Требования к сетям с оптическими компонентами постоянно растут. Так, большинство вычислительных центров соединено между собой по линиям Е-1 или Т-1, к достоинствам которой не относится ни высокая доступность, ни достаточная скорость передачи данных. Между тем спросом пользуется быстрая модернизация при значительных расстояниях.

Управление и безотказность работы в таких сравнительно новых областях, как удаленное тиражирование и восстановление после катастроф по расширенной сети хранения данных (Storage Area Network, SAN), предъявляют особенно высокие требования. Подобный сценарий предусматривает соединение нескольких распределенных вычислительных центров и корпоративной сети SAN при помощи волоконно-оптических линий связи, когда компоненты хранения не приходится перевозить из одного места в другое, чтобы создать копию данных. Расширение сетей хранения осуществляется посредством мультисервисных платформ с Fibre Channel поверх SDH, Ethernet поверх SDH и WDM. Операторы и сервисные провайдеры предлагают эти услуги по оптическим магистралям. В целях упрощения управления, а также повышения эффективности и масштабируемости оптической магистрали в глобальных или региональных сетях провайдеры услуг добиваются оптимальной производительности при помощи технологий старшего класса.

ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ В ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ

На примере задач хранения можно объяснить, на что именно следует обращать внимание при построении оптической транспортной сети, по которой требуется передавать большие объемы высокоскоростного трафика — ESCON, Fibre Channel или Gigabit Ethernet. Это достигается при помощи высокопроизводительных мультисервисных платформ, способных передавать по паре волокон 32 длины волны. Службы резервного копирования данных или другие операторские услуги (к примеру, передача голоса или мультисервисных приложений) могут быть реализованы посредством оптического мультиплексирования со вставкой/изъятием по прямым, кольцевым или смешанным соединениям. Уровень готовности свыше 99% обязателен. Функциональность восстановления — избыточные линейные карты с Y-кабелями, избыточные мультиплексоры для двунаправленных колец и защита длины волны — обеспечивает бесперебойную передачу, к примеру, при отказе какого-либо сетевого компонента. Общее решение завершает система мониторинга производительности электрических и оптических компонентов, в задачи которой входит контроль за каждым отдельным оптическим волокном с учетом протокола. Сеть должна поддерживать SAN с решениями как на базе Fibre Channel, так и на базе IP. Следовательно, решающим критерием является поддержка нескольких протоколов. При такой общей архитектуре предприятия могут консолидировать свои вычислительные центры и серверы с приложениями и тем самым всю свою архитектуру хранения данных. Для управления оптическими сетями доступны многие функции, к примеру интерфейс командной строки или простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol, SNMP). Основу же составляет плоскость управления.

ОСР: ЯДРО УПРАВЛЕНИЯ

Используемая в оптических сетях технология оптической плоскости управления (Optical Control Plane, OCP) позволяет в рамках сервисной архитектуры осуществлять управление сетевыми компонентами и доступ к ним через единственный уровень управления (см. Рисунок 1). Сетевыми компонентами могут быть традиционные маршрутизаторы и маршрутизаторы длины волны, коммутаторы второго и третьего уровня, мультиплексоры вставки/ изъятия, оптические продукты SDH и оптические кроссы. Мультисервисные платформы отвечают за агрегацию, предоставление и передачу голоса, видео и данных по отдельным длинам волн со скоростью от 2,5 до 10 Гбит/с и тем самым максимизируют плотность услуг в сети с мультиплексированием по длине волны высокой плотности (Dense Walelength Division Multiplexing, DWDM).

Рисунок 1. Плоскость управления в одноранговой модели позволяет строить одноранговые соединения между операторами и доменами сети.

Одну из реализаций ОСР представляет модифицированная унифицированная плоскость управления (Unified Control Plane, UCP) от Cisco. Оптические интерфейсы UCP делятся на две основные группы: интерфейсы между пользователем и сетью (User-Network Interface, UNI) и интерфейсы между сетями (Network-Network Interface, NNI). UNI соответствует стандарту UNI 1.0 организации Optical Internetworking Forum (OIF). Благодаря интерфейсу можно пользоваться услугами передачи данных на клиентах, подключаться к каналам SDH по оптической сети и реализовать сигнализацию между компонентами «клиентского устройства» и устройствами в транспортной сети. NNI обеспечивает обмен сигналами и данными о маршрутизации между отдельными сетевыми компонентами. UNI, в отличие от NNI, не поддерживает обмен информацией о маршрутизации через интерфейс, например данными о топологии. Оснащенная этими типами интерфейсов UCP позволяет поддерживать связь между различными подсетями без дополнительного уровня управления. Плоскость управления использует процедуру конструирования трафика протокола резервирования ресурсов (Reservation Protocol-Traffic Engineering, RSVP-TE), обобщенную многопротокольную коммутацию меток (GMPLS) и протоколы управления каналами (Link Management Protocol, LMP). Протокол резервирования ресурсов поддерживает резервирование ресурсов в оптической сети IP.

Более глубокое знакомство с UNI выявляет различия между сетевой (UNI-N) и клиентской (UNI-C) функциональностью. Клиентский компонент UNI-C запрашивает и получает информацию по коммутируемым каналам. Компонент UNI-N — это узел, граничащий с компонентом UNI-C и передающий информацию по сети.

UCP играет важную роль, поскольку сложные телекоммуникационные сети состоят из многоуровневых структур (IP, ATM, SDH) и оптических видов передачи данных. Алгоритмы маршрутизации и сигнализации являются базисом для установления соединения, а значит, и соглашения об уровне сервиса (Service Level Agreements, SLA).

UCP отвечает за то, чтобы сетевые ресурсы предоставлялись автоматически и информация об этом была доступна во всей сети. UCP управляет предоставлением и поддержанием соединений и тем самым выступает в качестве интегральной составной части оптических решений. Реализация такого интеллектуального уровня управления — решающий фактор при развертывании операторских сетей, которые должны гибко подстраиваться под растущие потребности клиентов и быть основой для предложения новых услуг.

ОПТИМАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ В КОЛЬЦЕ DTP/RPR

Разработанные в 90-е гг. компанией Cisco динамический транспорт пакетов (Dynamic Packet Transport, DPT), а также протокол пространственного повторного использования (Spatial Reuse Protocol, SRP) и его стандартизированная в соответствии с IEEE 802.17 форма — быстро восстанавливающееся пакетное кольцо (RPR) — появились вследствие организации соединений между маршрутизаторами Internet по оптическому волокну как результат сильно возросшего объема данных, с учетом взвешенного использования пропускной способности и различных требований к качеству услуг (Quality of Service, QoS). DPT уже давно стал одним из наиболее часто используемых протоколов и для колец доступа, и для соединений с магистральными маршрутизаторами ядра посредством точек присутствия (Point of Presence, PoP). Благодаря времени восстановления в 50 мс протокол обеспечивает высокую степень отказоустойчивости. Новый стандарт RPR представляет собой протокол уровня управления доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC) на базе кольца, его преимущества проявляются в случае масштабируемых сетевых инфраструктур. DPT для передачи пакетов данных использует два противоположно направленных оптических кольца, называемых внешним и внутренним для удобства их различения (см. Рисунок 2). Управляющие и полезные данные отправляются к цели кратчайшим путем. С точки зрения получателя, полезные данные являются нисходящим потоком, управляющие — восходящим. Таким образом, управляющая информация попадает от получателя отправителю по кратчайшему маршруту.

Рисунок 2. Кольцевая архитектура RPR в соответствии со стандартом IEEE 802.17.

Когда в целях отказоустойчивости используется лишь половина кольца, как это происходит в случае с SDH, пропускная способность задействуется не полностью. RPR, а значит, и DPT, использует сразу оба кольца и таким образом обеспечивает более высокую общую пропускную способность. DPT функционирует на физическом уровне с процедурами формирования кадра SDH и прозрачен для множества опций: «темного волокна», DWDM, а также двухточечных и кольцевых архитектур SDH. Решение функционирует также в средах с «темным волокном». DPT базируется на SRP: речь идет о протоколе на уровне МАС для передачи IP в кольцевых структурах. DPT интегрируется в маршрутизаторы и коммутаторы IP при помощи интерфейсных карт. На основе информации о топологии узел DPT автоматически решает, в каком направлении следует передавать данные узлу-получателю. Они отправляются в том направлении, где между отправителем и получателем находится наименьшее количество узлов. DPT задействует различные возможности для многократного увеличения пропускной способности пакетов по сравнению с сетями TDM. В обоих кольцах узлы могут пересылать пакеты данных параллельно.

Особенностью SRP является Destination Stripping: пакеты извлекаются из сети узлом назначения, и пропускная способность немедленно высвобождается для других пакетов. В ранних кольцевых технологиях, Token Ring или FDDI, пакеты циркулировали по всему кольцу до их изъятия. В случае SRP пропускная способность может быть использована более эффективно, поскольку пакеты удаляются немедленно после поступления на узел назначения. Каждый узел в кольце DPT выполняет копию алгоритма справедливого распределения SRP. Он обеспечивает равномерное распределение и локальную оптимизацию пропускной способности по всему кольцу. Алгоритм контролирует скорость прохождения пакетов транзитного трафика на каждом узле, чтобы предотвратить занятие пропускной способности отдельными узлами и невозможность отправки всеми остальными.

В отличие от колец TDM у DTP отсутствуют фиксированные интервалы времени или выделенная полоса пропускания. DTP поддерживает широковещание IP и поэтому подходит для требовательных приложений. RPR позволяет транслировать трафик Ethernet между множеством точек по сети SDH. Механизмом защиты сети является разделяемое защитное кольцо.

ФОРМИРОВАНИЕ ТРАФИКА ПОСРЕДСТВОМ GMPLS

Конструирование трафика — это механизм, при помощи которого определенные пакеты следуют по заранее указанному маршруту в сети. В оптических сетях для маркировки пакетов данных используется модифицированный вариант MPLS — обобщенная многопрофильная коммутация меток (Generalized Multiprotocol Label Switehing, GMPLS). С его помощью становится возможным резервирование пропускной способности в любом месте оптической сети. GMPLS делится на уже описанную оптическую плоскость управления и плоскость данных, или транспортную, предназначенную для регулирования передачи данных. Преимущество его в том, что он поддерживает такие виды передачи данных, как IP, TDM, SDH и DWDM. Иными словами, в отличие от MPLS этот протокол позволяет управлять оптическими волокнами или длинами волн. GMPLS является функцией плоскости управления. Тем самым протокол GMPLS распространяет традиционную маршрутизацию MPLS, сигнализацию и управление на сетевые компоненты транспортного уровня (см. Рисунок 3). Его появление стало возможным благодаря разработке настраиваемых лазеров и коммутации длины волны. Если в случае MPLS конструирование трафика предусмотрено только для передачи, ориентированной на пакеты, то при помощи GMPLS провайдеры услуг могут строить сквозные сети, где будут учитываться все возможные типы передачи, включая DWDM и SDH. Таким образом, GМPLS становится незаменимым для управления и конфигурирования различных сетевых технологий.

УПРАВЛЯЕМЫЕ СЛУЖБЫ В ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Провайдеры услуг могут предложить своим клиентам ряд управляемых оптических служб на базе этих технологий. К ним относятся некоммутируемые прямые соединения (выделенная линия), частная линия Ethernet с гарантированной пропускной способностью и интеграцией вычислительного центра, специализированные службы SDH для скоростей 155 Мбит/с — 10 Гбит/с, высокая доступность в виде двухточечной или кольцевой структуры, поддержка сетей хранения по SDH для передачи протоколов хранения в городских сетях или Ethernet по SDH посредством RPR. По такой топологии можно реализовать различные решения — от предоставления длин волн для простого подключения филиалов по арендуемым волоконно-оптическим линиям до индивидуально разрабатываемых решений для клиентов.

Доминик Д. МакКей — менеджер по продажам и развитию бизнеса архитектур для провайдеров услуг и оптических решений в компании Cisco Systems. С ним можно связаться по адресу: mw@lanline.awi.de.