Соединения ADSL используются сегодня, как правило, для простого доступа в Internet. Пропускная способность при этом предоставляется «по мере возможности» в зависимости от текущей нагрузки на сеть оператора. Однако для многих бизнес-приложений и потребительских приложений реального времени, к каковым относятся интерактивные игры, такой подход недостаточен. Поэтому форум DSL представил новую архитектуру, обеспечивающую предоставление услуг IP через ADSL с дифференцированным, т. е. более высоким, качеством.

Механизмы сбыта рыночных гигантов нацелены в первую очередь на максимально широкий охват частных пользователей. Тем не менее некоторые предприятия уже подключают филиалы и отделения к корпоративной сети посредством дешевых соединений DSL вместо дорогих выделенных линий, что, впрочем, сказывается на качестве услуг: DSL обеспечивает доступ к сети «по мере возможности» и не поддерживает ни параметров качества услуг (Quality of Service, QoS) для трафика Ethernet/IP, ни такие экономящие пропускную способность способы распространения информации, как многоадресная рассылка.

В качестве паллиатива вместо обеспечения QoS предлагаются варианты DSL с более широкой пропускной способностью, прежде всего симметричная технология DSL (SDSL). Она обеспечивает скорость 2,3 Мбит/с в двух направлениях вместо 768 Кбит/с или 1,5 Мбит/с для нисходящего канала ADSL и 128 Мбит/с для сравнительно узкого восходящего канала ADSL. Однако эта технология не в состоянии обеспечить качества услуг IP.

НОВАЯ АРХИТЕКТУРА DSL

Альтернативный подход представил в октябре 2003 г. форум DSL (http://www.dslforum.org): в техническом отчете TR-059 — рекомендательном документе со статусом стандарта — организация определяет архитектуру нового типа. TR-059 базируется на рабочих документах 80 и 81 (WP080, WP081) форума DSL и намечает путь развития будущих высококачественных услуг DSL. Документы нацелены на то, чтобы соединения DSL могли быть расширены для поддержки высококачественных услуг с учетом передачи по ним трафика IP.

В техническом отчете на первый план выходит требование обеспечения потенциала роста DSL. Форум DSL собирается расширить рынок сбыта за счет включения новых функций, к которым относятся и перечисленные ниже:

  • переменная скорость;
  • динамические механизмы назначения приоритетов;
  • специфическая поддержка приложений IP, включая качество услуг IP и широковещание;
  • поддержка новых бизнес-моделей, например, за счет разделения провайдеров доступа и контента;
  • распространение параметров услуг на несколько соединений и нескольких провайдеров.

L2TP И IP

АТМ представляет собой сегодня стандарт для транспорта по соединениям DSL. Архитектура форума DSL наряду с АТМ предусматривает также возможность передачи пакетов поверх SONET/SDH (Packet over Sonet/SDH, POS) и по Metro Ethernet (Ethernet для операторов). Многообразие возможностей транспорта должно привести к большей гибкости, лучшей масштабируемости и снижению накладных расходов. Для агрегирования трафика данных, как правило, используются постоянные виртуальные каналы (Permanent Virtual Circuit, PVC) АТМ. Однако, по мнению участников форума DSL, они не предлагают в достаточной степени масштабируемых решений по агрегированию. Поэтому для повышения масштабируемости и эффективности TR-059 делает ставку на протокол туннелирования второго уровня (Layer 2 Tunneling Protocol, L2TP) и IP.

Более элегантно решено и развертывание услуг. L2TP и IP должны снизить стоимость предоставления услуги в расчете на одного пользователя, поскольку оба протокола не связаны напрямую с обеспечением транспорта. В целом выбор пропускной способности становится более гибким для пользователя — вплоть до заказа дополнительной пропускной способности с помощью так называемой «турбо-кнопки». Это вполне сопоставимо с дифференцированными классами услуг при обработке трафика IP.

СВОБОДНЫЙ ВЫБОР ПРОВАЙДЕРА

Традиционная архитектура услуг DSL рассчитана в основном на предоставление линии для подключения (соединение на последней миле, абонентская линия) вплоть до модема DSL (удаленного шлюза — Remote Gateway, RG). TR-059 предлагает дополнительные формы повышения гибкости. Наряду с совместным использованием пропускной способности приложениями с разными приоритетами, архитектура предусматривает поддержку специфичных для пользователя услуг — даже в случае доступа к сети нескольких пользователей через один шлюз.

Кроме того, до сих пор получатель услуги DSL был привязан к одному-единственному провайдеру. В будущем он сможет обращаться к услугам сразу нескольких поставщиков: к примеру, доступ в Internet ему предложит один из них, видео по требованию — второй, голосовые услуги — третий. Таким образом, этот подход предусматривает определенное сотрудничество различных провайдеров. Провайдер может отвечать только за предоставление абонентской линии или за всю услугу доступа вплоть до узла доступа. Он может быть оператором региональной сети, предоставлять лишь приложения или выступать в качестве провайдера полного комплекта услуг. Для корпоративных пользователей этот компонент сотрудничества в модели наряду с расширением списка услуг означает упрощенную множественную адресацию (multihoming) и, как следствие, повышенную отказоустойчивость.

Для того чтобы расчистить путь мультипровайдерным услугам такого рода, TR-059 предусматривает стандартизацию всех интерфейсов, через которые проходит поток данных DSL (см. Рисунок 1). К ним относятся следующие сетевые интерфейсы:

  • PNI — между локальным оконечным оборудованием в помещении пользователя и модемом DSL;
  • UNI — между модемом DSL и сетью доступа;
  • NNI — между сетью доступа и другими сетевыми операторами;
  • ANI — между сетью доступа и провайдерами приложений.

Интерфейсы сетевого управления также будут стандартизированы для обеспечения эффективной совместной работы этих подобластей.

LAC И BRAS

Большинство сетей DSL появилось до распространения концепции сервера широкополосного удаленного доступа (Broadband Remote Access Server, BRAS). Последний представляет собой краевой маршрутизатор IP для интеллектуального управления широкополосным доступом. Однако сегодня, по данным форума DSL, почти все операторы сетей доступа DSL для ограничения прямого и обратного трафика используют на узлах доступа АТМ фиксированные профили скорости. Поэтому для предоставления гибко адаптируемой пропускной способности провайдерам необходимы более тонко настраиваемые механизмы. Кроме того, на фоне растущего спроса на пропускную способность операторы региональных сетей и сетей доступа нуждаются в более гибкой масштабируемости. Виртуальные пути (Virtual Path, VP) АТМ, как гласит заключение авторов TR-059, не предлагает столь необходимой дискретности.

TR-059 требует установки дополнительного оборудования на стороне провайдера, чтобы обеспечить поддержку IP региональными сетями и сетями доступа, для чего предлагается несколько вариантов. Те абоненты, кто пользуется непосредственно IP, могут быть объединены в виртуальные локальные (VLAN) и виртуальные (VPN) частные сети на уровне IP. Остальные применяют протокол двухточечного соединения (Point-to-Point Protocol, PPP) либо по АТМ (PPPoA), либо по Ethernet (PPPoE). Этот трафик агрегируется на уровне PPP или IP.

Если агрегирование происходит на уровне PPP, то продвижение данных в сеансах РРР должно осуществляться посредством маршрутизируемого протокола, например L2TP. Работающее таким образом устройство агрегирования называется концентратором доступа L2TP (L2TP Access Concentrator, LAC). Альтернативой является использование BRAS: сервер терминирует сеансы РРР и назначает абонентам IP-адреса. Благодаря функции терминирования и агрегирования РРР (PPP Termination and Aggregation, PTA) трафик снова маршрутизируется как исконный трафик IP через виртуальные локальные и виртуальные частные сети. Наряду с АТМ транспорт IP могут обеспечить Ethernet и POS.

Дополнительные сетевые элементы на стороне провайдера берут на себя не только агрегирование и коммутацию АТМ, но и маршрутизацию IP. Помимо этого, они функционируют в качестве краевых маршрутизаторов меток (Label Edge Router, LER) для магистрали MPLS. LER служат конечными точками путей коммутации меток (Label-Switched Path, LSP) в сети MPLS. Сеть MPLS в том виде, в каком она уже сегодня используется многочисленными провайдерами, позволяет осуществлять управление трафиком и обеспечивать качество услуг для таких LSP. На Рисунке 2 показан сценарий, когда функции АТМ и BRAS объединены в одном многопротокольном краевом устройстве.

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ПРОЦЕСС

Пропускная способность абонентской линии предоставляется в полное распоряжение соответствующего модема DSL. Однако среди провайдеров со стороны восходящего канала — т. е. от мультиплексора доступа DSL (DSL Access Multiplexer, DSLAM) в направлении ядра сети — вполне обычна практика чрезмерного бронирования пропускной способности (overprovisioning). Масштабы зависят от того, какой активности провайдер ожидает от своих абонентов. Однако для таких чувствительных приложений, как передача голоса или видеоконференций по IP, интерактивные игры или корпоративные виртуальные частные сети, подобное бронирование может нанести ущерб, поскольку ставит под вопрос качество услуг.

Для обеспечения QoS TR-059 предлагает двухступенчатый подход: на первом этапе при помощи управления трафиком (Trafic Engineering, TE) необходимо определить классы сервисов для приоритетной обработки определенных типов трафика. После чего должна быть обеспечена поддержка IP QoS для отдельных потоков данных в региональной сети и сети доступа. Провайдеры экономически заинтересованы в том, чтобы как можно дольше использовать имеющееся у них оборудование АТМ. Поэтому форум DSL разделил введение обеспечения IP QoS для отдельных потоков на две части. Фаза 1 предусматривает управление трафиком посредством статичного формирования услуг. Фаза 2 описывает будущее, в котором динамические механизмы в рамках базирующихся на правилах сетей будут обеспечивать произвольное назначение параметров QoS в зависимости от потребности.

ФАЗА 1

Первая фаза модели основана на существующей архитектуре АТМ и предусматривает два расширения: в сети доступа BRAS отвечает за обработку трафика IP, а в помещении абонента также должно быть установлено устройство с поддержкой IP. Цель этого шага — реализация дифференцированных услуг с IP QoS по сети второго уровня, которая сама по себе сетью IP не является. Узлы второго уровня не в состоянии различать разные классы IP в пределах очереди, поэтому важно предотвращать заторы данных. Такие приложения, как передача голоса по IP, очень чувствительны к колебаниям при передаче (вариации задержки), поэтому значительных задержек при формировании очередей следует избегать. Следовательно, функциональность сети второго уровня надо ограничить исключительно транспортом и по возможности не допускать буферизации в узлах второго уровня. Для этого необходимо, чтобы BRAS был осведомлен о фокусных точках сетевой топологии, в частности о потенциальных точках перегрузки, а также о пропускной способности соединительных линий и проч. Кроме того, BRAS отвечает за то, чтобы в сеть второго уровня поступал тот объем трафика, с которым она в состоянии справиться, что, в свою очередь, требует иерархических механизмов планирования вместе с формированием услуг и правил с учетом ограничений сети (см. Рисунок 3).

В качестве единственных пунктов, где осуществляется управление IP QoS, архитектура предусматривает BRAS и удаленный шлюз у подписчика. Следовательно, TR-059 не предполагает сделать промежуточные элементы, в частности DSLAM, устройством третьего уровня, т. е. маршрутизатором. Выбранный подход нацелен на обеспечение возможности пользоваться многочисленными услугами различных провайдеров, вместо того чтобы зависеть от оператора DSLAM.

Провайдер определяет на BRAS и удаленном шлюзе общие профили трафика. Соответствующая конфигурация выполняется непосредственно на заводе или при помощи инсталляционного компакт-диска. Удаленный шлюз поддерживает статично назначаемые очереди по мере возможности (Best Effort) и приоритетной доставки (Expedited Forwarding). Опционально для поддержки большого числа потоковых услуг или для «золотых», «серебряных» и «бронзовых» тарифов можно использовать очереди с гарантированной доставкой (Assured Forwarding). Эта опция требует конфигурации определенных классов DiffServ на стороне провайдера, после чего профили определяют формирование трафика и параметры очередей.

BRAS как в методе на основе PTA, так и в случае с L2TP берет на себя применение правил для трафика в восходящем потоке и ограничение трафика в нисходящем. Профилирование, применение правил и маркировка трафика данных производятся BRAS для сеансов, а не для приложений. Обновление профилей BRAS провайдер осуществляет при формировании услуг, а не посредством сигнализации в трафике. Для обновления профилей удаленного шлюза абонент должен вручную изменить конфигурацию или загрузить новый образ программного обеспечения.

ФАЗА 2

Во второй фазе вводятся динамические механизмы для воздействия на параметры качества услуг. Этот метод позволяет вносить зависимые от приложений или инициируемые пользователем изменения в параметры QoS. Примером может служить временная акцентация профиля качества услуг для интерактивных игр или видеоконференций с последующим переключением обратно на доступ в Internet «по мере возможности». Основу такого типа услуг составляет хранилище правил на базе облегченного протокола доступа к каталогу (Lightweight Directory Access Protocol, LDAP). В нем содержатся правила, за преобразование которых отвечают BRAS и удаленный шлюз (см. Рисунок 4).

В хранилище находится информация о профилях подписчика, в том числе о скорости синхронизации DSL и о приоритетах пользователя, обращение к которой производится через протокол доступа к каталогу, такой, как LDAP. Принимая сеанс доступа, провайдер сетевых услуг предоставляет ассоциированный с этим сеансом индикатор профиля. Получив индикатором BRAS может запросить и полный профиль из хранилища. Похожим образом передается информация и удаленному шлюзу, если последнему необходим профиль. Этот метод позволяет осуществлять координацию профилей между провайдерами сетевых услуг и провайдерами приложений. Распределение профилей между сетевыми элементами выполняется в реальном времени и не требует сброса или перезагрузки.

В описанной модели BRAS и удаленный шлюз должны поддерживать маркировку и ремаркировку дифференцированных услуг. BRAS контролирует соответствующие точки кода (Differentiated Services Code Point, DSCP) и обеспечивает ремаркировку трафика данных, когда он не соответствует профилю абонента. BRAS и удаленный шлюз на второй фазе должны поддерживать формирование очередей DiffServ как для Expedited Forwarding, так и для Assured Forwarding. Кроме того, оба устройства должны быть в состоянии одновременно обрабатывать несколько очередей и предоставлять соответствующие механизмы планирования. Если абонент использует несколько PVC, BRAS обеспечивает отображение между DSCP и PVC.

Таким образом, BRAS является центральным элементом для обеспечения качества услуг IP на базе правил. Чтобы этот метод функционировал, ему необходимо «видеть» весь трафик данных, проходящий через элементы второго уровня. Такую возможность можно обеспечить двумя способами. Во-первых, весь предназначенный для узла доступа трафик должен проходить через BRAS, чтобы тот мог управлять им соответствующим образом. Во-вторых, когда не весь трафик следует через BRAS, не контролируемые BRAS ресурсы переходят под его контроль. Управление трафиком данных, проходящим мимо BRAS, осуществляется методами Traffic Engineering. Кроме того, модель предусматривает, что управление услугами и их уровнями (производительность сети, метрики работы) должно быть соответствующим образом адаптировано со стороны провайдера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В TR-059 форум DSL представил методику, благодаря которой ADSL способна поддерживать специфичные для IP услуги. В то же время конечный пользователь сможет более гибко управлять своими подключениями по DSL. В некоторых случаях это будет происходить автоматически, в зависимости от приложения. Выпуская TR-059, форум DSL рассчитывает на требовательные потребительские приложения, прежде всего на интерактивные игры, поскольку в этой области отрасль ожидает очень доходного роста рынка. Однако от подключений по ADSL с поддержкой качества услуг IP получат также выгоду филиалы компаний и небольшие предприятия.

Вильгельм Грайнер — редактор LANline. С ним можно связаться по адресу: wg@lanline.awi.de.