Любую сеть, предназначенную для оказания телекоммуникационных услуг, логически можно разделить на несколько уровней, причем не только в соответствии с семиуровневой моделью OSI, но и по степени близости реализуемых служб к конечным клиентам.

Наиболее удаленным от пользователя сегментом являются национальные и международные сети (в обиходе их еще называют backbone-магистралями), которые обеспечивают связанность региональных и городских сетей (известных также как «metro-сети», или MAN — Metropoliten Area Networks). А завершают формирование транспортной артерии от поставщика информационных услуг до клиента сети «последней мили» и «последнего ярда».

Каждый из этих участков решает вполне конкретные задачи, определяющие выбор топологии и технологии для конкретной сети. Кроме того, важнейшим критерием при организации и эксплуатации каждого из транспортных уровней доставки телекоммуникационных услуг является экономический фактор. Особую значимость он приобрел в последние годы, когда на мировом рынке заметно сократились инвестиции в телекоммуникационную инфраструктуру.

При рассмотрении экономических аспектов создания сети трудно найти единственно верное решение — слишком много факторов влияют на интегральную оценку эффективности того или иного варианта. При этом в последние годы наметились новые общие тенденции, отражающие стремление операторов сделать инфраструктуру телекоммуникаций менее затратной. Посмотрим, как такие тенденции проявляются в сегменте городских сетей.

Идеальная городская сеть

Хотя в мире и нет ничего совершенного, все же попытаемся сформулировать требования к идеальной городской сети. В первую очередь, определимся: под городской сетью мы будем понимать узлы маршрутизации и узлы доступа, от которых начинается участок «последней мили», а также каналы связи между ними. Основным предназначением такой сети является агрегация трафика клиентов и обмен им с магистральными сетями. Кроме того, городская сеть должна поддерживать доступ конечных пользователей к локальным информационным ресурсам.

Современная MAN может выполнять свою задачу только в том случае, если она обеспечивает максимально возможное покрытие городской территории. Именно этот показатель во многом определяет коммерческую привлекательность сети, так как наличие большого числа узлов доступа позволяет подключить множество клиентов.

Другим критерием идеальной городской сети является ее универсальность. Давно кануло в Лету то время, когда для передачи каждого вида трафика создавалась отдельная сеть. Уже ни у кого не вызывает сомнений предпочтительность использования универсального канала передачи голоса, данных и видеосигналов. Практически все магистральные сети отвечают критерию конвергентности, а сейчас процесс конвергенции начинает охватывать городские сети. В последнюю очередь он отразится на распределительных сетях «последней мили» и «последнего ярда». Справедливости ради отметим, что большинство российских городских сетей, созданных в последнее десятилетие, отвечают требованию универсальности.

Несмотря на всю важность выбора инженерных решений и грамотного расположения узлов, надо сказать, что городская сеть рискует оказаться невостребованной, если стоимость ее услуг не совпадает с рыночными реалиями. С экономической точки зрения себестоимость услуг городской сети — вполне предсказуемая величина, закладываемая в бизнес-план еще на этапе проектирования. И любой оператор metro-сети стремиться минимизировать этот показатель.

Таким образом идеальная городская сеть должна обеспечивать подключение максимально возможного числа клиентов, предоставление им самых разных услуг и характеризоваться минимальной стоимостью создания и эксплуатации.

Технологии организации metro-сетей

Для построения современной городской сети оператор связи может воспользоваться широчайшим спектром технологий и оборудованием различных производителей, но практическое применение находит лишь довольно ограниченное число решений. Еще меньше технологий могут стать основой идеальной городской сети, отвечающей современным требованиям.

«Идеальное» решение на физическом уровне — опора на оптику. Причины активного распространения волоконно-оптических кабелей (ВОК) вполне очевидны.

Во-первых, это обеспечиваемая ими практически неограниченная полоса пропускания. Сегодня многие московские операторы городских сетей с гордостью объявляют о достижении скорости передачи в межузловых соединениях на уровне 1 Гбит/с, причем и такой ресурс востребован в лучшем случае на 10—15%. Безусловно, это положительно сказывается на возможности сети справляться с пиковыми выбросами трафика, хотя для грамотно спланированной магистральной сети даже средняя загрузка 50—60% не является экстремальной. Кроме того, потенциально достижимая скорость волоконно-оптических линий связи составляет 10 Гбит/с.

Во-вторых, ВОК имеют гораздо лучшие эксплуатационные характеристики, нежели медные кабели. Оптика не критична к электромагнитным наводкам, борьба с которыми в медных кабелях отнимает много сил и средств, но не всегда завершается успехом. Яркий пример этого — пожар на одной из московских АТС, случившийся в нынешнем году из-за неисправности систем грозозащиты медных кабелей. К тому же ВОК в гораздо меньшей степени подвержены влиянию непогоды: им не страшны сильные дожди, зачастую заливающие телефонную канализацию. Но справедливости ради добавим, что оптические кабели не любят резких изгибов, чувствительны к сдавливанию и гораздо дороже в ремонте, чем медные кабели.

В-третьих, стоимость ВОК в последнее время значительно снизилась, что сделало их применение в сетях связи экономически привлекательным. Например, стоимость кабеля, состоящего из восьми одномодовых оптических жил и предназначенного для прокладки в городской канализации, не превышает 600 долл. за один км.

Все эти достоинства волоконно-оптических кабелей обусловили настоящий бум их применения в городских условиях. В Москве уже не найдешь транспортной сети, построенной на основе меди. Более того, оптика все активнее проникает в сферу «последней мили».

При рассмотрении технологий построения физического уровня городских магистральных сетей не стоит забывать про системы уплотнения оптического кабеля DWDM и CWDM. Они позволяют не только многократно увеличивать полосу пропускания, но и организовывать сети с гибкой топологией. Последняя возможность особенно привлекательна для операторов MAN, поскольку она обеспечивает существенную экономию средств при прокладке ВОК.

Довольно часто DWDM и CDWM противопоставляют технологиям передачи сигнала поверх оптики, в частности SDH. Возможно, эта дискуссия порождена и сознательно поддерживается маркетинговыми службами производителей оборудования, но оператор связи должен весьма трезво оценивать возможности и стоимость систем уплотнения при их выборе для своей сети.

Для организации второго и третьего уровня городских магистральных сетей связи могут использоваться такие технологии, как Х.25, Frame Relay, FDDI, SMDS, SDH, PDH, ATM, Ethernet, DPT и MPLS. Все они имеют свои плюсы и минусы, определяющие границы их применения.

Первыми к нуждам городских сетей передачи данных были приспособлены технологии PDH и Х.25. Пятнадцать-двадцать лет назад они вполне справлялись с нагрузкой, создаваемой пользовательскими приложениями, а сейчас продолжают обслуживать так называемые унаследованные системы.

Следом появились решения на основе Frame Relay, FDDI, SMDS и SDH. Они позволили не только увеличить пропускную способность городских сетей передачи данных, но и улучшить их управляемость.

Отдельно стоит упомянуть легендарную технологию АТМ. Наверное, ни один из транспортных механизмов не породил столько ожиданий и разочарований, сколько асинхронный режим передачи. Родившись в результате компромисса между потребностями телефонных операторов и провайдеров услуг передачи данных, эта технология должна была на многие годы превратиться в универсальную транспортную среду. Пролистайте телекоммуникационные журналы конца 90-х, и вы наверняка заметите, что чаще всего упоминалась именно АТМ. Каких только восхвалений она не удостаивалась! Конечно, большинство из них были вполне обоснованными, но все же технология АТМ так и не смогла стать ведущей в современных сетях связи.

Гораздо больших успехов достигла другая технология, которую долгое время не признавали «достойной» внедрения в магистральных сетях. Речь идет об Ethernet и ее «наследниках». Правда, некоторые аналитики предсказывали магистралям Ethernet большое будущее еще в те времена, когда помыслами связистов безоговорочно владели SDH и ATM. В качестве примера можно привести статьи Сергея Закурдаева, опубликованные в нашем журнале (см. Сети, 1996, № 8; 1998, № 6; 2000, № 10).

Сегодня технология Ethernet не только доросла до скоростей 10 Гбит/с, но и получила надежные механизмы управления качеством обслуживания. Появились технологии DPT и MPLS, которые позволяют использовать существующую канальную инфраструктуру SDH, обеспечивают высокую скорость и надежность передачи огромных массивов информации.

На основе многих из упомянутых технологий можно создавать неплохие городские магистральные сети, которые вполне способны поддерживать требуемое быстродействие и качество передачи различных видов информации. Поэтому на первое место выходит такой вопрос: какая же из них предпочтительна с экономической точки зрения?

Сеть должна быть экономной

Перефразированный лозунг времен не столь отдаленных как нельзя лучше подходит для описания нынешнего состояния российского телекоммуникационного рынка. За последнее время значительно увеличилась конкуренция между его игроками, что привело не только к расширению спектра предлагаемых услуг, но и к существенному снижению тарифов. При этом внедрение новых сервисов сопряжено с немалыми расходами, на которые готов пойти не каждый оператор, поэтому главным инструментом борьбы за клиента стала именно тарифная политика.

Тарифообразование является для конечного заказчика довольно сложной схемой. Отметим, что в структуре расходов оператора его затраты на организацию сервисов городской сети сопоставимы со стоимостью услуг магистральных операторов.

Рассмотрим для примера работу домовых сетей, которые сегодня растут, как грибы после дождя. Обычно домовую сеть рассматривают как некую систему доступа, ограниченную территорией жилого микрорайона. Вполне очевидно, что большинство провайдеров домовых сетей нуждаются в услугах MAN. Наиболее распространенным вариантом подключения их узла к городской сети является использование канала Е1, пропускная способность которого составляет 2,048 Мбит/с.

Сегодня в Москве чистая стоимость (без учета налогов) ежемесячной аренды такого канала варьируется от 500 до 800 долл. Потенциальная пропускная способность канала Е1 составляет 640 Гбайт в месяц, но, как показывает практика, он оказывается загруженным на 10—15%. Удельная стоимость передачи по нему 1 Гбайта данных равна примерно 5—12 долл. Данные цифры сопоставимы со стоимостью трафика магистрального оператора, а ведь еще год назад на услуги MAN затрачивалось не более 25—30% от стоимости услуг магистральных сетей.

Налицо явный дисбаланс в структуре расходов оператора связи. Действительно, в последнее время значительно снизилась стоимость услуг магистрального транзита трафика. Это вызвано как ужесточением конкуренции в данном сегменте рынка, так и многократным ростом пропускной способности таких сетей. Однако на городском уровне ведущими по-прежнему остаются технологии TDM и АТМ, во внедрение которых некогда были вложены огромные средства, поэтому операторы metro-сетей вынуждены удерживать относительно высокие тарифы. Кроме того, на конечных тарифах сказывается стоимость устройств сопряжения сети городского оператора и его клиента.

Домовые сети создаются практически по единому принципу: главенствующая роль отводится технологии Ethernet или ее ближайшей «родственнице» Home PNA. Поэтому на стыке сегментов MAN и «последней мили» устанавливается дополнительное оборудование. Ярким примером подобной архитектуры могут служить широко разрекламированные сети ADSL, в которых магистральный сегмент базируется на АТМ, а для стыка с Ethernet-инфраструктурой применяется довольно сложное и дорогое оборудование. Неудивительно, что из-за высокой себестоимости услуг ADSL-сети не пользуются тем спросом, на который рассчитывали их владельцы.

Нынешнюю ситуацию на рынке услуг городских сетей вполне можно охарактеризовать емким словом «кризис». Выход из него обеспечит только заметное снижение тарифов, но операторы заявляют о принципиальной невозможности такого шага. По их словам, эксплуатация городских сетей сразу же станет нерентабельной. Это, конечно, верно, но лишь отчасти.

Лучшая из лучших

Что же позволит кардинально изменить ситуацию на рынке городских транспортных сетей? Ответ на данный вопрос вполне очевиден: переход на технологию Ethernet. К сожалению, она еще недостаточно активно применяется, но ее эффективность уже не вызывает сомнений. Например, дуплексный канал Ethernet 10 Мбит/с обходится заказчику всего в 500 долл. в месяц, а по удельной стоимости передачи 1 Гбайт трафика он в три раза дешевле арендуемого канала Е1.

Снижение стоимости аренды канала связи — не единственное преимущество городских Ethernet-сетей. При внедрении этой технологии на городском уровне не нужно ломать голову над проблемой стыковки MAN, сетей доступа и корпоративных сетей заказчиков. На всем пути прохождения трафика используются единые транспортные механизмы. Преимущества такой модели даже не нуждаются в доказательстве.

Комбинация Ethernet и протокола TCP/IP вызвала к жизни разнообразные решения, позволяющие компенсировать «классические» недостатки первой технологии, особенно заметные на больших дистанциях.

В первую очередь, необходимо упомянуть обновленную технологию коммутации, которая дала возможность забыть о коллизиях в локальных сетях Ethernet. Современные коммутаторы не только высокопроизводительны, но и характеризуются относительно низкой ценой. Кроме того, они поддерживают средства приоритетной обработки данных (IEEE 802.1p), позволяющие передавать потоки информации разных типов с различными задержками.

Еще одним полезным дополнением, облегчающим разделение трафика в зависимости от групп клиентов и приложений, стал протокол IEEE 802.1q. С его помощью можно организовывать виртуальные локальные сети (VLAN), хорошо себя зарекомендовавшие на практике. В отличие от технологии TDM, в соответствии с которой каждому каналу выделяется строго фиксированная полоса пропускания, Ethernet позволяет легко перераспределять пропускную способность физической линии между виртуальными каналами.

Основным «партнером» Ethernet на магистральном уровне стало семейство протоколов TCP/IP, которое также получило ряд нововведений, заметно улучшивших управляемость сетей. Кратко перечислим основные из них. Во-первых, это протокол IPSec, позволяющий организовывать защищенные каналы между точками магистральной сети. Во-вторых, технологии MPLS, благодаря которым ускоряется прохождение трафика через сеть с большим количеством узлов. Кстати, с помощью MPLS также можно создавать виртуальные каналы. В третьих, технология DPT, которая обеспечивает прозрачную интеграцию пакетных сетей с существующей инфраструктурой SDH.

Несмотря на технологические достоинства, основным аргументом в пользу выбора технологической «связки» Ethernet и TCP/IP является экономическая целесообразность такого решения. Конечно, стоимость создания и эксплуатации городской магистральной сети сильно зависит от конкретных условий, но прикинуть порядок цифр вполне возможно. Оставим за скобками стоимость прокладки или аренды ВОК, так как по большому счету это — величина постоянная. Гораздо интереснее сравнить стоимость узлов. Так, мультиплексор SDH уровня STM-1 с парой десятков портов доступа обойдется примерно в 8—10 тыс. долл. Напомним, что STM-1 имеет канальную скорость 155 Мбит/с. А цена коммутатора Ethernet с двумя оптическими портами 1 Гбит/с и 24 портами доступа сегодня составляет не больше 5 тыс. долл. И не забудьте про разницу в пропускной способности: за меньшую стоимость мы получаем, по крайней мере пятикратное увеличение производительности.

Безусловно, строительство MAN-сети на базе Ethernet все же обходится весьма недешево. Однако технологическая и экономическая эффективность, простота управления и модернизации такой сети заставляют рассматривать Ethernet как безусловного лидера среди технологий, позволяющих организовывать metro-сети.

Алексей Полунин (polunin@informtelecom.ru) — генеральный директор компании «ИнформТелеком XXI»

Сравнение затрат на создание MAN на основе двух технологий

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями