Масштаб «бедствия»

Исследования, проведенные минувшей осенью, показывают, что в первой половине 2009 года мировой Internet-трафик вырос почти на 80%. За аналогичный период 2008 года (более благоприятный по макроэкономической обстановке) рост составил всего 61%. Основную лепту в увеличение трафика вносят развивающиеся страны, удвоившие объемы передаваемых данных. Но и в развитых странах, таких как США и Канада, наблюдается заметный прирост трафика (порядка 60%).

Наша страна не отстает от мировых тенденций. Еще в начале года Александр Ильин, технический директор MSK-IX, отмечал резкое увеличение потоков данных, проходящих через узлы этой ведущей отечественной точки обмена IP-трафиком. По его мнению, такой рост связан с желанием операторов сократить расходы и оптимизировать нагрузку на имеющиеся каналы. Кроме того, он вызван увеличением числа подключений к точке обмена на скорости 10 Гбит/с.

По данным Дмитрия Шемякина, старшего системного инженера Ciena, в ряде компаний холдинга «Связьинвест» рост трафика составил порядка 90%. Такие темпы увеличения нагрузки вызывают опасение за состояние магистральных линий связи. Алексей Митроничев, консультант Cisco, уверен, что загрузка магистральных каналов многих российских операторов в часы наибольшей нагрузки уже превышает 50%. Схожую оценку дает Алексей Шпак, заместитель директора отдела оптических сетей связи Huawei. Он считает, что предприятия «Связьинвеста» держат загрузку магистральных IP/MPLS-сетей на уровне 45—55%, чтобы сеть имела свободные ресурсы для перемаршрутизации трафика в случае аварии.

По мнению Семена Когана, технического директора департамента транспортных решений Alcatel-Lucent, сегодня для операторов уже стало привычным внедрение систем передачи с максимальной пропускной способностью 80х10GE, так что реальная загрузка магистральных сетей России и СНГ пока не превышает и половины их потенциальных возможностей. Однако стоит учитывать, что на практике далеко не все операторы связи в полной мере задействуют имеющиеся ресурсы магистрального оборудования.

Как видно из представленных комментариев, отечественная инфраструктура магистральных сетей связи еще имеет определенный запас прочности, но резервов пропускной способности хватит не надолго. С 2007 года, по сообщениям исследовательского агентства Telegeography, Internet-провайдеры увеличивают пропускную способность своих сетей более чем на 60% в год. Только в 2008 году совокупный прирост пропускной способности по всему миру составил 9,4 Тбайт/c.

Наряду с ростом Internet-трафика отмечается стагнация или даже снижение объемов TDM-трафика. У некоторых отечественных операторов заполнение сетей SDH снизилось практически в два раза, что объясняется как общим уменьшением спроса на услуги традиционной телефонии, так и переводом голосового трафика в среду IP. Максимальная загрузка магистралей SDH на предприятиях «Связьинвеста», по данным Алексея Шпака, составляет 85—95%. В отличие от IP-сетей, столь высокая степень утилизации ресурсов не представляет угрозы для работоспособности сети, так как поведение TDM-трафика довольно предсказуемо, и при необходимости всегда можно расширить полосу пропускания.

Сколько полосы нужно?

Примитивный ответ на этот вопрос — чем больше, тем лучше — вряд ли можно реализовать на практике. Увеличение пропускной способности магистральных линий обходится довольно дорого, и окупаемость проектов растягивается на много лет. Даже в «тучные» годы привлечение средств на такие проекты было непростой задачей. Операторам требуется хотя бы приблизительная оценка необходимого запаса прочности, чтобы не возвращаться к проблемам модернизации их сетей через год-другой. Для этого стоит ознакомиться с прогнозами роста трафика в ближайшей перспективе.

Согласно исследованию Cisco, к 2013 году суммарный годовой трафик Internet составит порядка 673 Эбайт (напомним: 1 экзабайт равен 1 млрд Гбайт). Более 90% полезной нагрузки будут давать разные формы передачи видео, и их особенности также необходимо учитывать при модернизации сетей. Кроме того, следует помнить о неравномерном (пиковом) характере транспортировки трафика по пакетным сетям.

В России операторы связи уже проявляют интерес к магистральным системам передачи с потенциальной пропускной способностью 3,2 Тбит/с. По прогнозам Семена Когана, в течение пяти лет операторы будут мигрировать на 80-канальные системы DWDM с полосой 40 Гбит/с каждый. Схожую оценку дает Александр Носов, эксперт-консультант по пакетным решениям Nokia Siemens Networks. По его мнению, в ближайшие два года на самых нагруженных направлениях будут превалировать каналы с пропускной способностью 10 Гбит/с, но в пятилетней перспективе следует ожидать перехода с 10 на 40 Гбит/с. Там же, где сейчас преобладают каналы 100 Мбит/с, произойдет постепенная миграция на 1 Гбит/с с последующим увеличением полосы пропускания до 10 Гбит/с. В среднесрочной перспективе, считает Носов, появятся коммерчески доступные технологии передачи на скорости 100 Гбит/с, которые найдут применение на самых загруженных направлениях. Использование каналов с пропускной способностью 40 Гбит/с будет актуальным до 2012 года, рассуждает Дмитрий Шемякин, а затем придется переходить на системы передачи, основанные на стандартах 100 Гбит/с.

При модернизации сетей следует учитывать не только технические аспекты, но и экономическую ситуацию в стране и мире. В России основными игроками на рынке ШПД в регионах остаются компании «Связьинвеста». В рамках реорганизации этого холдинга планируются объединение и оптимизация ресурсов, в том числе магистральной инфраструктуры. Скорее всего, это приведет к кратковременной остановке роста потребления полосы пропускания в 2010 году. Затем, если идея создания национального «суперпровайдера» будет успешно реализована, последует стремительный рост емкости магистральных сетей нового телеком-гиганта.

Обязательно скажется на развитии магистральных сетей повсеместное внедрение мобильными операторами технологий 3G, WiMAX и LTE. Замедлить динамику наращивания пропускной способности сетей, по мнению Шпака, может установка операторами оборудования, выполняющего глубокое сканирование трафика (Deep Packet Inspection). DPI-устройства предоставят провайдерам возможность ограничивать скорость или вовсе запрещать использование некоторых протоколов (например, торрентов), генерирующих бульшую часть трафика.

Варианты модернизации сетей

Искусство модернизации и развития магистральных сетей заключается не только в наращивании производительности узлового оборудования и прокладке дополнительных волоконно-оптических кабелей. Требуются всесторонняя оценка нынешнего состояния бизнеса оператора, учет темпов роста нагрузки на сеть и выбор грамотной стратегии. Вариантов модернизации сетей — не так уж много. По мнению Алексея Митроничева, в первую очередь следует оценить возможность оптимизации топологии с учетом реальных потоков данных. В некоторых случаях это эффективнее наращивания полосы пропускания каналов связи и замены оборудования на узлах связи.

Если же явно не хватает пропускной способности, то, считают все опрошенные эксперты, наилучшим вариантом остается применение DWDM. Эта технология позволяет отказаться от прокладки дополнительной оптики и закладывает основу для динамичного управления конфигурацией сети. Как говорит Алексей Шпак, DWDM обеспечивает эффективное использование спектральных ресурсов оптоволоконных линий, причем оператор получает возможность выбора для решения задачи увеличения пропускной способности. Он может либо наращивать число каналов связи, либо увеличивать скорость уже действующих каналов.

Другим направлением модернизации сетей является развитие технологии IP/MPLS с одновременным увеличением мощности узловых маршрутизаторов. По словам Александра Носова, наилучший вариант — сочетание технологии IP/MPLS на логическом уровне с инфраструктурой DWDM в сетях дальней связи. Такой же вариант, но с условием интеграции в маршрутизаторы транспондеров DWDM, предлагает Алексей Митроничев. По его мнению, этот подход позволяет существенно экономить на размещении и электропитании шасси с транспондерами, одновременно повышая надежность сети за счет исключения из нее дополнительных компонентов.

Иначе представляет себе оптимальное построение магистральных узлов Алексей Шпак. Он утверждает, что фокусироваться следует на повышении гибкости сети за счет коммутации на оптическом и электрическом уровнях. Такой вариант позволяет заметно разгрузить узлы от обработки транзитного трафика. В сочетании с автоматизированным управлением это дает возможность обслуживать клиентов на уровне DWDM-транспорта. Аналогичной позиции придерживается Семен Коган, который говорит, что уже сегодня многие провайдеры переходят к интеграции своих подразделений, занимающихся планированием и эксплуатацией сервисного (IP/MPLS) и транспортного (DWDM) уровней сети.

Несмотря на «разночтения» при выборе оптимального варианта модернизации магистральных сетей, все опрошенные эксперты единодушны в том, что выбор конкретного решения зависит от множества факторов. Это и финансовые возможности оператора, и динамика роста его абонентской базы, и планируемые к запуску услуги связи, и текущий уровень развития действующей инфраструктуры, и позиции конкурирующих участников рынка. Как правило, выбор стратегии и тактики модернизации сети является результатом компромисса и включает в себя использование разных сценариев.

Фирменные рецепты

Alcatel-Lucent предложила концепцию трансформации конвергентной магистральной сети (Converged Backbone Transformation, CBT), ориентированную на эффективную интеграцию сервисного и оптического (транспортного) уровней сети (модель IPoWDM). Примером реализации этой модели является система 1830PSS с мониторингом каналов между маршрутизаторами, создаваемых на физическом уровне. Отличительная особенность решения — передача оптического сигнала непосредственно с интерфейсов маршрутизаторов поверх DWDM, что позволяет обойтись без опто-электрических преобразований. Технология IPoWDM больше всего подходит для модернизации местных, городских и зоновых сетей IP/MPLS.

Для магистральных сетей Alcatel-Lucent предлагает масштабируемые системы кросс-коммутации серии 1870TTS (Terabit Transport Switch) и семейство оборудования для пакетных оптических систем O-PTS 1850TSS (Transport Service Switch). Последнее решение поддерживает функциональность кросс-коммутации TDM/SDH, коммутации второго уровня для сетей Carrier Ethernet и технологии T-MPLS/MPLS-TP. В данном решении применяется оптическая система передачи DWDM 1626LM с перестраиваемыми узлами коммутации на фотонном уровне T&ROADM.

Среди своих решений для модернизации опорных сетей Ciena выделяет мультисервисную платформу CN 4200, ключевой особенностью которой является поддержка широкого спектра линейных интерфейсов 10GE/40GE/100GE в рамках одного типа оборудования. По мнению представителей компании, это дает возможность операторам гибко подходить к проектированию транспортной инфраструктуры и получать хороший задел для обеспечения работоспособности сети при увеличении объемов трафика.

Также Ciena предлагает линейку мультисервисных оптических коммутаторов CoreDirect, которые совместно с семейством коммутаторов 5400 позволяют создавать автоматически реконфигурируемую ячеистую топологию опорной сети. Коммутаторы CoreDirect поддерживают функции многопротокольной коммутирующей матрицы и шлюза SDH-OTN.

Cisco предлагает решения на основе маршрутизаторов CRS-1, ASR9000, 7600, XR12000, ASR1000 и оборудования спектрального уплотнения каналов Cisco ONS 15454 MSTP. Перечисленные маршрутизаторы поддерживают технологию IPoDWDM, позволяющую интегрировать транспондеры DWDM в линейные карты. Эта технология обеспечивает проактивное переключение маршрутизаторов на резервные каналы благодаря мониторингу уровня ошибок непосредственно на линейной карте. Кроме того, в CRS-1 может встраиваться карта с интерфейсом STM-256, поддержкой настраиваемой длины волны в C-диапазоне и дальностью передачи до 2 тыс. км без регенерации.

Для поддержки необходимого уровня качества видеоуслуг поверх IP в маршрутизаторы Cisco 7600 и ASR9000 встроена функциональность мониторинга видеопотоков в режиме реального времени непосредственно на линейных картах.

Помимо технических решений Cisco предлагает отечественным операторам связи консалтинговую поддержку при разработке новых услуг и бизнес-моделей их внедрения. Заказчикам предлагается сервис эксплуатации их сетей персоналом Cisco, причем компания предоставляет финансовые гарантии по целому ряду параметров, таких как отказоустойчивость, масштабируемость и производительность.

В своем походе к модернизации транспортных сетей Huawei делает ставку на преемственность аппаратных решений и возможность эволюционного развития. Например, магистральное оборудование OptiX BWS1600G и OptiX Metro 6040/6100, выпускаемое с конца 90-х годов, сегодня поддерживает платы 40 Гбит/с. Для развития опорных сетей предлагается унифицированная платформа OSN 3800/6800/8800. Эта серия оборудования поддерживает 80 каналов DWDM с полосой пропускания до 40 Гбит/с и до 18 каналов CWDM с производительностью до 5 Гбит/с, действующих на расстоянии до 5 тыс. км без регенерации.

Плата ROADM обеспечивает неблокируемую коммутацию спектральных каналов между девятью оптическими направлениями. Архитектура решения с раздельными транспондерами позволяет гибко распоряжаться полосой пропускания: единожды создав спектральный канал с помощью линейных плат 10 или 40 Гбит/с, можно наполнять его с помощью трибутарных плат любым трафиком — в зависимости от текущих потребностей.

На данной платформе реализовано решение SAN extender, позволяющее передавать трафик SAN на расстояние до 3 тыс. км (вместо традиционных 80 км). Это решение дает возможность объединять распределенные дата-центры для взаимного резервирования.

Nokia Siemens Networks объявила о наличии в ее портфеле широкого спектра протестированных решений для реализации полнофункциональной комплексной транспортной сети связи и ее отдельных сегментов. Эти решения базируются на оборудовании самой компании и ее партнеров, в частности Juniper Networks.

В качестве основного решения для модернизации магистральных сетей Nokia Siemens Networks предлагает использовать сочетание маршрутизаторов Juniper серий T, M, TX-Matrix и собственного оборудования спектрального уплотнения Surpass hiT7300. Для сегмента агрегации и доступа предлагается построение транспортной сети Carrier Ethernet на базе коммутаторов Nokia Siemens Networks A-серии, Juniper MX-серии и транспортных модулей радиоподсистемы семейства Flexi. В качестве каналообразующей системы может использоваться оборудование гибридных и пакетных радиорелейных систем FlexiHybrid и FlexiPacket, а также спектрального уплотнения Surpass hiT7300 в конфигурации CDWM или DWDM для городских и зоновых сетей.

Суммарная пропускная способность трансатлантических линий связи, Тбит/с

Мнение эксперта

Александр Зорин, начальник отдела технической поддержки компании «Мувиком»:

Несколько лет назад оптимальным способом модернизации магистральных сетей было повышение уровня действующей SDH-сети. Многие операторы имеют собственные ВОЛС, но вряд ли они сегодня станут прокладывать дополнительные оптические кабели. Наиболее предпочтительным вариантом является применение различных вариантов технологии спектрального оптического уплотнения (xWDM), которая позволяет передавать разные сигналы (в том числе SDH-трафик) по одному оптическому волокну, что существенно увеличивает пропускную способность сети.

Пропускную способность оптических линий на основе систем xWDM можно наращивать постепенно, добавляя по мере развития сети в уже действующее оборудование новые оптические каналы. При этом увеличение числа каналов осуществляется без прерывания обслуживания. Также бывает необходимо обеспечить поддержку технологии пакетной передачи данных, для чего на оптический транспорт xWDM накладывается IP-сеть на базе технологии MPLS.