Ввиду растущих объемов данных привычные сегодня кольцевые структуры приближаются к пределам своих возможностей, а сети должны своевременно и гибко реагировать на любые изменения. Но бесчисленные протоколы, несовместимые компоненты и высокая стоимость инвестиций усложняют стоящую перед провайдерами задачу по выполнению этих требований. Ячеистые оптические сети указывают выход из создавшейся ситуации.

Кольцевые структуры стали господствующей сетевой топологией несмотря на некоторые неудобства, к примеру, необходимость удвоения аппаратного обеспечения в целях предотвращения отказа. Долгое время эта архитектура предлагала провайдерам и их клиентам достаточные пропускную способность и услуги для передачи данных. Но в последние годы требования резко изменились. Одна из главных причин заключается в том, что объем передаваемых данных чрезвычайно вырос за счет трафика Internet, причем эта тенденция продолжает укрепляться. Согласно исследованиям рынка компании IDC, мировой трафик данных Internet ежегодно будет практически удваиваться на протяжении ближайших пяти лет.

НОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Однако Internet — не единственная причина для колоссального роста трафика данных в последние годы: в силу сложившихся экономических тенденций, в частности перемещения многих операций за границу, все большее число предприятий нуждается в эффективном способе объединить расположенные в различных странах корпоративные сети и предоставить им соединения с высокой пропускной способностью. Одновременно все большее значение получают географически распределенные сети хранения данных (Storage Area Network, SAN), а также обеспечение работоспособности на случай катастрофы (непрерывность бизнеса). Сегодня данные являются капиталом предприятия, поэтому потеря важной коммерческой информации или неожиданный простой влекут за собой миллионные убытки. Как сообщает Gartner Group, типичное предприятие, занимающееся маклерской деятельностью на биржевых рынках, теряет около 6,5 млн долларов в час при полном отказе его систем. По утверждению экспертов исследовательской компании RHK, спрос на пропускную способность в глобальных сетях в ближайшие восемь—десять лет должен возрасти в 300 раз.

Поворот рынка от голосовых в сторону динамических сетевых инфраструктур ставит перед провайдерами услуг сложные проблемы и одновременно открывает абсолютно новые возможности расширения бизнеса. Желающие успешно работать в этой области могут выделяться на фоне конкурентов лишь путем предложения специфических услуг, для чего кольцевые структуры уже недостаточно гибки.

Проблема сегодняшних сетей заключается не в наращивании имеющихся мощностей, она лежит гораздо глубже: провайдер должен преобразовать существующую емкость в необходимую пропускную способность для предоставления и поддержки индивидуальных услуг и приложений. И в этом отношении традиционные сети обнаруживают заметные недостатки.

НЕДОСТАТКИ КОЛЕЦ

До начала взрывообразного роста объемов информации по сетям с кольцевой топологией в основном передавались голосовые данные. Такие сети создавались операторами специально для решения этой задачи, и, надо сказать, справлялись они с ней наилучшим образом. Но если объемы голосового трафика растут относительно медленно и вполне прогнозируемо, то объемы передаваемых данных увеличиваются очень быстро, и едва ли их можно предсказать. Следовательно, современные сети передачи данных должны поддерживать постоянные структурные изменения, причем как можно быстрее и с наименьшими затратами. Традиционные сети не в состоянии удовлетворить этим требованиям.

Провайдерам мешают технические барьеры: длительные и сложные циклы развертывания, дорогостоящие меры защиты (концепции избыточности), а также повторные инвестиции для перестройки сети. Дополнительный сдерживающий фактор — недостаточная совместимость устройств различных производителей. В результате провайдеры вынуждены предлагать предприятиям негибкие, долгосрочные контракты вместо гибких и полностью отвечающих сегодняшним комплексным требованиям услуг. Нужно было найти новое решение.

ЯЧЕИСТЫЕ СЕТИ

Такое решение предлагают интеллектуальные оптические ячеистые сети. Эта пока еще молодая сетевая архитектура базируется на интеллектуальных оптических технологиях коммутации, благодаря которым удается построить исключительно гибкие инфраструктуры. Интеллектуальная оптическая сеть интегрирует существенные составные части сегодняшних сетей — спектральное уплотнение (Wavelength-Division Multiplexing, WDM), мультиплексную передачу с временным разделением каналов (Time-Division Multiplex, TDM), а также кросс-коммутацию — и дополняет их развитым сетевым управлением (см. Рисунок 1).

Ячеистые сети отличаются от традиционных оптических сетевых структур, которые в большинстве своем базируются на стандартах синхронной передачи данных по волоконно-оптическим сетям, как-то: синхронная оптическая сеть (Synchronous Optical Network, SONET) и синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В отличие от традиционных, ячеистые сети в большей мере программно-ориентированные. Тем самым они преодолевают ограничения, которые на прочие структуры накладывает аппаратное обеспечение, и по этой причине чрезвычайно гибки. Каждый элемент ячеистой сети связан со всеми остальными сетевыми элементами. Согласованность же обеспечивается центральной интеллектуальной системой управления сетью (Network Management System, NMS). Поэтому провайдер может направлять свой трафик по любому маршруту между отдельными сетевыми компонентами — без вмешательства извне и без введения дополнительных резервных мощностей.

Для сравнения, в традиционных оптических сетях речь, как правило, идет о соединениях «точка—точка» через оптический коммутатор. В случае отказа, к примеру из-за разрыва волокна, провайдер может переключиться на другое волокно и обеспечить тем самым предоставление услуг. Однако при отказе WDM и оптического коммутатора все каналы блокируются. Это означает падение скорости передачи в случае восьми каналов на 20 Гбит/с, 16 каналов — на 40 Гбит/с, а 32 — на 80 Гбит/с. Для того чтобы предотвратить такую ситуацию, провайдеры удваивают количество аппаратного обеспечения: восемь каналов превращаются в 16, а 32 — в 64. При отказе оператор сети просто переходит на запасное оборудование.

ИНТЕГРИРОВАННАЯ КРОССОВАЯ КОММУТАЦИЯ

Эти дополнительные издержки не потребуются в случае интеллектуальных оптических сетей благодаря интегрированной кроссовой коммутации, когда коммутация осуществляется как на уровне волокон, так и каналов. После разрыва линии система автоматически направляет данные по обходному пути. Полная 100-процентная избыточность достигается дублированием лишь 60% оборудования. Кроме того, благодаря интеллектуальному аппаратному и программному обеспечению провайдер может быстро и с небольшими затратами изменять структуру локальных, региональных и национальных сетей. В дальнейшем он может использовать имеющееся программное и аппаратное обеспечение в новой среде при изменении протоколов передачи данных и конфигурации сети.

Это обуславливает одну особенность интеллектуальных оптических систем: они поддерживают самые разные топологии — от соединений «точка—точка» и «точка—много точек» до ячеистых структур. Дополнительные узлы без особых издержек интегрируются в существующую инфраструктуру, поскольку каждый из них поддерживает более двух расположенных рядом. В интеллектуальной оптической сети выделенный сервисный узел отсутствует, более того, управление сетью может осуществляться на любом узле. Как следствие, расширения возможны даже тогда, когда работы необходимо проводить на том узле, который до сих пор отвечал за поддержку услуг. В этом случае провайдер направляет данные в обход соответствующего узла и перемещает пункт управления, что значительно снижает вероятность отказа. Освобожденный таким образом узловой пункт теперь может быть сконфигурирован заново. Возможность расширения системы без прерывания функционирования обеспечивает дополнительное оснащение расширенного узла с поддержкой бесперебойной работы.

Удивительно, но чем больше узлов провайдер интегрирует в интеллектуальную оптическую сеть, тем дешевле ее эксплуатация. При числе узлов более трех преимущества ячеистой топологии и концепции совместно используемой избыточности проявляются в полной мере, и по сравнению с привычными сегодня сетевыми структурами необходимо меньшее количество узлов-повторителей (см. «Построение ячеистой сети и избыточность»)

ИЗМЕНЕНИЯ СЕТИ

Тем, кто собирается включить в кольцевую конфигурацию новые площадки, необходимо продублировать аппаратное обеспечение как в новых, так и в старых помещениях, чтобы избыточность системы не пострадала. Одновременно при проведении интеграционных работ провайдер вынужден прервать обслуживание. Если он намерен предоставить новую услугу, то без непосредственного вмешательства в работу сети не обойтись. На практике это означает, что техники должны разыскать каждый отдельный элемент и физически организовать сервисный маршрут. Обычно такой процесс занимает от 30 до 90 дней — в зависимости от услуги. Все это связывает ресурсы, требует денег и времени.

В ячеистой сети оператор может ввести новую услугу за несколько минут, потому что каждый узел связан с соседними в реальном времени и постоянно обменивается с ними информацией о состоянии всей сети (см. Рисунок 3). Для предоставления услуги администратор с консоли с помощью мыши определяет сервисный маршрут, построение которого происходит немедленно благодаря интеллектуальному программному обеспечению маршрутизации на каждом узле.

НОВЫЕ УСЛУГИ

Перед провайдерами открываются широкие возможности для ведения конкурентной борьбы. Несмотря на высокие затраты, благодаря новым услугам они смогут удерживать старых клиентов и привлекать новых, в то время как предприятия получают выгоду от быстроты предоставления и удешевления сервисов. В зависимости от вида сетевого программного обеспечения становится возможным включение и выключение услуг с точностью до 1 мин так же, как и работа по графику «день/ночь», когда провайдер по очереди предоставляет одну и ту же услугу двум разным клиентам.

Благодаря гибкой ячеистой архитектуре провайдер может предоставлять предприятиям пропускную способность, в которой они реально нуждаются. Услуги адаптируются под их индивидуальные требования. К примеру, провайдер может предлагать клиентам из финансовой сферы 100-процентную безопасность и одновременно поддерживать более дешевые услуги с умеренной избыточностью для обычной работы в Internet.

МНОГООБРАЗИЕ ПРОТОКОЛОВ

При развертывании услуг ситуация усложняется из-за многообразия протоколов. Тем, кто сегодня предлагает 15 клиентам ESCON, пяти — канал Fibre Channel, а также прочие услуги, возможно, завтра придется предлагать восьми клиентам ESCON, десяти — Gigabit Ethernet и пяти — Coupling Link. Такие изменения в непрозрачных системах, рассчитанных на специфичные протоколы, можно проводить только путем замены аппаратного обеспечения. При определенных обстоятельствах провайдер вынужден для изменения локального интерфейса понижать нагрузку на удаленные устройства. Интеллектуальные оптические сети, напротив, благодаря максимальной пропускной способности от 8 Мбит/с до 2,7 Гбит/с работают со всеми протоколами: от SDH и Fibre Channel до Gigabit Ethernet.

Наконец, традиционные сети страдают от еще одного ограничения: они предлагают только одну-единственную высокоскоростную службу данных (ОС-3, ОС-12, ОС-48). Это привязывает провайдера к определенной пропускной способности и избыточности на весь срок действия контракта без учета потенциальных деловых возможностей. Ячеистые сети, напротив, дают провайдерам свободу при выборе бизнес-сценариев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ячеистые оптические сети рекомендуются в качестве надежного решения для провайдеров пропускной способности, благодаря им провайдеры смогут быстро реагировать на изменения требований.

Эльке Ян — исполнительный директор Lightmeze. С ним можно связаться по адресу: wg@lanline.awi.de.


? AWi Verlag


Построение ячеистой сети и избыточность

Построение ячеистой сети не означает занятие множества дорогих портов, напротив, в самом экономичном случае — начиная с четырех узлов — провайдеру нужно даже меньшее количество портов. Например, в случае кольца с четырьмя узлами необходимо четыре линии между отдельными точками и столько же линий для обеспечения избыточности — всего восемь соединений «точка—точка». Между узлами A, B, C, и D устанавливаются следующие соединения: A-B, B-C, C-D и D-C. Чтобы из этого кольца сделать полносвязную ячеистую сеть, надо организовать еще два соединения: A-C и B-D. Таким образом, между узлами будет выполнено шесть соединений. Поскольку оператору не приходится дублировать линии, он экономит на двух из них. Соответствующим образом снижаются и аппаратные издержки, стоимость в расчете на порт ниже по сравнению с кольцевой сетью (см. Рисунок 2,). Небольшое число транзитных узлов и универсальное использование избыточных каналов ведет к ощутимому снижению количества занятых портов и повышению надежности.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями