Metro ethernet что это

Обновлено: 07.07.2024

В пору рождения Ethernet кто мог подумать, что эта технология, лишь одна из фирменных технологий для локальных сетей, со временем подомнет под себя многочисленные альтернативы в этой узкоспециализированной области, а в своей телеком-ипостаси – Metro Ethernet – начнет определять облик глобальных телекоммуникаций? Чего достиг Metro Ethernet в России?

Ирония судьбы состоит в том, что, вобрав в себя множество разнообразных функций, технология Ethernet сама начала «ветвиться», адаптируясь к разным сферам приложения (телекоммуникации, высокопроизводительные вычисления и сети хранения, обычные ЛВС и т.п.), умножая и усложняя наборы спецификаций, а ее телекомовская реализация – Metro Ethernet – активно развивается уже почти десять лет и даже имеет собственную стандартизирующую организацию – Metro Ethernet Forum (MEF).

Причины притягательности

Последние два года популярность сетей Metro Ethernet, нацеленных на массового потребителя телекоммуникационных услуг, в России резко выросла. Илья Акимов, менеджер отдела продуктов и решений для сетей передачи данных Huawei CIS, считает, что интерес операторов обусловлен увеличением количества пользователей услуг широкополосного доступа и внедрением услуг triple play, в частности видео высокого разрешения по запросу. Причем за альтернативными операторами, которые внедряют эти услуги на базе Metro Ethernet в своих относительно небольших сетях, потянулись тяжеловесы отрасли связи – российские МРК, ранее использовавшие преимущественно DSL-доступ. Кроме того, к решениям на основе Metro Ethernet начали прибегать и российские операторы сетей сотовой связи.

Главные потребители Metro Ethernet – операторы, однако протоколы и стандарты этой технологии все активнее проникают и в корпоративные сети. По мнению Ильи Коваленко, руководителя сетевого направления компании Netwell, это в первую очередь вызвано возможностями Metro Ethernet по обеспечению высокой отказоустойчивости сети, которая достигается за счет применения средств сквозного управления трафиком и протоколов автоматического перенаправления трафика при разрыве соединений, благодаря совместимости с другими уровнями сети и оборудованием разных производителей, а также использованию в мультисервисных коммутаторах современных модульных операционных систем.

В разных сочетаниях

Выходя на магистральный уровень, сети Metro Ethernet заменяют собой существующие операторские сети. Ведь, как пояснил Виталий Аппельт , ведущий инженер департамента телекоммуникаций компании КРОК, решения Metro Ethernet в 2–3 раза дешевле решений SDH/SONET соответствующего класса. Кроме того, Metro Ethernet проще в обслуживании и легче масштабируется.

Однако традиционные операторы на время переходного периода вынуждены искать компромиссные сочетания технологий для обеспечения преемственности оказываемых услуг. Молодые же операторы имеют возможность с самого начала выстраивать «чистые» решения с Ethernet-коммутацией на уровне доступа и L2-агрегации. Как отмечает Дмитрий Шустер, технический директор по работе с операторами связи московского офиса Cisco, этому способствует широкая поддержка поставщиками оборудования стандартов 802.1 ah PBB.

По словам Александра Летягина , технического директора представительства компании MRV в России и странах СНГ, операторы стремятся снизить сложность сетевой инфраструктуры и, соответственно, расходы на нее, обусловленные необходимостью поддерживать одновременно несколько сетевых технологий. Поэтому в настоящее время перспективным направлением развития операторских сетей является построение мультисервисных сетей на основе технологии MPLS.

Свой сценарий перехода от традиционных TDM-сетей к пакетным предложили специалисты Ericsson Кирилл Федоров и Шейн Миддлтон . Они считают целесообразным на уровне доступа использовать «чистый» Ethernet, на транспортном уровне – гибридный вариант Ethernet + TDM (на основе оборудования POTP – Packet Optical Transport Network производства Ericsson) поверх оптических каналов со спектральным мультиплексированием WDM, а в ядре сети – MPLS поверх WDM. Для операторов, начавших строительство своей сети с нуля, специалисты Ericsson рекомендуют такую комбинацию: Ethernet на уровне доступа, Metro Ethernet – на уровне транспорта, в ядре же сети тот же MPLS поверх WDM.

Системный интегратор КРОК в своих решениях уровня доступа на практике использует оборудование Metro Ethernet компании Ciena, для уровня агрегирования – Cisco и Ciena, а для решений уровня ядра сети – Cisco и H3C.

Протоколы кооперации или раздора?

Технология Ethernet, применяемая в сетях операторов связи существенно отличается от ее базового варианта: не зря она была названа сначала Metro Ethernet, а позже – Carrier Ethernet (представители Cisco сегодня используют только последнее название). Поэтому так важно, чтобы оборудование Metro/Carrier Ethernet поддерживало стандарты ведущих отраслевых институтов и организаций. Это стандарты IEEE 802.1ad/ah – Provider Bridges/Backbone Bridges – альтернатива «взрослым» транспортным сетям; протоколы мониторинга и управления 802.1ag, 802.3ah, E-LMI (спецификация MEF); стандарты МСЭ-Т G.8261-G.8263 и IEEE 1588v2, обеспечивающие синхронизацию традиционных сетей поверх пакетных. Последние из перечисленных протоколов позволяют постепенно отказываться от магистралей на базе SDH/SONET, к которым до последнего времени были привязаны операторы мобильной связи.

На поддержку протоколов сходимости и быстрого восстановления связи в топологии «кольцо» обращает внимание Юрий Бельский , директор представительства компании Allied Telesis. Главным «унаследованным» ориентиром здесь является время восстановления кольца SDH, не превышающее 50 мс. Выдерживать этот показатель стараются почти все поставщики оборудования Metro Ethernet. Так, в коммутаторах Allied Telesis быстроту восстановления колец обеспечивает специальный протокол Ethernet Protected Switched Ring; у Extreme Networks аналогичную функцию выполняет протокол EAPS (Ethernet Automatic Protection Switching), а у Huawei/H3C – RRPP (Rapid Ring Protected Protocol). Вместе с тем разнообразие технологий восстановления связности колец, используемых производителями, специалисты российского поставщика QTECH считают одной из главных проблем построения «чистых» L2 Ethernet Metro-сетей.

Поэтому при развертывании сетей Metro Ethernet операторы должны выяснить, соответствует ли выбранное ими оборудование открытым стандартам и протоколам, которые позволят избежать проблем, связанных с построением сетей на оборудовании разных поставщиков и их дальнейшим развитием. Некоторой гарантией поддержки оборудованием набора таких стандартов, по мнению Владимира Алферьева , заместителя директора российского представительства ZyXEL, является его сертификация в лабораториях MEF. Сама ZyXEL, учитывая преимущественно мультивендорный состав оборудования операторских сетей, стремится придерживаться отраслевых спецификаций.

Такой непростой выбор

Поскольку оборудование Metro Ethernet часто устанавливается в узлах телекоммуникационных выносов (особенно это касается оборудования уровня агрегации и доступа), к нему предъявляются повышенные требования с точки зрения компактности, экономичности, расширенного диапазона рабочих температур, наличия датчиков дистанционного мониторинга и диверсификации типов источников питания. Все это стимулирует разработчиков Ethernet-оборудования к совершенствованию своих продуктов. Однако, как сетует И. Акимов из Huawei, наш рынок еще не созрел для принятия философии «зеленого дизайна» и заказчика больше волнует антивандальная защищенность аппаратных шкафов и отношение цена/производительность, чем инновационные технологии, снижающие энергопотребление и операционные расходы компании.

Несмотря на это поставщики активно предлагают на российском рынке новые экономичные, бесшумные и компактные коммутаторы Metro Ethernet для телекоммуникационных выносов. В таких коммутаторах применяются современные экономичные наборы микросхем, управляемая вентиляция и пассивное охлаждение (фактически – коммутаторы без вентиляторов), технологии отключения портов, специальное распределение воздушных потоков внутри шасси и т.п.

При выборе коммутатора для телекоммуникационного выноса важно помнить о необходимости наличия в нем блока аппаратной сигнализации, который будет в реальном времени регистрировать сигналы датчиков открытия двери шкафа, температуры, задымления и других физических воздействий. Другая важная характеристика оборудования операторского уровня – это обеспечение надежности за счет резервирования модулей управления, коммутации, блоков питания и возможности работы с дублированием соединений. По мнению же Алексея Токарева , руководителя направления системных решений компании QTECH, основной параметр коммутаторов для сетей Metro Ethernet – их производительность, а именно – способность обрабатывать и коммутировать трафик на полной скорости сетевого соединения (wirespeed). В то же время, как отмечает Д. Шустер (Cisco), все большее значение приобретает возможность гарантирования качества телекоммуникационных услуг и мониторинга SLA. Особенно это важно для корпоративных заказчиков и операторов мобильной связи (GSM, 3G/4G, WiMAX и т.п.).

Куда движется Metro

В чем сходятся специалисты, так это в основных направлениях развития Metro/Carrier Ethernet. В первую очередь они называют наращивание полосы пропускания сетей и удешевление оборудования, интеграцию Metro Ethernet с технологией оптического спектрального уплотнения, способность к масштабированию количества обслуживаемых терминалов и совершенствование протоколов сходимости и инкапсуляции.

Как отметил И. Коваленко из Netwell, уже в недалеком будущем ожидается плавный переход магистрального уровня на более производительные интерфейсы 40 и 100GE. Например, Cisco уже сегодня предлагает коммутаторы уровня ядра сети ASR 9000 с интерфейсами 10/100GE и IPoDWDM 10/100G, несмотря на то что стандарты на эти интерфейсы находятся еще в стадии утверждения. О готовности к выходу на 40- и 100-гигабитные скорости заявляют и другие поставщики коммутаторов Metro Ethernet – Huawei и Extreme Networks.

Специалисты из Ericsson главные перемены в отрасли связывают не столько с развитием самой технологии Ethernet (точнее, новых спецификаций Metro Ethernet), сколько с ее «напарницей» – MPLS, а именно – с активно формируемым сегодня набором альтернативных спецификаций MPLS-TP, позволяющих унифицировать пакетные протоколы для транспортных сетей.

И. Акимов из Huawei уверен, что в широком потребительском сегменте медь доживает последние дни. Косвенно это подтверждает ряд успешных проектов внедрения FTTH в России. Его поддерживает А. Токарев из QTECH, который утверждает, что уже сейчас «оптика в дом» по цене нередко сопоставима с прокладкой к клиенту медной витой пары. Однако широкое применение оптики на конечном участке подключения начнется при массовом использовании оконечных муль-тисервисных устройств, тех самых, что доставляют абоненту triple play. Что же касается скорости абонентского порта, то, по мнению А. Токарева, она еще долго будет укладываться в 100 Мбит/с, что соответствует текущим и перспективным тарифным планам и техническим требованиям услуг, включая IPTV.

На уровне доступа номинальной альтернативой Metro Ethernet можно считать технологии DOCSIS, xDSL, WiMAX, но дуплексный 100-мегабитный доступ для них – явная проблема, не говоря уж о гигабитных каналах, которые сегодня благодаря технологии Metro Ethernet могут быть протянуты к наиболее требовательным пользователям.

По мнению В. Алферьева, единственной достойной соперницей Metro Ethernet на уровне доступа сегодня является набирающая силу технология пассивных оптических сетей (PON). Впрочем, представитель ZyXEL имел в виду реализацию пассивных оптических сетей GEPON, которая по своей сути – тот же Ethernet.

Таким образом, за одним этим условным исключением, б'ольшая часть наших респондентов не нашла достойной замены для Metro Ethernet. Очень показателен ответ Д. Шустера на вопрос о доминировании той или иной технологии для операторских транспортных сетей: «Я не вижу реальных альтернатив Ethernet’у в ближайшей перспективе».

В недалеком будущем в наш дом будут заходить только два кабеля – силовой и телекоммуникационный, обеспечивающий предоставление услуг Интернета, телефонии, телевидения и радио. И в том, что этим кабелем станет кабель Metro Ethernet, сошлись большинство опрошенных нами производителей сетевого оборудования.

Серия была задумана, скорее, как практическая, но при ближайшем рассмотрении обнаружилось, что говорить о практических материях без достаточно длинного теоретического предисловия не получается. В частности, трудно обсуждать строительство и эксплуатацию сетей Metro Ethernet, не объяснив, что это такое.

Сначала постараемся прояснить, что подразумевается под термином Metro Ethernet. Строго говоря, это Ethernet-сеть, развернутая на уровне города, а в крупных сетях — транспортная структура между опорной сеть и сетью доступа. То есть это характеристика сети по обслуживаемой ею площади. Но часто этим же термином обозначают коммерческую телекоммуникационную сеть, абоненты которой подключаются к ней через Ethernet-интерфейсы. В западной литературе она чаще называется Carrier Ethernet, но мы будем придерживаться «неправильного» термина, с учетом того, что он используется и форумом MEF (Metro Ethernet Forum), о котором речь пойдет ниже.
Во-первых, конкретизируем, какие сети подпадают под понятие Metro Ethernet. Прояснить этот вопрос поможет сравнительная таблица, отражающая ниши локальных Ethernet-сетей и Metro Ethernet 1. Из таблицы видно, что Metro Ethernet существенно отличается от локальных сетей на базе Ethernet и по масштабам, и по среде передачи, и по реализуемым задачам и приложениям. Практически их объединяет только то, что конечные пользователи подключаются к сети через Ethernet-интерфейс, а данные по сетям передаются в формате Ethernet-кадра. Но в случае локальной сети эти кадры передаются в рамках сети Ethernet, как правило, с негарантированным качеством, а в случае сети Metro Ethernet Ethernet-кадры могут передаваться через разные транспортные среды (не обязательно Ethernet), инкапсулируясь в «местные» транспортные пакеты, но качество их передачи должно соответствовать заявленному. Сети используются для предоставления коммерческих услуг, и они должны быть конкурентны по качеству с теми же услугами в альтернативных сетях.
Способы обеспечения качества услуги в разных транспортных средах на пути пакета могут сильно различаться, но характеристики качества должны быть едиными. То есть оно должно описываться единым набором параметров, для каждого из которых должен быть определен способ его оценки.Исходя из этих соображений, появилась идея описания сетей Metro Ethernet с помощью модели Ethernet-услуг. Услуги описываются набором атрибутов, каждый из которых, в свою очередь, характеризуется набором параметров, которые можно определить численно. Это позволяет сформулировать набор требований к каналу передачи услуги, в форме, не зависимой как от конкретного сервиса, так и от транспортной среды, в которой организован канал ее передачи. А в каждой сети эти требования должны быть реализованы с помощью механизмов конкретной транспортной системы. Стандартизированная модель была разработана форумом MEF (Metro Ethernet Forum), в задачи которого входит разработка всех спецификаций, обеспечивающих работоспособность и совместимость сетей Metro Ethernet. Изложим основные положения этой модели. Она дает представление о спектре задач, которые приходится решать при эксплуатации сети Carrier Ethernet, и о механизмах, которые используются для их решения.

Основные понятия
В рамках модели вводятся следующие основные понятия:
Metro Ethernet Network (MEN) — сеть Metro Ethernet, по которой передаются услуги.
Equipment (CE) — абонентское оборудование, оснащенное UNI.
User-Network Interface (UNI) — стандартный Ethernet-интерфейс (10 Мбит/с 10 Гбит/с) между пользователем и сетью, у одного пользователя может быть несколько UNI.
Ethernet Virtual Connection (EVC) — виртуальное Ethernet-соединение, соединяющее два и более UNI для передачи между ними кадров Ethernet. Оно же в целях конфиденциальности и безопасности предотвращает пересылку этих фреймов другим UNI. Содержание Ethernet-кадра и MAC-адреса в заголовках в процессе передачи остаются неизменными.
Виртуальные соединения подразделяются на два типа: Point-to-Point (точка-точка) и Multipoint-to-Multipoint (многоточка-многоточка).
Аналогично водится два вида услуг:
Ethernet Line Service (E-Line) — услуга, предоставляемая по соединению точка-точка. (Рис. 1)
Ethernet Lan (E-LAN) — услуга, предоставляемая по соединению многоточка-многоточка. (Рис. 2)

Поддержка VLAN
VLAN (Virtual LAN) — это способ создания виртуальной локальной сети, которая объединяет выбранный набор оконечных устройств сети, не обязательно расположенных в одном сегменте локальной сети. Такая виртуальная сеть организуется программным образом, ее переконфигурирование не требует физических переключений и перемещений. Этот механизм позволяет создавать несколько независимых локальных сетей на базе общей физической сети. Более подробно эти вопросы изложены во врезке на стр 102. Атрибут, характеризующий работу с VLAN, предусматривает возможность посылок кадров с тэгами 802.1 Q или же без тэгов. В рамках этого атрибута также определяется, как следует обрабатывать фреймы с тэгами и должен ли идентификатор VLAN использоваться для определения маршрута кадров.
UNI, объединенные одним EVC, могут работать с тэгами VLAN по-разному, некоторые работают только с кадрами без тэгов, другие — только с кадрами с тэгами, а третьи — и с теми, и с другими.
Если тэги, сформированные UNI, поддерживаются в рамках данной услуги, то пользователь также должен знать, какие при этом манипуляции с ними производятся, сохраняются ли они неизменными, отбрасываются или, наоборот, прикрепляются. Форум предусматривает поддержку стека VLAN Q-in-Q, а также иерархическую MAC-адресацию — MAC-in-MAC (см. врезку).
Для CE-VLAN (абонентских VLAN в иерархической системе) предусмотрены две характеристики: сохранение/ не сохранение идентификатора CE-VLAN и сохранение/ не сохранение поля 802.1p c информацией о классе обслуживания. То есть информация о сохранении двух составляющих тэга VLAN. Часть UNI может поддерживать тэги, а часть — нет. Перед доставкой UNI фрейм должен с помощью таблиц соответствия быть приведен к виду, понятному этому UNI.

Мультиплексирование услуг
Под мультиплексированием услуг понимается поддержка одним UNI нескольких EVC. То есть возможность получать услуги от разных физических серверов, в том числе от разных провайдеров. Возможность иллюстрируется рис. 4. Разумеется, в этом случае UNI А должен иметь более широкую транспортную полосу, чем остальные, но ему не требуется нескольких физических интерфейсов. Такой подход снижает капитальные и эксплуатационные расходы.

Связка услуг
Связка услуг позволяет двум или более абонентским VLAN относиться в UNI к одному EVC. То есть через канал, соединяющий два (или более) физических порта, может передаваться два или более VLAN. Конкретная схема связей между UNI и EVC определяется договоренностью между конечным пользователем и провайдерами услуг. Связка «все в одном» предусматривает объединение всех VLAN, относящихся к UNI в одном EVC.

Фильтры безопасности
Провайдеры услуг могут предоставлять своим абонентам возможность задавать дополнительную фильтрацию трафика для обеспечения его безопасности. Например, в виде перечня MAC-адресов тех источников, которым разрешен доступ к UNI абонента. Доступ к кадрам от остальных источников в этой случае должен пресекаться.
В следующей статье будут приведены примеры использования перечисленных инструментов и рассмотрены варианты транспортной архитектуры сетей Carrier Ethernet.

VLAN
Задачи, решаемые с помощью VLAN
До эпохи коммутируемого Ethernet VLAN использовались для уменьшения количества коллизий, но теперь эта задача уже не актуальна. Тем не менее, возможность сконфигурировать виртуальную сеть, в которую включена только часть пользовательских и сетевых устройств, полезна и во многих других случаях. В частности, она позволяет разделить разные виды трафика по разным VLAN, имеющим разный приоритет или же класс обслуживания.
Кроме того, VLAN является определенной мерой защиты трафика от перехвата. В частности, использование VLAN защищает трафик от атак MAC flooding, суть которых описаны в предыдущей статье. Поэтому ценный трафик отправляется клиентам через их индивидуальные VLAN или через несколько VLAN, которым присваиваются разные приоритеты в зависимости от передаваемых услуг. Они также позволяют ограничивать доступ к сетевым ресурсам и услугам, то есть управлять этим доступом. Таким образом, VLAN представляют собой удобный механизм администрирования сети, не требующий ее физической модификации.
Способы определения принадлежности к VLAN
Во-первых, следует отметить, что тэги, указывающие на принадлежность к VLAN, вводятся в коммутаторах, а не в абонентских устройствах. Существует два принципа назначения VLAN — статический и динамический.
В первом случае VLAN закрепляется за определенным физическим портом коммутатора, и весь трафик, попадающий на порт, автоматически тэгируется как принадлежащий данной VLAN. Этот способ очень прост и может быть реализован либо вручную, оператором, либо жестко, на аппаратном уровне, с помощью ASIC. Но очевидным минусом такого подхода является недостаток гибкости и, в частности, невозможность поддерживать несколько VLAN на одном порту.
Динамический способ предусматривает присвоение принадлежности к VLAN по информации, содержащейся в поступившем пакете. Один из вариантов присвоения — по MAC-адресу. Возможно также присвоение с использованием информации, передаваемой во фрейме протоколами 3-4 уровня. И, наконец, размещение данных в VLAN может производиться на основании данных аутентификации пользователя или абонентского устройства.
Формирование пути для VLAN
Путь прохождения VLAN через сетевые устройства может быть сконфигурирован вручную или с помощью специальных протоколов — GVRP (GARP VLAN Registration Protocol) или схожим с ним VTP (VLAN Trunking Protocol) — корпоративной разработкой Cisco. Транком (trunk) называется физический канал, по которому передается несколько различных VLAN, вернее, кадры с соответствующими тэгами.
Формирование тэгов VLAN
Общеупотребительным для формирования тэгов VLAN сегодня является формат IEE 802.1Q. До появления этого стандарта для обозначения VLAN использовались корпоративные форматы, предложенные Cisco (ISL, InterSwitch Link) и 3COM.
Введение тэгов осуществляют коммутаторы, получающие пакеты от оконечного устройства сети. Коммутация пакетов осуществляется только в пределах VLAN, к которым они принадлежат. А обмен между VLAN реализуют маршрутизаторы или коммутаторы третьего уровня. Схема введения тэгов в соответствии с IEEE 802.1 Q показана на рис.

Тэг вводится между адресом назначения и полем типа кадра. Он включает двухбайтное поле типа тэга и в два байта соб-ственно с управляющей информацией. В поле типа вводится значение 0х8100, указывающее на наличие тэга в формате 802.1Q. Три левых бита самого тэга отведены для указания приоритета в соответствии со стандартом 802.1p. Они позволяют создавать до 8 классов обслуживания. 12 правых битов указывают идентификатор VLAN, с помощью которых можно идентифицировать до 4096 VLAN.
У бизнес-клиентов часто появляются потребность поделить потоки между группами абонентов и отдельными абонентами. Существует два способа решения этой задачи. Один, регламентированный стандартом IEE 802.1 ad (часто называемый Q-in-Q или Provider Bridges), предусматривает создание стэка VLAN. То есть иерархическое присвоение пакету двух тэгов VLAN. В этом случае внутри крупной VLAN создаются более мелкие VLAN, сегментирующие исходную.
Этот метод имеет определенные ограничения. Во-первых, он поддерживается не всей аппаратурой. Во-вторых, иерархическая система VLAN должна быть согласована с работой протокола STP, что делает их конфигурацию в крупномасштабных сетях достаточно сложной. В-третьих, в иерархических системах количество абонентских VLAN по-прежнему ограничена числом 4096. В-четвертых, несмотря на введение двухъярусных VLAN, MAC-адреса в обоих ярусах используются одни и те же. Поэтому не получается полного разграничения «магистральной» сети, по которой услуга доставляется до бизнес-абонента, и сети доступа, по которой она доходит до конечных пользователей.

Для устранения двух последний ограничений был разработан стандарт IEE 802.1 ah, известный также как MAC in MAC или Provider Backbone Bridges, предусматривающий полное разделение заголовков. В этом случае используются не только два ярусаVLAN, но также и две пары MAC-адресов: конечных пользователей (источник и точка назначения) и магистральная пара. Магистральным устройствам заголовок с адресами конечных пользователей просто не виден. Такой подход обеспечивает большую безопасность, потому что каждый ярус не имеет представления о системе адресации другого яруса. К тому же он упрощает администрирование сети, повышает ее устойчивость к широковещательным штормам и снижает требования к коммутаторам.

Metro Ethernet — это транспортная сеть Ethernet (см. рисунок 1), которая обеспечивает сервисы подключения типа «точка-точка» или многоточечного подключения в городской сети (MAN). Стандарт Ethernet произошел от технологии локальных сетей и заменил низкоскоростные технологии сетей WAN.

Сеть Metro Ethernet для поставщиков услуг

Корпоративные, бытовые и мобильные абоненты выбирают Ethernet-сервисы от поставщиков услуг из-за их эффективности, гибкости и простоты. Поставщики услуг используют сеть Metro Ethernet для следующих целей.

Межсоединение офисов и центров обработки данных. С помощью Metro Ethernet можно соединить два или несколько сотен объектов.
Подключение бытовых или корпоративных абонентов к Интернету.
Обеспечение подключения к общедоступным и частным облачным центрам обработки данных.
Предоставление услуг по передаче сотового трафика для предприятий оптовой торговли.
Обеспечение многоадресной передачи данных, используемой бизнес-клиентами для проведения видеоконференций, а также бытовыми абонентами для просмотра интернет-телевидения и видео.

На рисунке 2 показаны транспортные технологии, доступные в сети Metro Ethernet.

Преимущества сети Metro Ethernet

Сеть Metro Ethernet обеспечивает следующие преимущества.

Преимущества сети Metro Ethernet

Интеллектуальное управление рисками

Несмотря на то, что несколько сетевых функций объединяются на одном шасси, все они функционируют независимо друг от друга и делятся на эксплуатационные, функциональные и административные. Деление физической системы, такой как широкополосный сетевой шлюз (BNG), на несколько независимых логических экземпляров обеспечивает изоляцию сбоев. У подобных разделов отсутствует общая плоскость управления или плоскость передачи, однако они объединены на одном шасси, расположены в одном пространстве, а также питаются от одного источника. Это означает, что отказ в одном из разделов не вызывает обширного сбоя в работе сервисов.

Гибкость: поддержка широкого спектра сервисов и видов транспорта.
Надежность: в ходе процессов эксплуатации, администрирования и технического обслуживания сетей Ethernet осуществляется обнаружение путей, поиск и регистрация ошибок подключения, а также измерение производительности.
Экономическая эффективность и удобство использования: такие сети устроены проще, их легче обслуживать, чем сети WAN, что сокращает затраты на оборудование и снижает стоимость владения.
Качество обслуживания (QoS): поддержка функций QoS, таких как классификация, маркировка, ограничение трафика, организация очередей и планирование.
Масштабируемость: поддержка скоростей от одного Мбит/с до 10 Гбит/с. Клиенты могут динамично увеличивать пропускную способность часто без необходимости приобретения или установки нового оборудования.

Решения для сети Metro Ethernet компании Juniper Networks

Решения для сети Metro Ethernet компании Juniper Networks поддерживают автоматическое развертывание и сертифицированы по стандарту CE2.0 форума MEF. Эта сертификация обеспечивает следующие преимущества.

Экономия времени и сокращение затрат на тестирование
Более быстрое развертывание сервисов
Упрощение возможностей подключения между операторами связи

В таблице 1 перечислены функции и преимущества решений для сети Metro Ethernet компании Juniper Networks.

Сеть Metro Ethernet через оптимизированную технологию MPLS

Ethernet-сервисы можно выполнять в своей сети через технологию MPLS от ядра до сегмента доступа. Эта технология обеспечивает гибкость сервисов и масштабирование городской сети с возможностью остановки сервисов Metro Ethernet в любой точке сети.

Сеть Metro Ethernet через оптическую транспортную сеть

Компания Juniper Networks предлагает множество одноплатформенных решений на основе пакетов. Среди них доступны фиксированные (встроенные) или модульные (с линейной платой) варианты, благодаря которым можно развертывать оптические сервисы (DWDM) с той же платформы. Это обеспечивает большую дальность транспортировки между сетевыми элементами или передачу трафика оптической сети (например, конфигурируемому оптическому мультиплексору ввода-вывода (ROADM)).

Маршрутизаторы универсального доступа серии ACX

Эти компактные, энергоэффективные и сертифицированные по стандарту CE 2.0 форума MEF маршрутизаторы доступа и агрегации для сетей Ethernet операторов связи обеспечивают расширенные функции слоя 2, слоя 3 и MPLS, возможности программирования, а также поддержку эксплуатации, администрирования и технического обслуживания сети Ethernet.

Универсальные 3D-маршрутизаторы серии MX

Эти маршрутизаторы обеспечивают высокую производительность для конвергентных бытовых и мобильных сервисов, а также сервисов сети Metro Ethernet на единой платформе.

В настоящее время развитие технологий связи сопровождается активным ростом «аппетита» абонентов, использующих ресурсоемкие приложения, все более требовательные к производительности и пропускной способности сетей передачи данных. Поэтому перед операторами все отчетливее вырисовывается вопрос: «Как выгоднее и эффективнее организовать инфраструктуру доступа для существующих и новых абонентов?»

Введение

К 2000 году стандарт Ethernet, как наиболее доступный и удобный, стал основной технологией организации доступа для домашних и корпоративных абонентов, так как операторские и клиентские устройства, работающие на базе этого протокола, обеспечивали достаточную скорость передачи данных при невысокой стоимости оборудования. Ethernet последовательно предоставлял скорости передачи данных в 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с, удовлетворяя большую часть запросов пользователей своего времени. Технологические особенности MetroEthernet определили и область применения стандарта: крупные города и населенные пункты с высокой плотностью населения и небольшими расстояниями от узла связи до абонента.

В то же время, задача ликвидации цифрового неравенства, особенно актуальная для нашей страны, вынуждает операторов искать решения для организации высокоскоростного доступа по всей стране. В дополнение к этому многие операторы вплотную подошли к необходимости модернизации устаревшей медной инфраструктуры, и, учитывая сложившуюся ситуацию, выбор в пользу Ethernet выглядит уже не столь очевидным. Высокие требования абонентов и необходимость поиска наиболее экономически эффективных решений в конкурентных условиях заставляет даже лидеров рынка присмотреться к новым технологиям, позволяющим не только решить задачи сегодняшнего дня, но и сформировать базу для будущего развития сетей. В частности, технологии PON могут стать основой для предоставления доступа в малонаселенных регионах, когда установка дополнительных устройств концентрации является нецелесообразной.

Различные технологии для подключения абонентов

Российские операторы активно развивают несколько технологий подключения абонентов к своим сетям, и каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Выбор технологии определяется сразу несколькими факторами: потребностями абонента, техническими условиями и экономической целесообразностью реализации доступа со стороны провайдера.
Согласно исследованиям, проведенным компанией J'son & Partners Consulting в 2010 году, наиболее популярной технологией подключения абонентов в России остается технология DSL. За ней следуют технологии Metro Ethernet и Docsis.
Чтобы разобраться в отличиях, мы более подробно остановимся на каждом из семейств технологий.

xDSL - просто и доступно

Если необходимо обеспечить доступ абонента к ресурсам Интернета, проще всего использовать уже имеющуюся инфраструктуру, которая была создана при прокладке телефонных линий, сети электропередач, радиоточек или других коммуникаций. Именно поэтому семейство технологий DSL (DigitalSubscriberLine) получило столь обширное распространение во всем мире. Оператору необходимо лишь установить на своей стороне специальные мультиплексоры DSLAN, а на стороне абонента - DSL-модем.

Очевидным недостатком xDSL является физическое ограничение скорости передачи данных. Наиболее популярный стандарт ADSL 2+ может обеспечить поток лишь 24 Мбит/с к абоненту при соблюдении идеальных условий подключения, а учитывая качество и протяженность медных проводов, используемых на постсоветском пространстве для организации телефонной связи, реальная скорость передачи данных составляет в среднем 1-5 Мбит/с. Преодоление этого скоростного барьера в рамках технологий xDSL представляется сегодня весьма дорогостоящей и сложной задачей, а организация связи на расстоянии более 5 км от места установки концентратора представляется и вовсе невозможной.

Metro Ethernet - наиболее популярная технология для строительства новых сетей

Вторым по популярности методом подключения является стандарт Ethernet. Его использование требует прокладки отдельного кабеля к каждому абоненту, но зато позволяет решить вопрос с пропускной способностью инфраструктуры доступа. В качестве физического носителя здесь по-прежнему используется «медь», а точнее, - одна или несколько витых пар проводов. За счет протокола FastEthernet, достаточно доступного и работающего со скоростью 100 Мбит/с, значительно обгоняя провайдеров xDSL, многие поставщики успешно решили проблему организации инфраструктуры доступа, однако уже сегодня ресурсов созданных сетей не хватает. Даже рядовые абоненты активно переходят на безлимитные тарифы со скоростью передачи данных до 30 Мбит/с и выше, а это означает, что для предоставления требуемых параметров необходимо последовательно переходить к оборудованию, поддерживающему протоколы GbE (1 Гбит/с) и 10GbE (10 Гбит/с).

К недостаткам технологии Metro Ethernet (FTTB) следует отнести малую дистанцию подключения (расстояние между операторским и абонентским оборудованием). В большинстве крупных городов при плотной застройке данная проблема вряд ли актуальна, однако, в сельских районах, дачных, коттеджных поселках следует применение технологии Metro Ethernet существенно увеличивает расходы на оптоволокно.
Потребности в более высоких скоростях ведут к непропорциональному росту затрат оператора при увеличении абонентской базы, так как оборудование стандартов GbE, 10GbE, а также грядущих 40GbE и 100GbE оказывается весьма дорогостоящим.

По словам создателя стандарта Ethernet Боба Меткалфа, технология передачи данных протокола Ethernet со скоростью 1 Тбит/с будет разработана к 2015 году, но при этом потребует решения множества проблем, связанных с физическими явлениями.

Коаксиальные сети - традиционный подход

Третьим по популярности методом подключения является использование коаксиальных сетей DOCSIS, использующих телевизионный кабель. В отличие от ADSL, технология DOCSIS позволяет обеспечить передачу данных с большими скоростями - до 150 Мбит/с к абоненту и до 50 Мбит/с от абонента (стандарт DOCSIS 3.0). При этом провайдеру, также как при использовании технологии DSL, не приходится прокладывать дополнительные кабели; нужно только установить на стороне клиента терминальное устройство, позволяющее подключить компьютер или беспроводной роутер. Впрочем, инвестиции в инфраструктуру передачи данных, включая коммутационные устройства и промежуточные усилители, могут также оказаться значительными.

Беспроводные сети - там, где другие не смогут

В тех случаях, когда прокладка кабеля оказывается затруднительной, операторы прибегают к применению беспроводных технологий связи. Несмотря на попытки продвижения Wi-Fi - стандарта Wi-Fi (802.11x), в России эта технология практически не прижилась в качестве средства обеспечения связи «последней мили». Способные обслуживать на одной точке доступа несколько абонентов одновременно, точки доступа наиболее поздней вариации протокола 802.11n обеспечивают скорость передачи данных 300 Мбит/с. Впрочем, она редко достигаются в реальности, поскольку ограничена параметрами окружающей среды. Скорость доступа также снижается по мере удаления абонента от базовой станции, и уже на расстоянии порядка 500 метров ограничивается параметрами 802.11b - 11 Мбит/с. На практике соединение возможно и на больших расстояниях - до 10 км, но для этого требуется применение весьма дорогостоящих направленных антенн.

Альтернативой Wi-Fi при обслуживании абонентов на обширных пространствах является WiMAX - технология, позволяющая предоставить доступ в интернет со скоростью до 75 Мбит/с на каждого абонента в радиусе 25-80 км. Разрабатываемый сегодня стандарт WiMAX 2 позволит преодолеть барьер в 1 Гбит/с, работая уже на расстояниях до 150 км. Однако в любом случае оборудование WiMAX остается дорогостоящим и требует тщательной настройки антенн для получения оптимальных результатов и высокой скорости работы инфраструктуры доступа.

Но самым популярным видом беспроводной связи в России являются сети 3G сотовых операторов, постепенно переходящие к LTE и 4G - более высоким скоростям передачи данных. Для подключения абонентов в данном случае требуется лишь наличие покрытия соответствующей плотности и USB-модема, который, в свою очередь, устанавливается в роутер или прямо в ПК. Впрочем, тарифная политика операторов такова, что без снижения скорости передачи данных сегодня можно работать лишь с каналами 256 или 512 Мбит/с - в остальных случаях при загрузке через сотового оператора определенного количества гигабайт, скорость снижается до 64 или даже 32 кбит/с.

Оптоволоконные сети - большие перспективы

Оптические волокна обладают уникальной особенностью передавать сигнал на значительные расстояния с высокой скоростью. Так, в сентябре 2012 года японская компания NTT продемонстрировала передачу данных со скоростью 1 Пбит/с (1 000 000 Гбит/с) на расстояние в 52,4 км по одному жгуту оптоволокна без использования промежуточного оборудования, доказав, что ресурсы данной технологии еще долго останутся неисчерпанными.

Топология оптоволоконной сети может быть организована в виде кольца, инфраструктуры точка-точка или дерева, причем дерево может быть построено на базе активных либо пассивных узлов. Для организации абонентского доступа больше всего подходят пассивные оптические сети PON, позволяющие подключить максимальное количество абонентов при минимальных затратах на оборудование и кабели. В данном случае множество абонентов обслуживает единый центральный коммутатор OLT (OpticalLineTerminal), пассивные ретрансляторы обеспечивают передачу всего потока данных к абонентам, а клиентские устройства ONT (OpticalNetworkTerminal) выхватывают из него только адресованную им информацию. Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (TimeDividedMultipleAccess).

Технология передачи данных по оптическим сетям, безусловно, обладает большими возможностями за счет использования минимального количества активных компонентов и ресурсов оптических сетей. Однако на начальном этапе ее развитие сдерживалось отсутствием принятых стандартов, а также высокой стоимостью оборудования.

Консорциум FSAN, созданный в 1995 году, сформировал первую спецификацию пассивной передачи данных в оптических сетях GPON (PassiveOpticalNetworks) только в 2003 году. В процессе развития первой версии PON на базе стандарта ATM скорость передачи данных росла с 155 Мбит/с до 622 Мбит/с на абонента. Переход к базовому протоколу Ethernet в 2004 году позволил создать стандарт EPON, предлагающий скорости до 1 Гбит/с, но обладающий значительно меньшим потенциалом для контроля качества предоставления сервиса QoS. А наиболее популярный сегодня стандарт GPON, поддерживает до 128 абонентских узлов на одно волокно и обеспечивает скорость передачи данных до 2,5 Гбит/ск абоненту и 1,6 Гбит/с от абонента, значительно обгоняя конкурирующие технологии по соотношению скорость/затраты. Длительное время распространение технологии xPON сдерживалось за счет дороговизны клиентских устройств ONT, которые, однако, становятся все дешевле. Например, в среднем абонентское устройство GPON за три года стало доступнее на 30% при цене в 11 000 рублей против 17 000 в 2009 году, и эта тенденция продолжает набирать обороты. Компания QTECH в настоящее время выпускает одни из самых доступных терминалов ONT, которые, фактически, просто обладают интерфейсом Ethernet, конвертируя сигнал в доступный для работы на любом ПК или ноутбуке, либо для подключения роутера.

Перспективы GPON сегодня

Наиболее перспективной для развертывания сетей на малозаселенных территориях на сегодняшний день становится технология GPON. Например, федеральный оператор «Ростелеком» использует именно GPON для расширения возможностей сетей широкополосного доступа в различных регионах России. Высокая скорость передачи данных, которая составляет 2488 Мбит/с к абоненту и 622, 1244 или 2488 Мбит/с от абонента (в зависимости от конкретной модели устройства), позволяет качественно расширить полосу доступа в интернет для каждого абонента. Возможности оптического уплотнения позволяют операторам дополнительно увеличить полосу пропускания, а также добавлять и удалять абонентские устройства без изменения существующей инфраструктуры сети, предлагая абонентам в точности те скорости, за которые последние готовы платить.

Применение пассивных оптических сетей обеспечивает оператору помехоустойчивость каналов связи, а также использование всех популярных протоколов и технологий коммуникаций IGMP, DHCP, STP,TCP/IP и так далее. В отсутствие промежуточных активных элементов, управление абонентскими устройствами и обновление их программного обеспечения происходит централизовано и автоматически, благодаря чему сохраняются инвестиции в новое оборудование.

Новое оборудование - новые возможности

Современные устройства GPON - коммутаторы OLT и клиентские устройства ONT - стали функциональными. Различные размеры и плотность портов позволяют операторам выбирать те решения, которые позволят им соблюсти баланс между количеством подключаемых абонентов и затратами. К примеру, компактные модели коммутаторов QTECH (GPON OLT) форм-фактора 1U оснащаются 8 портами GPON и 8 интерфейсами (10/100/1000Base-T или 1000Base-X), позволяя подключить до 256 абонентов через однопортовые терминалы ONT. Более масштабные коммутаторы форм-фактора 4U GPON OLT, в свою очередь, совмещают высокую плотность портов с возможностями резервирования. В таких моделях предусмотрены две платы управления, два блока питания и 4 платы, собственно, обеспечивающие коммутацию GPON плат. Таким образом, оператор получает возможность подключить до 1024 абонентов на одном коммутаторе, одновременно гарантируя отказоустойчивость коммуникационной среды.
Что касается терминалов ONT, операторы предоставляют их клиентам в аренду, в лизинг или просто продают в рассрочку, а в некоторых случаях - используют один терминал для обслуживания сразу нескольких абонентов, которые подключаются уже через интерфейс Ethernet устройства ONT (у многих современных моделей терминалов имеется встроенный концентратор локальной сети). В случае с доступными терминалами QTECH также перспективной представляется возможность прямого подключения конечных потребителей по технологии GPON. При этом не требуется никаких дополнительных надстроек или согласования протоколов - пассивные оптические сети позволяют сразу же предоставить доступ к интернет-ресурсам в привычном режиме, но с более высокой скоростью и меньшими затратами со стороны оператора.

Заключение

Каждая из технологий позволяет решить определенные задачи при построении инфраструктуры доступа для различных категорий абонентов. Чтобы получить преимущества от каждой из них операторам необходимо сформулировать актуальную стратегию развития сетей с учетом региональных особенностей и технических характеристик уже созданной инфраструктуры.
Бесспорно, решения на базе DSL будут по-прежнему использоваться для подключения удаленных от магистральных сетей связи объектов, но уже имеющие медную инфраструктуру, а также для организации выхода в интернет для частных абонентов по невысоким тарифам с невысокой скоростью подключения.

Адаптеры Ethernet, встроенные во все современные персональные компьютеры, обеспечат широкое применение данной технологии для подключения конечных устройств. Также увеличение скорости протокола Ethernet позволит эффективно развивать инфраструктуру доступа для объектов с небольшой численностью абонентов и ограниченными расстояниями. В таком случае не нужно будет устанавливать большое количество активных концентраторов.

Беспроводные сети по-прежнему обеспечат связь для труднодоступных объектов, а также будут использоваться для комфортного подключения конечных устройств в совмещении с другими технологиями, такими как Ethernet, DSL и оптические сети.

Что касается технологий xPON, долгое время находившихся в тени, они становятся все более актуальными за счет широких возможностей масштабирования, высокой скорости передачи данных и активного снижения стоимости абонентских терминалов. Пожалуй, именно эти решения способны удовлетворить растущие запросы абонентов в высоких скоростях, одновременно решая задачу оператора по снижению сложности и повышению надежности инфраструктуры доступа. Особую роль технологии PON могут сыграть в рамках строительства сетей передачи данных для удаленных и малонаселенных регионов, где возможность выделения широкой полосы передачи данных на значительные расстояния без дополнительного оборудования является ключевым фактором успеха.

Читайте также: