CC BY
265
УДК 004.73
Е. В. Гарбарук, А. К. Канаев
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ETHERNET ОПЕРАТОРСКОГО КЛАССА
Рассматривается возможность применения технологии Ethernet операторского класса на основе анализа эволюционного развития технологии от уровня локальных сетей до коммерческого применения в транспортных сетях операторов связи. По результатам исследования получены данные, которые показывают не только рост инвестиций в данную технологию, но и рост прибыли от услуг, предоставление которых осуществляется при помощи технологии Ethernet операторского класса.
Ethernet операторского класса, развитие технологии, сети нового поколения.
Введение
Технология Ethernet была разработана для организации локальных вычислительных сетей, однако быстрое развитие сети Интернет, появление различных сетевых сервисов и услуг потребовало больших пропускных способностей и диверсификации услуг на основе единых сетевых решений как на уровне сетей доступа, так и на уровне транспортных сетей. Основными требованиями, предъявляемыми к такой универсальной технологии, являются простота развертывания и эксплуатации сетей на ее базе, высокая масштабируемость сети и гибкость в предоставлении новых услуг, универсальность относительно видов направляющих систем, высокая надежность. Вобрав в себя за последние 10 лет множество лучших качеств других сетевых технологий и существенно изменив свой облик, технология Ethernet в настоящий момент уверенно претендует на уровень технологии операторского класса.
Несмотря на то, что Ethernet конкурирует с другими технологиями (например, MPLS (Multi-Protocol Label Switching}), ряд свойств делает ее более привлекательной для использования в сетях нового поколения (стандартный заголовок пакета, механизмы защиты и восстановления, стоимость оборудования).
14
Эволюция данной технологии привела к возможности расширения области использования Ethernet в сетях операторов и получила название Carrier Ethernet (или Ethernet операторского класса), которая нашла применение:
- при подключении удаленных пользователей локальных сетей, например международными компаниями, использующими внутрикорпоративную, защищенную от неавторизированного доступа сеть;
- при подключении к удаленным серверам, например в случае использования облачных ресурсов;
- при построении транспортных сетей для мобильных операторов и др.
Данная статья включает в себя анализ возможности применения технологии Ethernet операторского класса и действующих стандартов, а также развитие технологии от использования в локальных сетях до коммерческого применения в сетях операторов.
1 Стандартизация технологии
Существует несколько международных организаций, стандарты которых применимы к данной технологии. Несмотря на различные статусы организаций, стандарты имеют одинаковый вес при применении и часто используют перекрестные ссылки друг на друга.
Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union Standardization Unit (ITU-T) [1]. Является международной межправительственной организацией в области стандартизации электросвязи. Основная задача ITU состоит в координации разработки правил и рекомендаций, предназначенных для построения и использования глобальных телекоммуникационных сетей и их сервисов.
Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)) [2]. Профессиональная международная организация, включающая рабочую группу по разработке стандартов, применимых к технологии Ethernet.
Рабочая группа инженеров Интернета (Internet Engineering Task Force (IETF)) [3]. Является частью ассоциации экспертов, решающих текущие задачи в области стандартизации и развития интернет-технологий. Разработки группы представлены в виде RFC (Reference For Comments).
Более того, по инициативе телекоммуникационных компаний и производителей были образованы несколько организаций, усилия которых направлены на развитие технологии и на распространение информации среди профессионалов. Примерами таких организаций могут служить следующие.
Metro Ethernet Forum (MEF) [4]. Профессиональная ассоциация, включающая в себя производителей оборудования, операторов связи, а также ор-
15
ганизации, занимающиеся проверкой и тестированием. Основной задачей организации является ускорение введения в эксплуатацию Ethernet операторского класса на международном уровне.
Ethernet Alliance [5]. Организация позиционирует себя как маркетинговая организация для стандартов IEEE и преследует такие цели, как расширение Ethernet экосистемы, поддержка развития Ethernet благодаря стандартам, продвижение и укрепление позиций Ethernet на существующих и новых рынках. Достижение данных целей осуществляется через позиционирование организации как лидирующего источника информации и через поощрение внедрения технологии в новые стандарты и приложения.
Tele Management Forum [6]. Отраслевая некоммерческая ассоциация, объединяющая предприятия электросвязи и их поставщиков с целью выработки стандартов, рекомендаций и моделей для информационных технологий в области телекоммуникаций.
В России стандарты в области телекоммуникаций издаются Министерством информационных технологий и связи [7], приказы которого на данный момент не включают технологию Ethernet операторского класса.
Существующие стандарты могут быть классифицированы на четыре области применения [5]:
- услуги Ethernet;
- архитектура и контроль;
- эксплуатация, администрирование и техническое обслуживание;
- интерфейсы.
2 Отличительные особенности технологии Ethernet операторского класса
MEF определяет следующие отличительные особенности Ethernet операторского класса:
- стандартные типы услуг (список приведен ниже);
- масштабируемость - применение пакетов с несколькими метками позволяет осуществлять расширение сети без потерь для существующих услуг;
- надежность - стандарты определяют несколько видов механизмов защиты и устанавливают требование на восстановление связанности сети не более чем за 50 мс;
- качество обслуживания (включая SLA) - стандарты MEF включают подробные инструкции по детализации, определению и применению в сети различных уровней качества обслуживания;
- эксплуатация, администрирование и техническое обслуживание - область, привлекающая наибольшее внимание со стороны операторов и клиен-
16
тов, привыкших в стандартам в области технологий, базирующихся на TDM. Несколько стандартов определяют требования и рекомендации к инфраструктуре и настройке сети.
3 Типы соединения в сетях Ethernet операторского класса
Текущее поколение Ethernet операторского класса определяет три типа
услуг:
- E-Line: сервис, эмулирующий виртуальное выделенное соединение «точка-точка» через сеть Carrier Ethernet;
- E-LAN: сервис, эмулирующий пользовательское LAN-соединение через сеть Carrier Ethernet;
- E-Tree: сервис, эмулирующий передачу мультикастингового трафика.
В феврале 2012 г. MEF представил проект Ethernet операторского класса 2.0 [8], который расширяет количество услуг с 3 до 8 и добавляет дополнительные услуги:
- Ethernet Private Line (EPL) - сервис, позволяющий осуществить соединение «точка-точка» через сеть Carrier Ethernet. Соединение настроено на опреденный порт и тип услуг;
- Ethernet Private Virtual Line (EVPL) - сервис, позволяющий осуществить соединение «точка-точка» с несколькими удаленными точками из единого узла соединения между клиентом и провайдером (UNI - User Network Interface). Ранее требовалось несколько соединений или сеть VPN;
- Ethernet Private LAN - каждый узел соединения между клиентом и провайдером предназначен для сервиса, эмулирующего пользовательское LAN-соединение через сеть Carrier Ethernet;
- Ethernet Virtual Private LAN - возможно мультиплексирование соединений различного типа на узле соединения между клиентом и провайдером. Например, возможно одновременное использование Интернета и внутрикорпоративной сети;
- Ethernet Private Tree - сервис Tree позволяет обмен трафиком между коренным и конечным узлом, но не позволяет обмен трафиком конечным узлам между собой, в случае Ethernet Private Tree каждый узел соединения между клиентом и провайдером предназначен для одного сервиса;
- Ethernet Virtual Private Tree - возможно одновременное поддержание соединений различного типа на узле соединения между клиентом и провайдером;
- Ethernet Private Access - новый тип услуг, позволяющий соединение с удаленными узлами. Оператор предоставляет доступ через собственную сеть, а затем организует соединение через других провайдеров. Для клиента соединение выгдядит как «точка-точка», каждый узел соединения между клиентом и провайдером предназначен для одного сервиса;
17
- Ethernet Virtual Private Access - возможно одновременное поддержание различных соединений на узле соединения между клиентом и провайдером.
4 Эволюция формата кадра
Технически технология Ethernet операторского класса обрела свои возможности за счет расширения использования адреса источника (C-SA) и адреса назначения (С-Da), которые были введены в начальном варианте технологии, приспособленном для локальных сетей, дополнительными метками, что позволило устанавливать несколько виртуальных соединений между двумя узлами в сети, а затем в заголовок были включены дополнительные поля для адресов источника и назначения, а также меток в сети провайдера [9].
На рисунке представлена эволюция стандартов IEEE 802.1 и документации MEF относительно пакетов.
802.lah, Provider backbone
Эволюция пакетов Ethernet bridges
Метки используются для следующих целей:
C-tag - дает возможность добавить номер виртуального соединения и таким образом позволяет изолировать виртуальные соединения, происходящие по одной физической среде, друг от друга;
18
S-tag - позволяет добавить две метки с различными номерами виртуального соединения и передавать пакеты в сети провайдера, сохраняя метку соединения в клиентской сети;
I-tag - позволяет провайдеру установить параметры качества обслуживания;
B-tag - метка виртуального соединения в опорной сети оператора (передача пакета осуществляется по адресам в опорной сети (B-SA, В- DA) и номеру виртуального соединения, определяемому меткой В-tag).
5 Техническое применение в сетях передачи данных
Стандарты определяют 3-слойную модель [5], [10] для сети, построенной на технологии Ethernet операторского класса:
TRAN (Transport services) включает различные типы физической инфраструктуры, по которым осуществляется транспортировка трафика;
ЕТН (Ethernet services) - различные типы услуг Ethernet, передаваемые по физическому соединению;
APP (Application services) - услуги конечных клиентов, построенные поверх услуг Ethernet.
Одна из привлекательных особенностей данной технологии состоит в том, что ее применение возможно при использовании различных видов физических соединений, что позволяет успешно проводить соединения сетей различных операторов и предоставлять полный спектр услуг даже в труднодоступных местах. Более того, есть возможность использовать уже имеющиеся сети, что делает данную технологию выгодной для оператора.
Возможные варианты физической инфраструктуры [5]:
1) Ethernet по медному кабелю (Ethernet over cooper);
2) Ethernet по оптическому кабелю (Ethernet over fiber);
3) Ethernet по множественным связанным линиям (Ethernet over bonded cooper);
4) Ethernet по беспроводной радиолинии (Ethernet over radio);
5) Ethernet по пассивной оптической сети (Ethernet over Passive Optical Networks - PON);
6) Ethernet по MPLS (Ethernet over MPLS);
7) Ethernet по TDM (Ethernet over TDM).
Заключение
На данный момент все больше операторов признают очевидные преимущества использования пакетной передачи данных и рассматривают воз-
19
можность перехода от технологии коммутации каналов к технологии коммутации пакетов. С целью обеспечения эффективной миграции к использованию сетей пакетной передачи данных для традиционного траффика были разработаны технологии IPoTDM, которые позволяют создать соединение, по характеристикам не отличающееся от традиционных сетей.
Исследования, проведенные Infonetics Research в 2010 г. [11], показывают не только рост инвестиций в данную технологию, но и рост прибыли от услуг, построенных на технологии Ethernet операторского класса. Данный рост обусловлен гибкостью технологии, ценовыми параметрами, а также масштабируемостью.
На данный момент технология не стоит на месте и предлагает все большие возможности применения и развития. В феврале 2012 года MEF представил проект Ethernet операторского класса 2.00, применение которого позволит организовать виртуальные соединения через сети нескольких операторов, увеличит количество типов соединения до восьми, а также добавит другие возможности, которые позволят сделать использование Ethernet операторского класса еще более выгодным.
Библиографический список
1. International Telecommunication Union [Online]. Ссылка: http://www.itu.int/net/ ITU-T/info/Default.aspx [01-09-2011].
2. IEEE [Online]. Ссылка: http://www.ieee.org/about/index.html [01-09-2011].
3. The Internet Engineering Task Force, IETF [Online]. Ссылка: http://www.ietf. org [01-09-2011].
4. Metro Ethernet Forum [Online]. Ссылка: http://metroethernetforum.org/index.php [01-09-2011].
5. Ethernet Alliance [Online]. Ссылка: http://www.ethernetalliance.org [15-04-2012].
6. Tele management forum [Online]. Ссылка: http://www.tmforum.org [15-04-2012].
7. Министерство информационных технологий и связи [Online]. Ссылка: http:// minsvyaz.ru/ru/doc [09-04-2012].
8. Metro Ethernet Forum. Announcing CE 2.0 A new generation of Carrier Ethernet [Online]. Ссылка: http://metroethernetforum.org/page_loader.php?p_id=2031 [09-04-2012].
9. Carrier Ethernet / A. Reid, P. Willis, I. Hawkins, och C. Bilton. Communications Magazine, IEEE. - 2008. - Vol. 46. - Num. 9. - SS. 96-103.
10. Delivering Carrier Ethernet. Extending Ethernet beyond the LAN / A. Kasim. -McGraw-Hill, 2008.
11. Carrier Ethernet Equipment report by Infonetics [Online]. Ссылка: http://www. infonetics.com/pr/2011/1H11-Carrier-Ethernet-Market-Highlights.asp [15-04-2012].
12. Metro Ethernet Forum definition of Carrier Ethernet [Online]. Ссылка: http://me-troethernetforum.org/page_loader.php?p_id=140 [05-09-2011].
© Гарбарук Е. В., Канаев А. К., 2012
20
