Архитектура и технологии сетей масштаба города

Рис. 1.

Для обеспечения повышенной надежности и резервирования широко применяется топологическая модель кольца. Кольца обычно создают на уровнях опорной сети и доступа (рис. 2).

Базовыми магистральными технологиями на сегодня являются следующие: SONET/SDH, ATM, POS (Pocket over Sonet), EoSDH (Ethernet over SDH), DWDM, CWDM, DPT/RPR, Fast/Gigabit/10 Gigabit Ethernet (рис. 4).

Рис. 5.

Основными достоинствами данной технологии являются стандартизованность, масштабируемость и высокая надежность (время восстановления порядка 50 мс).

К недостаткам можно отнести ориентацию на передачу голосового трафика, фиксированную полосу пропускания, не зависящую от загрузки каналов и неэффективное использование колец.

SONET/SDH является самой зрелой и поэтому самой распространенной технологией для построения магистральных каналов передачи данных. Основная область ее применения – первичные сети операторов связи. Мультиплексоры, объединенные оптическими линиями связи, образуют единую среду, в которой прокладываются цифровые каналы между оборудованием телефонных сетей или сетей передачи данных. Кроме того, технология SONET/SDH может являться транспортной основой для более современных протоколов, таких, как ATM, POS и MPLS.

ATM

В свое время с целью создания мультисервисной (для всех существовавших видов трафика: голос, видео, интернет) и высокоскоростной технологии передачи данных появилась Asynchronous Transfer Mode – ATM. Повсеместного распространения (несмотря на известный лозунг "ATM everywhere") не получилось (в локальных сетях победил Ethernet), но для построения магистралей ATM стала базовой на многие годы.

Ориентация на высокие скорости определила наиболее предпочтительную физическую среду передачи для ATM – оптическое волокно. Очень часто магистральные сети ATM выполняются наложением на существующую инфраструктуру SONET/SDH, что изначально предусмотрено стандартом (рис. 6). Однако данный метод неэффективен и, естественно, уступает непосредственному соединению ATM-оборудования.

POS

Для решения проблемы накладных расходов в случае передачи IP-трафика через сети SONET/SDH с использованием ATM была разработана технология Packet Over Sonet/SDH (POS), непосредственно инкапсулирующая данные в кадры SDH. Практически вы получаете интерфейс с IP-адресом, который использует все преимущества транспортной оптической технологии, не задействуя никаких промежуточных протоколов.

EoSDH

Отвечая потребностям рынка по передаче непосредственно Ethernet-трафика по наследованным оптическим сетям, появилась технология Ethernet over SONET/SDH. Причем, если вначале допускались только соединения типа точка-точка, то в дальнейшем появились многоточечные каналы.

WDM

Непрерывно возрастающие объемы трафика требуют повышения пропускной способности оптических магистралей. Кроме тривиального повышения скоростей передачи существует и другой способ решения данной задачи – уплотнение (мультиплексирование) каналов. Наиболее развитой в настоящее время является технология оптического спектрального уплотнения, называемая обычно мультиплексированием с разделением по длине волны – Wavelength Division Multiplexing (WDM).

Принцип ее действия очень прост: потоки данных от отдельных источников переносятся световыми волнами разной длины (каждому каналу принадлежит своя длина) и объединяются мультиплексором в единый многочастотный сигнал, который передается по оптическому волокну. На приемной стороне происходит обратное преобразование (см. рис. 7).

Рис. 8.

Данные одновременно передаются по двум кольцам в противоположных направлениях (тем самым эффективно используя пропускную способность). Поток данных в каждом кольце включает непосредственно транспортируемые в данном кольце данные и контрольные пакеты для соседнего кольца.

В итоге, стандарт 802.17 (вобравший в себя DPT/RPR) позиционируется как высокоскоростная технология динамической передачи IP-пакетов, предназначенная для решения задач построения нового поколения сетей Metro. Для данной технологии физическая оптическая среда совершенно прозрачна (это может быть SONET/SDH, WDM, Ethernet, Dark Fiber).

Налицо и неоспоримые преимущества:
- во-первых, данный протокол отвечает современным требованиям – он пакетно-ориентирован;
- во-вторых, не требуется дополнительная прослойка типа ATM для доступа к физической оптической среде;
- в-третьих, заложен высокий уровень резервирования (все-таки кольца) и быстрая восстановимость в случае аварий (50 мс);
- в-четвертых, очень эффективно используется емкость оптических каналов за счет смешения контрольных и передаваемых данных;
- и, в-пятых, потребители наконец-то поняли, почему им нужен MPLS. Ведь интерфейсы оборудования в кольцах 802.17 получают IP-адреса и все, что с этим связано. А если требуется QoS, Traffic Engeneering, VPN или просто Layer 2 сервисы (например Ethernet соединения), то в данном случае без MPLS не обойтись.

Ethernet (FE,GE, xGE)

Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости.

Рис. 10.

В настоящее время отмечается подавляющее преобладание IP-трафика в потребительских сетях. И вот уже для передачи TDM-сигналов (например, для связи между цифровыми АТС) разрабатывается протокол TDMoIP, эмулирующий TDM-каналы, прозрачные для всех протоколов и сигнализаций. Если раньше пакеты транспортировались в сетях с коммутированием каналов, то теперь все может измениться с точностью до наоборот.