метросети по оптическим или медным кабелям вплоть до корпоративных клиентов.
С появлением Ethernet в глобальных сетях стоимость коммуникационной инфраструктуры для предприятий значительно снижается, поскольку теперь они могут обойтись без дорогостоящих маршрутизаторов. Вместо этого подключение к локальной сети производится через соединение Ethernet по методу plug-and-play: интерфейс глобальной сети и локальная сеть взаимодействуют между собой посредством Fast Ethernet по одному и тому же протоколу. Пользователь может обращаться ко всем системам в локальной сети — принтеру или телефонной IP-системе, — независимо от того, находятся ли они на одном этаже с ним или удалены на сотни километров.
Кроме того, соединения Ethernet лучше масштабируются. Традиционные выделенные линии при потребности в пропускной способности свыше 2 Мбит/с смогут предложить лишь 34 и 155 Мбит/с, за что приходится платить сполна. Ethernet для глобальных сетей, напротив, отличается лучшей гранулярностью пропускной способности и поддерживает тот же стандарт, по которому работают локальные сети — например, немецкий оператор T-Com предлагает скорости 2, 10 или 100 Мбит/с. Особой интерес для многих компаний среднего размера представляет собой ступень в 10 Мбит/с, каковая, к примеру, необходима для использования SAP в масштабах всего предприятия.
По сравнению с классической выделенной линией со скоростью передачи 2 Мбит/с по медному кабелю за соединение Ethernet со скоростью 10 Мбит/с по оптическому носителю приходится платить не намного большую ежемесячную арендную плату. При этом нет необходимости покупать более производительное аппаратное обеспечение, поскольку переход между локальной сетью и восходящим каналом Ethernet реализуется по той же технологии. Единственное условие: коммутаторы локальной сети на стороне клиента должны поддерживать желаемую пропускную способность. Но это вряд ли может служить препятствием, поскольку сегодня предприятия предпочитают использовать по меньшей мере Fast Ethernet, а многие уже перешли на Gigabit Ethernet. В случае классических выделенных линий, напротив, переход к более высокой пропускной способности часто требует дополнительных инвестиций в более производительные маршрутизаторы, потому что многие организации по причине высокой стоимости оборудования приобретают устройства без запаса производительности.
Вследствие этого не слишком крупные предприятия предпочитают выделенной линии соединение с глобальной сетью по Ethernet. Потенциал для экономии, который обещает Ethernet в глобальной сети, оборачивается для рынка оборудования Ethernet двузначными темпами роста. Так, до 2007 г. IDC обещает для Metro Ethernet годовой рост в 60%, а Infonetics прогнозирует, что оборот от продажи оборудования для сетей Metro Ethernet вырастет с 2,4 до 6,2 млрд евро.
Изначальные задачи
Попробуем непредвзято рассмотреть две конкурирующие технологии. Как мы знаем, каждая из них была придумана для решения конкретных задач. Так, SDH создавалась как технология транспортного уровня для среды с коммутацией каналов, и очевидно, что ее роль состояла в организации услуг телефонии. Рождение пакетной коммутации можно отнести ко времени появления стека протоколов TCP/IP, и ее первичное назначение состояло в совершенствовании способов связи между компьютерами.
Услуга передачи данных в составе пакетов, появившаяся намного позже традиционной телефонии, прошла сложный путь развития. Сегодня такие технологии, как VPN и Multicast, открывают большие перспективы для пакетной коммутации и дают ей преимущества перед TDM-сетями. А возможность варьировать полосу пропускания (выбирая конкретное значение между гарантированным и максимально возможным) позволяет операторам подключать столько клиентов, что суммарная потребляемая нагрузка в моменты их наивысшей активности намного превышает реальную пропускную способность сети.
Спор между сторонниками TDM- и пакетных сетей обусловлен развитием IP-технологий и их нынешней способностью взять на себя решение задач, традиционно присущих сетям с коммутацией каналов. Эти возможности IP-сетей опираются на современные технологии производства микросхем, позволяющие добиваться тесной интеграции компонентов при удешевлении конечной стоимости изделий. Однако те же свойства (удешевление и интеграция) свойственны и более старому оборудованию SDH. К ранее существовавшим функциям передачи TDM-трафика в SDH добавляется возможность передачи трафика Ethernet — при сохранении традиционно высокого качества услуг.
Получается, что обе технологии стремятся к общей цели — предоставить клиенту максимум качественных услуг по минимальной цене и с помощью хорошо знакомого интерфейса. Что же в таком случае делать оператору?
Основные особенности GFP-T:
- Работает на уровне 1 (Layer 1), т.е. использует кодовые символы линейного кода исходного сигнала;
- Кадр GFP не содержит информации об инкапсулируемом протоколе;
- Скорости передачи фиксированы и определены клиентским протоколом.
Сравнительная характеристика GFP-F и GFP-T приведена в Таблице 1.
За разумный подход
В отношении дальнейшего развития IP/Ethernet имеет явные преимущества перед SDH. С помощью этого стека протоколов можно создавать «прозрачные» сети и обеспечивать самый широкий на сегодня спектр услуг на базе единого стандартного интерфейса. Но нельзя списывать со счетов и «старые добрые» SDH-сети. Число клиентов, использующих TDM-услуги, еще достаточно велико. Именно на основе сетей SDH можно осуществлять первые подключения будущих Ethernet-клиентов. Опираясь на реальные сведения о топологии сетей TDM и загрузке трафиком их каналов, можно проектировать новые сети Ethernet, что позволит экономить средства на первом этапе инвестиций. Ну а если вы не в состоянии определиться с выбором технологий развития сети, попробуйте «подружить» их с помощью оптических решений WDM. В любом случае, оператору нужно готовить клиента к возможностям новых технологий и самим готовиться к приходу нового клиента.
Благодаря развитию стандартов, технология Ethernet стала значительно более производительной, получила в свое распоряжение необходимые средства дифференциации трафика и обеспечения качества обслуживания. В настоящее время технологию Ethernet рассматривают как одну из составляющих сетей связи следующего поколения, особенно сетей городского масштаба (metro).
Интеграция Ethernet в оборудование SDH дает дополнительные преимущества, среди которых механизмы быстрого восстановления трафика, наличие отработанных средств эксплуатации, администрирования и обслуживания (OA&M).
Линейка оборудования Metropolis (Metropolis AMS, Metropolis AM, Metropolis AMU, Metropolis ADM Compact, Metropolis ADM Universal) производства Lucent Technologies состоит из мультисервисных платформ SDH следующего поколения (Next Generation SDH), которые оптимизированы для предоставления служб Ethernet без затрат на создание и обслуживание отдельной наложенной сети.
В основу Ethernet поверх SDH в оборудовании Metropolis положены следующие составляющие:
- Общая процедура разбиения на кадры (General Framing Procedure, GFP), которая обеспечивает адаптацию асинхронного трафика данных на основе кадров переменной длины к байт-ориентированному трафику SDH с минимальными задержками и избыточностью заголовков.
- Виртуальная конкатенация (Virtual Concatenation, VCAT), обеспечивает возможность объединения на логическом уровне нескольких контейнеров VC-12, VC-3 или VC-4 в один канал передачи данных. Это дает возможность гибкого выделения полосы для трафика Ethernet (от 2 Мбит/с до 1 Гбит/с). Преимущество еще и в том, что отдельные контейнеры могут передаваться по сети независимо друг от друга разными маршрутами, при этом достаточно, чтобы VCAT поддерживали два сетевых элемента на концах канала.
- Схема регулировки емкости канала (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS) позволяет реализовать любые изменения пропускной способности без прекращения передачи данных. Данный метод позволяет обеспечить альтернативную схему защиты в сети SDH: связанные VCAT контейнеры проходят разными сетевыми маршрутами и в случае отказа на одном из маршрутов механизмы LCAS оставляют в соединении незатронутые отказом виртуальные контейнеры, тем самым сохраняя работоспособность соединения, хотя и с меньшей пропускной способностью.
Дополнительно, платформы Metropolis способны поддерживать коммутацию Ethernet и обеспечивают следующую функциональность:
- поддержка VLAN тегов:
- IEEE 802.1q, включая транкинг VLAN;
- Стек VLAN тегов, для прозрачной передачи тегов VLAN пользователей;
- точка-точка или Ethernet Privat Line (EPL) выделенные линии Ethernet;
- точка-многоточка дял служб выделенных LAN и прозрачного соединения LAN Transparent LAN Serviсe (TLS);
- контроль скорости с гарантией полосы пропускания (CIR/PIR);
- дифференциация сервисов в соответствии с IEEE 802.1p;
- дополнительные защитные механизмы через STP (IEEE 802.1d), RSTP (802.1w) и LCAS.
Решение Ethernet поверх SDH компании Lucent Technologies реализовано на базе карт и модулей, устанавливаемых в оборудование SDH Metropolis. Имеются следующие варианты их исполнения:
- 4 порта 10/100 BaseT, для установки в Metropolis AMS, AM и AMU;
- 8 портов 10/100 BaseT, для установки в Metropolis ADM Compact и Universal;
- 2 порта Gigabit Ethernet (SX или LX), для Metropolis ADM Compact и Universal;
- 8 портов 10/100 BaseT EPL, для Metropolis AMS, AM и AMU;
- 2 × 10/100 BaseT + 2 × 10/100/1000 BaseT или 2 x GbE (SX или LX с разъемами SFP) + 4 x E1 (120 или 75 Ом), для Metropolis AMU;
- 4 × 10/100 BaseT + 32 x E1 (75 Ом), для Metropolis AMU.
Решения EoS обеспечивают быстрое внедрение новых сервисов (VPN, Internet/Intranet/Extranet, передача данных) при минимуме инвестиций, минимизируют изменения в сети при росте услуг пакетной передачи: инсталлированный трафик на основе выделенных линий остается нетронутым, достигается экономия на наложенных сетях. Ethernet интерфейсы дешевле, чем PDH и PoS (Packet over SDH) и в оборудовании Metropolis позволяют подключаться на той скорости и с тем качеством, которые необходимы пользователю.
Основные применения решений EoS это: связь локальных сетей Fast Ethernet (10/100 Base-T) и GbE, соединение маршрутизаторов ISP, предоставление управляемых IP-услуг (IP-VPN, доступ в Интернет, IP-телефония и т.д.).
На рисунке представлен пример использования Ethernet поверх SDH для организации связи корпоративных сетей и доступа в Интернет.
Благодаря развитию стандартов, технология Ethernet стала значительно более производительной, получила в свое распоряжение необходимые средства дифференциации трафика и обеспечения качества обслуживания. В настоящее время технологию Ethernet рассматривают как одну из составляющих сетей связи следующего поколения, особенно сетей городского масштаба (metro).
Интеграция Ethernet в оборудование SDH дает дополнительные преимущества, среди которых механизмы быстрого восстановления трафика, наличие отработанных средств эксплуатации, администрирования и обслуживания (OA&M).
Линейка оборудования Metropolis (Metropolis AMS, Metropolis AM, Metropolis AMU, Metropolis ADM Compact, Metropolis ADM Universal) производства Lucent Technologies состоит из мультисервисных платформ SDH следующего поколения (Next Generation SDH), которые оптимизированы для предоставления служб Ethernet без затрат на создание и обслуживание отдельной наложенной сети.
В основу Ethernet поверх SDH в оборудовании Metropolis положены следующие составляющие:
- Общая процедура разбиения на кадры (General Framing Procedure, GFP), которая обеспечивает адаптацию асинхронного трафика данных на основе кадров переменной длины к байт-ориентированному трафику SDH с минимальными задержками и избыточностью заголовков.
- Виртуальная конкатенация (Virtual Concatenation, VCAT), обеспечивает возможность объединения на логическом уровне нескольких контейнеров VC-12, VC-3 или VC-4 в один канал передачи данных. Это дает возможность гибкого выделения полосы для трафика Ethernet (от 2 Мбит/с до 1 Гбит/с). Преимущество еще и в том, что отдельные контейнеры могут передаваться по сети независимо друг от друга разными маршрутами, при этом достаточно, чтобы VCAT поддерживали два сетевых элемента на концах канала.
- Схема регулировки емкости канала (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS) позволяет реализовать любые изменения пропускной способности без прекращения передачи данных. Данный метод позволяет обеспечить альтернативную схему защиты в сети SDH: связанные VCAT контейнеры проходят разными сетевыми маршрутами и в случае отказа на одном из маршрутов механизмы LCAS оставляют в соединении незатронутые отказом виртуальные контейнеры, тем самым сохраняя работоспособность соединения, хотя и с меньшей пропускной способностью.
Дополнительно, платформы Metropolis способны поддерживать коммутацию Ethernet и обеспечивают следующую функциональность:
- поддержка VLAN тегов:
- IEEE 802.1q, включая транкинг VLAN;
- Стек VLAN тегов, для прозрачной передачи тегов VLAN пользователей;
- точка-точка или Ethernet Privat Line (EPL) выделенные линии Ethernet;
- точка-многоточка дял служб выделенных LAN и прозрачного соединения LAN Transparent LAN Serviсe (TLS);
- контроль скорости с гарантией полосы пропускания (CIR/PIR);
- дифференциация сервисов в соответствии с IEEE 802.1p;
- дополнительные защитные механизмы через STP (IEEE 802.1d), RSTP (802.1w) и LCAS.
Решение Ethernet поверх SDH компании Lucent Technologies реализовано на базе карт и модулей, устанавливаемых в оборудование SDH Metropolis. Имеются следующие варианты их исполнения:
- 4 порта 10/100 BaseT, для установки в Metropolis AMS, AM и AMU;
- 8 портов 10/100 BaseT, для установки в Metropolis ADM Compact и Universal;
- 2 порта Gigabit Ethernet (SX или LX), для Metropolis ADM Compact и Universal;
- 8 портов 10/100 BaseT EPL, для Metropolis AMS, AM и AMU;
- 2 × 10/100 BaseT + 2 × 10/100/1000 BaseT или 2 x GbE (SX или LX с разъемами SFP) + 4 x E1 (120 или 75 Ом), для Metropolis AMU;
- 4 × 10/100 BaseT + 32 x E1 (75 Ом), для Metropolis AMU.
Решения EoS обеспечивают быстрое внедрение новых сервисов (VPN, Internet/Intranet/Extranet, передача данных) при минимуме инвестиций, минимизируют изменения в сети при росте услуг пакетной передачи: инсталлированный трафик на основе выделенных линий остается нетронутым, достигается экономия на наложенных сетях. Ethernet интерфейсы дешевле, чем PDH и PoS (Packet over SDH) и в оборудовании Metropolis позволяют подключаться на той скорости и с тем качеством, которые необходимы пользователю.
Основные применения решений EoS это: связь локальных сетей Fast Ethernet (10/100 Base-T) и GbE, соединение маршрутизаторов ISP, предоставление управляемых IP-услуг (IP-VPN, доступ в Интернет, IP-телефония и т.д.).
На рисунке представлен пример использования Ethernet поверх SDH для организации связи корпоративных сетей и доступа в Интернет.
Технология SDH появилась в начале 80-х годов и была призвана заменить системы PDH, которые имели ряд существенных недостатков, что делало их неэффективными в применении и обслуживании. Среди этих недостатков сложные схемы мультиплексирования с бит-стаффингом, из-за чего невозможно прямое извлечение из потока низкоскоростных компонентов без его демультиплексирования, а также слабые возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и полное отсутствие средств маршрутизации низовых мультиплексированных потоков.
Применение технологии SDH упрощает сети, т.к. в синхронной сети один мультиплексор ввода/вывода заменяет целую «гирлянду» мультиплексоров PDH, позволяя вывести, например, сигнал E1 из потока STM-4. Сети SDH обладают повышенной надежностью, вследствии наличия механизмов самовосстановления, а также имеют развитые средства конфигурирования, мониторинга и обслуживания. Системы передачи SDH, благодаря использованию волоконно-оптических линий связи, позволяют создавать высокоскоростные каналы (до 40 Гбит/с), имеют высокий уровень достоверности передаваемой информации. Все это, а главное, наличие хорошо проработанных и проверенных временем стандартов, простота, низкие эксплуатационные расходы привели к тому, что сети SDH широко используются в качестве транспортных сетей операторов связи.
ДВА ПОДХОДА
Преимущества обоих подходов базируются на их техническом происхождении. Ethernet адаптирован к потребностям локальных сетей и почти не прибегает к централизованному управлению трафиком данных. Такие сети могут быть построены с использованием простых и недорогих компонентов. Узкие места Ethernet компенсирует не за счет повышения эффективности, а путем увеличения пропускной способности. В локальных сетях это оказалось экономичным решением, поскольку компьютеры и сетевое оборудование, становясь мощнее, неуклонно дешевеют. Региональные операторы вместе с обычным Ethernet попытались перенести этот принцип в область городских сетей. Они стали использовать Ethernet точно так же, как в территориальных сетях, и ожидают, что смогут предложить недорогую альтернативу для городских сетей.
Однако на основании параметров обычного Ethernet сделать точные выводы относительно качества передачи вряд ли возможно. Это удается в случае некоторых приложений лишь на более высоком уровне, к примеру с помощью TCP/IP, что затрудняет анализ ошибок. Особую критичность это обстоятельство приобретает на длинных линиях передачи.
SDH, напротив, оптимизирован для передачи данных в оптических глобальных сетях и обладает механизмами для мониторинга и управления трафиком данных. Кроме того, благодаря синхронной передаче данных сети SDH работают очень эффективно. Отображение GFP в EoSDH использует это преимущество и функционирует эффективнее асинхронного трафика данных в локальных сетях (см. врезку «Аналитические функции EoSDH»).
Благодаря перечисленным инструментам операторы сетей способны обеспечить высокое качество услуг: в случае EoSDH они могут предоставить такие же обязательства в отношении производительности, что и для классических фиксированных соединений SDH. При этом EoSDH с методом LCAS превосходит их в отношении готовности. Так, в случае отказов LCAS все-таки позволяет предоставить минимальную пропускную способность. При соответствующем назначении приоритетов можно, к примеру, по-прежнему передавать голосовые данные. Виртуальные локальные сети для голосовых данных выделяют голосовому трафику приоритетную пропускную способность.
Операторы и производители сетевого оборудования продолжают работать над совершенствованием методов назначения потокам данных приоритетов и управления готовностью. К их числу относится возможность немедленной активизации резервных соединений в случае отказа. При помощи расширенной, по сравнению с традиционными фиксированными соединениями, дифференциации услуг операторы хотели бы реагировать на запросы пользователей более гибко. Так, Deutsche Telekom в рамках своего проекта Global Seamless Network проводит испытания метода добавления пропускной способности по запросу. Услуги должны ориентироваться на профиль используемых приложений. Обычный Ethernet, как и EoSDH, позволяет объединять несколько филиалов в сеть, причем в зависимости от плотности трафика или требований к обслуживанию применяются либо Ethernet, либо EoSDH, либо обе технологии одновременно.
Все чаще в своих магистральных сетях операторы обращаются к высокоэффективным методам глобальных сетей, в частности мультиплексированию по длине волны с высокой плотностью (Dense Walelength Division Multiplexing, DWDM). Однако в сетях доступа все в большей мере пользуются спросом более простые и гибкие технологии, такие, как Ethernet. В конечном итоге, оператор сети должен определиться с тем, какие услуги он собирается предлагать в своей глобальной сети. Например, во франкфуртском банковском квартале имеет смысл использование EoSDH с его высокой гарантированной производительностью. Для сетей, где работает множество пользователей и предъявляются высокие требования к гибкости услуг, наиболее подходит обычный Ethernet.
С дальнейшим развитием сетей и услуг EoSDH и обычный Ethernet будут все теснее сближаться, так что их преимущества объединятся. С одной стороны, операторы городских сетей ищут пути для управления потоками данных в сетях Ethernet, с другой — EoSDH постепенно приобретет дополнительные функции с ориентацией на пакеты. Скорее всего, именно в городских сетях будет сконцентрирована критическая масса пользователей, которые и сделают построение структур Ethernet рентабельным для операторов. Однако большая часть клиентов — как правило, предприятия среднего размера — расположена вне крупных центров. Они и дальше будут пользоваться имеющимися услугами.
Петер Нойманн — менеджер по маркетингу Clear Channel в T-Com. Д-р Вольф Пискалар — советник по техническим вопросам отдела продаж Lucent.
Эволюция или революция
Те операторы, которые хотят соответствовать современным запросам клиента, вынуждены развиваться. Под этим подразумевается, в первую очередь, качественное развитие технологической инфраструктуры, без которого оператор не получит новых клиентов и может потерять уже существующих. А любое развитие может быть или эволюционным, или революционным процессом. Сейчас начинается очередная качественная перестройка в телекоммуникациях, и как ранее цифровая сеть вытесняла аналоговую, так теперь пакеты будут заменять каналы.
Однако спрос на TDM-сети исчезнет не сразу. Более того, отечественный рынок отстает в своем развитии от западного, и у нас проблема смены технологий наиболее остро встанет лет через пять. Столичный оператор МГТС объявил о полном переходе на цифровую связь лишь к 2007 году, а компании British Telecom и Deutsche Telecom пообещали заменить цифровую TDM-сеть на пакетную до 2010 года. Пятилетнего временного запаса вполне достаточно, чтобы окупить вложения в SDH-сети, сделанные несколько лет назад или даже сегодня. Оператору нельзя отказываться от приносящих прибыль клиентов, которые сейчас пользуются TDM-услугами и собираются пользоваться ими еще довольно долго. Но одновременно нужно завоевывать нового клиента, а для этого требуются резервы полосы пропускания и оборудование, которое обеспечит предоставление услуг следующего поколения.
Каждый оператор должен сам для себя решить, какая стратегия развития подходит ему наилучшим образом. В конце концов, даже революционный прыжок при переводе сети на пакетную коммутацию не помешает эмулировать прежние каналы TDM в IP-среде посредством нового оборудования. Вопрос состоит в том, какой окажется стоимость такого обновления и как оно отразится на качестве обслуживания. Универсального совета быть не может, поскольку разные операторы ориентируются на различные категории клиентов, имеющих собственные потребности и возможности. Не последнюю роль в формировании стратегии развития играет и исходный набор используемых технологий и комплектов услуг. Принимая решение о пути технологического развития, совершенно необходимо учитывать все факторы, которые влияют на операторский бизнес.
Равнозначность критериев сравнения
При сравнении возможностей SDH и IP принято отталкивается от стандартной скорости клиентского интерфейса 100 Мбит/с. С одной стороны, это правильно, а с другой — не совсем корректно в отношении SDH.
С точки зрения пользователя Ethernet, 100 Мбит/с является оптимальной на сегодня скоростью клиентского порта. Она позволяет заказчику иметь высокоскоростной доступ и увеличивать скорость канала по мере роста потребностей без дополнительных затрат. Однако кольца SDH строят, исходя из базовой скорости клиентского порта 2 Мбит/с. Такие кольца имеют дискретную размерность — 155 Мбит/c (STM-1), 622 Мбит/с (STM-4) и т. д. Будет более правильно опираться на ту скорость клиентского подключения, которая является усредненной для конкретного региона. Скорее всего, реально востребованная полоса пропускания окажется гораздо меньшей 100 Мбит/с: многим клиентам вполне хватит скорости 10 и даже 2 Мбит/с.
Что касается сравнения стоимости оборудования в пересчете на порт, здесь тоже есть свои тонкости. Как правило, такое сравнение осуществляется с оглядкой на предоставление услуг Ethernet, но не нужно забывать, что основное предназначение SDH-оборудования — пересылка трафика TDM. Поэтому общую стоимость TDM-оборудования стоит делить на общее число портов, которые могут быть выделены на мультиплексоре SDH (и являются источниками доходов для владельца сети). Например, для мультиплексора Alcatel 1660 SM максимальное количество портов 2 Мбит/с равняется 441, а для мультиплексора SMA4 производства Marconi — 256. Но, как показывает практика, задействовать на мультиплексоре все абонентские порты удается далеко не всегда (за исключением организации тракта «точка-точка» между двумя узлами SDH). Да и хватит ли для этого емкости кольца?
Затем следует оценить стоимость модернизации оборудования. Порой утверждается, что для увеличения пропускной способности сети SDH (от STM-1 до STM-4) необходима полная замена оборудования в кольце, а при использовании транспорта Gigabit Ethernet этого не требуется. Опять же не все так однозначно. У некоторых производителей увеличение емкости кольца на одну ступень подразумевает лишь замену плат (например, East и West). Сами устройства остаются прежними, да и осуществляется такая процедура без прерывания обработки трафика (в качестве примера можно указать мультиплексоры фирмы Marconi). Предоставление же сервиса Ethernet поверх SDH на базе кольца STM-1 вряд ли можно рассматривать как серийную услугу: уж больно маленькой окажется свободная емкость кольца. А коли так, перед оператором стоит задача расширения полосы пропускания магистральных участков сети.
Если все-таки остановиться на варианте с заменой оборудования, стоит сразу обратить внимание на новые возможности сетей SDH, такие как поддержка протоколов GFP (Generic Framing Protocol), LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) и VCAT (Virtual Concatenations). Это позволит в дальнейшем сэкономить ресурсы транспортной сети и сконцентрироваться на качественном предоставлении услуг Ethernet поверх SDH.
Еще один критерий ценового сравнения технологий — стоимость «последней мили». Если при реализации стратегии FTTH оптические линии только предстоит подвести к каждому клиенту, то стоимость этих работ делает почти незаметными затраты оператора на клиентское оборудование. Получается, что нет принципиальной разницы в том, какую технологию «доводить» до пользователя. Во всех остальных случаях нужно быть осторожным в сравнениях. Если клиенту не требуется большей скорости, ему можно предложить и каналы E1 (2 Мбит/с), причем при необходимости интерфейс G.703 E1 легко конвертируется в Ethernet 10/100 с помощью недорогого оборудования. Подобные конвертеры интерфейсов хорошо освоены российскими производителями (такими как «КБ Кроникс» или «Зелакс»). Но если речь заходит о построении VPN, целесообразно рассматривать только решения на базе Ethernet-технологии, так как посредством SDH нельзя организовать полноценную виртуальную сеть для нескольких офисов даже с учетом поддержки GFP и VCAT.
SDH и передача данных
Основное применение SDH с момента ее появления построение транспортных сетей для передачи цифровых потоков между телефонными коммутаторами.
С развитием компьютерных сетей, Интернета, технологий передачи данных (FR, ATM и т.д.) инфраструктуру транспортных сетей на основе SDH все чаще применяют для организации цифровых каналов сетей передачи данных (т.е. строят наложенные сети поверх SDH). Недостатки использования «классического» SDH для передачи данных наиболее остро стали проявляться при необходимости предоставления широкополосных услуг связи локальных сетей.
Во-первых, это необходимость в преобразовании интерфейсов LAN (Ethernet) к интерфейсам SDH (E1, E3, STM-1, STM-4 и т.д.), используя промежуточные устройства, такие, как FRAD, ATM IAD, IP маршрутизаторы и т.д. Во-вторых, небольшой ряд возможных скоростей передачи данных (который к тому же слабо корелируется с рядом скоростей LAN: 10, 100, 1000 Мбит/с), значительно ограничивает возможности эффективного предоставления услуг, либо требует применения в подключаемом оборудовании дополнительных схем (например, инверсное мультиплексирование). Т.о. типичный результат при добавлении служб данных к традиционным SDH сетям увеличение сложности оборудования и повышение стоимости.
Для преодоления этих ограничений, производители SDH оборудования пошли по пути создания систем SDH следующего поколения (Next Generation SDH, NG SDH). Оборудование NG SDH имеет интегрированные интерфейсы передачи данных (в частности, Ethernet), а также использует новые технологии, которые позволяют более эффективно выделять требуемую полосу для служб данных и обеспечивать низкую стоимость внедрения этих технологий в уже существующие сети, так как поддержка дополнительной функциональности требуется только на граничных узлах сети.
Системы SDH следующего поколения многофункцональные мультисервисные платформы, предоставляющие множество услуг без дороговизны и сложности наложенных сетей.
Изначальные задачи
Попробуем непредвзято рассмотреть две конкурирующие технологии. Как мы знаем, каждая из них была придумана для решения конкретных задач. Так, SDH создавалась как технология транспортного уровня для среды с коммутацией каналов, и очевидно, что ее роль состояла в организации услуг телефонии. Рождение пакетной коммутации можно отнести ко времени появления стека протоколов TCP/IP, и ее первичное назначение состояло в совершенствовании способов связи между компьютерами.
Услуга передачи данных в составе пакетов, появившаяся намного позже традиционной телефонии, прошла сложный путь развития. Сегодня такие технологии, как VPN и Multicast, открывают большие перспективы для пакетной коммутации и дают ей преимущества перед TDM-сетями. А возможность варьировать полосу пропускания (выбирая конкретное значение между гарантированным и максимально возможным) позволяет операторам подключать столько клиентов, что суммарная потребляемая нагрузка в моменты их наивысшей активности намного превышает реальную пропускную способность сети.
Спор между сторонниками TDM- и пакетных сетей обусловлен развитием IP-технологий и их нынешней способностью взять на себя решение задач, традиционно присущих сетям с коммутацией каналов. Эти возможности IP-сетей опираются на современные технологии производства микросхем, позволяющие добиваться тесной интеграции компонентов при удешевлении конечной стоимости изделий. Однако те же свойства (удешевление и интеграция) свойственны и более старому оборудованию SDH. К ранее существовавшим функциям передачи TDM-трафика в SDH добавляется возможность передачи трафика Ethernet — при сохранении традиционно высокого качества услуг.
Получается, что обе технологии стремятся к общей цели — предоставить клиенту максимум качественных услуг по минимальной цене и с помощью хорошо знакомого интерфейса. Что же в таком случае делать оператору?
Перечислим основные преимущества GFP:
- Стандартизация обеспечивает глобальную совместимость и приводит к низкой стоимости компонент.
- Масштабируемость GFP на сегодняшний день поддерживает службы данных на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с.
- Широкая применимость GFP может быть использован для передачи широкого спектра сигналов поверх SDH, получил одобрение рабочей группы IEEE 802.17 RPR и IETF, также подходит для применения в будущих сетях, основанных на OTN архитектуре
- Простота GFP имеет более простую технику инкапсуляции чем HDLC с механизмом разграничения кадров, проверенном на ATM и не требующем интенсивной обработки, что в результате делает программно-аппаратную реализацию GFP проще и дешевле.
- QoS невысокий уровень задержек для GFP-F и минимальный для GFP-T позволяет поддерживать приложения, требовательные к качеству обслуживания.
Хотя GFP имеет множество присущих ему преимуществ, тем не менее для поддержки передачи служб данных по сети SDH из конца в конец нужны технологии которые выделяют в сети необходимую полосу и обеспечивают возможность ее динамической настройки. Этим требованиям удовлетворяют VCAT и LCAS.
Традиционный метод конкатенции определен только для VC-4 в стандарте ITU-T G.707 термином «смежная». Это означает, что соседние контейнеры комбинируются и транспортируются через SDH сеть как один контейнер. Ограничения смежной конкатенции включают:
- необходимость тог, чтобы все сетевые узлы через которые проходит тракт передачи были способны распознать и обработать связанные (объединенныйе) контейнеры;
- недостаточная степень детализации (гранулированности) полосы, которое делает транспортировку многих сигналов данных неэффективной.
Виртуальная конкатенация (объединение), определенная недавно ITU-T, устраняет ограничения смежного метода.
Виртуальная конкатенация логически связывает индивидуальные контейнеры в одно соединение. Любое количество контейнеров любого типа (VC-12 , VC-3 или VC-4) может быть сгруппировано вместе, образуя логический канал. Это обеспечивает лучшую степень детализации полосы, чем достигается использованием традиционной техники и дает возможность гибкого выделения полосы для трафика данных с высокой степенью гранулированности, позволяя эффективно использовать пропускную способность SDH.
В традиционной сети SDH степень детализации полосы определяется транспортной емкостью контейнеров VC-12, VC-3, VC-4 и смежных групп, например, VC-4-4c четыре смежных VC-4.
Так, например, транспортировка 1 Gigabit Ethernet в традиционной сети требует выделения VC-4-16c (шестнадцать смежных VC-4), эффективность использования канала в этом случае составляет 42%. С другой стороны группа логически объединенных контейнеров VCG (Virtual Concatenated Group) VC-4-7v, где VC-4 обозначает тип контейнера на основе которого создается группа, а 7v количество членов в группе, обеспечивает приблизительно 85% эффективность (см. Таблицу 2).
Таблица 1.
Режим Описание Применение GFP-F Инкапсуляция кадров данных в GFP кадр (Layer 2).
Переменная длина кадра.
Минимальная избыточность заголовков.E/FE/GbE, IP, PPP GFP-T Инкапсудяция кодовых символолв в GFP кадр (Layer 1).
Постоянная длина кадра.
Минимальные задержки.GbE, Fiber Cannel, FICON, ESCON, DVB-ASI Аналитические функции EoSDH
В отличие от обычного Ethernet технология EoSDH предлагает операторам возможность контроля за потоками данных от одного порта локальной сети к другому при помощи существующей системы управления SDH. Эти системы отличаются чрезвычайно многочисленными функциями мониторинга в рамках специфицированных в SDH возможностей. Так, с мониторингом и формированием услуг даже в очень больших сетях со многими десятками тысяч элементов оператор справится при помощи одного-единственного инструмента. Кроме того, контролируемые в SDH параметры оптимизированы специально для передачи по оптическому волокну и соответствующим образом стандартизированы. Контрольные точки можно анализировать на уровнях SDH, GFP и Ethernet и в случае ошибки соответствующим образом реагировать. Таким образом, качество соединения всегда контролируется, что имеет особое значение для передачи данных в глобальных сетях. Обычный Ethernet пока не предлагает подобные оптимизированные для оптической инфраструктуры функции мониторинга, поэтому необходимо помнить об ограничениях этой технологии в зависимости от требований к услугам и эксплуатационным возможностям.
Читайте также: