Современные инфраструктуры — в большинстве своем системы PDH и SDH — по определению должны предлагать качество услуг операторского класса. С другой стороны, недорогая технология Ethernet все активнее проникает в область телекоммуникаций. В статье описываются методы комбинирования Ethernet с оптическими сетями на базе SDH при реализации качества услуг для приложений Triple Play в таких условиях.

Значительные изменения в области технологий доступа к Internet, появление новых ус-луг и перемены в поведении пользователей оказали сильное влияние на телекоммуникационные сети. Для обеспечения более высокой производительности в сетях доступа предлагаются концепции, которые обычно объединяются под названием «сети с синхронной цифровой иерархией и синхронные оптические сети следующего поколения» (Next Generation SDH/SONET). Совместное использование обобщенной процедуры формирования кадров (Generic Framing Procedure, GFP), виртуальной конкатенации (Virtual Concatenation, VCAT) и схемы регулирования емкости канала (Link Capacity Adjustment Scheme, LCAS) позволяет применять разные пользовательские интерфейсы (к примеру, плезиохронную цифровую иерархию — Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH — или Ethernet), максимально эффективно расходовать доступную пропускную способность без снижения качества, а также гибко задейст-вовать имеющиеся сетевые ресурсы.

SDH/SONET СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ

GFP (стандарт ITU-T G.7041) преобразует сигнал пользователя — к примеру Ethernet со скоростью 10 Мбит/с — из сигнала с переменной скоростью (bursty — неравномерный трафик) до 10 Мбит/с в сигнал с постоянной скоростью (Constant Bit Rate, CBR) 10 Мбит/с. Таким образом, переход к постоянному синхронному потоку данных осуществляется так, как это необходимо для их дальнейшей обработки телекоммуникационными системами (см. Рисунок 1). Протокол GFP упаковывает полученные «не совместимые с TDM» данные (Ethernet, Fibre Channel и ESCON) в совместимые кадры GFP. Возможные пробелы при преобразовании получаемых блоками пакетов Ethernet заполняют так называемые «пустые кадры» (idle frames).

Рисунок 1. Схематичное представление функций GFP и VCAT.
Сети SDH/SONET базируются на жесткой синхронной иерархии потоков сигналов, которые при помощи мультиплексоров собираются в более быстрые потоки данных, причем последние упаковываются в виртуальные контейнеры (Virtual Container, VC) фиксированного размера — чаще всего VC-12 (2,24 Мбит/с) и VC-3 (48,96 Мбит/с). Сигнал Ethernet со скоростью 10 Мбит/с в «старых» системах SDH упаковывался в контейнер VC-3, в результате 80% емкости контейнера VC-3 при отображении не использовалось.

С введением VCAT (стандарт ITU-T G.707 2000) этому расточительству был положен конец. Виртуальное объединение одинаковых контейнеров обеспечивает лучшую детализированность структуры SDH: благодаря ей сигнал Ethernet со скоростью 10 Мбит/с можно упаковать в пять контейнеров VC-12, повысив таким образом эффективность отображения с 20% до 90%, и передать по разным каналам. Поэтому их можно более эффективно объединять с другими потоками данных в одной телекоммуникационной сети, а также использовать небольшие остатки пропускной способности в канале (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Деление потока виртуально объединенных данных между двумя разными каналами.
К новым функциям систем SDH относится также схема регулирования емкости канала (стандарт ITU-T G.7042). Все представленные до сих пор методы оптимизации были статическими, и однажды заданная конфигурация могла быть изменена лишь при условии кратковременной потери данных. Если, например, требовалось изменить распределение пяти контейнеров VC-12 между двумя физическими соединениями, то приходилось менять и межсоединения на кроссе, из-за него все данные за это время в соответствующих каналах оказывались потеряны. Схема LCAS позволяет произвести такую замену без потери данных. Связанный с ней протокол распознает изменения в доступной пропускной способности — к примеру блокирование двух контейнеров VC-12 в верхнем канале на Рисунке 1 — и «информирует» об этом VCAT. Виртуальная конкатенация, в свою очередь, при помощи функции GFP ограничивает входящий трафик данных Ethernet скоростью 6 Мбит/с до тех пор, пока не станет доступной вся пропускная способность.

Описанные технологии повышают эффективность сетей и способствуют сокращению затрат. Одновременно необходимо следить за тем, чтобы ни одна из этих мер не привела к снижению качества услуг передачи данных. Заданная при построении соединения скорость передачи остается неизменной. Данные не теряются, их потоки не блокируют друг друга. Коротко говоря, надежно обеспечивается качество услуг операторского класса. В подобной гарантированной доступности нуждаются прежде всего корпоративные клиенты, а также некоторые службы экстренных вызовов. Однако из соображений экономии поддерживать указанное качество для всех услуг нерационально.

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ И ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

Благодаря повсеместной доступности быстрых соединений DSL растет физическая пропускная способность, которую может получить в свое распоряжение конечный пользователь. Это дает возможность обращаться к таким услугам, как видео по требованию и IP-телевидение. На Рисунке 3 схематически изображена структура современных сетей доступа. Многие пользователи подключаются к мультиплексору ввода/вывода DSL по быстрым соединениям DSL (мультиплексор доступа DSL — DSL Access Multiplexer, DSLAM). В нем данные пользователей объединяются в пакет и передаются по Ethernet многофункциональной платформе формирования услуг (Multi-Service Provisioning Platform, MSPP), где при переходе в оптическую городскую сеть выполняются все описанные выше шаги (GFP, VCAT и LCAS).

Рисунок 3. Схематическое представление современных сетей доступа.
Решающее преимущество представленной архитектуры заключается в том, что по одной и той же физической среде — в нашем случае по DSL от конечного пользователя к DSLAM и по Ethernet от DSLAM к городской сети — могут предоставляться самые разные услуги: единый поток Ethernet может содержать разные данные, например трафик Internet-телефонии и элект-ронной почты. Поскольку отображение Ethernet на SDH происходит прозрачно, т. е. никакие входящие данные нельзя ни проанализировать, ни изменить, то с помощью указанного метода невозможно разделить, в частности, трафик электронной почты и телефонного разговора. Но это и не нужно, поскольку оператор в качестве «золотого» условия держит наготове гарантированную, максимально доступную пропускную способность. Впрочем, если бы каждому конечному пользователю понадобилась максимальная пропускная способность для постоянной поддержки всех услуг, требования к сети резко возросли бы: для соединения DSL со скоростью 8 Мбит/с был бы необходим постоянный канал связи с провайдером услуг Internet со скоростью 8 Мбит/с, для электронной почты и просмотра Web — канал со скоростью 64 Кбит/с для связи с провайдером телефонных услуг, еще один канал связи с провайдером услуг IP-телевидения со скоростью 8 Мбит/с и т. д. Проблема решается лишь с помощью Ethernet. Только на этом уровне можно различить разные услуги.

В прошлом простой подход заключался в выделении фиксированной пропускной способности для критически важных услуг непосредственно конечным пользователем. Так, в случае нескольких IP УАТС определенная часть емкости канала Ethernet резервируется для VoIP, благодаря чему удается добиться соответствующего качества. Входящая электронная почта не будет мешать телефонному соединению, однако пользователь лишается возможности задействовать всю доступную пропускную способность при загрузке больших объемов данных. Эта функция обычно реализуется в коммутаторах Ethernet со стороны пользователя — особенно коммерческими организациями. Однако для таких приложений, как IP-телевидение, описанный метод не подходит: фиксированное назначение пропускной способности в несколько Мбит/с для одного приложения недопустимо. Единственно приемлемое решение состоит в выборе приоритетов с помощью специальных тегов Ethernet — организация IEEE описала его в стандарте 802.1Q.

КЛАССИФИКАЦИЯ УСЛУГ ПРИ ПОМОЩИ ТЕГОВ VLAN

Идея заключается в том, чтобы различать услуги при помощи дополнительного тега виртуальной локальной сети (Virtual Local Area Network, VLAN). Соответствующий кадр Ethernet представлен на Рисунке 4. К имеющимся полям «МАС-адрес получателя» (Destination MAC Address, DA) и «МАС-адрес отправителя» (Source MAC Address, SA) добавляется тег виртуальной локальной сети, который состоит из идентификатора тега протокола (Tag Protocol Identifier, TPID), приоритета пользователя длиной три разряда, а также идентификатора виртуальной локальной сети (VLAN-ID, VID) длиной 12 бит. Теперь можно различить до 4094 виртуальных локальных сетей или услуг.

Рисунок 4. Кадры Ethernet в соответствии со стандартом IEEE 802.1 и 802.1Q.
Современные компоненты коммутаторов Ethernet способны обрабатывать данные с различными приоритетами в зависимости от тегов VLAN. Входящие данные делятся на три группы: «красные», «желтые» и «зеленые» — в соответствии с назначенным приоритетом и доступной пропускной способностью сети. Данные «зеленого» класса получают наивысший приоритет — скажем телефонный трафик, поскольку даже малейшая задержка сказывается на качестве разговора. Данные «желтого» класса перед передачей буферизуются на максимально короткое время: например, если информация не теряется, небольшая задержка не оказывает влияния на IP-телевидение. Данные «красного» класса система при необходимости может сразу же удалять: в частности, при возникновении перегрузок — это трафик электронной почты или данные HTTP. В подобной ситуации потери приемлемы, поскольку протоколы передачи более высокого уровня, в частности TCP/IP, обеспечивают повторную пересылку.

Благодаря применению тегов VLAN описанная классификация и принятие решений о приоритетах реализуемы в любой точке сети на уровне Ethernet — а значит, и на многофункциональной платформе формирования услуг (MSPP). Таким же образом можно различать услуги, предоставляемые разным пользователям. В результате оператор получает возможность, к примеру, назначать данным корпоративного клиента, требующего и оплачивающего гарантированное качество, более высокий приоритет, нежели частному пользователю со стандартным подключением DSL. В периоды снижения трафика корпоративных клиентов — как правило, по вечерам — освободившейся пропускной способностью могут воспользоваться частные пользователи.

Рисунок 5. Архитектура многофункциональной платформы формирования услуг.
Итак, на роль идеальной архитектуры MSPP и средства выхода в городскую и магистральную сети претендует структура, представленная на Рисунке 5. На стороне пользователя располагаются различные интерфейсы (услуги). Они позволяют параллельно подключать DSLAM по Ethernet или Е-1 (PDH), базовые станции мобильной связи по Е-1 или по Ethernet в более новых вариантах, а также корпоративных клиентов по Ethernet, Fibre Channel или соединениям Е-1. Благодаря интегрированной функциональности для реализации различных приоритетов можно предлагать и услуги операторского класса по интерфейсу Ethernet. Вместе с тем, подобная платформа становится базой для простого перехода от старых технологий (например, выделенных линий Е-1) к недорогим решениям на основе Ethernet без потери качества.

Маркус Вебер — менеджер по ориентированным на сетевые приложения стандартным устройствам компании Fujitsu Microelectronics Europe.


© AWi Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями