Характеристики на проектирането на градски мрежи

През последните години натоварването на типичните локални мрежи (LAN) се увеличи драстично. Спомнете си: типична локална мрежа е локална мрежа, реализирана с помощта на стандарта Ethernet, при която работните станции са свързани към комутатора със скорост 10 или 100 Mbit/s, а комутаторите от своя страна „комуникират“ помежду си в скорост от 100 или 1000 Mbit/s. Базираните на влакна широкообхватни мрежи (WAN) също са забелязали значително увеличение на производителността

Въпреки това не е имало пропорционално увеличение на скоростта на градските услуги за данни. Доставчиците на интернет услуги, които предлагат на компаниите достъп до техните точки на присъствие (POP), все още са скъпи и предоставената скорост на достъп е ниска, но има голяма вероятност от прекъсвания на мрежата. Много доставчици (както утвърдени, така и нововъзникващи) се опитват да запълнят тази празнина, като внедрят евтини столични мрежи за данни (MAN), базирани на Ethernet технология.

Първата вълна от изграждането на мрежата на MAN датира от средата на 90-те години, когато методът ATM over SONET/SDH е избран за технологична основа, а най-търсената услуга е предоставянето на прозрачност на достъпа до местни услуги. Но управляваните мрежи за банкомати не са се хванали по редица причини. Първо, целта на тяхната организация беше главно да „скрие” от крайния потребител сложната структура на глобалните мрежи, а не да намали цената на трафика или да увеличи честотната лента. Второ, Ethernet все още не е утвърдена технология и оптичните влакна се използват в различен мащаб.

Днес много доставчици на мрежови услуги отново търсят MAN и се опитват да увеличат капацитета чрез въвеждане на оптични технологии. Общо изискване за MAN, които осигуряват достъп със скорост от 100 Mbps и по-висока, е наличието на оптични кабели в последната миля, които могат да свържат корпоративната мрежа към POP. Съответно, когато разгръщат мрежи MAN, доставчиците се опитват да покрият местата на концентрация на големи офис сгради, наети от много компании, тоест да изградят тези мрежи, където е възможно да се използват вече положени оптични връзки и лесно да възстановят капиталовите инвестиции.

Технология на MAN

Интеграцията на LAN и WAN технологиите с MAN технологията ще осигури опростена, по-еднаква и цялостна LAN/MAN/WAN, оптимизирана за високоскоростно предаване на данни. Това ще се случи поради факта, че подобрените мрежи на MAN ще позволят на операторите значително да намалят цената на трафика и да увеличат честотната лента на каналите, което означава, че те ще позволят на много по-голям брой потребители да работят едновременно в градската мрежа.

Архитектурата на MAN е кръстоска между локални и широки мрежи. Основните технологии, мигриращи към мрежите на MAN от света на LAN, са следните:

  • гръбначен Ethernet, работещ на тъмно влакно (100Base-LH и 1000Base-LH);
  • мултиплексиране с разделяне на дължина на вълната (CWDM);
  • 10 Gigabit Ethernet.

На свой ред основните WAN технологии, които са прехвърлени към инфраструктурата на MAN, са:

  • Мултиплексиране с разделяне на дължина на вълната (DWDM);
  • оптично усилване;
  • предаване на IP пакети през SONET/SDH;
  • предаване на IP пакети през DWDM;
  • технология за пакетиране на пръстени (стандартите се разработват);
  • многопротоколно превключване на пакети въз основа на етикети (MPLS) и превключване на много протоколи на сигнали с различни дължини на вълните (спектрално превключване - Multiprotocol Lambda Switching, MPlS).

  • Ethernet комутатори MAN, които могат да бъдат LAN суичове от слой 2 и 3, адаптирани за мрежата MAN чрез добавяне на магистрални Ethernet и/или CWDM интерфейси;
  • DWDM мултиплексори, които служат като оптични входно/изходни мултиплексори (OADM) за IP превключване, синхронна цифрова йерархия или оптична защита.

MAN конфигурации

Когато се оценява качеството на услугата на MAN мрежи, предлагани от конкурентни оператори, е важно да се разберат системните конфигурации, тъй като техните основни технологии определят такива ключови характеристики на услугите, които се предоставят като поддръжка за нови приложения, мащабируемост на честотната лента, сигурност, управляемост, качество скорост на обслужване и достъп. Най-важният аспект е производителността на терминални устройства (CPE), системни интерфейсни модули и свързано оборудване в точките на присъствие на доставчика, тъй като това оборудване се използва за свързване на определен възел към мрежата на метрото, а последното към глобалната мрежа.

Няколко действащи оператори, като SBC Communications, предлагат услуги за прозрачна LAN свързаност. Поток от Ethernet трафик от един възел в мрежата се препраща чрез ATM транспорт до друг възел. Постоянната виртуална верига (PVC) е конфигурирана за всяка двойка MAN възли. Ключът към добрата мащабируемост и относително ниската цена на такива системи е използването на надеждно и мощно ATM/SONET оборудване. Ако вземем предвид, че клиентът е снабден с PVC и на неговия сайт е инсталиран SIU, тогава може да се твърди, че такава услуга за пренос на данни е подобна по надеждност на мрежа от банкомати. Когато клиент се свърже с интернет или WAN, SBC трябва да конфигурира множество портове за маршрутизация на възловия превключвател Layer 3, както и допълнителни PVC за комуникация с местния доставчик на услуги за маршрутизиране на ISP и IP гръбнак.

Други оператори, като Telseon, използват много по-опростена и по-хомогенна архитектура на MAN, базирана на Ethernet гръбнак и Ethernet комутатори от ниво 2 и 3 (Фигура 1). В този случай единицата на системния интерфейс на даден възел е или назначена да обслужва един абонат, или е разделена на множество клиенти, които наемат офиси в голяма сграда. По един или друг начин, когато трафикът на всеки абонат се предава по MAN канали, той е защитен от външни влияния с помощта на уникален VLAN хедър (в съответствие със стандарта 802.1Q). Разбира се, трябва да бъдат конфигурирани допълнителни маршрутизиращи портове за достъп до Интернет и WAN.

Разработването на системи за градско предаване на данни ще се основава на Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, докато задачите за свързване към гръбначните мрежи трябва да бъдат решени с помощта на 10Gigabit Ethernet и следващите поколения на тази технология. В същото време надеждността на MAN става сравнима с виртуалните връзки, реализирани на базата на SONET, което се постига благодарение на мрежестата структура и излишните комуникационни линии (и следователно възможността за бързо възстановяване на обхващащото дърво в случай на отказ ). Ако VLAN не осигурява необходимото ниво на информационна сигурност, компаниите може да решат да използват защитни стени и да предприемат други технически мерки.

Тъй като оптичните връзки са изключително редки в последната миля, OEM производителите изграждат комутатори на MAN Ethernet, които използват CWDM и собствени технологии за пакетиране на пръстени. Технологията CWDM поддържа модулация от четири или осем дължини на вълната на влакно на оптичен кабел, докато при DWDM във всяка сърцевина на кабела са организирани 32 или 64 спектрални канала. Двоен самовъзстановяващ се Ethernet пръстен се използва в маргаритна верижна топология на клиентски възли с терминален превключвател MAN, осигуряващ входно/изходни функции на трафика.

Голяма част от производителността на CWDM/Ethernet мрежа е подобна на тази на Ethernet MAN от точка до точка, описана по-рано. Терминалният превключвател MAN може да се използва като устройство за достъп с няколко капки и след това виртуалните VLAN и VMAN предават потока от данни на всеки абонат, а достъпът до Интернет и WAN се осъществява с помощта на допълнителни маршрутизиращи портове. Yipes Communications използва този модел за повечето си точки на присъствие.

Налични са редица собствени решения за пакетни пръстени, но IEEE разработва IEEE 802.17 - Resilient Packet Ring, който е оптимизиран за Ethernet трафик. Според разработчиците той няма да отстъпи на добре познатата технология SONET/SDH по отношение на надеждността на работа по тъмни влакна или WDM канали. Като основа за бъдещия стандарт, IEEE разглежда добре познатата технология на Cisco - DPT пръстенна мрежа, работеща със скорост 622 Mbps и използваща протокола SRP (Spatial Reuse Protocol). Този протокол за достъп до мултимедия за приложения за взаимодействие с пръстени се самолекува (времето за възстановяване е по-малко от 50ms). SRP и 802.17 осигуряват по-висока производителност и по-добра поддръжка за топологии на възли от SONET/SDH със своя TDM алгоритъм за мултиплексиране.

Друг тип MAN мрежи се основават на DWDM пръстени, свързани към оптични входно-изходни мултиплексори (OADM, фиг. 1). Тъй като пазарът на продукти за оптични мрежи е пренаселен, новите OADM са оборудвани с много допълнителни функции, за да ги поддържат конкурентоспособни.

На първо място, оптичните I/O мултиплексори се различават по степента на поддръжка на SONET/SDH. Поддръжката на SONET е важно съображение както за наследените превозвачи, които се нуждаят от оперативна съвместимост със съществуващите TDM системи, така и за конкурентните нови превозвачи. Последните се интересуват от предоставяне на достъп до WAN, както и до MAN, използващи 10/100/1000 Ethernet и други мрежи с висока честотна лента.

Оператор, който току-що навлиза на пазара на комуникации и се стреми да използва DWDM медия за организирането на мрежи на MAN Ethernet, вероятно може да минимизира разходите за инфраструктура, като напълно елиминира поддръжката на синхронната цифрова йерархия. Гъвкавостта и мащабируемостта на базираните на DWDM мрежи MAN привличат много доставчици на услуги, включително Verizon Communications, GiantLoop Network, Cogent Communications, LightWave Communications и XO Communications. Очаква се да последват и други известни оператори.

Основната характеристика на DWDM физическия слой е, че дължината на вълната и амплитудната модулация на светлинния лъч са напълно независими от протоколите на горния слой. По този начин една единствена OADM оптична интерфейсна карта е способна да пренася данни за много различни приложения като LAN и SAN. Следователно много системи за предаване на данни, изградени с помощта на оптични входно-изходни мултиплексори, могат да излъчват разнороден трафик от данни на големи корпоративни услуги (ATM, Ethernet, Fibre Channel, Enterprise Systems Connection, Fiber Connection и други, които се използват за организиране на отдалечено съхранение, архивиране или групиране ).

За големи корпоративни клиенти базираната на DWDM мрежа предоставя възможността да разпредели цял оптичен канал за свързване на два MAN възела, дори ако са разделени от хиляди километри. Максималната честотна лента се определя от оптичната честотна лента на мрежите MAN или MAN/WAN и клиентите могат да използват този ресурс, както желаят. Например използване на Gigabit Ethernet през работното време и ESCON протокола през нощта за дистанционно копиране или синхронизиране на база данни). Използването на специална дължина на вълната подобрява сигурността чрез пакети или циклични услуги, които затрудняват прихващането или изпускането на оптични сигнали).

Джим Мецлер ([email protected]) е вицепрезидент на базираното в Нютон, Масачузетс консултантско бюро Ashton, Metzler & Associates; Ралф Макклелън ([email protected]) - главен консултант в McClellan Consulting.

Споделете материала с колеги и приятели