Ethernet в міських мережах

Микола Лихачов

В останні роки Ethernet досяг абсолютного домінування в локальних та кампусних мережах. Інші технології при побудові нових мереж розглядаються тільки в тому випадку, якщо необхідно розширювати існуючу мережу, але й тоді найчастіше приймається рішення перейти на Ethernet. Дещо інша ситуація з міськими мережами, де Ethernet ще не забезпечив собі повної переваги, але тенденції останнього часу говорять про те, що й тут інші технології можуть бути витіснені з ринку.

Ethernet в міських мережах Росії: загальний погляд

Мережі Ethernet в російських містах почали створюватися не як операторські, а виключно як альтернативні. Справа в тому, що операторські мережі були нерозвинені, але «вимагали» за свої неякісні і вузькі канали занадто великих грошей. Розрізнені будинкові мережі почали шукати альтернативні варіанти для свого об'єднання, а оскільки вони були побудовані на Ethernet, то і для каналів між собою вони також почали використовувати цю технологію. У результаті деякі з них досягли досить великих розмірів, а компанії, що володіють ними, зросли до невеликих провайдерів в масштабах району або цілого міста.

Паралельно з цим міська Ethernet-мережі почали будувати незалежні провайдери Інтернету, які розуміли, що створення власної мережі дозволить їм прив'язати до себе велика кількість користувачів і забезпечити стійкий розвиток. Звичайно, обладнання, яке вони використовували, було далеко від кращих зразків. Найчастіше за все між будинками простягалася кручена пара, яка могла бути і не оснащена грозозахисту, а в будинках встановлювалися найдешевші концентратори або комутатори. Але, незважаючи на це, швидкість в мережі була вищою, ніж при модемному доступі, до того ж з'єднання було постійним, що сприяло масового припливу користувачів. «У мене вдома виділенка», - ці слова підвищували статус яка заявляє. Так Ethernet-мережі росли на очах.

Найбільш спритні першопрохідники домовлялися з місцевою владою і отримували офіційне дозвіл на розміщення обладнання та прокладання кабелів по стовпах освітлення. Це було дуже важливо, оскільки кабельні колодязі контролювалися телефонними операторами, які категорично не хотіли втрачати монополію. Не менш вдалим ходом була пропозиція провести Інтернет у школи. Таким чином, мережа отримувала точки присутності у всіх мікрорайонах, і підключення нових будинків проводилося з мінімальними витратами. Грошей за підключення, отриманих від організацій та користувачів, багатьом вистачало навіть на прокладку волоконно-оптичних ліній.

В результаті виникла ситуація, в якій широкосмугові мережі, створювані місцевими телефонними операторами, не знаходили своїх користувачів. З іншого боку, створені невеликі Ethernet-мережі не могли надавати нових послуг, оскільки не мали достатніх коштів для інвестицій.

Сьогодні багато російських оператори зв'язку переглянули свою політику і почали активно будувати мережі Ethernet у містах. Про це свідчить і те, що на минулій виставці «Зв'язок-експокомм-2005» всі великі інтегратори пропонували свої послуги і демонстрували готові або модельні проекти мереж Metro Ethernet. Таким чином, у найближчі роки Росію може очікувати бум будівництва мереж Metro Ethernet операторами.

Ethernet, націлений на міські мережі

Успіх Ethernet обумовлено насамперед такими причинами: висока швидкість, легкість масштабування технології та її простота для масового використання.

Легкість масштабування була закладена ще при розробці технології, що забезпечило їй конкурентні переваги перед технологіями з кільцевими топологіями. У даний час серійно виробляються пристрої, що підтримують 10 Гбіт/с, і цілком імовірно, що вже через кілька років Ethernet досягне швидкості 40, 80 або навіть 100 Гбіт/с.

Хоча Ethernet була задумана як Колективна середу передачі, подальший розвиток самого стандарту, технологій більш високих рівнів моделі OSI та обладнання дозволяє їй на рівних змагатися з усіма конкуруючими системами. Перш за все це відбилося в тому, що були створені механізми, що гарантують якість обслуговування, що дає можливість використовувати Ethernet для передачі мультимедійних даних.

Розвитком технології Ethernet у міських мережах займається Форум Metro Ethernet (MEF) - некомерційна організація, створена для просування концепції побудови операторських мереж на основі Ethernet і прискорення їхнього розгортання в усьому світі. Учасниками Форуму є провідні сервіс-провайдери, найбільші оператори зв'язку, практично всі відомі виробники мережного, телекомунікаційного та тестового обладнання, а також ряд інших компаній, що виявляють інтерес до ринку Metro Ethernet.

У жовтні 2003 р. Metro Ethernet Forum (MEF) ратифікував перший стандарт, що описує служби Metro Ethernet: MEF Technical Specification -- Ethernet Services Model Phase 1. Ha сьогоднішній день вже випущено 11 технічних документів.

Під чому результатом зусиль MEF стало те, що, за даними IDC, обсяг ринку використовуваних у міських мережах продуктів Ethernet досяг в 2004 р. 1,7 млрд дол, а в період до 2009 р. усереднений щорічний коефіцієнт його зростання складе 26%. У IDC припускають, що до 2009 р. ринок Metro Ethernet перевершить за обсягом ринок вживаних в міських мережах пристроїв Synchronous Optical Network (SONET) і Synchronous Digital Hierarchy (SDH).

Що ж зумовило такі зміни? Перш за все це ціновий чинник. У порівнянні з технологіями, що мають схожі споживчі властивості, наприклад SDH/SONET, реалізація Metro Ethernet обходиться в середньому в 2-3 рази дешевше, а всі ж витрати в остаточному підсумку оплачує споживач. До то-му ж пропускна спроможність каналів Ethernet на «останній милі» значно вище. Таким чином, при залученні клієнтів провайдер отримує великі конкурентні переваги, які дозволяють переконати клієнтів перейти саме до нього.

Другий причиною є активний розвиток нових технологій. Впровадження IP-телефонії, передача відеоінформації та інші нові сервіси досить вимогливі до смуги пропускання, і тут Ethernet повністю їм відповідає. До того ж користувач може отримувати різні додаткові сервіси, наприклад, віртуальні приватні мережі (Virtual Private Network, VPN) другу і третю рівнів з гарантованими угодами про рівень обслуговування (Service Level Agreement, SLA).

Третя причина - активна підтримка виробниками цього стандарту. В даний час всі серйозні постачальники обладнання випускають устаткування для Metro Ethernet і ведуть активну маркетингову політику щодо його просування на ринку.

Загальні концепції побудови мережі metro ethernet

Типова мережа Metro Ethernet будується за трирівневої ієрархічної схемі і включає ядро, рівень агрегації і рівень доступу.

Ядро мережі будується на високопродуктивних маршрутизаторах і забезпечує високошвидкісну передачу трафіку. Рівень агрегації також створюється на маршрутизаторах і забезпечує агрегацію підключень рівня доступу, реалізацію сервісів та збір статистики. У залежності від масштабу мережі ядро і рівень агрегації можуть бути об'єднані. У ядрі мережі і на рівні агрегації використовується технологія MPLS. Канали між маршрутизаторами можуть будуватися на основі різних високошвидкісних технологій, найчастіше SDH/

SONET, RPR (DPT) або Gigabit Ethernet, останнім часом для мереж з великим трафіком використовують 10-Gigabit Ethernet. При цьому необхідно враховувати вимоги щодо відновлення мережі при збої і структуру побудови ядра. У ядрі і на рівні агрегації необхідно забезпечити резервування компонентів маршрутизаторів, а також топологічний резервування, що дозволяє продовжувати надання послуг при одиночних збоях каналів і вузлів. Суттєвого скорочення часу на відновлення можна досягти тільки за рахунок застосування технології канального рівня.

Рівень доступу будується по кільцевій або зіркоподібній схемою на комутаторах Metro Ethernet для підключення корпоративних клієнтів, офісних будівель, а також домашніх і SOHO клієнтів. На рівні доступу реалізується повний комплекс заходів безпеки, що забезпечують ідентифікацію та ізоляцію клієнтів, захист інфраструктури оператора.

Використання технології MPLS в зв'язці з Metro Ethernet дозволяє реалізувати наскрізні механізми якості обслуговування і при необхідності забезпечити прозоре туннелірова-ние клієнтської QoS маркування трафіку. На всіх рівнях мережі може підтримуватися багатоадресна розсилання, що важливо при реалізації таких послуг, як телебачення поверх IP.

При виборі обладнання необхідно заздалегідь визначити весь список додаткових сервісів, які може підтримувати устаткування. Часто для великих клієнтів важлива підтримка прозорої передачі міток VLAN, що забезпечується протоколом VPLS. При орієнтуванні оператора на надання послуг NGN або Triple Play необхідно дуже ретельно вивчити, який функціонал для забезпечення якості обслуговування надає обладнання, наскільки широкий діапазон налаштувань. Хоча обладнання Ethernet і сумісно між собою, варто відразу визначитися і з обладнанням Пон, оскільки воно має бути пов'язане системою управління, мати можливість автоконфігурірованія при підключенні до мережі і відповідати побажань клієнтів. Краще за все підібрати кілька моделей для різних груп клієнтів.

Сервіси ETHERNET

Один з ключових атрибутів Ethernet-сервісів - віртуальне з'єднання Ethernet (Ethernet Virtual Connection, EVC). Воно визначається як зв'язок двох або більше UNI (User-Network Interface), де UNI - інтерфейс Ethernet, який служить точкою поділу між Ср абонента та мережею провайдера послуг. Спрощено EVC можна порівняти з PVC в ATM або Frame Relay.

Щоб чітко визначити Ethernet-сервіси, MEF розробив базову структуру Ethernet Services Framework. Мета стандартизації полягає в тому, щоб встановити типи Ethernet-сервісів (EST) і дати їм назви, а також визначити атрибути та пов'язані з ними параметри, які використовуються для кожного із сервісів. В даний час MEF розрізняє два типи EST - Ethernet Line (E-Line) і Ethernet (E-LAN).

Сервіс E-Line представляє собою з'єднання типу «точка - точка» з фіксованою пропускною здатністю між двома клієнтськими інтерфейсами (Customer Premises Equipment, Ср). Як протоколу передачі між сре і пристроєм доступу до мережі (Customer Located Equipment, CLE) використовується Ethernet. Клієнтський інтерфейс називається також інтерфейсом «користувач - мережа» (User Network Interface, UNI). У простому випадку сервіс надає симетричну в обох напрямках смугу пропускання без використання на ньому параметрів якості обслуговування, і його можна порівняти із звичайною виділеною лінією. Але якщо споживач запрошувати додаткові послуги, то на ньому можна забезпечити такі параметри, як CIR, PIR, крім того, гарантовані затримку, коливання затримки, особливо важливу для голосового трафіку, і втрати продуктивності при з'єднанні двох UNI, які працюють з різними швидкостями передачі даних. Підтримується й мультиплексування EVC, тобто до одного фізичного порту UNI може підключатися кілька EVC.

В Як приклад застосування E-line можна навести з'єднання двох офісів по виділеному каналу або підключення користувача до Інтернету. Якщо абонент хоче використовувати своє підключення для кількох цілей, то в цьому випадку використовується мультиплексування EVC.

Сервіс E-LAN, навпаки, забезпечує багатокрапкові з'єднання, тобто він може з'єднувати кілька UNI, забезпечуючи тим самим для користувачів створення прозорого «хмари». У випадку з'єднання двох UNI допомогою багатокрапкового EVC допускається, на відміну від типу E-Line, підключення додаткових UNI. Кожен UNI під'єднується до багатоточкової EVC, і по мірі додавання нових абонентів вони можуть підключатися до того ж EVC. Дані абонента, відправлені від одного UNI, можуть бути отримані одним або кількома UNI. Що стосується якості обслуговування, то для кожного з UNI можуть бути задані ті ж параметри, що і в сервісі E-line.

Великим компаніям, що мають багато підрозділів (мережі роздрібних магазинів або страхові компанії), як правило, потрібно об'єднати їх в одну мережу, щоб користувачі всіх філій мали можливість використовувати системи електронного документообігу та інших бізнес-додатків. Саме для цього можна використовувати E-LAN.

Забезпечення безпеки в METRO ETHERNET

Одночасно зі зростанням кількості спроб отримати неправомочний доступ до мереж та їх компонентів все більш складними і комплексними стають протистояли їм технології. Неправомочний доступ до даних клієнта або системам в результаті недостатнього забезпечення безпеки мережі може призвести до втрати клієнтів, порушення продуктивності мережі або більш тяжких наслідків. Тому оператор мережі Metro Ethernet повинен ще під час будівництва та розгортання мережі максимально задіяти всі засоби захисту.

В сучасних пристроях для цього можуть бути використані наступні механізми:

- Remote Authentication Dial-In User Service (RADIUS) і Terminal Access Controller Access Control System (TACACS +);

-- 802.lx аутентифікація користувачів;

-- різні списки доступу;

- функція Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) snooping;

-- різні методи запобігання підробки МАС-адре-сов;

-- інші механізми безпеки, розроблені виробниками (розширення 802.1Х компанії Cisco Systems та ін.) Рекомендується не обмежуватися одним з способів захисту, а використовувати їх комплексно.

Управління та моніторинг рівня обслуговування

Впровадження і керування якістю обслуговування в мережі Metro Ethernet без використання автоматизації - досить складна і трудомістка технологія, тому ще на етапі побудови мережі великі оператори закладають в неї комплексні системи управління. Сучасна система OSS для управління якістю обслуговування в Metro Ethernet повинна містити наступні основні компоненти:

-- управління каталогом класів обслуговування;

-- управління клієнтськими даними та рівнем обслуговування (SLA);

-- управління реєстром мережевих компонентів і їх конфігурацію;

-- надання та активація класів обслуговування;

-- моніторинг якості надання класів обслуговування;

-- системне адміністрування та функції забезпечення безпеки.

Мережний оператор визначає послугу на основі сервісних параметрів та додаткових експлуатаційних прикордонних значень, зокрема, її готовність, середня час ремонту, середній час між відмовами. Параметри обслуговування клієнта встановлюються мережевим оператором відповідно до договору про рівень обслуговування. Користувачі можуть контролювати оператора через отримання ними відомостей про стан каналів через Інтернет в режимі реального часу.

Після активізації послуги перед оператором постає завдання моніторингу параметрів SLA. Для збору даних з пристроїв і подальшого їх порівняння з заданими параметрами необхідні наступні інтерфейси та протоколи:

-- SNMP;

-- протоколи для вимірювання трафіку Sflow (стандарт RFC 3176) або Netflow (Cisco);

-- стандартизований інтерфейс (TMF 814а) між двома OSS.

При перевищенні граничних значень система управління повинна мати заздалегідь певний алгоритм дій з реагування на кожну з можливих помилок, а чергові - оперативно приступити до усунення несправності. Якщо система має функції прогнозування та автоматичного знаходження помилок, то це дозволить безперервно забезпечувати надання послуги з гарантованих якістю більш тривалий період.

Список літератури

Журнал «Connect!», № 11.2005