Транспортные технологии и DPT
В Ярославле появилась сеть, построенная московским интегратором IBS на основе технологии DPT
Дополнительная информация на нашем CD-ROM
Постоянный рост использования Интернета и корпоративных Интранет-сетей, быстрое возникновение многочисленных IP-сервисов, основывающихся на Voice-over-IP (VoIP), а также появление высокоскоростных, широкополосных подключений к Интернету на основе технологий xDSL и кабельных модемов — эти тенденции приводят к сильному экспоненциальному росту IP-трафика в транспортных сетях. Сегодня существует несколько общепризнанных транспортных технологий — SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarhy) и ATM (Asynchronous Transfer Mode), которые до последнего времени успешно справлялись с потоками данных. Однако с ростом объемов передаваемых данных, особенно данных, чувствительных к задержке, стало очевидно, что необходимо искать пути повышения пропускной способности и увеличения скорости обработки пакетов. Кроме того, операторы транспортных сетей напрямую заинтересованы в снижении затрат на передачу IP-пакетов. Естественно, что для увеличения скорости передачи информации и снижения времени задержек на маршрутизирующем оборудовании можно пойти несколькими путями. Во-первых, минимизировать стек используемых протоколов по модели OSI, за счет чего будет происходить сокращение накладных расходов на передачу пакета и снижение эксплуатационных расходов. Во-вторых, сократить количество обработок пакетов на маршруте и таким образом снизить загрузку процессоров, так как пакеты проходят «насквозь», без обработки на третьем уровне.
Как показано на рис. 1, для высокоскоростного транспорта IP-пакетов используются различные уровни. Основной момент заключается в том, что для того, чтобы снизить затраты на транспорт, уменьшить перегрузки и увеличить пропускную способность транспортного канала, необходимо снижать число уровней в стеке. Такое решение также уменьшает сложность в обеспечении работоспособности, использовании, контроле ошибок и как следствие облегчает дальнейшее планирование и поддержку сети.
В данной статье мы рассмотрим существующие транспортные технологии с точки зрения их реализации, стоимости и перспектив, а также подробно остановимся на новой транспортной технологии — DPT (Dynamic Packet Transport), предложенной компанией Cisco Systems и в настоящее время проходящей процедуры принятия ее в качестве общего стандарта.
На чем мы ездим?
Если рассматривать сегодняшние транспортные технологии с точки зрения семиуровневой модели OSI, то как SDH/SONET, так и ATM работают на самых нижних — физическом и канальном — уровнях. Первый из них, физический, определяет поток битов по передающей среде; другими словами, физический уровень описывает передающиеся импульсы (оптические, электромагнитные или электрические), а также свойства транспортной среды. Канальный же уровень определяет «логику» передачи информационного потока от точки к точке, а также описывает методы доступа к физическому уровню. На канальном уровне предусмотрены некоторые методы контроля и исправления ошибок. Наиболее часто SDH/SONET определяется как протокол физического уровня, поскольку он непосредственно определяет свойства оптического потока данных, а также свойства самого волокна. Для описания блоков данных SDH/SONET использует кадры, которые довольно легко могут применяться для транспорта данных другими технологиями. Но в отличие от большинства кадров второго уровня кадры SDH/SONET не предусматривают средств обнаружения и коррекции ошибок. Но зато SDH/SONET для обеспечения отказоустойчивости имеет специальную функцию автоматического чрезвычайного переключения (Automatic Protection Switching, APS). Благодаря APS работоспособность двойного оптического кольца SDH/SONET восстанавливается за 50 мс после выхода кабеля из строя, например при обрыве, за счет реконфигурации кольца. Оборотная сторона медали состоит в том, что каждому защищенному оптическому волокну в SDH/SONET соответствует другое оптоволокно, включающееся в работу в случае сбоя основного волокна (рис. 2).
Другими словами, 50% от общей пропускной способности кабеля попросту простаивает из-за наличия функции APS. В итоге крупная ячеистая сеть имеет многочисленные избыточные каналы. В связи с этим многие операторы в условиях увеличения трафика начинают задумываться об использовании «свободных» 50% волокна. Несмотря на столь нерациональное использование оптоволоконного кабеля, SDH/SONET сегодня является наиболее популярным и привлекательным протоколом для дальних высокоскоростных соединений. Во многом такая популярность объясняется наличием функции APS, но помимо нее в SDH/SONET есть и другие привлекательные стороны. SDH/SONET, например, легко масштабируется. Как показала практика, как только появляется новая технология оптического уплотнения, она сразу же реализуется в SDH/SONET. Так, например, происходило с моделями STM-1 (155 Мбит/с) и STM-4 (622 Мбит/с), а сегодня происходит и с STM-16 (2,4 Гбит/с), интерфейсы которой имеются уже на коммутаторах и маршрутизаторах многих производителей. Однако почему при всех плюсах SDH/SONET им не довольны? Ответ на этот вопрос частично объясняется стоимостью этой технологии. Передача трафика через SDH/SONET осуществляется через мультиплексор, и только потом он попадет в оптоволоконный канал. Именно мультиплексирующее оборудование, являющееся неотъемлемой частью этой технологии, вносит наиболее ощутимый вклад в стоимость услуги передачи данных через SONET. А кроме того, не следует забывать, что SDH/SONET изначально разрабатывался как транспорт для передачи синхронных потоков данных с гарантированным качеством и в нем не предусмотрены механизмы дифференциации качества обслуживания (QoS) и статистического уплотнения.
Вопрос дифференциации качества обслуживания решен в технологии ATM, которая имеет хорошо проработанные механизмы обеспечения QoS. Способность технологии ATM передавать трафик реального времени, такой как голос или видео, без задержек, одновременно с потоками данных, не требующими каких-либо гарантий качества, является главным преимуществом этой технологии. Наиболее распространенный способ применения ATM — на втором, канальном, уровне модели OSI. При этом с точки зрения передачи данных реализуется схема «IP-поверх ATM — поверх-SONET». Как мы уже говорили выше, многоуровневое преобразование пакетов в кадры и ячейки вносит негативный вклад в эффективность обработки пакетов, а кроме того, добавляется «пустой» трафик из-за несоответствия размера кадра размеру ячеек. И если изначально ATM разрабатывалась как технология, способная закрыть практически все ниши — от глобальной магистрали до непосредственно рабочей станции, то сегодня эта технология все больше смещается на уровень доступа и концентрации трафика. Как следствие возникло пожелание вообще избавиться от уровня ATM в стеке и передавать пакеты непосредственно через волокно, избегая повторного мультиплексирования. Такое решение уже начало свое вхождение на рынок — это фирменная разработка фирмы Cisco Systems DPT (Dynamic Packet Transport), которая в настоящее время стандартизируется в качестве новой технологии построения высокоскоростных оптических колец.
 |
|
DоPоTопная или нет?
Технология DPT вобрала в себя основные достоинства современных сетей передачи данных и является своеобразной собирательной технологией, имеющей истоки в технологиях SDH, АТМ, Gigabit Ethernet и FDDI. DPT-технология, оптимизированная для передачи пакетов, совмещает в себе эффективное (как, впрочем, и эффектное) распределение полосы пропускания с богатыми возможностями IP-роутинга. Изюминкой этой технологии стала разнонаправленная передача пакетов данных и контрольных пакетов.
Таким образом, DPT использует оба кольца одновременно. В результате этого увеличивается полоса пропускания для транспорта пакетов и возрастает скорость прохождения контрольных пакетов.
В технологии DPT используются кадры SONET/SDH и таким способом достигается полная прозрачность между темноволоконными (dark fiber) сегментами и сегментами на оборудовании SDH или WDM (Wavelenght Division Multiplexing — технология оптического уплотнения по длине волны). Такое свойство DPT позволяет строить (использовать) гибридные архитектуры. Например, кольцо DPT имеет несколько узлов, соединенных посредством волокна, в то время как несколько узлов будут подключены через оборудование SONET/ SDH и (или) WDM. Также кольца DPT могут функционировать только поверх транспорта SONET/SDH или WDM. В этом случае за счет применения функциональности DPT полоса пропускания будет использоваться более эффективно на уже существующем транспортном оборудовании.
Что касается отказоустойчивости, то здесь DPT работает так
же, как и SONET. При выходе из строя одного из каналов происходит
замыкание кольца в ближайших узлах, и функциональность сети восстанавливается.
Причем время восстановления связи в DPT-сети в случае сбоя (обрыв, выход из
строя какого-либо узла и т.п.) — менее 50 мс.
Для обеспечения отказоустойчивости в кольце DPT используется целое семейство функций под общим названием Intelligent Protection Switching (IPS — интеллектуальное защитное переключение). Эта система осуществляет постоянный мониторинг, быстрое восстановление транспорта и IP-сервисов после того, как обнаружен сбой в узле или канале, как и система APS, использующаяся в SONET/SDH. Однако, в отличие от APS, IPS обладает несколькими дополнительными возможностями, специально «заточенными» под передачу IP-пакетов:
- IPS не зависит от байтов SONET/SDH- заголовка, что позволяет использовать в качестве транспорта другую инфраструктуру (темное волокно или WDM);
- обеспечивает 50-миллисекундное восстановление IP-сервисов без реконвергенции маршрутизирующих протоколов третьего уровня;
- не требует резервирования полосы пропускания;
- обеспечивает мультиуровневый контроль — IPS собирает и обрабатывает события на первом, втором и третьем уровнях (в отличие от контроля только первого уровня в SONET);
- обеспечивает конфигурирование в режиме Plug-and-Play.
Если продолжать сравнение DPT и SONET/SDH, то на сегодняшний момент в кольцо DPT может быть включено до 32 устройств (максимальное число узлов в сети SONET/SDH равно 16). Кроме того, сейчас ведутся разработки по увеличению числа рабочих узлов. Так же как и SONET, DPT легко масштабируется с OC-12c/ STM-4c до OC-48c/ STM-16c и OC-192c/STM-64c.
Отдельно стоит остановиться на качестве обслуживания и скорости обработки пакетов. DPT реализована как единая IP-подсеть, и пакеты в ней обрабатываются только на узле назначения. Другими словами, пакет распаковывается и анализируется только один раз, в результате чего время передачи существенно сокращается. В отличие от некоторых других кольцевых технологий DPT начинает передавать информацию в сеть сразу после появления пакетов данных в выходном буфере. При этом очередностью пакетов заведует специальный протокол MAC-уровня — SRP (Spatial Reuse Protocol), который также обеспечивает необходимое качество обслуживания (QoS), контролирует работу устройств в сети и обеспечивает равноправный доступ к ресурсам кольца. За счет переиспользования полосы пропускания каналов между узлами кольца между парами узлов могут существовать одновременно несколько непересекающихся потоков данных. Для оптимальной доставки пакетов передающий узел имеет возможность выбирать кольцо, которое обеспечит пакету кратчайшее расстояние до пункта назначения.
И последний, на наш взгляд, наиболее важный вопрос: сколько все это удовольствие стоит? Как показали расчеты, благодаря снижению количества устанавливаемого железа (нет необходимости в мультиплексирующем оборудовании) стоимость проектов на основе DPT несколько ниже, чем на основе конкурирующих технологий. Причем чем крупнее проект, тем заметнее разница в конечной стоимости (см. врезку).
|
|
Что в итоге?
Рассмотрев основные технологии обеспечения транспорта, довольно сложно прийти к однозначному выводу, за какой из них будущее. Здесь есть свои подводные камни. Так, например, технологии SONET и ATM поддерживают оборудование практически всех сетевых вендоров, тогда как DPT пока еще не имеет общепринятого стандарта, являясь внутренней разработкой Cisco Systems. Но если учитывать объем рынка, занимаемый Cisco в сегменте решений для WAN и MAN (Metropolian Area Network), для которых, собственно, и разрабатывалась DPT, а также несомненные преимущества этой технологии, то можно сделать вывод о быстром внедрении DPT, не дожидаясь «официальной бумаги». В качестве иллюстрации можно привести примеры реализации проектов на основе технологии DPT в нашей стране (см. врезку). Что касается ATM, то можно предположить, что за ней останется ниша корпоративных магистралей для передачи критичного к задержкам трафика. В любом случае, и конечные пользователи, и операторы, и корпоративные потребители останутся в выигрыше.
КомпьютерПресс 10'2000
