Современные городские сети должны выполнять множество задач, далеко выходящих за рамки простой передачи информации, в частности поддерживать конвергенцию голоса, видео и данных. Операторы нередко реализуют инновационные широкополосные услуги на базе существующих инфраструктур SDH и АТМ, но ценовой прессинг требует поиска новых путей. Так в область метросетей проникает Ethernet, правда, при этом он должен отвечать запросам операторов.

Потребность предприятий в голосовых и информационных коммуникациях будет, по мнению аналитиков, расти, как и прежде. Связь является ключевым фактором экономического развития, особенно для стран Центральной и Восточной Европы. Активность операторов нацелена на продвижение широкополосных услуг, а также на повышение прибыльности инфраструктур за счет применения методов, альтернативных асинхронному режиму передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ) и синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH), для подключения корпоративных и частных пользователей. Наряду с ориентированными на установление соединения SDH и ATM пакетно-ориентированный Ethernet предлагает новые возможности.

Волоконно-оптические сети с широкополосным доступом открывают простор для реализации новых форм электронных сред взаимодействия, бизнес-решений, предложений по обучению и т. д. «В 2003 г. 400 тыс. личных резиденций было подключено по оптическому волокну (Fiber to the Home, FTTH); до 2008 г. соответствующий показатель будет расти на 60% каждый год, — считает Крис Льюис, главный вице-президент по исследованиям в регионе EMEA компании Yankee Group. — Долгосрочная тенденция инвестиций в технологию FTTH поддерживается растущим спросом на расширенные медиа-службы со стороны провайдеров и сообществ».

СЛУЖБЫ TRIPLE PLAY

Под понятием Triple Play (в буквальном переводе «тройная игра») скрываются службы, призванные обеспечить конвергенцию данных, голоса и видео. Объединение нескольких услуг в пакеты на фоне соревнования операторов и поставщиков услуг Internet превратилось в важное условие продвижения широкополосных инфраструктур. Часто новые услуги нацелены на область домашних развлечений (резидентные пользователи): широковещательное видео, селективно оплачиваемое видео (Pay per View), видео и музыка по запросу — и это лишь немногое из того, что может быть предложено. Параллельно предложение распространяется на традиционные голосовые услуги посредством аналоговой и ISDN-телефонии. Она реализуется через широкополосную сеть и включается в предлагаемый пакет. Широкополосное подключение частных квартир выполняется при помощи ADSL — предпочтительно ADSL2+ со скоростью загрузки до 24 Мбит/с — или посредством Ethernet на последней миле в виде Ethernet до дома (Ethernet to the Home, ETTH).

КОРПОРАТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Корпоративные пользователи нуждаются в прозрачных соединениях Ethernet для подключения филиалов на базе служб второго или третьего уровня с применением многопротокольной коммутации меток (Multi-Protocol Label Switching, MPLS). Определенные в локальных корпоративных сетях виртуальные локальные сети передаются в филиалы при помощи двойных тегов (очередь в очереди). Именно эти услуги виртуальных локальных сетей представляют собой новый растущий рынок. Прямое подключение через Ethernet становится для предприятий, имеющих несколько офисов и испытывающих потребность в пропускной способности до 10 Гбит/с, важным критерием выбора провайдера широкополосных услуг.

Корпоративным пользователям, кроме того, требуется передача голоса по IP (Voice over IP, VoIP) для подключения отдельных площадок, вплоть до соединения АТС через широкополосную сеть с соответствующим качеством услуг (Quality of Service, QoS). Видео по IP они используют как для внутрикорпоративного обмена информацией и обучения, так и для задач обеспечения безопасности, к примеру видеонаблюдения. Эти услуги Metro Ethernet предъявляют дополнительные требования к инфраструктуре оператора. Традиционный подход здесь не поможет. Таким образом, Ethernet торжественно вступает в сферу деятельности операторов.

Подключение предприятий к сетям передачи данных производится при помощи традиционных симметричных соединений DSL и широкополосного оптического волокна Ethernet в виде FTTH. Магистраль для решений Triple Play предоставляют операторы с платформами мультисервисного доступа, предпочтительно на базе технологии Ethernet с мостом к существующим инфраструктурам SDH, SDH следующего поколения и АТМ. Такой подход исповедуют самые передовые в плане технического оснащения провайдеры услуг, предлагающие голосовые, видео и информационные службы по медным и оптическим линиям.

ТРЕБОВАНИЯ

Ethernet — широко распространенная и испытанная технология, однако для применения в метросетях она должна отвечать дополнительным требованиям, в соответствии с которыми производители оборудования для локальных сетей вынуждены пересматривать конструкцию своих продуктов. Важнейшим аспектом инфраструктуры Metro Ethernet является, безусловно, очень высокая надежность на уровне 99,999%. Это означает существенные дополнительные затраты на дизайн сетевых устройств. Аспектами такой готовности являются:

  • избыточная распределенная подача питания;
  • избыточный таймер реального времени;
  • избыточный модуль управления с «горячим» резервом;
  • избыточный сетевой модуль для простой модернизации интерфейса;
  • активные и неактивные зеркальные карты для непрерывного приема данных;
  • автоматизированные перевод и принятие функций в случае программных или аппаратных ошибок, а также некорректных действий пользователя;
  • активное обновление программного обеспечения без прерывания работы;
  • сетевое управление как по внешнему каналу, так и по сети.

Эти требования обобщает понятие «оборудование операторского класса».

ОПЕРАТОРСКИЙ УРОВЕНЬ

Понятие «оборудование операторского класса» описывает не одно свойство, а целую группу: избыточность, терпимость к ошибкам, готовность на уровне 99,999%, обслуживание и поддержку. Только сумма всех свойств дает право устройству называться оборудованием операторского класса (будь то коммутатор, маршрутизатор и т. д.). Эти продукты классифицированы следующим образом:

  • системы на базе шасси с избыточными сменными модулями;
  • системы на базе шасси без избыточных сменных модулей;
  • автономные устройства с опциональным интерфейсом подключения к глобальной сети.

Для каждого из устройств этих классов в аппаратной и программной областях необходимо рассмотреть такие факторы, как избыточность, управление, возможность анализа ошибок, безопасность, готовность и окружающая среда.

ГОТОВНОСТЬ

В случае оборудования операторского класса ожидаемое время работы описывает такая характеристика, как средняя продолжительность безотказной работы (Mean Time Between Failures, MTBF). Это вероятностное значение характеризует временной промежуток в часах до того момента, как компонент, блок или система дает сбой. MTBF вычисляется с учетом всех конструктивных элементов. Если у какого-то устройства операторского класса оно достигает, к примеру, 500 тыс. ч, то, согласно этому теоретическому значению MTBF, сбой произойдет через 57 лет безотказной работы. Для осмысленного прогноза при подсчете должны учитываться все активные и пассивные компоненты сквозного решения.

Еще один важный фактор — готовность в течение года. Ориентиром для рассматриваемого класса устройств является готовность на уровне не менее 99,999%, что означает максимальное время простоя порта менее 5,2 мин в год. Такие значения достигаются за счет массовой избыточности аппаратного и программного обеспечения.

Избыточность источников питания в любом случае является ключевым показателем независимо от того, какое питание используется — с напряжением 48 В и постоянным током или 230 В и переменным током. Чтобы отсутствие напряжения в сети или отказ шины питания не приводил к перерывам в работе, важнейшее значение имеет избыточное исполнение и подключение к управляющей системе для подачи аварийных сигналов.

При проектировании оборудования операторского класса необходимо предусмотреть источник временных импульсов в форме часов реального времени (Real-Time Clock, RTC). Они служат для управления отметками о времени широкополосной и биллинговой платформы: к примеру, для протоколирования и расчета времени, которое пользователь провел на линии. В устройствах операторского класса RTC также выполняется избыточным и, конечно же, синхронизируется со служебными источниками времени при помощи синхронизирующего сетевого протокола (Network Time Protocol, NTP). Привязка внешних сигналов ко времени должна быть независимой и гибкой для каждого интерфейса, будь то STM-1 или Е-1.

ИЗБЫТОЧНОСТЬ

Высокая готовность устройств операторского класса обеспечивается благодаря наличию избыточных централизованных матричных контроллеров (Central Fabric Controller, CFC). Они следят друг за другом и в случае ошибки без прерывания работы и падения производительности переводят всю работу на модуль «горячего» резерва. Избыточное шасси предлагает для этого избыточный контроллер. Отдельные внутренние соединения существуют между активным контроллером и линейными интерфейсными картами (Line Interface Card, LIF), а также между резервным контроллером и LIF. Тем самым достигается полная связность компонентов.

Рисунок 2. В коммутаторе операторского класса объединяются контроллер, резервный контроллер и линейные карты.

Полноценную избыточность обеспечивают несколько механизмов: как активный, так и резервный контроллеры должны согласованно сохранять конфигурацию во флэш-памяти, а динамические данные и статистика зеркально отражаться на резервный контроллер, аналогично долгосрочным и динамическим изменениям вследствие проведения OAM&P (операций, администрирования, технического обслуживания и формирования услуг). Опциональным резервом является устройство «горячего» резерва, которое в случае переключения берет управление на себя. Аппаратные и программные ошибки, а также команды пользователя могут повлечь за собой переключение на резервное оборудование. Если администратор вставляет в шасси резервную карту, то на активной карте автоматически обновляется встроенное программное обеспечение, а также статичное и динамичное содержимое базы данных. Переключение между главным и резервным оборудованием для услуг TDM должно происходить менее чем за 50 мс. Для компонентов Ethernet до сих пор этот показатель составлял 250 мс.

ПРОГРАММНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Программное обеспечение на оборудовании Ethernet операторского класса должно удовлетворять точно таким же требованиям. Дублирование данных минимизирует влияние аппаратных потерь. За функционированием отдельных программных модулей наблюдает системный монитор; в случае неправильной работы он производит переключение на резервное оборудование с оповещением посредством интерфейса управления. Устройство поддерживает согласованность встроенного программного обеспечения на контроллерах и всех динамических данных в каждый момент времени. Обновление происходит на главном устройстве лишь тогда, когда выполнение его функций на конкретный временной промежуток может взять на себя резервное устройство. Принятие динамических данных, к примеру информации о маршрутизации OSPF и динамически выученных адресов, также должно происходит без перерывов в работе. За активирование нового программного обеспечения отвечает переключатель между резервным и главным оборудованием. На следующем шаге последнюю версию программного обеспечения получает резервный контроллер.

За передачу данных в продуктах Ethernet операторского класса отвечают стандартизированные механизмы: обучающийся мост, связующее дерево 802.1d, быстрое связующее дерево 802.1w, тегирование виртуальных локальных сетей 802.1Q, разделение услуг 802.1Q (VLAN MUX), агрегирование каналов 802.1ad, классификация услуг 802.1р, управление доступом на базе портов 802.1х, ограничение скорости портов, протокол управляющих сообщений в Internet (Internet Control Message Protocol, ICMP) и прослушивание межсетевого протокола управления группами (Internet Group Management Protocol, IGMP). В целях оптимизации избыточности особое значение приобретают службы третьего уровня.

УПРАВЛЕНИЕ СЕТЬЮ

Мониторинг современной широкополосной инфраструктуры не менее важен для достижения высокой готовности для поддержки Triple Play. Основным условием для крупномасштабных инфраструктур является распознавание находящихся в сети активных компонентов и топологии с автоматическим подключением к системе управления. Корпоративное управляющее программное обеспечение (Enterprise Management Software, EMS) взаимодействует с сетевыми компонентами посредством простого протокола сетевого управления (Simple Network Management Protocol, SNMP). Автоматизированы могут быть как запросы, так и конфигурация. Интеграция в традиционные решения управления для операторов реализуется без дополнительных проводов при помощи стандартизированных протоколов и графического менеджера элементов.

Еще один важный фактор решений управления — прямое или непрямое формирование услуг. В первом случае администратор назначает активному порту ADSL определенную пропускную способность. Во втором — порты, которые физически еще не существуют, конфигурируются заранее и снабжаются, к примеру, стандартными профилями. Это облегчает работу технического персонала на местах и позволяет осуществлять активное управление. При любом использовании решения EMS необходимо учитывать аспекты безопасности: с управлением по внешнему каналу и по сети, шифрованием данных и аутентификацией пользователей как на центральной консоли, так и на активных компонентах.

Только превентивное и проактивное управление позволяет обеспечить высокую готовность широкополосных служб. Продукты операторского класса сами указывают, когда происходит нечто необычное, в связи с чем требуется вмешательство обслуживающего персонала, — еще до того, как пользователь широкополосной сети об этом узнает. Сюда же относятся полностью автоматические тесты в фоновом режиме: текущая диагностика аппаратного и программного обеспечения, а также постоянное тестирование путей данных и управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Благодаря оборудованию Ethernet реализация городских структур сегодня очень успешна. Требования к передаче данных по соединениям глобальных сетей выполняются с высокой степенью детализации и подкрепляются эффективными соглашениями об уровне сервиса. Кроме того, Ethernet может предложить высокую готовность традиционных голосовых служб. В существующие инфраструктуры вводятся современные компоненты Ethernet операторского класса, позволяющие заметно экономить на эксплуатации.

Михаэль Вебер — технический менеджер компании Allied Telesyn. С ним можно связаться по адресу: http://www.alliedtelesyn.de.

? AWi Verlag