Устройства DWDM для корпоративных сетей

Вряд ли кому-то надо доказывать, что пропускная способность оптических сетей никогда не бывает избыточной. Волоконно-оптические линии, не задействованные сегодня, уже завтра будут загружены «под завязку». И как только потребности приложений превысят суммарную пропускную способность магистральной сети, проблема нехватки волокна вспыхнет с новой силой.

Преодолеть ее можно было бы за счет прокладки дополнительных линий, однако на это требуются огромные затраты. Попытка же отказать клиентам в пропуске трафика возросшей интенсивности эквивалентна окончанию деловой карьеры, да и стремление удалить старые приложения с целью расчистить место для новых также не прибавит вам популярности.

Впрочем, успокойтесь. Телекоммуникационная индустрия уже нашла выход из положения: его обеспечила технология спектрального мультиплексирования (Wavelength Division Multiplexing, WDM). До ее появления по каждому волокну распространялся луч света, имевший фиксированную длину волны. Технология WDM позволила «раскрасить» этот свет, то есть поместить в волокно сразу несколько оптических сигналов с разными длинами волн (именуемых также каналами). В результате ширину полосы пропускания, которая раньше приходилась на монохромный сигнал (в большинстве случаев она составляет 2,4 Гбит/с), теперь следует умножить на число длин волн, «присутствующих» в одном волокне.

Таким образом, чем больше каналов, тем большую пропускную способность можно «выжать» из пары волокон оптического кабеля (в классическом варианте по каждому волокну осуществляется полудуплексная передача). В общем случае технология WDM позволяет организовать в паре волокон восемь оптических каналов, что эквивалентно вводу в «игру» дополнительных семи пар темных волокон. Выигрыш в пропускной способности оказывается еще существеннее при переходе на уплотненное временное мультиплексирование (DWDM), которое уже сегодня дает возможность поместить в одно волокно 40 разных длин волн. В будущем значение этого параметра должно еще больше возрасти.

Подобно другим владельцам корпоративных сетей, Университет Западной Виргинии в какой-то момент оказался на грани исчерпания пропускной способности своей волоконно-оптической инфраструктуры. Именно тогда возникла идея протестировать работу DWDM-устройств, чем и занялись сотрудники университетской лаборатории современных сетевых приложений.

Некоторые известные производители оборудования для оптических сетей уклонились от участия в испытаниях (см. врезку «За бортом»). Тем не менее в нашем распоряжении оказались DWDM-«коробки» компаний Alcatel (модель Optinex 1690), Cisco Systems (Metro 1500), iTouch Communications (iTouch WMD44) и Nortel Networks (OPTera Metro 5200). Мы намеренно употребили слово «коробка», поскольку, строго говоря, DWDM-устройства нельзя отнести ни к коммутаторам, ни к маршрутизаторам. С функциональной точки зрения они ближе всего к интеллектуальным оптическим коммутационным панелям.

«Голубую ленту» еженедельника Network World мы присудили OPTera Metro 5200 корпорации Nortel Networks. Решающую роль в нашем выборе сыграли функциональное богатство и повышенная гибкость этого продукта, а также наличие у него самого большого набора средств управления. Правда, остальные три устройства отстали несильно: по производительности они также оказались на высоте, да и возможности управления не вызвали существенных нареканий. Другими словами, в нашем тестировании выявился победитель, но не оказалось проигравших. Каждое из устройств полностью соответствовало заявленной производителем «весовой категории» и с честью прошло все испытания.

Для корпоративных пользователей технология DWDM пока еще в новинку, а вот операторы уже успели опробовать ее в деле и даже знают, какими темпами сетевые приложения поглощают пропускную способность оптических магистральных каналов, большая часть которой еще недавно была невостребованной. Производители такого сложного оборудования, как устройства DWDM, тесно сотрудничают с фирмами-операторами, и накопленный последними опыт положительно сказался на степени зрелости протестированных продуктов.

Критерии формулирует потребитель

DWDM-коробки работают на самом нижнем (физическом) уровне эталонной модели OSI, а это означает, что они не занимаются ни маршрутизацией, ни коммутацией пакетов. Соответственно их производительность невозможно измерить с помощью тех методов, которые обычно применяются при тестировании L2- или L3-устройств. Такие параметры, как количество пакетов, обработанных за секунду, степень занятости буферного пространства, быстродействие системной шины или производительность процессора, — в мире оптических сетей теряют всякий смысл. При оценке DWDM-устройств нам пришлось руководствоваться следующими критериями:

• приспособленность к обработке пакетов различных протоколов;
• умение «переносить» неожиданные резкие всплески интенсивности трафика;
• степень резервирования ресурсов и гибкость функционирования.

Если же взглянуть на проблему глазами корпоративных заказчиков, то их в первую очередь интересуют два вопроса: в какой степени данные изделия пригодны для применения в корпоративных сетях и насколько удобно ими управлять? Кстати, задачи управления в данном случае оказываются гораздо более простыми, чем, скажем, на втором или третьем уровнях модели OSI, «оккупированных» коммутаторами и маршрутизаторами. По сути, и управлять-то тут особенно нечем — DWDM-устройство либо работает, либо нет. А отсюда требования к «коробкам» сводятся к следующему: функции управления в корпоративной среде должны позволить администратору определять состояние оптического устройства и установленных на нем карт при помощи интерфейса командной строки (например, в сеансе telnet), путем доступа с рабочей станции через последовательный порт или обоими способами. Впрочем, обязательной является и поддержка управляющих баз данных, используемых SNMP, без которой следить за производительностью DWDM-устройств с системной консоли не удастся. Кроме того, тестировавшееся оборудование обеспечивает доступ из средств управления к механизмам транспортировки IP-пакетов, например при помощи утилиты ping.

Как оказалось, базовыми возможностями управления располагают все устройства. Преимущество же OPTera Metro 5200 заключалось в поддержке дополнительного управляющего Web-интерфейса и наличии множества инструментальных средств администрирования.

Задавшись целью проанализировать общую функциональность устройств физического уровня (с точки зрения их применения в корпоративных сетях), мы обнаружили, что и здесь выбор небогат. В сущности, по функциональности «коробки» мало чем отличаются от первоклассных электронных кросс-панелей. Правда, для работы оптического соединения немаловажными являются поддержка передачи пакетов по замкнутому маршруту, а также возможность автоматического переключения путей транспортировки оптических сигналов в обход отказавшего участка. Дополнительные баллы начислялись за наличие жидкокристаллических индикаторов, позволяющих мгновенно оценить текущее состояние устройства. Все четыре изделия снабжены множеством индикаторов состояния, а кроме того (за исключением продукта от iTouch), поддерживают замкнутую передачу и изменение маршрута.

Как и другое сетевое оборудование, DWDM-устройства обязаны обеспечивать определенную степень защиты данных. Поскольку передача осуществляется на физическом уровне, маловероятно, что злоумышленники смогут вмешаться в этот процесс (а вот с маршрутизаторами такое случается). Тем не менее использование протоколов SNMP и IP требует принятия определенных мер в области сетевой безопасности. Несмотря на то что сами транспортные процессы практически неуязвимы, вряд ли найдется администратор, который спокойно отнесется к вторжению хакеров в систему управления и прекращению функционирования отдельных сервисов.

Все четыре устройства поддерживают использование паролей доступа при работе в командной строке. Администратор может отказаться от значений управляющих строк протокола SNMP, установленных по умолчанию, и заменить их на новые. Web-интерфейс в OPTera Metro 5200 предоставляет в распоряжение администратора дополнительные средства защиты — шифрование SSL и применение сертификатов безопасности для идентификации управляющей станции.

В устройствах Metro 1500 производства Cisco Systems и Optinex 1690 компании Alcatel для включения и отключения питания используется ключ. Однако эти две фирмы не приняли никаких мер, позволяющих предотвратить прерывание работы DWDM-оборудования неуполномоченными сотрудниками (скажем, они могут попросту вытащить из корпуса модуль питания). В этой связи польза от применения ключей нам представляется весьма сомнительной.

Управляющий интерфейс

Как отмечалось выше, во всех устройствах предусмотрено использование протокола SNMP, сеансов telnet и доступа через последовательный порт.

Продукт Metro 1500 производства Cisco не поддерживает Web-интерфейс и даже IOS — фирменную операционную систему, под управлением которой функционируют все устройства второго и третьего уровней этой компании. Для целей управления здесь задействуется комбинация интерфейса командной строки и графического интерфейса пользователя (GUI). Это решение вызвало у нас воспоминания о тех далеких днях, когда производители пытались сымитировать GUI на экране монитора, поддерживавшего исключительно текстовый режим; такие попытки редко оканчивались успехом. Несмотря на то что применение GUI для управления устройством Metro 1500 в целом оказалось оправданным, нам так и не удалось, нажимая клавиши стрелок на клавиатуре, добиться перемещения по пунктам меню, — велась ли работа в telnet или через последовательный порт.

В Optinex 1690 корпорации Alcatel и Metro 1500 от Cisco предусмотрено использование командной строки. Смысл управляющих инструкций очевиден далеко не всегда; к счастью, в обоих случаях дело спасала удачная система экранной помощи. Работая в командной строке, администратор может проверить состояние отдельных плат, включить либо выключить лазеры и режим транспортировки сигнала по замкнутому пути.

OPTera Metro 5200 — самое «продвинутое» из испытывавшихся устройств, поэтому и с управлением тут хлопот побольше. Самый простой способ совладать с ними заключается в применении Web-интерфейса.

Впрочем, отдельные элементы, написанные на Java, к аппаратным ресурсам управляющей станции предъявляют серьезные требования. Мы попытались было воспользоваться для целей управления портативным компьютером со 166-мегагерцевым процессором Pentium, однако дождаться, пока браузер выведет очередное диалоговое окно для задания управляющих параметров, у нас не хватило терпения. Пришлось перенести Java-инструментарий на рабочую станцию с 500-мегагерцевым процессором Pentium III, и дело пошло заметно быстрее.

Завершив инсталляцию, мы обнаружили, что Web-интерфейс представляет собой мощное, гибкое и простое в применении средство администрирования. Он обеспечивает детальное управление практически любым компонентом самого DWDM-устройства и присоединеного к нему оптического оборудования.

Управление «коробкой» iTouch WMD44 осуществляется при помощи ПО с графическим интерфейсом, которое предлагается за дополнительную плату, либо через стандартно реализованный интерфейс командной строки (с доступом через telnet или последовательный порт). Работа с командной строкой не вызвала у нас затруднений. Если какие-то проблемы все же возникнут, достаточно будет ввести с клавиатуры вопросительный знак, и система отобразит на экране список доступных инструкций — с учетом той задачи управления, которую вы решаете в текущий момент.

Надежность и резервирование

В реальной сети DWDM-устройство отвечает за работу множества сервисов магистральной сети, поэтому бесперебойное функционирование именно аппаратного ресурса приобретает особое значение. Мы выполнили несколько тестов с целью определить, каким образом тестируемые устройства можно «вывести из строя» (см. врезку «Процедура тестирования»).

Продукты Optinex 1690, Metro 1500 и OPTera Metro 5200 с честью вышли из испытания, которое состояло в вытаскивании оптического модуля при передаче оптических сигналов на нескольких длинах волн: всякий раз недоступным оказывался только тот сервис, прервать работу которого мы и хотели. Более того, такой сервис восстанавливался примерно через 10 секунд после возвращения вынутой карты на ее место. И ни разу удаление карты не вызвало каких-либо помех в функционировании остальных сервисов, запущенных на каком-либо из устройств тестовой оптической сети.

Правда, в ходе моделирования сбоев отдельных плат не обошлось без сюрпризов. Нет ничего удивительного в том, что удаление карты вызывает перерыв в реализации связанных с нею сервисов. Однако когда мы вынимали еще одну карту, DWDM-коробка все еще продолжала функционировать. Поначалу это обстоятельство застало нас врасплох, ведь в случае применения коммутатора или маршрутизатора удаление даже одного ключевого модуля приводит к потере работоспособности всего устройства. Но потом мы осознали: наблюдаемый эффект лишний раз доказывает, что оптические сети принципиально отличаются от тех, по которым передаются электрические сигналы. Оптические карты продолжают передавать и принимать трафик даже после отключения электропитания.

В конфигурации устройств Metro 1500 были предусмотрены избыточные соединения «точка — точка». Отключение волокон, по которым транспортировался трафик, приводило к тому, что он мгновенно перенаправлялся на резервные соединения. Негативный эффект разрыва основного соединения нам удалось пронаблюдать только однажды: система мониторинга сообщила об отбрасывании единичного пакета Fast Ethernet. Это эквивалентно потере работоспособности транспортного сервиса примерно на 1 секунду, что не так уж плохо.

Поскольку в конфигурации продуктов фирмы Nortel предусмотрено избыточное кольцо, проверка их реакции на отключение отдельных волокон потребовала от нас больше ухищрений, чем при проведении того же теста с устройствами других компаний (также соединенных между собой в соответствии с топологией «точка — точка»). Работая с защищенными соединениями, мы активизировали передачу по кольцу пакетов трех транспортных протоколов (ATM, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) в одном направлении — с «запада» на «восток», а затем разомкнули кольцо. В результате транспортировка всех пакетов была переведена на другую сторону кольца (с «востока» на «запад»). Мы отслеживали число ping-запросов, потерянных в результате автоматического «перевода» маршрута с одной стороны защищенного кольца на другую. Для Fast Ethernet потерянным оказался один запрос, для ATM — четыре, а для Gigabit Ethernet таковых просто не было.

Мы повторили опыт, восстановив разомкнутый участок и затем разорвав соединение на противоположной стороне кольца (передача с «востока» на «запад»). На сей раз Fast Ethernet и ATM потеряли по одному ping-запросу, а Gigabit Ethernet — по-прежнему не утратил ни одного. В обоих случаях можно было зафиксировать короткие сбои в транспорте потоков ATM и Fast Ethernet, трафик же Gigabit Ethernet вообще не «замечал» наших манипуляций.

Ларчик открывался просто. Сотрудники службы технической поддержки фирмы Nortel сообщили нам, что версия 3.0 программного кода для устройств OPTera Metro 5200 может работать не вполне корректно, когда требуется отслеживать временные характеристики для оптических карт, мультиплексирующих «низкоскоростные» (sub-rate) потоки. Мы использовали такую карту для приема трафика ATM и Fast Ethernet, но не Gigabit Ethernet, и это объясняет потерю ping-запросов в первых двух случаях. Nortel планирует устранить упомянутую ошибку в следующей версии своего ПО.

Возможность нарушения работы iTouch WDM44 оказалась довольно ограниченной. Нам не удалось сымитировать сбой отдельных модулей, поскольку все они буквально намертво вмонтированы в корпус устройства. Полученная нами конфигурация не поддерживала резервных соединений, так что отключение отдельных оптических кабелей теряло всякий смысл. Правда, здесь имелись задублированные источники питания. Мы вынули из розетки электрический шнур, питавший один из них, что никак не сказалось на работе устройства. В данном случае технология резервирования работала безотказно. Мы попытались также прервать передачу пакетов одного из транспортных протоколов. На трафике других протоколов это не отразилось.

Изучая прохождение ping-запросов, выдававшихся в непрерывном режиме в течение трех суток, мы обнаружили: для каждого из устройств доля потерянных запросов оказалась пренебрежимо малой. Это позволяет прогнозировать высоконадежную работу данного оборудования в реальных корпоративных сетях.

Инсталляция и настройка конфигурации

Установка «коробки» Metro 1500 фирмы Cisco производится без каких-либо ухищрений. Вам предстоит смонтировать устройство в стойку и подсоединить оптические кабели к соответствующим модулям. Система запрашивает дату и время, данные о своем физическом местоположении и стандартные сведения об IP-сети, которые необходимы для последующего администрирования.

Инсталляция и настройка конфигурации Optinex корпорации Alcatel практически ничем не отличаются от аналогичных процедур для Metro 1500.

Зато компания Nortel делегировала к нам целую команду инженеров, осуществивших монтаж устройства OPTera Metro 5200 в стойку, и, кроме того, сотрудников группы перспективных разработок для настройки его конфигурации. Все это означает, что на данной стадии заказчик в лучшем случае будет выступать в роли заинтересованного наблюдателя.

Подход фирмы Nortel к конфигурированию своего продукта отличается от применяемых другими изготовителями. Вместо того чтобы приобретать входные карты с учетом используемых транспортных протоколов и требуемой полосы пропускания, потребитель получает платы с настраиваемой конфигурацией. Изначальный же их выбор ограничен двумя базовыми вариантами — для лазеров с длиной волны 850 и 1310 нм. Если карта выбрана в принципе верно (то есть она соответствует рабочей длине волны лазера, установленного на противоположном конце оптического соединения), остальные ее характеристики можно задать при помощи управляющего ПО. В последующем перенастройка входных карт производится без прерывания работы сети. Скажем, если ATM-сеть переведена со скорости OC-3 на OC-12, соответствующие изменения в устройстве OPTera производятся путем выбора другого пункта в меню экранного интерфейса.

В устройстве iTouch WMD44 конфигурировать практически нечего: для последующего управления следует указать только его IP-адрес. Установка этого изделия и его подключение к оптической линии осуществляются за считанные минуты.

Если инсталляция и первоначальная настройка продукта Alcatel не вызвали больших затруднений, то заставить его работать в тестовой сети оказалось совсем не просто. Устройство Optinex не откликалось на запросы, выдаваемые граничным сетевым оборудованием (коммутаторами и маршрутизаторами фирмы Cisco). После долгих безуспешных попыток «привести его в чувство» инженер ADVA Optical (партнера Alcatel) выяснил, что предоставленные для тестирования карты имеют ошибочную конфигурацию. Корпорация Alcatel прислала нам одно устройство Optinex с картами, настроенными на работу в одномодовом режиме, а другое — с картами для многомодового режима. Надо сказать, что обнаружить несоответствие можно лишь путем скрупулезного сопоставления каталожных номеров на канальных картах. Производитель оперативно заменил ошибочные карты, но новые изделия также не желали «общаться» с граничными устройствами. Специалисты Alcatel предположили, что на замененных картах были указаны неверные номера, поэтому нам пришлось получить от фирмы еще одну посылку. В итоге работоспособности тестовой сети удалось добиться лишь с третьей попытки.

Документация

Документация, поставляемая компанией Cisco вместе с устройством Metro 1500, включает в себя «Руководство по подготовке к работе и мерам безопасности» и «Руководство по управлению устройствами семейства Metro 1500». Эти же материалы доступны на компакт-диске, а кроме того, фирма предлагает различные варианты технической поддержки на своем Web-сайте.

К устройству OPTera Metro 5200 прилагаются два экземпляра документации — один бумажный, другой электронный. Помимо вводного руководства по планированию сети и возможным приложениям, специалисты компании подготовили «Руководство по инсталляции» и 14-томное «Справочное техническое руководство по применению». Его оглавление и подробный указатель вынесены в отдельный буклет. Многотомник доступен также в виде PDF-файлов на компакт-дисках.

Корпорация Alcatel предлагает учебное руководство по использованию устройства Optinex на CD-ROM. Полученный нами вариант по степени детализации явно уступал документации от Cisco, но содержал достаточно технической информации, чтобы разобраться в особенностях функционирования данного изделия.

Наконец, документация компании iTouch Communications под стать компактным размерам ее продукта. Впрочем, тоненькое на вид печатное руководство оказалось весьма информативным. Мы обнаружили в нем исчерпывающий указатель используемых команд, а также полезные сведения об инсталляции и конфигурировании устройства. К сожалению, фирма не предлагает копии документации на CD-ROM.

Лавры победителя

Компания Nortel начала поставки оборудования операторского класса для сетей WDM и DWDM раньше своих конкурентов, и накопленный ею опыт был учтен при разработке модели OPTera Metro 5200. Мы не можем не отметить удачного дизайна данного устройства и разнообразия средств его управления. Кроме того, оно имеет практически любые инструменты, о которых может мечтать администратор, и прекрасные рабочие характеристики. Наличие конфигурируемых пользователем интерфейсных карт, интеллектуальности и первоклассных средств администрирования сыграли решающую роль в присуждении этому продукту первого места. Пожалуй, недостатками OPTera Metro являются лишь его громоздкость и внушительный вес (в полной конфигурации он составляет почти 43 кг).

В сравнении с продуктом корпорации Nortel устройства Metro 1500 фирмы Cisco и Optinex компании Alcatel следует отнести к DWDM-«коробкам» базового класса. Они не имеют тех богатых функциональных возможностей, которые реализовали инженеры из канадского Брэмптона, тем не менее в своей «весовой категории» прекрасно справляются с возложенными на них обязанностями. Меньшие размеры облегчают транспортировку и монтаж этого оборудования, и мы считаем, что оно займет свое место в корпоративных сетях среднего размера, владельцы которых предъявляют разумные требования к масштабируемости. Наш собственный опыт свидетельствует: на сегодняшний день Cisco Systems обладает большим опытом в области проектирования DWDM-оборудования, нежели Alcatel.

По своим размерам устройство iTouch WMD44 ничем не отличается от обыкновенного коммутатора или концентратора сети Ethernet, а потому вы сможете без труда перемещать его с места на место и заново инсталлировать. Эта модель имеет весьма ограниченные возможности масштабирования, однако умеренная цена позволяет при необходимости заменить ее на более мощное устройство, а освободившуюся «коробку» установить в другой части сети.

ОБ АВТОРЕ

Джеффри Фритц — главный сетевой инженер подразделения сетевых услуг Университета Западной Виргинии, возглавляющий лабораторию современных сетевых приложений. Кроме него в тестировании принимали участие Mэттхью Глотфелти, Джефф Дэвис и Берд Вилсек

«Голубая лента»

Процедура тестирования

назад

Фрагменты портрета