Carrier Ethernet
В свете стремительного роста объемов IP-трафика некогда безальтернативная технология SDH превратилась в слабое звено оптической инфраструктуры. Организация передачи видео и данных с ее помощью требовала слишком значительных инвестиций, не укладывающихся принцип разумной достаточности. [4]
Интенсивное развитие и коммерческий успех Metro Ethernet стал движущей силой создания Metro Ethernet Forum. Основным импульсом стала идея общей конвергенции транспортной инфраструктуры в Ethernet транспорт за счет, прежде всего, его невысокой стоимости и легкой масштабируемости. Однако решения на базе классических Ethernet сервисов имеют ряд недостатков, которые не позволяют его использование на сетях операторского класса:
- Отсутствие или слабая реализация QoS;
- Методы восстановления, имеющие большое время сходимости, что не позволяет их использование на опорных сетях операторского класса;
- Отсутствие или слабая реализация управления Ethernet трафиком.
Для решения этих проблем были разработаны ряд технологий поверх Ethernet, такие как IP/MPLS. Использование IP/MPLS позволяет достигнуть требуемого QoS и надежности решения, однако стоимость ее реализации чрезвычайно высока, что ограничивает или делает практически нецелесообразным ее применение в Metro Ethernet сетях.[4]
Понимая это, участники Metro Ethernet Forum поставили перед собой задачу – разработать и реализовать стандарты и модели, которые описывают дополнительные функциональные возможности, интегрируемые в классические Ethernet сервисы, и устраняющие перечисленные выше недостатки, оставляя при этом экономичность и простоту классического Ethernet.[8]
Ethernet с такими функциональными расширениями получил название Carrier Ethernet – что означает Ethernet операторского класса.
Таким образом, Carrier Ethernet представляет собой набор необходимых стандартизированных сервисов операторского класса и определяется следующими пятью основными атрибутами, отличающими его от обычного Ethernet LAN на рисунке 2.6:
- Стандартизированные;
- Масштабируемость;
- Управление сервисом;
- Надежность операторского класса;
- Качество обслуживания (QoS)
Рисунок 2.6 Пять атрибутов Сarrier Ethernet
Стандартизованныесервисы.
Carrier Ethernet предоставляет следующие три типа стандартизированных сервисов:
- E-Line сервис, эмулирующий виртуальное выделенное соединение точка – точка через сеть Carrier Ethernet (рисунок 2.7);
- E– LAN: сервис, эмулирующий пользовательское LAN соединение через Carrier Ethernet сеть (рисунок 2.8);
- E– Tree: сервис, эмулирующий передачу мультикастингового трафика (рисунок 2.9).
Рисунок 2.7 E – Line сервис
Рисунок 2.8 E – LAN сервис
Рисунок 2.9 E – Tree сервис
Каждый сервис предоставляется локально или глобально через стандартизированное оборудование. Тип сервиса может ассоциироваться либо с Ethernet портом устройства, либо с VLAN тегом этого порта.
Одним из основных требований является сохранение существующей инфраструктуры пользовательского LAN оборудования и сетей.[4]
Масштабируемость.
Под масштабируемостью понимается возможность для миллионов пользователей получать от сети Carrier Ethernet требуемые сервисы. При этом каждый сервис должен иметь возможность масштабирования скоростей передачи от нескольких кбит/с до 10 Гбит/с и выше с заданной гранулярностью.[9]
Решение должно иметь возможность покрытия сетей от уровней доступа и Metro до национальных и глобальных сетей за счет широкого набора физических инфраструктур сервис – провайдеров.
Надежность операторского класса.
Под этим понимаются следующие функциональные возможности:
- Обнаружение, локализация и исправление аварии без участия конечных пользователей;
- Удовлетворение требованиям качества и доступности;
- Быстрое время восстановления сервиса (< 50 мс)
Качество обслуживания(QoS).
Реализация QoS подразумевает под собой следующее:
- Наборы и грануляность полосы пропускания и опций;
- SLA для голоса, видео и передачи данных;
- SLA на базе CIR, EBR, потерянных фреймов, задержки передачи и ее вариации;
Управление сервисами.
Традиционно, в классическом Ethernet управление сервисами было одним из слабых мест. В этой области наиболее передовые решения были реализованы в SONET/SDH сетях, отличающихся самой продвинутой OAM реализации. В большинстве своем функции OAM были перенесены с SDH на Carrier Ethernet. Эти функции включают в себя следующее:
- Мониторинг, диагностика и централизованное управление сетью;
- Использование стандартизированных алгоритмов;
- ОAM Carrier класса;
- Быстрое предоставление сервисов
После появления Carrier Ethernet операторы связи продолжили эксплуатировать уже существующую SDH-инфраструктуру, но при строительстве новых сетей они стали все чаще отдавать предпочтение технологии Ethernet. Оказалось, что если закрыть глаза на качество, в котором Carrier Ethernet все же уступает SDH, то на базе этой технологии можно быстро и недорого реализовать любые телекоммуникационные услуги. К тому же у операторов связи возникло вполне естественное желание прийти к какому-то инфраструктурному единообразию, чтобы упростить и удешевить сети. Поэтому решения SDH стали вытесняться в те ниши, для которых в первую очередь важно гарантированное качество передачи данных. В частности, представители нефтегазодобывающей промышленности в основной массе предпочитают строить корпоративные сети голосовой связи именно на базе SDH.[5]
По прогнозу аналитиков, годовой объем IP-трафика в мире к 2020 г. вырастет более чем в 5 раз, что будет способствовать увеличению уровня пиковых нагрузок в сетях операторов связи. При этом рост трафика опережает по темпам рост доходов операторов, которые сталкиваются с необходимостью вкладывать значительные средства в модернизацию сетевой инфраструктуры. Именно поэтому решения Ethernet операторского класса за счет экономичности и универсальности все более востребованы рынком. Дальнейшие перспективы распространения этой технологии связаны с принятием в середине 2010 г. стандарта 100 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ba), поднявшего планку пропускной способности Ethernet-сетей до недостижимой для SDH отметки в 100 Гбит/с.[5]
Одно из основных преимуществ сетей Carrier Ethernet состоит в возможности передавать различные сервисы при помощи одного соединения. Рассмотрим пример офисного здания, где пользователи различных сервисов имеют выход в одну общественную сеть для обмена информацией с другими объектами.Если в соединении используется IP телефония,то главное требования к каналу – относительно небольшая вариация задержки пакетов (джиттер). Если требуется передать информацию с жесткими временными параметрами–основным фактором является задержка пакетов. И, в конечном счёте, весь трафик сети Интернет не должен влиять на эти критические приложения.Устройства класса Carrier Ethernet располагают средствами для создания отдельных профилей для каждого потока данных каждого виртуального соединения в составе одного физического канала.
DWDM
Плотное спектральное мультиплексирование – DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) – позволяет одновременно передавать по одному оптическому волокну до 160 независимых информационных каналов на различных оптических несущих рисунке 2.10 (длинах волн).[6]
Рисунок 2.10 Окно прозрачности
Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Согласно рекомендациям ITU в DWDM системах используются ”C” (1525…1565нм) и ”L” (1570…1610нм) окна прозрачности. В каждый диапазон попадают по 80 каналов с шагом 0.8нм (100ГГц). Обычно используется только ”C” диапазон, поскольку количество каналов, которые можно организовать в этом диапазоне итак хватает с избытком, к тому же затухание в волокне стандарта G.652 в С-диапазоне несколько ниже, чем в L-диапазоне.
DWDM системы предъявляют более высокие требования к компонентам, чем CWDM (ширина спектра источника излучения, узкополосные оптические фильтры), из-за чего стоимость DWDM-систем несколько больше, чем у CWDM-систем (стоимость 10Гбит/с оптических трансиверов практически одинакова).
Таким образом, используя только С-диапазон, можно организовать до 40 каналов по одному оптическому волокну на рисунке 2.11.[7]
Рисунок 2.11 Топология «точка-точка»
DWDM можно использовать и тогда, когда пропускной способности CWDM системы уже не хватает. В CWDM-окно 1550/1530нм попадает 16 несущих DWDM. Таким образом, появляется возможность поверх CWDM организовать от 1 до 8 DWDM каналов по одному волокну.[7]
Рисунок 2.12 Использование DWDM в CWDM
Помимо того, что на DWDM можно организовать большее число каналов, еще одно преимущество перед CWDM заключается в том, что в C и L диапазонах возможно усиление сигнала при помощи недорогих и эффективных эрбиевых усилителей (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA), тем самым можно организовать протяженные оптические линии с большой пропускной способностью без использования промежуточной электрической регенерации (рисунок 2.12).
В G.652 стандарте оптического волокна в диапазоне 1550нм хроматическая дисперсия составляет 17пс/(нм*км). Это является главным ограничением для организации 10Гбит/с каналов на большие расстояния, так как с ростом скорости передачи данных дисперсия в большей степени влияет на фронт импульса. Для восстановления фронта импульсов используют компенсаторы дисперсии (Dispersion compensation module, DCM) (рисунок 2.13), позволяющие восстановить фронт импульсов, искаженных из-за дисперсии. При изготовлении таких устройств используется технология производства оптических волокон с отрицательным значением хроматической дисперсии.[10]
Рисунок 2.13 Организация протяженной линии с использованием EDFA и DCM
Выводы и предложения
При прохождении практики я изучил структуру предприятия, основные направления, объемы реализации и деятельность предприятия. Я выяснил, что предприятие специализируется по обеспечению высокоскоростного интернета и удобной телефонии. Благодаря высокой производительностью и дешевизной услуг, можно считать АО “Казахтелеком” успешным предприятием и отличным местом для получение знания и навыком по специальности “Радиотехника, электроника и телекоммуникация”.
В период четырех недель проходила производственная практика. В это время было рассмотрена структура предприятия. Также были рассмотрены принципы построения и устройства сети в масштабах города, основные методы предоставления услуг связи, были получены знания в области настройки и администрирования сети. Во время работы в службе технической поддержки были приобретены следующие навыки:
- работа в коллективе;
- изучение эталонной модели OSI;
- изучение стека протоколов TCP/IP;
- конфигурирование маршрутизаторов и коммутаторов;
- провождение лекции персоналу по изученными темами;
- выявление и устранение проблем в роутере.
Остальные шесть недель проходила преддипломная практика. В это время мной было рассмотрено несколько моделей построения магистральной сети. В конечном итоге лучшим выбором сети, в моей дипломной работе стала DWDM и Carrier Ethernet.
Выбрана DWDM и Carrier Ethernet для построения магистральной сети на участке Астана-Кокшетау, так как имеет ряд преимуществ:
- дешевизна;
- гибкость;
- легкость в эксплуатации;
- высокая пропускная способность;
- надежность.
Список используемой литературы
1. https://telecom.kz/page/informatsionnaya-politika-ao-kazahtelekom.171752/1
2. https://habrahabr.ru/post/134892/
3. https://infocisco.ru/network_model_osi.html
4. https://shop.nag.ru/catalog/article/id/19/catalog_id/71
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/
6. https://www.telecomnetworks.ru/support/discription/carrierethernet/
7. https://www.advc.ru/solutions/carrier_ethernet_mpls.html
8. https://www.ccc.ru/magazine/depot/08_01/read.html?0304.htm
9. https://www.osp.ru/lan/2002/05/136192/
10. https://www.univers-spb.ru/technologys/sdh.php?print=Y