Перспективная телекоммуникационная сеть следующего поколения на основе технологии carrier Ethernet Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ -ТРАНСПОРТУ

УДК 654.621.3

Э. В. Бенета, А. К. Канаев

Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I

ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ

CARRIER ETHERNET

Сегодня активно растет информатизация общества и, как следствие, увеличивается объем передаваемых данных. Пакетная технология Ethernet какое-то время полностью соответствовала требованиям ведущих операторов связи по качеству и скорости передачи информации. Однако несмотря на все достоинства Ethernet, ее использование на более высоком уровне в сетях операторского класса было затруднено. Специфика Ethernet заключается в несинхронности передачи данных. И если технологии SDH/PDH (Synchronous Digital Hierarchy/Plesiochronous Digital Hierarchy)позволяют обмениваться информацией с требуемой достоверностью и своевременностью, то при использовании классической Ethernet требуются дополнительные механизмы для достижения аналогичных показателей. Для устранения этих недостатков были разработаны технологии MPLS-TP (Multiprotocol Label Switching Transport Profile) и Carrier Ethernet (СЕ), или Ethernet операторского класса.

В статье представлен анализ основных особенностей технологии СЕ, области ее применения и возможности прийти на смену SDH/PDH в технологических сетях связи.

Carrier Ethernet, MPLS, MPLS-TP, архитектура сети, уровень обслуживания, протокол управления, транспортный уровень, P-OTN, пакетные сети, маршрутизация.

Введение

Долгое время технологии синхронной цифровой иерархии (SDH) и плезиохронной цифровой иерархии (PDH) служили фундаментом теле-

69

коммуникационных сетей. Постепенно по мере информатизации общества появилась потребность в организации обмена большого объема передаваемых данных. В связи с этим стала использоваться пакетная технология Ethernet, закрепленная в 1983 г. в рамках международного стандарта IEEE 802.3. Однако классические Ethemet-решения обладали рядом недостатков, которые не позволяли использовать эту технологию в сетях операторского класса. Необходимость гарантированной и своевременной доставки пакетов данных послужила основанием для усовершенствования технологии Ethernet. В рамках стандарта IEEE 802.3 создана технология Carrier Ethernet (СЕ). Основным импульсом стала идея общей интеграции транспортной инфраструктуры в Ethernet-транспорт за счет, прежде всего, его невысокой стоимости и легкой масштабируемости.

Основа технология СЕ создана международной организацией Metro Ethernet Forum (MEF) для продвижения Ethernet в городские сети. В 2001 г. появился Альянс Ethernet на первой миле (Ethernet in the First Mile Alliance, EFMA), задачей которого было продвижение Ethernet в сети доступа. Набор решений этой задачи составил стандарт Ethernet IEEE 802.3ah (сейчас IEEE 802.3-2008). В 2005 г. EFMA вошел в состав MEF. Целью объединенной организации было развитие технологии Ethernet для применения в сетях общего пользования всех уровней: доступа, городских, глобальных. MEF определяет CE как универсальную стандартизирующую службу и сеть операторского класса, характеризующуюся пятью атрибутами: стандартизированными услугами, масштабируемостью, надежностью, качеством обслуживания и управлением услугами.

1 Два поколения CE

Существует два поколения СЕ. Первая версия СЕ 1.0 стандартизировала сети и сервисы, предоставляя тем самым услуги Ethernet сетью одного оператора. Сети и сервисы на основе стандартов второго поколения СЕ, выпущенного в 2012 г., поддерживают различные классы обслуживания и обеспечивают управление нескольких связанных операторских сетей.

В основе второго поколения CE 2.0 лежат шесть новых спецификаций MEF. В отличие от первого поколения СЕ, CE 2.0 имеет три новые важнейшие особенности:

• несколько классов обслуживания (Multi-CoS);

• взаимосвязанность;

• управляемость.

Поддержка нескольких классов обслуживания сама по себе не является чем-то новым. Самое главное, что теперь для каждого класса определены требования к параметрам качества обслуживания и передачи пакетов.

70

Взаимосвязанность означает стандартизацию интерфейса для обмена трафиком между операторами. Это особенно важно для сетей доступа, обеспечивающих новый тип услуг E-Access (Ethernet Access, межоператорская служба доступа), появившийся в CE 2.0. В основе лежат спецификации для внешнего межсетевого интерфейса ENNI (External Network-to-Network Interface - межоператорский межсетевой интерфейс). Все это позволит операторам обеспечивать для пользователей сквозное обслуживание из конца в конец в нескольких взаимосвязанных сетях с единым соглашением об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA).

Управляемость означает возможность осуществлять сквозное управление устранением неисправностей (Fault Management) и мониторинг параметров работы (Performance Monitoring) в нескольких взаимосвязанных сетях. В частности, обеспечивается возможность локализации неисправностей.

Технология СЕ ориентирована на соединения. Это вполне естественно, так как только этим путем можно обеспечить качество, необходимое для сетей операторского класса. Виртуальное соединение Ethernet (Ethernet Virtual Connection, EVC) определяется как ассоциация двух или более UNI. EVC выполняет три основные функции: обеспечивает предопределенные тракты, резервирует ресурсы и управляет доступом; управляет трафиком для соединений.

Выделяют три возможные топологии EVC: точка-точка (E-Line), многоточка-многоточка (E-LAN) и точка-многоточка (E-Tree) (рис. 1). В последнем случае речь идет о сети с топологией дерева в составе обычных и корневых узлов. Корневой узел может рассылать трафик по всем остальным узлам сети, а между собой эти узлы могут обмениваться трафиком только через корневой узел.

На основе EVC в спецификации MEF 6.1 определяют шесть видов услуг Ethernet [1]. Они классифицируются по двум признакам: топологии виртуальных соединений (три указанных выше варианта) и тем, как происходит идентификация - физически на основе порта или логически на основе виртуальной сети (Virtual LAN, VLAN). Благодаря VLAN в пользовательском оборудовании достаточно одного физического порта для нескольких виртуальных соединений.

В CE 2.0 в дополнение к EVC появилось новое понятие - операторское виртуальное соединение (Operator Virtual Connection, OVC), которое определяется как ассоциация UNI и ENNI. На основе OVC новая спецификация MEF 33 определяет службу E-Access [2]. Она предлагается поставщиком доступа (оператором сети доступа) как часть обеспечения EVC для пользователя услуг из конца в конец (рис. 2). Таким образом, в CE 2.0 определены восемь видов услуг (см. таблицу).

71

а

б

в

Рис. 1. Возможность топологи EVC: а) точка-точка (E-Line); б) многоточка-многоточка (E-LAN); в) точка-многоточка (E-Tree)

2 Применение CE

Если CE 1.0 на практике был реализован в городских, максимум - в региональных сетях, то новые возможности CE 2.0 позволяют распространить его до сетей национального и глобального масштабов. Корпоративные клиенты получают стандартизированные и предсказуемые услуги, а операторы связи - возможность расширить круг своих клиентов и более четко организовать взаимодействие с партнерами. Служба E-Access стандартизирует покупку, продажу и интеграцию услуг Ethernet.

Особо стоит остановиться на использовании CE в сетях подвижной связи. CE 1.0 применялся для организации транспорта в сетях радиодоступа (backhaul) при развертывании мобильных сетей 3G. CE 2.0 призван поддер-

72

73

Службы и топологии Carrier Ethernet

Типы служб (виртуальное соединение и топология) Идентис жкация

На основе порта На основе VLAN

E-Line (EVC точка-точка) Частная линия Ethernet (EPL) Виртуальная частная линия Ethernet (EVPL)

E-LAN (EVC многоточка-многоточка) Частная LAN Ethernet (EP-LAN) Виртуальная частная LAN Ethernet (EVP-LAN)

E-Tree (EVC точка-многоточка) Частное дерево Ethernet (EP-Tree) Виртуальное частное дерево Ethernet (EVP-Tree)

E-Access (OVC точка-точка) Частная линия доступа Ethernet (Access EPL) Виртуальная частная линия доступа Ethernet (Access EVPL)

жать миграцию к сетям 4G/LTE. Наличие нескольких классов обслуживания обеспечивает возможности пропуска мультисервисного трафика этих сетей, а поддержка SLA - взаимоотношения между операторами сетей подвижной связи и операторами сетей доступа. По оценкам MEF, операторы сетей подвижной связи смогут сократить свои расходы на 25 %, а операторы сетей доступа увеличить доходы от своей инфраструктуры в 2-3 раза. Среди документов MEF есть специальный пакет, предназначенный для поддержки использования CE 2.0 в сетях 4G/LTE [3].

Важный аспект применения Ethernet в сетях подвижной связи - поддержка синхронизации, поскольку базовым станциям всех стандартов связи требуется синхронизации по частоте, а для режима дуплексного разделения, используемого, в частности, в технологиях UMTS и LTE, - и по времени. Разработаны решения по синхронизации в сетях Ethernet: синхронный Ethernet (Synchronous Ethernet) и протокол точного времени (Precision Time Protocol, PTP) по стандарту IEEE 1588.

Еще одна перспективная область - облачные услуги. CE 2.0 может успешно использоваться для организации связи пользователей с центром обработки данных поставщиков облачных услуг.

Заключение

Сегодня доминирующее большинство локальных сетей в зданиях, офисах, служебно-технических помещениях построены на основе технологии Ethernet, поэтому при модернизации транспортных сетей SDH/PDH в направлении увеличения скорости передачи данных, качества обслуживания целесообразно использовать технологию СЕ как родственную классу технологии Ethernet, что позволит снизить расходы на сетевое оборудование, в итоге значительно повысится надежность.

При этом долгое время операторы технологической связи отказывались от внедрения технологий Ethernet, MPLS, IP на магистральном уровне, так как отсутствовало достаточное количество механизмов обеспечения QoS (Quality of Service, качество управления).

Таким образом, можно констатировать, что СЕ 2.0 снимает большинство действующих ограничений как по поддержке качества внутри сети, так и при межсетевом обмене, а также имеет мощные и развитые средства сетевого управления и обеспечения процесса эксплуатации. Кроме того, технология CE используется в мобильных сетях с поддержкой синхронизации. Еще одной особенностью такой технологии является доставка облачных услуг через сеть с контрактами SLA и с подключением к частным облакам.

74

Библиографический список

1. MEF 6.1 Ethernet Services Definitions - Phase 2. - The Metro Ethernet Forum,

2008.

2. MEF 33 Ethernet Access Services Definitions - Phase 2. - The Metro Ethernet Forum,

2012.

3. Второе поколение Ethernet операторского класса : CARRIER ETHERNET 2.0 / В. Нетес // Первая миля. - 2012. - № 3. - URL : http://www.lastmile.su/joumal/article/3319.

© Бенета Э. В., Канаев А. К., 2014

75