Джофф Беннет, директор по технологиям и решениям, InfineraДжофф Беннет обладает более чем 20-летним опытом в сфере телекоммуникаций. Работая в компаниях Proteon и Wellfleet, он занимался развитием систем IP-маршрутизации, в FORE Systems — технологиями ATM и MPLS, в Marconi — вопросами транзита и маршрутизации данных в оптических сетях. Будучи выдающимся инженером, Джофф напрямую общается с техническими директорами (CTO) ведущих операторов связи и крупных корпораций. В компании Infinera он сыграл определяющую роль в развити одного из стратегических направлений ее работы — технологии суперканалов. Во время посещения Москвы Джофф Беннет поделился своими взглядами на историю и перспективы развития телекоммуникационной отрасли.

Журнал сетевых решений/LAN: Глядя на ваш послужной список, просто не могу не поворошить прошлое: в свое время Wellfleet делала, пожалуй, лучшие маршрутизаторы, а FORE Systems с технологией АТМ считалась едва ли не самой перспективной компанией на сетевом рынке. Но и та и другая в конечном счете исчезли с рынка. В чем причина?

Джофф Беннет: Да, было дело… Кстати, недавно я получил еще одно доказательство того, что у Wellfleet были разработки высочайшего класса. Мы общались с представителями одного из крупнейших мобильных операторов по поводу реализации проекта по защите данных. Они нарисовали схему сегмента своей сети, на которой два основных устройства были отмечены как BCN [так назывался флагманский маршрутизатор Wellfleet. — Прим. ред.]. Я был поражен: разработанный в 1993 году маршрутизатор спустя почти 20 лет отлично справлялся с задачами. Их производительность была рекордной для середины 90-х годов прошлого века, но с учетом стремительного роста трафика данных эти устройства, наверное, все же придется заменить. Однако такое долголетие восхищает.

У Wellfleet было три прекрасных года: мы на равных конкурировали с Cisco, наращивая рыночную долю. Но потом Wellfleet, тогда № 2 на рынке маршрутизаторов, и лидирующая на рынке концентраторов компания SynOptics объединились в единую компанию — Bay Networks. Поначалу казалось, что слияние должно стать суперуспешным, поскольку решения двух компаний отлично дополняли друг друга. Но возникли непредвиденные проблемы. Во многом они были обусловлены географической удаленностью: одна компания находилась на западном, другая — на восточном побережье США. Команды разработчиков всячески противились объединению, в результате маршрутизирующая плата Wellfleet так никогда и не стала совместимой с шасси концентратора SynOptics. Продавцы тоже работали совсем по-разному. Цикл продаж маршрутизаторов старшего класса составлял от трех до девяти месяцев, тогда как для продажи концентраторов зачастую требовался один телефонный разговор с потенциальным покупателем. Ряд ошибок в итоге привел к тому, что Bay Networks была приобретена корпорацией Nortel.

 

LAN: Ну а что произошло с АТМ?

Беннет: В свое время АТМ казалась фантастической технологией. Она позволяла строить высоконадежные сети с широким набором функциональных возможностей. Более того, в 90-е годы АТМ обеспечивала более высокую скорость по сравнению с Ethernet (155 против 100 Мбит/с). И эта технология оказалась востребованной заказчиками, которым были необходимы надежные локальные сети. Компанией FORE Systems было реализовано немало проектов в издательских домах, банках, страховых компаниях, государственных структурах. Но Ethernet оказалась проще, в том числе при реализации гигабитных решений. Чрезмерная сложность АТМ стала основным препятствием на пути ее дальнейшего развития.

Кстати, нечто подобное случилось и с системами Token Ring. По ряду характеристик, например по отказоустойчивости, они превосходили Ethernet. Но у них тоже возникли проблемы с масштабированием и увеличением скорости. Оказалось, что реализовать Token Ring со скоростью 100 Мбит/с — это очень дорого.

А у Ethernet возможности наращивания скорости оказались практически неограниченными. Более того, постоянно расширяются границы ее использования. Она начинала как технология для локальных сетей, а сегодня используется повсюду: от беспроводных сетей WiFi до масштабных инфраструктур операторов связи. Вот действительно фантастическое развитие!

 

LAN: Да, очень интересные и поучительные уроки истории развития сетевых технологий. Но давайте поговорим о вашей работе в Infinera.

Беннет: До того как перейти в Infinera, честно говоря, я считал, что оптическая связь — это скучно. Существовал типовой набор оптических элементов, на базе которых производители реализовывали очень схожие продукты. Но Infinera со своей концепцией оптических интегральных микросхем (Photonic IC, PIC), в которых интегрированы сотни оптических элементов, все изменила. Представьте, что вам надо самому сделать компьютер из транзисторов и другой элементной базы, не имея готового процессора. Это безумие! То же было в оптике: отдельные лазеры, модуляторы, волноводы… С PIC все по другому.

Дело даже не в самой микросхеме, а в том, что она облегчает создание оптических сетей. При традиционном подходе построение и эксплуатация таких сетей — фактически аналоговых, а значит, во многом непредсказуемых! — требует большого инженерного труда и армии высококлассных специалистов, понимающих суть физических процессов оптической передачи. Компания Infinera разместила все компоненты, необходимые для функционирования оптической сети, на одной микросхеме, в какой то мере скрыв всю сложность внутри маленького блока.

PIC — это не только малые размеры и низкое энергопотребление. Это возможность реализовать в одном устройстве дополнительные функции, например коммутацию OTN [оптическая транспортная сеть. — Прим. ред.]. Следовательно, мы переходим от аналоговой сети к цифровой, которая по определению является более предсказуемой. Что еще очень важно, реализованные механизмы автоматизируют обслуживание сети, в частности, такие операции, как создание сервиса, мониторинг и локализация неисправностей, изменение маршрута передачи информации в случае аварии и т. д. Для этого используется протокол GMPLS.

В конце 90-х, когда концепция GMPLS только появилась, я полагал, что эта технология никогда не заработает именно из-за аналоговой природы оптических сетей. Сегодня все работает. Вы можете одним щелчком мыши на экране системы управления продолжить оптический канал через континенты.

Требования к пропускной способности растут, но операторы не могут себе позволить нанимать все новых и новых специалистов для обслуживания оптических сетей. При том же штате необходимо эксплуатировать сеть, пропускная способность которой должна увеличиться, скажем, в пять раз за пять лет. Поэтому особую ценность для заказчиков приобретают любые технологии, которые позволяют максимально просто повышать пропускную способность сетей. Системы, «скрывающие» аналоговую суть оптической связи в микросхемах, уже не требуют сотен докторов физ.-мат. наук для проектирования и обслуживания сети — достаточно специалистов, разбирающихся в IP.

 

LAN: Значит, PIC — главный козырь Infinera?

Беннет: Да, это наше главное конкурентное преимущество. Ни один другой производитель DWDM в мире не имеет подобных оптических микросхем. Они используют стандартную базу оптических компонентов третьих производителей. Поэтому им очень трудно чем-то выделиться со своим оборудованием.

Конкурировать можно либо по функционалу, либо по цене. Если по функционалу решение [западной компании. — Прим. ред.] не отличается от продукта китайского производителя, значит, цену придется опускать до уровня, который тот предлагает. А ведь это может быть, например, государственная компания, для которой получение прибыли не является обязательным условием ее деятельности. Очень трудно конкурировать с компаниями, которые играют по другим правилам, если у вас нет весомого технологического козыря. У Infinera такой козырь есть — это микросхемы PIC.

 

LAN: Infinera интегрировала коммутацию OTN в платформу DWDM. Каковы следующие шаги по развитию этой платформы?

Беннет: Когда объемы трафика растут, все больше операторов задают себе вопрос, не слишком ли накладно маршрутизировать каждый пакет? Современные сети построены таким образом, что пограничные устройства агрегируют различные клиентские потоки, а затем объединенный высокоскоростной поток пробрасывается по магистрали, скажем, через всю Россию. Заниматься его маршрутизацией на каждом транзитном узле, конечно, смысла нет. А для того чтобы отводить в промежуточных узлах необходимый трафик, достаточно функционала OTN, который мы и интегрировали в нашу платформу.

Давайте представим логические уровни сети: внизу — DWDM, выше идет OTN, далее — MPLS и IP. Последние две технологии, как правило, реализуются в одном устройстве, и это очень дорогой маршрутизатор. Связано это, в частности, с тем, что он должен располагать мощными вычислительными ресурсами, чтобы обеспечивать работу механизмов качества обслуживания (QoS), большими объемами высокоскоростной памяти, чтобы поддерживать большое число очередей пакетов, и пр. Наращивание пропускной способности магистральной сети путем установки новых полнофункциональных маршрутизаторов — дорогое удовольствие.

Реализовать все функции IP/MPLS на оптической платформе — тоже сложно и дорого. А вот наделить ее базовыми функциями MPLS Transport Profile (MPLS-TP) — технологии, работающей на втором уровне, — вполне возможно. Она определяет небольшой набор функций IP/MPLS, специально выделенных для функционирования транспортных сетей. Именно по пути интеграции функций MPLS-TP мы и пойдем. Таким образом, в будущем наша платформа будет обеспечивать транспорт DWDM, коммутацию OTN и MPLS-TP.

 

LAN: Когда вы планируете наделить свои транспортные платформы функциональностью MPLS-TP и сотрудничаете ли вы в этом вопросе с кем-нибудь из производителей маршрутизаторов?

Беннет: Точных сроков назвать пока не могу. Думаю, это произойдет через год или два. Мы рассчитываем справиться собственными силами… Все, что нам надо для этого, — высокоскоростные полупроводниковые микросхемы.

 

LAN: В системах с каналами 100G используется так называемый когерентный прием, который предусматривает, в частности, что возникшие при передаче искажения убираются цифровыми процессорами на принимающей стороне. Однако появились опасения, что повышение из-за этого задержки будет препятствовать использованию таких систем для ряда приложений, например в соединениях между ЦОД. Некоторые предлагают даже отключать механизмы прямой коррекции ошибок (FEC). Что вы думаете по этому поводу?

Беннет: Общая задержка имеет несколько составляющих. Самая большая составляющая пропорциональна длине оптической линии связи. Скорость света все-таки конечна, и для преодоления 200 тыс. км по оптическому волокну световому импульсу требуется примерно секунда. И это действительно имеет значение. Один из наших заказчиков — европейский оператор Colt — специализируется на обслуживании финансовых организаций, в том числе фондовых бирж. Такие структуры чрезвычайно чувствительны к задержке. Поэтому при создании сети, соединяющей Лондон, Париж, Франкфурт, Амстердам и другие европейские центры, им пришлось спрямлять маршруты, чтобы добиться наименьшей длины волокна. На одних участках компании Colt удалось найти подходящие кабели, на других ей пришлось самой их прокладывать. И сегодня у Colt сеть с самой низкой задержкой в Европе. Ей удалось снизить этот показатель на 25–30% по сравнению с показателями других сетей.

Как вы, наверно, помните, отрасль оптической связи долгие годы вела борьбу с негативными проявлениями хроматической дисперсии. Традиционное решение — вставка в оптический тракт компенсаторов, представляющих собой отрезок специального волокна с отрицательным значением дисперсии. Длина такого волокна составляет 10–20% от длины всей линии, что, естественно, увеличивает задержку. Проблему решает когерентный прием, при котором искажения сигнала убираются с помощью цифровой обработки на принимающей стороне. Конечно, такая обработка немного увеличивает задержку, но при этом снижается задержка в линии, поскольку компенсаторы становятся не нужны.

Теперь собственно о задержке при обработке поступающего потока. В системах 100G многие производители перешли на механизмы FEC с большим процентом избыточных бит — Soft Decision FEC (SD-FEC). Они добавляют значительную задержку. Но если отключить SD-FEC, то вы теряете примерно 11 дБ бюджета линии. Следовательно, вместо того чтобы строить узлы регенерации каждую тысячу километров, придется ставить их каждые 50 км. Это очень существенное различие. Хотя для каналов малой дальности (например, соединяющих расположенные неподалеку друг от друга центры обработки данных) такое решение вполне может подойти.

Как мы подходим к подобным задачам? Мы считаем, что для каждого конкретного проекта необходимо подбирать оптимальный вариант алгоритма модуляции и механизма FEC, чтобы получить наивысшую пропускную способность при заданной дальности.

 

LAN: Но существует мнение, что для 100-гигабитных систем лучше всегда использовать модуляцию QPSK. Вы с этим не согласны? [QPSK — квадратичная фазовая манипуляция, которая позволяет передавать два бита при одном перескоке фазы (два бита на символ). В системах 100G она используется вместе с методом двойной поляризации (Dual Polarization). DP-QPSK обеспечивает четыре бита на символ.]

Беннет: Мы считаем, что не существует единственной схемы модуляции, которая была бы оптимальна для любого проекта. Поэтому наши линейные карты позволяют переключаться между разными схемами модуляции. (У ряда других производителей для изменения схемы модуляции необходимо менять линейные карты.)

Предположим, что при использовании QPSK и когерентного приема дальность передачи составляет 3000 км. Перейдя на модуляцию 16-QAM с четырьмя битами на символ (на каждую поляризацию), вы сможете получить вдвое большую пропускную способность, но дальность составит только 500 км. В каких-то случаях это имеет смысл, в каких-то — нет. Но если инженеры понимают, что в данном проекте требуемая дальность недостижима для высокоэффективной модуляции 16-QAM, они просто переключают карту на режим QPSK. Мы поддерживаем и другие типы модуляции, чтобы заказчик мог добиться максимальных характеристик на конкретной сети. Это называется принципом FlexCoherent, который позволяет в конкретной ситуации подобрать оптимальное сочетание параметров.

Вернемся к вашему вопросу о соединении двух ЦОД. Предположим, заказчик решил, что алгоритм SD-FEC не подходит по причине того, что он привносит слишком большую задержку. Ничего страшного: можно переключиться на обычный алгоритм FEC с меньшей задержкой, сопроводив это переходом на модуляцию с меньшим числом символов на бит, например с QPSK на BPSK [BPSK обеспечивает один бит на символ. — Прим. ред.]. И задача будет решена.

 

LAN: Infinera использует для передачи потока 100G две спектральные несущие, соответственно, суперканалы 500G формируются 10 несущими. Между тем на рынке есть решения по передаче 100 Гбит/с на одной несущей. Значит ли это, что ваши решения менее эффективно используют спектр?

Беннет: По спектральной эффективности оба подхода одинаковы: при передаче 100G на одной несущей используется канал 50 ГГц, а решения на двух несущих задействуют по 25 ГГц под каждый спектральный канал.

А вот по экономической эффективности отличия существенные. При использовании квадратичной фазовой манипуляции (QPSK) и одной несущей оптический канал 100G формируется из четырех потоков по 25 Гбит/с, поступающих на вход модулятора. Электроника для обработки 25 Гбит/с только-только появляется, она очень сложная и дорогостоящая. В решениях 100G на двух несущих применяются гораздо более доступные и менее дорогие электронные микросхемы.

Справедливости ради надо отметить, что для формирования двух спектральных каналов надо в два раза больше оптических компонентов. Возможно, кого-то это пугает, но только не компанию Infinera — у нас же есть оптические микросхемы PIC.

 

LAN: При выборе ваших решений с суперканалами 500G не придется ли заказчикам идти на существенно более высокие капитальные затраты?

Беннет: Нет, не придется. Мы отделили линейную часть, в которой используются микросхемы PIC, от клиентских интерфейсов. Когда вы покупаете линейную плату на 500G, это не значит, что вам придется платить в пять раз больше, чем за решения 100G. Стоимость примерно в два раза больше, но при этом вы получаете в пять раз большую скорость. Суперканал 500G обеспечит их потребности в будущем — и не надо будет тратиться ни на покупку нового оборудования, ни на его инсталляцию и конфигурирование. Оператор получает канал 500 Гбит/с, пропускной способности которого хватит на несколько лет вперед, и может спокойно развивать свой бизнес, расширяя спектр услуг для конечных пользователей.

 

LAN: Давайте представим следующую ситуацию: оператор использует каналы 10G и 40G, причем его сеть построена не на оборудовании Infinera. И вот он решает внедрить вашу технологию 100G или даже суперканалы 500G. Какие тут возможны подводные камни?

Беннет: Независимо от того, чье оборудование установлено у оператора, если он использует некогерентные решения 10G и захочет внедрить когерентные системы 40G и 100G, ему придется решать проблему, связанную с использованием компенсаторов дисперсии. Если вы уберете компенсаторы, то больше не сможете передавать потоки 10G. Если оставите компенсаторы, то 40G и 100G будут работать, но вследствие увеличения длины кабеля вы получите увеличенную задержку. Это обстоятельство надо обязательно учитывать, если вы хотите задействовать разные технологии в одном волокне.

Можно использовать разные волокна: по одному передавать потоки по некогерентной технологии, по другому — по когерентной. Можно, работая по одному волокну, задействовать разные спектральные диапазоны. Тогда никаких проблем не возникнет.

 

LAN: Итак, каналы 500G компания Infinera уже реализовала и даже показала в Москве (на выставке «Связь-Экспокомм 2012»). Каков следующий шаг? Есть ли вообще предел пропускной способности волокна?

Беннет: По моим оценкам, с модуляцией QPSK вполне реально достичь пропускной способности 10 Тбит/с в С-диапазоне. На модуляции 16-QAM — 20 Тбит/с. Но будьте внимательны, когда читаете пресс-релизы о высокоскоростных системах с 16-QAM. В большинстве тестов, где используется этот эффективный метод модуляции, применяются специальные волокна с увеличенным модовым пятном. Но это совсем не те волокна, которые проложены российскими операторами. Если использовать обычные волокна, то мощность передатчика придется увеличивать, а это чревато негативными нелинейными эффектами, а следовательно, сокращением дальности.

Помимо C-диапазона есть и другие: L, S, U, E. Их тоже можно осваивать. Проблема в том, что усилители EDFA работают только в C- и L-диапазонах. Рамановские усилители функционируют и в других диапазонах, но они гораздо сложнее. Поэтому начать лучше с освоения L-диапазона, потенциальная емкость которого больше, чем у C-диапазона.

А возможно, не стоит все так усложнять. Большинство европейских операторов, с которыми мне приходилось общаться, располагают достаточно большим числом свободных волокон. Они просто будут засвечивать новые волокна.

Таким образом, существует множество путей повышения пропускной способности волоконно-оптических линий связи. Можно задействовать свободные волокна, можно осваивать L- и S-диапазоны, можно развивать технологии компенсации на приемном конце и т. д. и т. п. Отрасль оптической связи готова к цунами трафика.