В краткосрочной перспективе интеграция IP и оптики позволит устранить операционные и технологические трудности, преодоление которых сегодня связано со значительными расходами как денежных, так и временных ресурсов. Операторы смогут оптимизировать использование систем IP-маршрутизации и оптического транспорта, масштабируя сеть по мере необходимости, а также существенно снизить ежедневные расходы на обслуживание сети.
В долгосрочной перспективе такая интеграция обеспечит гибкость и программируемость, необходимые для реализации парадигмы программно определяемых сетей (SDN). В свою очередь, внедрение SDN выведет на новый уровень эффективность использования сетевых ресурсов, обеспечит инжиниринг трафика в оперативном режиме, позволит динамически адаптировать емкость сети к изменяющимся требованиям, повысит оперативность внедрения и изменения сервисов и приложений. Кроме того, SDN поможет реализовать новые услуги, необходимые для поддержки облачных сервисов, например по взаимодействию публичных и корпоративных центров обработки данных (ЦОД).
Интеграция IP и оптики — многогранный процесс, охватывающий различные системы и технологии. Эксперты Alcatel-Lucent предлагают рассматривать реализацию этого процесса на трех уровнях: в плоскостях распределенного управления (control plane), передачи трафика (data plane), а также в области систем сетевого управления.
ПЛОСКОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ
Оптический транспорт становится все более гибким, но, чтобы извлечь из этого максимум выгоды, необходима интегрированная плоскость распределенного управления (control plane) для IP и оптики. Первый шаг на пути ее реализации — внедрение технологии Generalized MPLS (GMPLS), которая обеспечит основу конвергентной многоуровневой транспортной сети, оптимизированной для доставки пакетов и предоставления облачных сервисов.
Технология GMPLS появилась в результате эволюции и распространения принципов MPLS на транспортные сети, ориентированные на установление соединений: SDH/SONET, OTN, DWDM. Динамически устанавливая соединения (пути) в много-
уровневых сетях, она позволяет объединить преимущества оптического транспорта и алгоритмов маршрутизации IP. Важным преимуществом GMPLS является стандартизация этой технологии ведущими организациями (IETF, ITU-T), что гарантирует ее работу в мультивендорных сетях.
Благодаря GMPLS в транспортной сети появляется возможность динамически прокладывать маршрут или изменять его на основе данных о загрузке сети и/или параметров соглашения об уровне обслуживания (SLA) для обхода аварийных участков или для направления трафика по оптимальному пути. Через интерфейс GMPLS UNI маршрутизаторы могут динамически запрашивать в транспортной сети пути с поддержкой различных вариантов защиты (обеспечения отказоустойчивости). Схемы защиты и восстановления связи могут действовать на уровне оптического сегмента (например, между интерфейсами UNI-N), IP-сегмента (между маршрутизаторами, или интерфейсами UNI-C) или их комбинации.
Чтобы оценить преимущества гибких схем защиты связи, реализуемых с помощью GMPLS, сравним их с традиционной (для оптического транспорта) схемой 1+1 (SNCP). Мало того, что она требует резервирования (по сути, «заморозки») половины ресурсов сети, но очень часто оказывается неэффективной для обслуживания IP-трафика. Вот лишь несколько примеров.
- Такая схема предполагает один, заранее определенный резервный маршрут, а потому не позволяет учитывать фактическое место аварии. Технология GMPLS дает возможность динамически организовать локальный обход аварийного участка.
- Схема 1+1 позволяет использовать только один резервный путь и восстановить связь только в случае одного сбоя (или аварии), в то время как алгоритмы IP-маршрутизации дают возможность задействовать множество альтернативных путей, защищая от множественных отказов.
- Часто приложения, использующие IP-трафик, допускают кратковременные нарушения связи (потерю небольшого количества пакетов), поэтому вместо резервирования выделенной емкости сети (по схеме 1+1) можно задействовать схемы динамической перемаршрутизации с меньшим уровнем избыточности (N+1/N:1).
Снижая уровень избыточности резервирования при защите трафика, GMPLS позволяет оставить больше сетевых ресурсов для его передачи, что непосредственно дает оператору дополнительный доход. Кроме того, широкий набор опций GMPLS по защите и восстановлению связи позволяет предложить более дифференцированные и привлекательные SLA (см. рис. 1). Например, для наиболее критичного трафика можно задействовать схемы быстрого переключения на зарезервированный путь, а для менее критичного трафика — экономически более привлекательные схемы динамического восстановления.
![]() |
Рис. 1. Широкий набор опций GMPLS по защите и восстановлению связи дает возможность предложить более дифференцированные SLA |
Второй шаг в деле создания интегрированной плоскости распределенного управления — использование интерфейса GMPLS UNI на границе между маршрутизаторами и транспортной сетью (см. рис. 2). Благодаря этому интерфейсу IP-маршрутизаторы могут самостоятельно передавать в нижележащую транспортную инфраструктуру запросы о необходимых ресурсах для передачи трафика. При этом не требуется привлечения обслуживающего персонала, который обычно формирует такие запросы через систему управления сетью.
![]() |
Рис. 2. GMPLS UNI обеспечивает тесное взаимодействие между уровнем транспорта и маршрутизации |
В свою очередь, транспортная сеть через интерфейс GMPLS UNI может информировать IP-маршрутизаторы о различных событиях, что позволит им быть «в курсе» происходящего на уровне транспорта и более эффективно использовать нижележащие ресурсы. Представим, например, ситуацию, когда участок транспортной сети надо временно закрыть на техническое обслуживание. Средства GMPLS UNI позволяют IP-маршрутизаторам заранее получить соответствующую информацию и перестроить маршруты, чтобы избежать деградации обслуживания трафика. Без наличия интегрированной плоскости управления решение этой задачи потребовало бы взаимодействия команд специалистов, отвечающих соответственно за транспорт и маршрутизацию, что вылилось бы в дополнительные временные затраты и могло повлечь за собой возникновение ошибок, связанных с человеческим фактором.
В целом интеграция плоскости управления IP-маршрутизации и оптического транспорта позволит:
- упростить и оптимизировать сложные операции;
- снизить вероятность человеческой ошибки;
- улучшить качество обслуживания и повысить эффективность использования ресурсов.
Наконец, третий шаг — использование преимуществ программно определяемых сетей SDN. Главный плюс технологии SDN в том, что она создает мощный, открытый уровень абстракции, через который различные приложения могут сообщать о своих специфических потребностях непосредственно системе распределенного управления сетевой инфраструктурой. Этот уровень реализуется с помощью контроллера SDN, который сверху, через так называемые северные API, получает «пожелания» приложений, а затем через южные интерфейсы подает вниз сетевой инфраструктуре инструкции для обеспечения надлежащего обслуживания трафика этих приложений.
Основным южным интерфейсом является хорошо стандартизированный протокол OpenFlow, который, в частности, позволяет настраивать списки контроля доступа (ACL) на маршрутизаторах и управлять потоками трафика. Однако это далеко не единственный протокол, используемый в SDN. Так, например, для того чтобы загружать, изменять и удалять настройки различных сетевых устройств, используется протокол для конфигурирования сети NETCONF.
Внедрение протоколов и элементов SDN позволит динамически управлять ресурсами сетевой инфраструктуры и оптимизировать использование ее пропускной способности. Кроме того, с помощью SDN операторы и сервис-провайдеры смогут лучше монетизировать свои сетевые активы, предоставляя их как виртуализованный сервис по облачному принципу (см. рис. 3).
![]() |
Рис. 3. Переход к динамической, программируемой, интегрированной сети |
ПЛОСКОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В части непосредственной передачи трафика возможно несколько различных вариантов интеграции IP и оптического транспорта, причем каждый из них имеет свои предпочтительные области применения. Специалисты Alcatel-Lucent выделяют три типа решений: интегрированные в маршрутизаторы DWDM-транспондеры, расширение маршрутизаторов с помощью оптических полок и интегрированный пакетно-оптический транспорт. Рассмотрим их более подробно.
![]() |
Рис. 4. Маршрутизатор с интегрированными транспондерами |
Интегрированные в маршрутизаторы DWDM-транспондеры. Решения данного типа можно кратко назвать «IP с DWDM». Наличие в составе IP-маршрутизатора оптического транспондера позволяет ему непосредственно выдавать «цветной» спектральный поток (см. рис. 4). Это избавляет от необходимости использовать транспондер в оптической транспортной системе DWDM. Сами маршрутизаторы, работая «через DWDM», могут обеспечивать связь на гораздо более дальние расстояния по сравнению с ситуацией, когда они осуществляют передачу по «серой» оптике. Кроме того, наличие собственного транспондера дает им информацию о характеристиках оптического транспорта.
Минусом этого подхода является высокая стоимость настраиваемой (tunable) оптики для маршрутизаторов. Кроме того, установка в маршрутизатор транспондеров не позволяет получить решение с высокой плотностью портов. Поэтому по экономическим соображениям этот вариант оправдан лишь при небольшом числе портов.
![]() |
Рис. 5. Расширение маршрутизаторов с помощью оптических полок (OES) |
Расширение маршрутизаторов с помощью оптических полок. Данный вариант экономически привлекателен, когда необходимо большое число высокоскоростных портов 100G, например, в агрегирующих узлах на границе или в ядре сети. В этом случае маршрутизатор просто дополняется оптическими полками расширения с транспондерами (Optical Extension Shelves, OES), а соединения между ним и системой оптического транспорта осуществляется обычными оптическими шнурами (см. рис. 5).
В этом случае логически интегрированная система получается благодаря управляющему интерфейсу (control interface) между маршрутизатором и оптической системой. Обмен служебными сообщениями через этот интерфейс обеспечивает установление соответствия между портами маршрутизатора и системы оптического транспорта. Кроме того, по нему передается другая служебная информация (например, инвентаризационные данные и предупреждения), которая не может быть предоставлена по коммуникационным каналам. Управляющий интерфейс OES обычно используется совместно со стандартным интерфейсом GMPLS UNI и расширяет управляющие возможности.
Интегрированный пакетно-оптический транспорт. Максимальная степень интеграции достигается в решениях, получивших название «пакетно-оптическая транспортная система» (Packet-Optical Transport System, P-OTS). Они представляют собой системы оптического транспорта, дополненные функциональностью маршрутизатора (см. рис. 6). Пример такого решения — предлагаемые компанией Alcatel-Lucent системы Integrated Packet Transport (IPT), суть которых в том, что технология сервисных маршрутизаторов (Service Routing, SR) интегрирована в оборудование оптического транспорта 1830 Photonic Service System (PSS). При этом последнее получает полный набор возможностей и функций Ethernet, транспортного MPLS-TP, а также механизмы обеспечения качества обслуживания QoS.
![]() |
Рис. 6. Сравнение наложенных IP-сетей и сетей на основе интегрированных узлов P-OTS |
По сравнению с традиционными решениями, системы P-OTS предоставляют массу преимуществ, в частности:
- сокращение числа сетевых устройств повышает надежность и снижает расходы на обслуживание;
- благодаря статистическому мультиплексированию трафика на каждом узле P-OTS уменьшается число необходимых оптических волокон и требуется меньше портов на граничных маршрутизаторах при стыковке с другими сетями.
СИСТЕМА СЕТЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
Традиционно для работы с оптическим транспортом и IP-сетью использовались разные системы управления и отдельные команды специалистов. Соответственно, если проблема затрагивала оба сетевых домена (транспорт и IP), возникали сложности с ее локализацией. Много времени уходило на согласование действий различных команд и собственно на устранение проблем. Интегрированные решения по сетевому управлению позволяют перейти от фрагментарной работы с отдельными сетевыми доменами к кросс-доменному управлению (см. рис. 7).
![]() |
Рис. 7. Интегрированные решения по сетевому управлению позволяют перейти от фрагментарной работы с отдельными сетевыми доменами к кросс-доменному управлению |
Такие интегрированные (их еще называют конвергентными) системы управления позволяют видеть сразу всю сетевую картину, что сокращает время на выявление проблем их локализации и устранение. Что не менее важно, при использовании таких систем на развертывание новых сервисов требуется уже не несколько дней или даже недель, а несколько часов, иногда и минут. Одной из таких конвергентных систем управления является решение Alcatel-Lucent 5620 Service Aware Manager (SAM), которое обеспечивает единое сетевое и сервисное управление маршрутизаторами и оборудованием оптического транспорта Alcatel-Lucent.
ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Интеграция IP и оптического транспорта — это многогранный процесс, который оказывает ключевое влияние на эволюцию сети. Трудно переоценить потенциал такой интеграции в части снижения стоимости сети и сложности ее эксплуатации. Переход от эксплуатации отдельно уровня оптического транспорта и уровня IP к интегрированному обслуживанию многоуровневой сети позволит значительно повысить эффективность сети. Такая интеграция даст возможность операторам более экономично передавать и защищать трафик, а также восстанавливать связь в случае аварии.
С переходом на решения All-IP и облачные сервисы все больше операторов и сервис-провайдеров рассматривают интеграцию IP-маршрутизации и оптического транспорта как важнейший шаг для осуществления новых бизнес-задач. Помимо сокращения затрат и сложности сети, такая интеграция дает дополнительные преимущества в части повышения надежности, производительности и внедрения инновационных сервисов.
Семен Коган — руководитель отдела подготовки оптических транспортных решений и технических предложений Alcatel-Lucent в России и СНГ.