Обзор перспективных технологий глобальных сетей и сервисов
3.1.1. Технология SONET/SDH - основа для построения высокоскоростных масштабируемых глобальный сетей
3.1.1.1. Особенности технологии SONET/SDH
Выделенные каналы "точка - точка" - это строительный каркас любой сети, как с коммутацией пакетов, так и с коммутацией каналов. Независимо от типа сети коммуникационное оборудование нужно связать каналом, передающим поток бит с требуемой скоростью.
Однако, прокладывать кабель, который жестко, физически соединяет все возможные точки коммутации, невыгодно. Сегодня нужно соединить одну аппаратуру, завтра другую, а послезавтра третью. Прокладка кабеля - дорогое удовольствие, поэтому уже достаточно давно найдено решение, которое упрощает задачу создания первичной структуры каналов связи, с помощью которой оператор сети (а не абонент, как в сетях с коммутацией каналов) может гибко менять конфигурацию соединений между абонентами сети.
Таким решением являются первичные сети коммутаторов цифровых каналов T1/E1 и T3/E3. Эти сети могут создать долговременное соединение между любыми двумя абонентами, подключенными к мультиплексорам сети. Для этого оператор сети должен с помощью соответствующей системы управления запрограммировать коммутаторы сети, которые могут направлять элементарные цифровые потоки данных, имеющие скорость 64 Кб/c, на другие коммутаторы или в канал подключения конечного абонента (рис. 3.3).
Первичные сети этого типа могут образовывать каналы с иерархией скоростей:
64 Кб/с - 1.544 Мб/с (T1) - 45 Мб/с (T3) в Америке и
64 Кб/с - 2.048 Мб/с (E1) - 34 Мб/с (E3) в Европе.
Рис. 3.3. Первичная сеть для образования цифровых выделенных каналов
На базе сетей плезиохронной иерархии можно строить сети более высокого уровня, например, сети с коммутацией пакетов. Так, долгое время магистраль Internet в Америке работала на основе каналов T3 со скоростью 45 Мб/с. Эти же каналы можно использовать для построения цифровой телефонной сети.
Иерархия скоростей - очень удобная вещь, так как позволяет выбирать скорость канала, близкую к требуемой.
Для доступа мелких абонентов можно использовать каналы 64 Кб/c, доступ более крупных абонентов организовать по каналам E1, а магистраль сети строить на каналах E3.
Однако, технология плезиохронной иерархии обладает рядом ограничений и недостатков. Поэтому сегодня наиболее перспективной для построения первичной сети является технология синхронной цифровой иерархии, стандартизованная ANSI под названием SONET (SynchronousOpticalNETwork). Очень близкий к SONET стандарт ITU-T имеет название SDH (SynchronousDigitalHierarchy, SDH). Далее, для простоты, будет упоминаться только технология SDH, но все это в равной степени относится и к технологии SONET.
Технология SDH улучшает технологию плезиохронной цифровой иерархии во многих отношениях:
- Расширение иерархии скоростей в гигабитный диапазон. Начальная скорость сетей SDH - 155 Мб/с (SONET - 51.5 Мб/c). Эта скорость соответствует спецификации STM-1, а остальные скорости сетей SDH кратны скорости STM-1. Сегодня стандартизованы скорости STM-4 - 622 Мб/с и STM-16 - 2.48 Мб/c. Основной вид носителя сетей SDH - оптоволокно, в территориальных сетях в основном - одномодовое.
- Гибкая система мультиплексирования низкоскоростных потоков в высокоскоростной. Технология SDH обратно совместима с плезиохронной технологией и может передавать элементарные потоки 64 Кб/c, а также потоки E1 и E3 в своих высокоскоростных каналах, причем для их выделения и коммутации не требуется полного расщепления высокоскоростного канала на его элементарные составляющие. Каналы 64 Кб/c и каналы E1 часто используются как каналы доступа к сетям SDH.
- Отказоустойчивость на уровне технологии. Отказоустойчивая конфигурация строится на основе двойных оптоволоконных колец (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Сети Sonet/SDH
Кадр данных SDH несет значительную долю служебной информации - на каждые 270 байтов пользовательских данных приходится 9 байтов служебной информации. При обрыве двойного кольца за счет циркуляции служебной информации коммутаторы и мультиплексоры SDH очень быстро обнаруживают этот факт и "сворачивают" оставшиеся части колец в одинарное кольцо.
Похожий способ применяется в сетях FDDI.
Централизованное управление коммутацией и мультиплексированием. Служебная информация протокола позволяет централизовано и дистанционно прокладывать каналы в сети SDH, а также собирать подробную статистику о работе сети. Существуют мощные системы управления сетями SDH, позволяющие прокладывать новые каналы простым перемещением мыши по графической схеме сети.
Сети SDH и сети плезиохронной цифровой иерархии очень широко используются для построения как публичных сетей, так и корпоративных сетей. Особенно популярен этот вид сервиса в США, где большинство крупных корпоративных сетей построено на базе выделенных цифровых каналов. Эти каналы непосредственно соединяют маршрутизаторы, размещаемые на границе локальных сетей отделений корпорации.
При аренде выделенного канала сетевой интегратор всегда уверен, что между локальными сетями существует канал вполне определенной пропускной способности. Это положительная черта аренды выделенных каналов. Однако, при относительно небольшом количестве объединяемых локальных сетей пропускная способность выделенных каналов никогда не используется на 100% и это недостаток монопольного владения каналом - предприятие всегда платит не за ту пропускную способность, которая на самом деле используется. В связи с этим обстоятельством в последнее время все большую популярность приобретает сервис сетей framerelay, в которых несколько предприятий разделяют каналы.
На основе первичной сети SDH можно строить сети с коммутацией пакетов например, frame или ATM, или же сети с коммутацией каналов, например, ISDN. Технология АТМ облегчила эту задачу, приняв стандарты SDH в качестве основного варианта физического уровня. Поэтому, при существовании инфраструктуры SDH для образования сети АТМ достаточно соединить АТМ-коммутаторы жестко сконфигурированными в сети SDH каналами.
3.1.1.2. Использование цифровых выделенных каналов
Выделенные низкоскоростные цифровые каналы 64 Кб/с даже большой протяженности сейчас доступны (в стоимостном отношении) для большинства средних и крупных предприятий.
В качестве подтверждения приведем тарифы месячной платы за аренду такого канала из региона Ближнего Востока в США:
| Страна | Месячная плата в $US |
| Израиль | 4 417 |
| Объединенные Арабские Эмираты | 8 128 |
| Марокко | 8 711 |
| Катар | 7 891 |
| Оман | 9 312 |
| Кувейт | 9 917 |
| Бахрейн | 9 947 |
| Саудовская Аравия | 10 878 |
| Египет | 12 000 |
Так, канал E1 с пропускной способностью 2 Мб/с стоит в большинстве европейских стран на расстоянии 25 км от $2000 до $4000 в месяц (без стоимости инсталляции), а на расстоянии 250 км - от $4000 до $8000 в месяц.
На рынке сервисов выделенных цифровых каналов появился новый вид предложений - каналы высокой степени надежности. Канал высокой надежности - это сервис, который подразумевает некоторые гарантии коэффициента готовности канала от его провайдера, а также определенные штрафные санкции для случаев невыполнения провайдером своих обещаний.
Провайдеры обеспечивают высокое значение коэффициента готовности канала за счет отсутствия в нем одиночных элементов, отказ которых мог бы привести к потере связи между объединяемыми сетями заказчика. Дублируются пути прохождения канала по магистрали провайдера, точки подключения заказчика к магистрали провайдера и сами каналы доступа заказчика к этим точкам.
Естественно, стоимость каналов с высокой степенью готовности оказывается выше, чем обычных выделенных каналов. Для каналов, которые не выходят за пределы одной страны, стоимость оказывается на 10% - 30% выше, а для каналов, проходящих через несколько стран - выше на 30% - 75 %. При этом одни провайдеры существенно повышают стоимость инсталляции канала, а другие - месячную арендную плату за канал.
В следующих двух таблицах представлены основные характеристики сервисов выделенных цифровых каналов высокой степени готовности различных внутренних и международных провайдеров. Данные были опубликованы в журнале DataCommunications, June 1997, стр. 40D - 40E.
Таблица 3.1. Характеристики сервисов выделенных каналов внутренних провайдеров некоторых европейских стран.
| Провайдер | Сервис | Терри- тория | SDH для конечных точек | Дубли- рование каналов/ точек доступа | Гарантии времени простоев | Гарантии времени ремонта | Финан- совые штрафы | Превышение стоимости обычных каналов |
| Bayer- werkNetkom, Munich, Germany | Mana gedBand width | Бавария- Тюрингия | Да | Да/Да | 9.64 ч в год (без линий доступа) | 4 часа | До 10% месячной платы | 30% |
| British Telecommunica- tionsPLC, London | Mega streamGenus | Лондон и болшин- ство крупных городов | Да | Да/Да | 4.38 ч в год | 5 часов | 25% годовой платы при каждом простое свыше 5 часов | 10% |
| Deutsche Telecom, Bonn | LeasedLink (DDV) | Германия | Нет | Да/Нет | 87.6 ч в год | 8 часов | Нет | 179% |
| Energis Communications, London | National PrivateCircuits | Лондон и болшин-ство крупных городов | Да | Да/Да | 13.14 ч в год | 5 часов | До 100% ежегод-ной оплаты | 10% - 15% |
| FranceTelecom, Paris | Reliable NetworkAccess | Франция | Да | Да/Да | 1.05 ч в год, 30 мин ежеме-сячно | 2 часа | До 2 месяцев бесплатной аренды | Инсталляция - 667%, ежемесячная плата - 80% |
| HelsinkiTelecom, Helsinki | Digilink | Финлян-дия | Нет | Да/Да | 22 - 26 мин в месяц | не опреде-лено | До 10% месячной аренды | 20% - 50% |
| TelecomFinland, Helsinki | Fastnet | Финлян-дия | Да | Да/Да | 4.38 ч в год, 4 ч в месяц | 4 часа (только рабочие часы) | Превы-шение месячной гарантии: 1 месяц бесплатно; превыше-ние годичной гарантии: до 10% месячной платы | 10% |
| Telia, Farsta, Sweden | Telia LinkXline | Sweden | Да | Да/Да | 4.38 ч (в год) | не опреде-лено | 25% месячной платы | не объявлено |
| Провайдер | Сервис | Дублирова- ние каналов/точек доступа | Гарантии времени простоев | Гарантии времени ремонта | Финансовые штрафы | Превышение стоимо-сти обыч-ных каналов |
| AT&TUnisource CommunicationServices Hoofddorp, theNetherlands | ManagedBandwidth Service | Да/Да | 8.76 ч в год | не определено | Нет | 75% |
| Cable & WirelessPLC London | GlobalManaged PrivateLine (GMPL) | Да/Да | 44 мин в месяц | не определено | До 35% месячной платы после 6 часов простоя | не объявлено |
| Concert Communications (BT + MCI) Reston, US | PremiumLinks | Да/Да | 13 мин в месяц | 3 часа | До 10% месячной платы при простое от 3 до 10 часов в месяц | 30% - 60% |
| Worldcom | International BusinessLink | Да/Да | 4.38 ч в год | 2 часа | При простое более 15 мин | Не объявлено |
3.1.1.3. Примеры сетей SDH
Примером российских сетей SDH могут служить сети "Макомнет", "Метроком" и "Раском" совместных предприятий с американской компании AndrewCorporation.
Сеть "Макомнет"
Начало создания сети "Макомнет" относится к 1991 году, когда был образовано совместное предприятие, учредителями которого выступили Московский метрополитен и компания Andrew (США).
Транспортной средой сети стали одномодовые 32-, 16- и 8-ми жильные волоконно-оптические кабели фирмы Pirelli, проложенные в туннелях метрополитена. В метро было уложено более 350 км кабеля. Постоянно расширяясь, сегодня кабельная система "Макомнет" с учетом соединений "последней мили" составляет уже более 1000 километров.
Изначально в сети "Макомнет" использовалось оборудование SDH только 1 уровня (155 Мбит/с) - мультиплексоры TN-1X фирмы NorthernTelecom (Nortel), обладающие функциями коммутации 63 каналов E1 по 2 Мб/c каждый. Из данных мультиплексоров было организовано две кольцевые топологии "Восточная" и "Западная" (они разделили кольцевую линию метрополитена на два полукольца вдоль Сокольнической линии) и несколько отрезков "точка-точка", протянувшихся к ряду клиентов, абонировавших сравнительно большие емкости сети. Эти кольца образовали магистраль сети, от которой ответвлялись связи с абонентами.
Растущие день ото дня потребности заказчиков заставляли создавать новые топологии и переконфигурировать старые. В течение двух лет "Макомнет" решал задачу увеличения пропускной способности за счет прокладки новых кабелей и установкой нового оборудования, позволивших утроить количество топологий по кольцевой линии. Число узлов коммутации возросло до семидесяти. Но настал момент, когда остро встал вопрос о количестве резервных оптических волокон на некоторых участках сети, и с учетом прогнозов на развитие было принято решение о построении нового, 4-го уровня SDH (622 Мбит/с).
Подготовительные работы по переконфигурации и введению действующих потоков в сеть нового уровня происходили без прекращения работоспособности сети в целом.
В качестве оборудования 4 уровня (622 Мбит/с) "Макомнет" установила мультиплексоры TN-4X фирмы Nortel. Вместе с новым оборудованием была приобретена принципиально новая высокоинтеллектуальная система управления NRM (NetworkResourceManager). Эта система является надстройкой над системами управления оборудования 1 и 4 уровней. Она обладает не только всеми функциями контроля оборудования, присущими каждой из систем, но и рядом дополнительных возможностей: автоматической прокладки канала по сети, когда оператору требуется лишь указать начальную и конечную точки; функциями инвентаризации каналов, обеспечивающих их быстрый поиск в системе и рядом других.
Ввод всего шести узлов TN-4X значительно увеличил транспортную емкость сети, а высвободившиеся волокна сделали возможным дальнейшее наращивание таковой.
Сегодня количество адресов размещения оборудования превысило 500, а персонал службы эксплуатации составляет девятнадцать человек. Время устранения аварии по внутренним нормативным документам варьируется от 30 минут до 2 часов, в зависимости от удаленности места аварии от Центра управления.
"Макомнет" предлагает заказчикам выделенные линии следующих уровней передачи данных:
канал от 64 Кбит/с до Nx64 (где N=1..31);
канал E1 - 2,048 Мбит/с.
Сегодняшняя топология сети "Макомнет" выглядит следующим образом:
Рис.3.5.
На первых порах клиентами "Макомнет" стали телекоммуникационные компании, использующие каналы "Макомнет" для строительства собственных сетей. Однако со временем круг клиентов значительно расширился: банки, различные коммерческие и государственные структуры. Оптические ветви "Макомнет" ведут в более чем 300 офисов различных банков. Оборудование компании расположено и на территории многих городских АТС и основных международных и междугородних телефонных станций.
Компания, осваивая новые направления, строит сеть низкоскоростного доступа. "Макомнет" уже давно предоставляет пользователю низкоскоростные услуги (Nx64 Кбит/с), но ввод в строй современного низкоскоростного оборудования даст возможность не только сократить загрузку сети SDH, но и значительно расширить спектр предлагаемых клиентам услуг.
К концу 1997 года планируется ввести в действие единую сеть, обеспечивающую подключение пользователей с помощью протоколов V.24, V.35, X.21, X.25, а также framerelay. Данная сеть будет иметь централизованное управление и обладать возможностями резервирования каналов по схеме 1+1.
Сеть "Раском"
Сеть совместного предприятия "Раском" была создана в 1994 году для передачи телефонного и компьютерного трафика между Москвой и Санкт-Петербургом, а также между городами, расположенными вдоль трассы железной дороги "Москва - Санкт-Петербург". Сеть построена на основе оптоволоконного кабеля компании Pirelli (28 одномодовых жил), проложенного на опорах вдоль железной дороги. Сеть использует технологию SDH для коммутации элементарных цифровых каналов абонентов. Первая очередь сети включала два кольца SDH на коммутаторах TN-1X компании Nortel. Кольца работали на начальной скорости технологии SDH - STM-1 155 Мб/с. Первое кольцо, названное "Express", соединяло мультиплексор TN-1X, расположенный в Москве, с аналогичным мультиплексором в Санкт-Петербурге, и передавало трафик абонентов, расположенных в этих городах, без промежуточной коммутации, используя только 26 промежуточных регенераторов сигналов. Второе кольцо под названием "Drop & Insert", было предназначено для передачи трафика между промежуточными городами, поэтому имело кроме 2-х оконечных еще 17 промежуточных мультиплексоров для ответвления и приема трафика в точках, соединяющих кольцо с городскими сетями.
Совместное предприятие "Раском" было образовано американской компанией AndrewCorporation, Октябрьской железной дорогой и РАО ВСМ. Компания AndrewCorporation несколько ранее уже образовала с российскими соучредителями два совместных предприятия, которые стали операторами крупных высокоскоростных сетей по технологии SDH масштаба города - сети "Макомнет" в Москве и сети "Метроком" в Санкт-Петербурге, так что вложение средств в сеть, соединяющую эти города - логичное продолжение долговременной стратегической линии.
Сеть "Раском" достаточно быстро развивалась за счет включения в нее новых подсетей ISDN таких городов как Новгород и Тверь.
К лету 1997 года в основном завершился этап модернизации сети "Раском", связанный с повышением пропускной способности ее магистрали за счет применения основных мультиплексоров TN-16X компании Nortel, поддерживающих скорость на магистральной кольце STM-16 2.56 Гб/с. Кроме модулей STM-16 в мультиплексорах и коммутаторах будут использовать модули STM-1 и STM-4, с помощью которых будет осуществляться ответвление трафика для конечных абонентов.
Всего к лету 1997 года сеть "Раском" стала располагать 30 000 элементарных каналов 64 Кб/с.
Основной вид предоставляемого сервиса в сети "Раском" - сервис цифровых выделенных каналов разной скорости, обладающих высокой надежности за счет горячего резервирования каналов, предусмотренного технологией SDH.
Другим крупным оператором сетей SDH в Москве является компания "Голден Пайн", использующая для коммутации цифровых каналов оборудование компании Newbridge (линия коммутаторов MainStreet). Магистарль "Голден Лайн" также включает оборудование коммутации уровня STM-4 со скоростью 622 Мб/с. "Голден Лайн" также создала на базе своих каналов публичную сеть framerelay, сервисами которой можно пользоваться в пределах Москвы.
