Телекоммуникационный рынок, история которого началась с появления простого проводного телефона, сегодня пришел к такому состоянию, когда количество сервисов, потребляемых абонентом,
достигает нескольких десятков. Но неизменным при этом остается один вопрос - среды передачи данных, или инфраструктуры.
Сегодня конкуренция на операторском рынке очень жесткая, количество операторов значительно выросло за последние годы, многие глобальные сети начали проникать в регионы, борьба идет за каждого
абонента, и в столице это в большей степени заметно. Понятно, что обрушивать тарифы на связь до бесконечности просто невозможно, тем более что крупные клиенты (промышленные предприятия или банки)
требуют также высокого уровня QoS (Quality Of Service). Таким образом телекоммуникационные операторы приходят к необходимости предоставлять максимальное количество сервисов и гарантировать
превосходное качество. При этом, безусловно, никто из них не в состоянии сменить все имеющиеся каналы доступа, так как последние в качестве основных фондов имеют большую стоимость, и каждый оператор
заинтересован в их полной утилизации.
Описание ситуации
Если рассмотреть оператора связи, который начал свою деятельность до того, как все начали восхвалять протокол IP и пакетную передачу данных (а таких сейчас большинство), у него наверняка имеется
оптоволоконная сеть. Действительно, оптика сегодня растянута везде. При этом многие междугородние магистрали также выполнены на оптоволокне. Что же, каналы традиционно создавались на основе SDH
разного уровня, и помимо предоставления самого канала в аренду, основным применением оптики было создание опорной сети для передачи голосового трафика как по городу (пример - сеть МГТС), так и в
регионы ("Ростелеком"). Дело в том, что SDH очень удобен для организации надежных телефонных каналов, так как в оборудовании уже реализована технология восстановления сервиса с задержкой порядка 50
мс, чего более чем достаточно для высокого уровня сервиса.
Рисунок 1. Сеть SDH удобна для организации телефонных каналов
Однако как выяснилось, оптика не всегда является панацеей. Хотя бы потому, что масштабирование SDH-магистралей оказалось сложной задачей из-за высокой стоимости оборудования, причем в пересчете на
порт стоимость тоже оказывается очень высокой, особенно при использовании интерфейсов вроде STM-16 (2,5 Гбит/с) и более. Кроме этого, сегодня налицо рост потребности в передаче IP-трафика, а не
полной аренды канала, что ведет к дополнительным затратам на приобретение IP-коммутаторов. Но сложность работы с оптикой на этом не заканчивается - с ростом интенсивности изменения вида и топологии
трафика, например распределения звонков в сети МГТС в течение дня, управляемость сетей SDH значительно снижается - необходимо каким-либо образом реализовывать динамический анализ и перераспределение
каналов.
Другой лагерь представлен операторами, которые в середине-конце 1990-х годов для организации мультисервисных сетей активно развивали каналы АТМ. Фактически единственным сервисом, который операторы
предлагают на базе сети АTM, сегодня является эмуляция выделенного канала (Circuit Emulation). Следует отметить, что перепродажа портов ATM с обеспечением различного качества обслуживания не получила
развития в России и количество таких портов можно пересчитать по пальцам.
Основная проблема, с которой сейчас сталкиваются операторы, имеющие сети на базе АТМ, состоит в нецелесообразности дальнейшего их развития в силу высокой стоимости и отсутствия высокоскоростных
портов на оборудовании АТМ, что также сказывается на возможности утилизации этих каналов полезным трафиком.
Пожалуй, единственная технология, которая в настоящее время не накладывает ограничений на пропускную способность, это оптоволокно, использующее спектральное уплотнение. Высокая скорость передачи
данных достигается посредством спектрального уплотнения в пассивном режиме (CWDM) или в активном (DWDM). Стоимость оборудования для реализации оптоволоконной инфраструктуры существенно снизилась и
продолжает снижаться.
Рисунок 2. Технология DWDM не имеет ограничений по пропускной способности
Кроме того сегодня существует технология Ethernet, которая активно развивается в качестве транспортной среды для передачи разнородного трафика, в первую очередь IP-трафика. Главное преимущество
Ethernet - полная поддержка базовой спецификации всеми поставщиками сетевого оборудования. То есть оператор может использовать коммутаторы разных производителей и быть уверен в том, что сеть будет
работать. Однако со временем становятся видны и недостатки сетей Ethernet. Подключая каждого очередного абонента, выделяя при этом новую виртуальную сеть, оператор приближается к пределу насыщения, и
с определенного момента коммутаторы перестают успевать обмениваться необходимой управляющей информацией, просто потому, что протоколы, созданные для Ethernet-коммутаторов, не рассчитаны на создание
магистральных сетей. Решить проблему можно либо путем использования частных улучшений разных поставщиков для управляемости сети, либо посредством изменения структуры сети (разделить ее на более
мелкие домены). Первое решение кажется привлекательным, но вызывает привязку к одному поставщику, что, конечно, неэффективно. Второе решение выгодно, но накладывает некоторые ограничения на
предоставление сервисов. Если использовать Ethernet-транспорт в "чистом виде", ни о каких QoS не может быть и речи: при обрыве кабеля нельзя предугадать время восстановления сервиса по резервному
каналу, и в некоторых сетях время восстановления может составлять десятки секунд, так как штатные протоколы для коммутации пересылают массу дополнительной информации, совершенно ненужной для
обнаружения обрыва. Таким образом, сети Ethernet прекрасно подходят для передачи данных, но требуют значительных модификаций, чтобы работать с голосом, и не могут использоваться для построения
крупных магистральных сетей.
С одной стороны, в мире и в России эксплуатируется большое количество ATM- и SDH-сетей, дальнейшее расширение которых во многих случаях экономически неоправданно. С другой, сервисы на основе
протокола IP растут опережающими темпами и требуют все большей сетевой и канальной емкости. Однако учитывая потребности эры IP, "революционно" отказываться от всей существующей инфраструктуры
совершенно не рационально. Поэтому сегодня можно с большой уверенностью говорить о существовании нескольких разнородных сетей, проблеме их управляемости и создания единой среды предоставления услуг
заказчикам. Операторы имеют сети SDH/ATM для передачи голосового трафика, ATM - для организации сервисов передачи данных, Ethernet - для предоставления интернет-трафика в городских сетях. Многие
операторы и крупные компании заказывают каналы SDH и Frame Relay между городами в трех вариантах: для Интернета, для телефонии, для передачи специальных данных - все по отдельности. При интеграции
нельзя забывать, что важна совместимость технологий передачи данных даже не одного поколения, а транспортных протоколов, относящихся к различным поколениям, что отличает их как по пропускной
способности, так и по возможностям организации сервисов.
Возможные решения
Однако несмотря на кажущуюся разнородность транспортных протоколов, уже в конце 1990-х годов стало ясно, что на базе протокола IP можно строить глобальные отказоустойчивые сети, работающие по
принципу пакетной коммутации данных. IP действительно оказался достойным решением, так как поверх него сегодня поддерживается большинство протоколов, а сама технология пакетной передачи данных
реализована в оборудовании многих производителей. Это позволяет операторам связи значительно снижать затраты, так как для мультивендорной сети можно использовать в качестве клиентского устройства
продукт любого производителя, равно как и масштабировать операторские сети решениями разных вендоров, лучшими по соотношению цена/качество. При этом IP-сети могут работать поверх любых опорных сетей:
ATM, SDH, Frame Relay и прочих.
Говоря об управляемости SDH следует отметить такие разработки, как, например, Cisco DPT. DPT может быть развернут поверх SDH либо DWDM. Эта технология позволяет организовать ту же скорость
восстановления - порядка 50 мс, так как использует оптическое кольцо, подобное SDH, в котором уже может работать больше устройств, эффективнее взаимодействующих друг с другом. Можно сказать, что DPT
стала шагом Cisco Systems к отказу от трехуровневой архитектуры каналов, когда речь идет об оптимизации волоконной оптики. При этом ATM, увы, как был фактически только транспортом для передачи
IP-трафика, так и остается им. Это же справедливо и по отношению к SDH, используемом в чистом виде.
Совокупное решение, базирующееся на основе IP, представляет собой общий транспорт для передачи любого трафика. Одним словом, концепция, которую когда-то пытались внедрить на уроне ATM, нашла
реализацию только поверх расширенного интернет-протокола IP/MPLS.
Разработка этого решения была поддержана всей отраслью и сегодня повсеместно используется в IP-сетях. IP/MPLS отличается от стандартного пакетного протокола IP тем, что коммутация трафика
основывается не на адресной информации в IP-пакете, а на коммутации трафика внутри сети MPLS по прикрепленной к пакету данных специальной метке, благодаря чему принципы управления передачей трафиком
принципиально меняются. Путь, по которому трафик будет передаваться по сети MPLS сначала определяется с помощью традиционных протоколов динамической маршрутизации, например OSPF, каждому интерфейсу с
помощью протокола LDP (Label Distribution Protocol) присваивается специализированная транспортная метка. Этот механизм определения топологии и раздачи меток носит название управляющей компоненты
MPLS. После того как топология определена, трафик коммутируется внутри сети по независимым от типа передаваемого трафика меткам. Фактически устройства в сети MPLS являются коммутаторами трафика по
меткам. Этот механизм носит название коммутационной компоненты MPLS.
При использовании этих механизмов появляется возможность получить дополнительные механизмы управления трафика, которые были не доступны в традиционной сети IP.
Взять, например, проблему доступности сервиса. Ни для кого не секрет, что в стандартном протоколе IP невозможно гарантировать уровень сходимости меньше нескольких секунд, потому что речь идет о
динамической маршрутизации, которая требует определенного динамическим протоколом времени сходимости, - конвергенции протокола маршрутизации. В IP/MPLS реализована возможность практически мгновенного
переключения на резервный канал при обнаружении аварии канала или коммутатора на основном пути прохождения трафика. Эта функция носит название FastRerouting (FRR), основывается на Traffic
Engineering-туннелях, которые при проектировании сети прокладываются по разным маршрутам. Для определения времени восстановления трафика или переключения его коммутации на резервный канал разработан
комплекс механизмов по улучшению конвергенции протоколов OSPF/IS-IS, которые позволяют гарантировать заказчику время восстановления сервиса на уровне 100-150 мс вне зависимости от топологии сети.
Пример такого протокола - Bidirectional Fault Detection (BFD). Он работает независимо от OSPF и может гарантировать доступность информации об аварии в течение 100-150 мс.
Естественно, на этом этапе возникает резонный вопрос: что может предложить технология MPLS для интеграции сервисов, реализованных на SDH/ATM/FR/IP-сетях?
Для передачи различного трафика ATM, FR, PPP, HDLC, Ethernet, VLAN на основании IETF "martini-draft" разработан специальный протокол - Any Transport over MPLS (AToM) который ориентирован на
передачу трафика через сеть MPLS. При этом могут использоваться механизмы повышения доступности сервиса FRR/TE для гарантированного транзита трафика L2 через MPLS-сеть.
С использованием MPLS можно осуществлять передачу трафика второго уровня, разделяя его на приоритетный и обычный. В случае выделения приоритетов качество сервиса обеспечивается традиционными для
IP-сети механизмами анализа классов трафика, при этом для разных классов трафика могут быть предложены разные механизмы обеспечения доступности и приоритезации внутри сети MPLS.
Для реализации аналога коммутируемого Ethernet домена L2 внутри сети MPLS используется специализированный протокол VPLS (Virtual Private LAN Service). В этом случае оператор использует свою
инфраструктуру в качестве распределенного коммутатора для клиентского Ethernet-трафика.
Но Cisco Any Transport over MPLS со всеми сопутствующими протоколами, конечно, не единственное решение. Следует рассмотреть такую технологию передачи данных, как TDM over IP (TDMoIP). Это своего
рода ноу-хау израильской компании RAD Data Communications поставляется на рынок зачастую совместно с продуктами других производителей. Сама технология TDMoIP позволяет организовать транспорт
различных данных по одной IP-магистрали. При этом на входе устройства TDMoIP реализованы порты для подключения любых интерфейсов, вплоть до каналов E1 без сжатия, в результате чего итоговая
эффективность и уровень сервиса TDMoIP, по крайней мере согласно обнародованным характеристикам, оказывается значительно выше, чем у VoIP.
Рисунок 3. TDMoIP реализует транспорт различных данных по одной IP-магистрали
Помимо этого RAD Data Communications сегодня реализует возможность создания единого Ethernet-окружения, используя каналы E1/E3 или ATM. Создает своего рода связь между поколениями транспортных
протоколов, не прибегая при этом к формированию единой сети, такой как Cisco AToM. Конечно, эти решения не обеспечивают всей пестроты функциональности, которая наблюдается у Cisco, зато позволяют
обеспечить доступность новых сервисов и повысить утилизацию старых каналов передачи данных, естественно, за меньшие деньги.
Мало того, возможность передачи различных данных поддерживается сегодня многим беспроводным оборудованием в так называемых pre-WiMAX-решениях. В частности оборудование производства российской
компании Infinet Wireless позволяет организовать прямое включение каналов E1 либо других цифровых интерфейсов передачи данных. При этом также гарантируется качество передачи данных и низкий
показатель задержки восстановления канала.
Но возвращаясь к IP/MPLS в целом, следует отметить высокую степень стандартизации, для чего был создан Форум MPLS/VPLS, в который входят практически все сетевые вендоры. Многие операторы
принципиально не используют нестандартизованные протоколы (конечно, есть исключения, но они встречаются редко). Это стимулирует процесс стандартизации со стороны открытого рынка, что, быть может,
является даже более сильным инструментом, чем наличие форума, в который входят крупнейшие производители.
Заключение
Как видите, картина потенциальных проблем при организации дополнительных сервисов сегодня достаточно пестрая, не менее пестрая и карта их решений. В будущем каждое решение просто займет свою нишу, а
по мере того, как переход на цифровые сети будет окончательным (например когда станет дешевле покупка нового оборудования, чем содержание старого), мы и вовсе забудем об этих переходных технологиях.
Однако нынешняя цель любого оператора состоит в максимальной интеграции сервисов, которые он предлагает клиентам, и их эксплуатационном удешевлении. С точки зрения затрат оператору выгодно
получать максимальное количество сервисов в одной сети, с одного устройства. Кстати говоря, это и есть сеть NGN (Next Generation Network), о концепции которой последнее время много говорят.
Основной задачей поставщика оборудования сегодня является максимальная унификация оборудования, реализация модульности самих устройств коммутации, что должно облегчить решение вышеописанной задачи
оператора.
И, наконец, вспоминая про потребителей, скажем: все происходящие процессы ведут к тому, что каждый будет обладать возможностью получить любые сервисы, независимо от того, какой транспортный канал
используется оператором - для клиента все рассмотренные выше проблемы вообще должны быть прозрачны, конечно, если оператор начал внедрять новые технологии, составив предварительный план на основании
соответствующего анализа.