Они выражаются не только в необходимости наращивания пропускной способности «последней мили», но и в обеспечении требуемых производительности, управляемости и надежности магистральных сетей. Как показывает практика, при внедрении мультимедийных услуг наибольшую нагрузку принимают на себя именно магистральные участки городских сетей.
Немного теории и истории
Построение современной сети городского оператора связи (Metro-сети) представляет собой нетривиальную задачу, при решении которой надо учитывать множество факторов. На выбор топологии и оборудования влияют доступность и пропускная способность каналов связи, плотность и распределение абонентов в черте города, спектр имеющихся и планируемых услуг.
Обычно в составе городских сетей выделяют три иерархических уровня — доступа, агрегации и ядра. Каждый из них выполняет определенные функции, что влияет на выбор технических решений.
Городские телекоммуникационные сети строятся на базе разных технологий, каждая из которых имеет как преимущества, так и недостатки. Лет десять назад для построения Metro-сетей широко применялись кольцевые топологии на базе оборудования SDH. В то время в сетях операторов связи превалировал голосовой трафик, и такие решения очень хорошо себя зарекомендовали: они характеризовались достаточной пропускной способностью, управляемостью и высокой отказоустойчивостью. Немного позже в городских сетях на уровне ядра нашли применение технологии оптического уплотнения (DWDM и CWDM), которые ранее использовались преимущественно в сетях дальней связи. Это позволило операторам создавать более производительные и надежные транспортные инфраструктуры.
Развитие широкополосного доступа привело к изменению не только структуры трафика на магистральном уровне, но и распределения доходов от услуг связи. Данный процесс не мог не сказаться на развитии операторских сетей, в которых все больше ресурсов выделялось под обработку трафика данных. Такое развитие событий инициировало активное внедрение в операторских сетях технологий пакетной передачи, в том числе Ethernet.
Очень скоро Ethernet стала одной из основных технологий построения городских сетей, чему способствовали единый формат данных на всех иерархических уровнях, относительная дешевизна оборудования, простота управления и наличие множества специалистов, умеющих работать с этой технологией. Дополнительным козырем в пользу Metro Ethernet стало появление технологий MPLS и RPR (Resilient Packet Ring, описана в спецификации IEEE 802.17). Они не только обеспечили для Metro Ethernet механизмы отказоустойчивости, сопоставимые с SDH, но и позволили организовывать в городских сетях классы обслуживания с несколькими уровнями QoS. Такая возможность оказалась весьма кстати в связи с предоставлением услуг Triple Play.
В итоге сети Metro Ethernet стали более привлекательными для городских операторов, чем технологии SDH, поскольку при эквивалентной пропускной способности они обходятся в два-три раза дешевле. Развитию Metro Ethernet способствует объединение ведущих производителей в альянс Metro Ethernet Forum, целью которого является выработка единых спецификаций для обеспечения совместимости оборудования разных поставщиков.
Ключевые характеристики оборудования
Основными критериями при выборе решений для построения ядра Metro-сети являются производительность, отказоустойчивость и поддержка QoS. С развитием ресурсоемких мультимедийных услуг, таких как IPTV и VoD, магистральный сегмент операторской инфраструктуры все больше напоминает становой хребет, на который ложится вся сетевая нагрузка. Поэтому пропускная способность магистралей является ключевой характеристикой, определяющей выбор оборудования.
Не менее важные свойства ядра — отказоустойчивость и поддержка механизмов быстрой реконфигурации сети в случае сбоев. В ряде архитектурных решений предусмотрено резервирование основных узлов, но практикуется и увеличение надежности за счет избыточности топологических схем. Выбор варианта зависит от конкретных условий и задач.
На магистральном уровне необходима поддержка оборудованием протоколов QoS, тунеллирования трафика и многоадресной передачи. Механизм multicast, безусловно, должен поддерживаться всеми узлами сети Metro Ethernet, которая априори ориентирована на предоставление услуг IPTV.
Всем этим требованиям удовлетворяет оборудование многих компаний. Однако мы остановимся лишь на тех производителях, чья продукция в достаточной мере представлена на российском рынке. Еще раз подчеркнем: речь пойдет о продуктах, которые применяются преимущественно для построения магистрального ядра Metro Ethernet. Устройства, обеспечивающие агрегацию и доступ, будут рассмотрены в следующем выпуске нашего журнала.
Оборудование для магистрального ядра
Компания Alcatel-Lucent предлагает две модели маршрутизаторов, которые могут быть использованы для построения ядра сетей Metro Ethernet. Это Ethernet Router 8000 и 8600.
Они поддерживают множество сетевых протоколов, используемых в городских магистралях. Маршрутизаторы оснащены интерфейсами Ethernet, ATM, TDM и SDH, что позволяет операторам плавно переходить от унаследованных технологий городских сетей к Metro Ethernet. Отметим: Ethernet Router 8000 и 8600 обеспечивают всю необходимую функциональность, включая MPLS и VPLS, поддерживают механизмы SLA и QoS.
Коммутационная производительность модели 8000 составляет 16 Гбит/с при пропускной способности 16,7 млн пакетов в секунду. У модели 8600 показатели еще выше: 32 Гбит/с и 35,7 млн пакетов в секунду. Резервирование процессоров, коммутационных матриц, блоков электропитания наряду с поддержкой протокола VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol), отказоустойчивой маршрутизации и алгоритмов реконфигурации маршрутизации (OSPF multi-path, MLPPP, MPLS Fast Reroute и Port Trunking) обеспечивают время наработки на отказ порядка 200 тыс. ч. Это гарантирует надежность ядра 99,999%.
Allied Telesis позиционируя себя как компанию, способную построить всю Ethernet-сеть, от ядра до абонента. Она тоже предлагает два устройства, которые могут быть использованы в магистральном сегменте Metro Ethernet.
Коммутатор третьего уровня AT-x900-24XS оснащен 24 оптическими интерфейсами SFP 100/1000 Мбит/с и двумя слотами расширения со скоростью до 60 Гбит/с, в которые можно устанавливать различные интерфейсные модули. Коммутатор имеет развитые средства маршрутизации и поддерживает протоколы multicast, QoS и реконфигурации сети (EPSR). Благодаря использованию в нем протокола EPSR и интерфейсных модулей производительностью 10 Гбит/с его можно включать в кольцевую высокоскоростную магистраль, характеризуемую скоростью восстановления менее 50 мс. Несмотря на малый форм-фактор (всего 1U), производительность AT-x900-24XS составляет 168 Гбит/с, а пропускная способность — 71,4 млн пакетов в секунду. Время наработки на отказ — 93 тыс. ч.
Коммутатор AT-SBx908 представляет собой шасси высотой 3U, которое содержит восемь слотов производительностью 60 Гбит/с каждый. В них могут устанавливаться линейные модули с интерфейсами от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Кроме того, шасси имеет два порта по 80 Гбит/с для объединения коммутаторов в стек. Коммутационная матрица SBx908 способна обрабатывать потоки данных на скорости 640 Гбит/с, а максимальная пропускная способность коммутатора составляет 476 млн пакетов в секунду. Его функциональные возможности полностью отвечают требованиям к современным сетям Metro Ethernet, ориентированным на поддержку услуг Triple Play. Благодаря возможности «горячей» замены блоков питания и вентиляторов время наработки на отказ составляет более 150 тыс. ч.
Из всего многообразия оборудования Cisco Systems, предназначенного для операторов связи, мы решили остановиться на маршрутизаторах серии 12000. Отметим, что и другие маршрутизаторы этого производителя, позиционируемые как пограничные, с успехом могут применяться в ядре достаточно крупных сетей.
Серия маршрутизаторов Cisco 12000 включает в себя 11 моделей шасси с 4, 6, 10 и 16 слотами, которые имеют суммарную коммутирующую способность 30–1280 Гбит/с, в зависимости от конфигурации. Пропускная способность слотов тоже определяется моделью маршрутизатора и составляет 2,5–40 Гбит/с в расчете на слот. Благодаря практически полному резервированию всех модулей время наработки на отказ этих устройств превышает 240 тыс. ч. Маршрутизаторы Cisco 12000 обеспечивают настолько большой набор возможностей, что их перечисление становится просто бессмысленным. В этих маршрутизаторах есть все, что нужно для создания современной опорной сети Metro Ethernet.
В линейке оборудования компании Extreme Networks центральное место занимают Ethernet-коммутаторы. Для построения магистрального уровня сетей Metro Ethernet производитель рекомендует использовать коммутаторы BlackDiamond серий 6800 и 12800R.
Серия 6800 включает в себя три модели с необходимыми возможностями, в том числе с поддержкой протоколов EPSR и multicasting. Для подключения к сетям используются интерфейсы Gigabit и 10Gigabit Ethernet, SDH, ATM и WDM. Коммутаторы имеют 6, 10 или 20 слотов, а их производительность, соответственно, равна 256, 384 и 768 Гбит/с. Резервирование всех основных узлов (процессорного модуля, коммутирующей матрицы, источников питания, системы охлаждения) позволяет достичь уровня надежности, необходимого для сети оператора связи.
Серия 12800R представлена двумя моделями, с 3 и 6 слотами, и изначально ориентирована на предоставление услуг Triple Play. Производительность старшей модели составляет 160 Гбит/с, а младшей — 80 Гбит/с. Поддерживаются интерфейсы от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Предусмотрены резервирование, «горячая» замена процессорных и коммутационных модулей, источников питания и интерфейсных модулей.
Huawei Technologies предлагает для ядра городской сети маршрутизатор Quidway NetEngine40E и сервисную платформу CX600. Однако CX600 позиционируется как оборудование уровня агрегации, поэтому будет рассмотрено в нашем следующем обзоре.
Маршрутизатор Quidway NetEngine40E поддерживает многие протоколы маршрутизации, в том числе multicasting, регулирование трафика и функциональность MPLS. Благодаря наличию большого числа интерфейсных модулей он может быть интегрирован в действующие сети, например Frame Relay, PDH, SDH или АТМ. Развитые механизмы QoS позволяют использовать маршрутизаторы Huawei для передачи по сети изохронного трафика. Производительность достигает 640 Гбит/с, а пропускная способность — 400 млн пакетов в секунду. Резервирование основных узлов маршрутизатора обеспечивает надежность в соответствии с требованиями операторов связи.
В качестве оборудования ядра сети Metro Ethernet компания Juniper Networks предлагает маршрутизатор MX960, специально разработанный для построения городских IP-магистралей. Шасси МХ960 имеет 12 слотов с пропускной способностью 40 Гбит/с каждый, что позволяет устанавливать в линейных модулях до 480 портов Gigabit Ethernet или 48 портов 10 Gigabit Ethernet. Общая производительность маршрутизатора — 960 Гбит/с.
Маршрутизатор поддерживает внушительный перечень протоколов, благодаря чему позволяет реализовать широкий спектр услуг, в том числе Triple Play. Надежность работы обеспечивается полным резервированием модулей маршутизации и коммутации, блоков питания и системы охлаждения, наконец, модульным исполнением операционной системы.
MRV Communications специализируется на производстве оборудования, которое активно используется при построении городских сетей Ethernet. Для уровня ядра производитель рекомендует модульный маршрутизирующий коммутатор OptiSwitch Master 1600, который является наиболее мощной моделью в линейке OptiSwitch.
Это устройство представляет собой полнофункциональный маршрутизатор, обеспечивающий пропускную способность более 47,6 млн пакетов в секунду при производительности системной шины 40 Гбит/с. Коммутатор OptiSwitch Master 1600 разработан с учетом пропуска трафика приложений реального времени и поддерживает все необходимые протоколы для эффективной работы в сетях операторов связи. Конструктивно он представляет собой шасси с 16 слотами, в которые можно устанавливать разные модули с интерфейсами от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с. Время наработки на отказ — более 140 тыс. ч.
Оборудование Nortel представлено серией маршрутизирующих коммутаторов Nortel Ethernet Routing Switch 8600. Эта серия включает в себя две модели, с 6 и 10 слотами. Обе способны выполнять полномасштабную маршрутизацию и классификацию видов трафика. В них учтены требования к надежности операторских сетей, в том числе предусмотрена «горячая» замена всех компонентов шасси. Функциональные возможности ориентированы на передачу трафика, чувствительного к задержкам, например IPTV и VoIP. Поддерживаются интерфейсы со скоростью передачи 10/100/1000 Мбит/с, CWDM и ATM, а также модули 10 Гбит/с. Производительность коммутатора составляет 720 Гбит/с.
Среди российских производителей отметим компанию QTECH, которая для создания магистрального сегмента Metro Ethernet, работающего на скорости 10 Гбит/c, предлагает серию коммутаторов QSW-3900. Политика QTECH вполне отвечает духу мировых брэндов: она разрабатывает оборудование в Москве, а производит в Юго-Восточной Азии. Такой подход обеспечивает неплохое качество продукции при относительно невысокой цене.
Продукты семейства QSW-3900 являются стекируемыми коммутаторами третьего уровня, которые могут содержать до 48 оптических портов Gigabit Ethernet и до 4 портов 10 Gigabit Ethernet. Все порты поддерживают коммутацию на скорости линии для уровней 2 и 3, способны распознавать потоки приложений от 2 до 7 уровня. Такой набор интерфейсов позволяет организовывать разные топологические схемы, например кольцевые, полносвязанные или частично связанные. В зависимости от модели коммутаторы имеют производительность 220–384 Гбит/с и пропускную способность 72–220 млн пакетов в секунду. Они располагают механизмами передачи широковещательного трафика и поддержки QoS. Отказоустойчивость обеспечивается двумя источниками питания с возможностью «горячей» замены, а также «горячей» заменой карт расширения. Коммутатор работает с протоколом ERRP для защиты кольца Ethernet со временем сходимости 50–200 мс.
Словом, на российском рынке представлено достаточное число устройств разных производителей, предназначенных для построения магистрального сегмента сети Metro Ethernet. Этот позволяет операторам связи искать подходящее оборудование в соответствии с их задачами и финансовыми ресурсами. Единственная рекомендация: нужно избегать строить сети на базе оборудования разных производителей. Несмотря на многократно проверенную совместимость Ethernet-решений, риски все равно остаются, особенно при обновлении программного обеспечения. К тому же современная сеть требует полномасштабного мониторинга и управления, что гораздо легче организовать на платформе одного поставщика.