3.8 Использование технологии Ethernet для построения мультисервисных сетей
До недавнего времени технология Ethernet рассматривалась только как транспортная технология для передачи данных в локальных вычислительных сетях. Однако, стремительный рост скорости от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с при невысокой стоимости единицы переданной информации, относительная простота дизайна и обслуживания, обеспечивают неизбежный устойчивый интерес к технологии Ethernet. В том числе и со стороны операторов связи и провайдеров услуг Интернет.
Однако, появление концепции мультисервисных услуг на базе протокола IP, подразумевающей интеграцию данных, телефонии и, возможно, трафика видео, предъявило более серьезные требования к сети по надежности и обеспечению QoS, чем требования, которые существовали ранее. Кроме передачи обычного трафика данных, некритичного к задержкам и количеству потерянных пакетов, технологии Ethernet предстояло решить задачу передачи интегрированного трафика.
Первым шагом «на верном пути» стало появление стандарта IEEE 802.1Q/p, описывающего распределенные виртуальные сети (tag switching VLAN) и определяющего механизм приоритезации трафика на канальном уровне. Несмотря на то, что стандарт был направлен на изменение ситуации в секторе ЛВС и корпоративных сетях, оборудование, поддерживающее 802.1Q/p, уже тогда позволило «операторам-первопроходцам» создавать группы VLAN и обеспечивать приемлемое качество обслуживания путем присвоения приоритетов виртуальным сетям (в соответствии с восемью классами).
Однако, появление сетей с маршрутизацией и приоритезацией между VLAN не могло полностью удовлетворить требования, предъявляемые к сети оператора. Чтобы справиться с потенциальными проблемами передачи телефонного разговора по пакетной сети, необходимо было обеспечить качество услуг «из конца в конец» и еще большую гибкость в управлении полосой пропускания.
3.8.1 Качество обслуживания (Quality of Service, QoS)
Под качеством обслуживания (Quality of Service, QoS) в общем случае принято понимать предоставление пользователям и приложениям в сети предсказуемого сервиса по доставке данных. Конкретное же определение и параметры качества обслуживания главным образом определяются типом приложения. Так, например, для передачи голосового трафика, важнейшими параметрами QoS являются задержка и вариация задержки на определенном интервале времени, в то время как потеря некоторой части пакетов допустима. Параметры качества обслуживания можно разбить на три группы:
- параметры пропускной способности (минимальная, средняя и максимальная скорость передачи)
- параметры задержек передачи пакетов (средние и максимальные величины задержек и вариаций задержек)
- параметры надежности передачи (уровень потерь и искажений пакетов)
- плата за обслуживание в зависимости от выбранного уровня обслуживания;
- параметры QoS для данного уровня (максимальная задержка и вариации, пропускная способность, максимальное время восстановления сети после аварий и т. д.)
- методы измерений вышеуказанных параметров;
- штрафные санкции за не обеспечение требуемого QoS ;
- любые другие дополнительные статьи по обоюдному согласию.
Мультисервисная сеть передачи данных интернет
На сегодняшний день телекоммуникационным операторам приходится удовлетворять потребности клиентов в передаче разнообразного трафика и предоставлении клиентам большого спектра услуг. Среди них наиболее востребованными являются:
- передача традиционного трафика телефонии;
- организация доступа в Интернет и передача трафика Интернет по магистральным каналам;
- передача трафика корпоративных сетей, объединение локальных сетей;
- организация видеоконференций и передача трафика IP-телефонии.
Между тем, каналы передачи данных, подходящие для предоставления одной услуги, не всегда подходят для предоставления другой. Увеличение объемов предоставляемых услуг заставляет операторов и провайдеров параллельно развивать несколько различных сетей. Это требует больших затрат и часто сопряжено со значительными техническими трудностями.
В то же время существенно возросла конкуренция между операторами и интернет-провайдерами, предоставляющими эти услуги. Неудивительно, что в последнее время все большую популярность приобретают мультисервисные сети.
Мультисервисная сеть — это инфраструктура, использующая единый канал для передачи данных разных типов трафика. Она позволяет уменьшить разнообразие типов оборудования, применять единые стандарты и единую кабельную систему, централизованно управлять коммуникационной средой для предоставления наиболее полного спектра услуг.
Проектирование мультисервисной сети начинается с определения видов предоставляемых услуг. В первую очередь необходимо решить, какие услуги будет предоставлять оператор, оценить соотношение различных видов трафика на текущий момент и спрогнозировать ситуацию на ближайшую перспективу.
После этого можно приступать к выбору технологий, на которых будет строиться сеть.
Выбор магистральной технологии
Современная транспортная магистраль должна отвечать следующим требованиям:
- масштабируемость, обеспечение развития сети с учетом возможного значительного роста;
- высокая скорость передачи данных;
- управляемость;
- надежность и возможность резервирования;
- безопасность информации;
- обеспечение требуемой полосы пропускания;
- обеспечение требуемого качества обслуживания клиентов.
Важной характеристикой магистрали является ее протяженность. Очевидно, что оптический кабель является наиболее предпочтительной средой передачи для таких сетей. Впрочем, в некоторых случаях, возможно, более эффективно будет использование радиорелейных и инфракрасных линий.
При выборе технологии и вариантов построения сети особое внимание необходимо уделить экономической эффективности. Ее можно оценить, исходя из стоимости решения на единицу передаваемой информации.
Базовыми магистральными технологиями на сегодняшний день являются следующие технологии:
- DWDM
- SDH
- ATM
- POS (Packet Over SONET)
- DPT (Dynamic Pocket Transport — реализованная Cisco Systems технология RPR)
- Fast/Gigabit Ethernet
Выбор технологии доступа
В сеть доступа инвестируется от 50% до 80% средств, поэтому правильный выбор технологий и вариантов построения сети чрезвычайно важен. Ниже перечислены факторы, влияющие на выбор той или иной технологии абонентского доступа:
- Стоимость подключения в расчете на одного абонента.
- Простота подключения — фактор, определяющий доступность подключения для абонентов, быстроту подключения абонентов.
- Достаточная для абонента полоса пропускания или скорость передачи данных.
- Обеспечение требуемого качества обслуживания клиентов.
- Существующая кабельная инфраструктура — коаксиальный кабель, витая пара, телефонная проводка, оптическое волокно и т. д.
Если сеть доступа разворачивается на участках, где невозможно использовать существующую кабельную инфраструктуру, нужно серьезно задуматься о выборе технологии «последней мили». Прокладывать новый медный кабель или же сразу ориентироваться на оптоволокно? Позволяет ли рельеф местности или погодные условия организовать надежный беспроводной доступ? Как и куда придется прокладывать новый кабель? В зависимости от ответов на эти и многие другие вопросы выбирается одна из следующих технологий доступа:
- xDSL (HDSL, ADSL, VDSL и др.)
- PON (пассивные оптические сети)
- HFC (гибридные волоконно-коаксиальные сети, кабельные модемы)
- LMDS/MMDS (радиодоступ)
- ИК-связь (беспроводная оптическая связь)
- Ethernet/Fast Ethernet
Типовое решение по построению мультисервисной сети
Выбор технологий для магистрали и сети доступа зависит от конкретных условий и определяется целым рядом факторов — таких, как преобладающий тип трафика, существующая кабельная инфраструктура и возможность её развития, уже эксплуатируемое оборудование и другие.
Однако в последнее время для магистрали все чаще используется Gigabit Ethernet, а для сети доступа — xDSL. Такую ситуацию, наиболее типичную на сегодняшний день, мы и рассмотрим далее.
Популярность этих технологий объясняется их следующими достоинствами:
- Относительно низкая стоимость оборудования.
- Высокая пропускная способность: 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet) в транспортной магистрали и 8 Мбит/с (ADSL), 50 Мбит/с (VDSL) в сети доступа.
- Возможность использования существующей кабельной инфраструктуры в сети доступа.
- Высокая степень интеграции с существующими клиентскими сетями.
Подобное решение позволяет предоставлять наиболее востребованные на рынке услуги:
- Доступ в Интернет для частных лиц и организаций по выделенным линиям.
- Организация IP VPN для объединения малых и средних офисов и филиалов.
- Организация IP-телефонии для частных лиц и организаций.
- Передача видеоинформации.
Cхема построения мультисервисной сети представлена на рис 1 (щелкните по схеме, чтобы увидеть ее увеличенное изображение).
Рис 1. Схема организации распределённой мультисервисной сети
Магистральная часть данного решения реализована на управляемых коммутаторах с оптическими гигабитными интерфейсами, что обеспечивает высокую пропускную способность.
Доступ по выделенной линии организуется на базе DSL концентраторов ZyXEL IES-2000/3000. Концентраторы этой линейки имеют встроенный управляемый коммутатор L2 с поддержкой технологий приоритетов, очередей и виртуальных сетей IEEE 802.1q/p, прозрачных для любых сетевых протоколов LAN Ethernet.
В качестве абонентских устройств применяются DSL модемы ZyXEL Prestige. Они могут работать как мосты или маршрутизаторы с поддержкой SUA (определенный вариант NAT), поддерживают до 8 PVC с регулировкой полосы пропускания и политиками маршрутизации. На LAN интерфейсе поддерживается до 3-х IP сетей (Aliases). Поддержка SUA и настраиваемых пакетных фильтров уровней 2 и 3 позволяет использовать данные устройства в качестве Firewall для небольших сетей.
Клиентский трафик собирается с помощью магистральных управляемых коммутаторов уровня 2-4, например, Cisco Catalyst 2950. При этом c трафиком от различных клиентов могут быть проведены следующие манипуляции:
- Трафик может быть разделен с помощью технологии VLAN IEEE 802.1q поддерживаемой оборудованием Catalyst 2950, DSLAM IES-2000, Prestige 782R и Prestige 842.
- Трафик, помеченный метками QoS, может быть классифицирован на 2, 3 и 4 уровнях, после чего к нему может быть применена определенная политика QoS.
- Скорость каждого порта Ethernet может регулироваться с шагом 1 Мбайт/с.
Агрегированный трафик проходит через центральный маршрутизатор. Для клиентов его интерфейсы являются шлюзами в Интернет. Трафик каждого клиента, прошедший через шлюз, учитывается, и данные о нем поступают в биллинговую систему.
В качестве центрального маршрутизатора целесообразно использовать модульные маршрутизаторы повышенной производительности — такие, как Cisco 7204 VXR или 7206VXR — с поддержкой широкого спектра сред передачи данных, горячей замены интерфейсных модулей и дополнительного источника питания. Выбор конкретной модели зависит от ширины канала, предоставляемого провайдером верхнего уровня, и среднего объема потребляемого клиентами трафика.
Сбор информации для тарификации может осуществляться несколькими способами:
- Сбор статистики трафика через VLAN Sub-интерфейсы маршрутизатора. В этом случае трафик от различных абонентов маркируется метками 802.1q и идентифицируется на маршрутизаторе.
- C помощью программного обеспечения, совместимого с Radius (как в случае dial-up подключения). При этом модем Prestige 645 соединяется с маршрутизатором по протоколу PPPoE.
- C помощью протокола SNMP. В этом случае биллинговая система может собирать информацию от объектов, содержащих статистику по переданным кадрам и пакетам
Заключение
Мы рассмотрели одно из наиболее типичных решений по построению мультисервисной сети. На нашем сайте можно найти описания проектов других мультисервисных сетей, реализованных компанией «РОТЕК»-Новосибирск. Это мультисервисная сеть доступа компании «Югра-Телеком» (г. Ханты-Мансийск), построенная по схожему принципу, и областная сеть передачи данных РФ «Электросвязь» Кемеровской области, ориентированная на иные задачи и построенная по технологии TDM.