Сценарии развития транспортной инфраструктуры оператора

Операторы связи все более тесно конкурируют друг с другом, увеличиваются объемы предлагаемых услуг, при этом меняется их структура, ресурсоемкость и технологические основы. На этом фоне оператору особенно важно найти оптимальный путь миграции своей транспортной инфраструктуры, чтобы адекватно отвечать на запросы своих клиентов.

Тенденции рынка

Требования, предъявляемые потребителями к услугам связи, претерпевают качественные изменения.

Со стороны бизнес-пользователей имеется спрос на критически-важные для функционирования предприятия услуги, такие как высокоскоростные Виртуальные Частные Сети (VPNs), отвечающие требованиям по надежности и непрерывности бизнеса, услуги поддержки электронной коммерции бизнес-для-бизнеса или бизнес-для-пользователя, мобильный доступ WiFi и 3G, VoIP, IP видеоконференцсвязь.

Бизнес хочет эти услуги получать в форме менее сложных, менее фрагментированных и менее дорогих коммуникационных решений.

Индивидуальные потребители заинтересованы в таких услугах как высокоскоростной доступ в Интернет, видео трансляции, видео по запросу (VoD), удаленная работа (teleworking), видеоконференции, он-лайн игры, мобильные услуги 3G. Они также хотят эти сервисы получать простыми, более гибкими и более персонализованными способами.

Операторы движутся навстречу своим клиентам. Они также заинтересованы в развитии услуг и сетей. Стремясь к увеличению доходности они предлагают все больше новых услуг.

В результате количество и разнообразие трафика в операторской сети никогда еще не было таким большим или не росло так быстро.

Транспортная сеть оператора

В традиционных операторских сетях предлагаемые услуги были очень тесно привязаны к инфраструктуре их обеспечивающей, т.е. Выделенные линии TDM предлагались поверх TDM/PDH или SDH сети, FR предлагался поверх FR/ATM сетей.

Концепция NGN подразумевает отделение транспортного уровня от уровня услуг. Транспортный уровень обеспечивает единую технологическую основу для передачи трафика различных сетевых служб. Он является уровнем отделяющим высокоуровневые узлы коммутации, сервисные платформы и инфраструктуру ВОЛС. Это позволяет виртуализировать соединения между этими узлами (т.е. обеспечивать логическую полносвязность поверх кольцевых топологий), одновременно делая более эффективным использование оптоволоконных ресурсов и узлов коммутации (т.е. пропуская транзитный трафик на нижнем уровне). Транспортный уровень позволяет защитить эти соединения в случае отказов. Он обеспечивает инструменты быстрой изоляции ошибок через сложные виртуальные соединения между маршрутизаторами, которые часто проходят через несколько операторских сетей и большие расстояния.

В этом контексте требования к транспортному уровню следующие:

• поддержка транспорта всех типов сетевых служб;
• дифференциация/изоляция сетевых служб;
• масштабируемость;
• наличие механизмов быстрого самовосстановления сети, делающие отказы в сети невидимыми («прозрачными») для пользователей;
• поддержка средств OAM (Operations, Administration and Maintenance — эксплуатация, администрирование и сопровождение) для диагностики, локализации проблем, мониторинга производительности, в том числе в контексте SLA: измерение уровня потерь, задержек и джиттера.

Дополнительно развивая новую транспортную архитектуру операторы стремяться обеспечить:

• Простоту, означающую снижение капитальных (CAPEX) и эксплуатационных (OPEX) затрат.
• Соответствие ожиданиям пользователей в терминах полосы и QoS.
• Архитектурная гибкость и инвестиционную защищенность.
• Сохранить инвестиции в уже имеющуюся (наследованную) транспортную архитектуру.

Ethernet хорошо приспособлен для переноса IP трафика, являющегося основой коммуникационных служб нового поколения и, более того, в региональных (metro) сетях пользуются спросом услуги соединения пользовательских сайтов на Ethernet уровне. Metro Ethernet Forum описал и стандартизировал эти услуги как операторские службы Ethernet E-Line, E-LAN и E-Tree.

Однако, чтобы транспорт этих служб поверх Ethernet отвечал требованиям операторов, предъявляемым к транспортной сети, необходимо применение решений по «улучшению» Ethernet до уровня технологии операторского класса.

К настоящему времени разработано множество механизмов и сценариев (как стандартизованных, так и фирменных) по «улучшению» Ethernet и снабжению его необходимыми свойствами и функциональностью, как стандартизованных, так и находящихся в процессе стандартизации.

Простейшие подходы, которые уже широко применяются — Ethernet поверх SDH или WDM (CWDM/DWDM). Эти решения снабжают Ethernet транспорт функциями быстрого (в пределах 50 мс) самовосстановления сети и механизмами OAM за счет переноса этих функций с уровня Ethernet на уровень SDH или WDM. Существующие и широко реализованные в оборудовании Ethernet стандарты IEEE 802.1Q и 802.1ad (Q-in-Q) обеспечивают транспорт и изоляцию служб E-Line и E-LAN. Также, учитывая, что операторы не будут в одночасье отказываться от своей наследованной транспортной инфраструктуры, WDM или NG SDH могут быть основой для интеграции нового и существующего транспорта. В силу ограниченной масштабируемости данный подход применим в небольших региональных сетях или в сетях агрегации.

Рассмотрим их по-порядку.

IP/MPLS

Многопротокольная коммутация меток (Multiprotocol Label Switching,MPLS) была изначально разработана IETF для того, чтобы решить проблему производительности магистральных IP маршрутизаторов. Эта технология стала основным методом передачи трафика IP по операторским магистралям: пограничные маршрутизаторы меток (Label Edge Routers, LER) снабжают пакеты специальной маркировкой (метками) для передачи данных к месту назначения по заранее проложенным коммутируемым маршрутам (Label-Switched Path, LSP) с определенным классом услуг. Туннелирование MPLS позволяет создавать виртуальные частные сети (Virtual Private Network, VPN) на третьем (IP VPN) или втором уровнях модели OSI (службы виртуальных частных локальных сетей — Virtual Private LAN Services, VPLS) и эмулировать псевдолинии для инкапсуляции различных служб на основе соединений точка-точка. Такие расширения, как быстрая ремаршрутизация MPLS (Fast ReRoute, FRR), обеспечивают высокую готовность и короткое время переключения после отказа (как и в случае SDH, в пределах 50 мс). Методы LSP Ping или LSP Traceroute облегчают управление MPLS, обеспечивая механизмы OAM. Если продвижение данных в MPLS реализовано через механизм коммутации меток, то для прокладки LSP используются различные механизмы и протоколы IP стека: протоколы маршрутизации (OSPF, IS-IS), регулирования трафика (OSPF-TE, IS-IS-TE), распределения меток (LDP), поддержки QoS (RSVP-TE).

Таким образом, IP/MPLS — мощная магистральная сетевая стратегия, обеспечивающая конвергенцию, но для многих операторов реализация этой технологии, в действительности более сложная, чем им хотелось бы, требующая больше эксплуатационных навыков, ресурсов для управления, контроля и обслуживания. Эта сложность, естественно, отражается и на стоимости IP/MPLS оборудования.

Многие операторы заявляют, что сегодняшние IP и IP/MPLS сети будут дорогими, особенно в терминах OPEX, если они будут масштабироваться от магистрали в сторону metro сетей для обеспечения высокого объема требований от новых приложений.

Помимо экономических аргументов есть еще и организационные соображения.

Говоря о концепции транспортной сети, важно понимать, что проблемы стоящие перед операторами при эксплуатации сети в меньшей степени зависят от выбора технологии и в большей от рабочих процессов и процедур для подключения услуг и управления ими. Большинство из этих процессов были разработаны для работы с SDH транспортом, и за много лет был накоплен значительный организационный опыт.

Внедрение новых пакетных технологий создает определенные трудности при адаптации их под существующие процессы. Например, IP/MPLS по сути не ориентированная на соединения технология, так как решения о продвижении принимается в сети, а не на основе предварительного инжиниринга. Сложность конфигурации означает, что более высоко профессиональные техники и инженеры необходимы для обслуживания такой сети. Это часто приводит к созданию у оператора отдельных производственных подразделений по обслуживанию пакетных сетей с наработкой новых рабочих навыков и процессов по управлению услугами. Однако, это может приводить к организационным барьерам при реализации единого решения NGN.

Применяя подход на основе ориентированной на соединения сети, обслуживаемой и контролируемой системой управления, которые с точки зрения эксплуатации во многом сходны с существующими SDH сетями, оператор может использовать все наработанные у него рабочие процедуры для обслуживания новой транспортной инфраструктуры без внесения организационных изменений.

Такие подходы предложены в технологиях рассматриваемых далее.

T-MPLS

T-MPLS была стандартизирована ITU-T и основана на ключевых архитектурных принципах телекоммуникационных сетей. T-MPLS следует тем же самым архитектурным, управленческим и эксплуатационным моделям, что и сегодняшние, основанные на коммутации каналов транспортные сети. Поэтому для многих операторов она может рассматриваться как оптимальный эволюционный путь перехода к основанной на пакетах будущей транспортной инфраструктуре.

Основу T-MPLS составляют три стандарта:

• G.8110.1: Архитектура T-MPLS уровня.
• G.8112: Интерфейсы T-MPLS иерархии (TMH).
• G.8121: Характеристики функциональных блоков MPLS оборудования.

T-MPLS не использует протоколы маршрутизации и сигнализации для установки LSP и полагается на регулирование трафика через использование центральной системы сетевого управления, подобно сегодняшним SDH сетям. Это дает максимальный контроль использования сетевых ресурсов.

Множество функций MPLS, относящихся к IP было удалено, чтобы гарантировать из конца в конец целостность OAM пакетов используемых для мониторинга и защитного переключения. Были удалены следующие функции:

• Выталкивание метки на предпоследнем узле (Penultimate Hop Popping — PHP) -в результате последнее соединение в маршруте LSP основано на IP, а не на MPLS для снижения нагрузки на маршрутизатор. В этом случае OAM становится более сложным и даже невозможным, т.к. значение MPLS метки теряется.
• Слияние LSP , когда весь трафик, посылаемый в одном направлении, может использовать одну и ту же метку. Это опять же противоречит ориентированной на соединения архитектуре, т.к. при этом затрудняется определение источника трафика, возникают проблемы с OAM и мониторингом производительности (PM).
• Множественные маршруты равной стоимости (Equal Cost Multiple Path — ECMP) — что позволяет трафику внутри одного LSP передаваться поверх нескольких путей. Это усложняет обработку IP заголовков и MPLS меток и усложняет, также, механизмы OAM и PM.

Еще одно важное отличие — использование двунаправленных LSP. В то время, как MPLS LSP — однонаправленные, транспортные сети обслуживают двунаправленные соединения, поэтому T-MPLS работает с парами прямых и обратных LSP следующих через одни и те же узлы и соединения.

T-MPLS использует OAM методологию на основе ITU-T Y.1711 но с расширениями заимствованными из ITU-T Y.1731 и IEEE 802.1ag. С этими расширениями, может быть выполнен мониторинг производительности для определения проблем и инициирования защитного переключения к резервированному из конца в конец LSP. Этот защитный механизм определен в ITU-T G.8131/Y.1382 (линейная защитная коммутация T-MPLS с опциями 1+1, 1:1 и 1:N) и G.8132/Y.1383 (кольцевая защитная коммутация T-MPLS).

Защитный механизм существенно отличается от существующей в MPLS быстрой перемаршрутизации, так как он основан на двунаправленном LSP из конца в конец, а не на защите на уровне соединений. MPLS FRR также требует функциональности слияния LSP, которая удалена из T-MPLS.

Надо отметить, что несмотря на то, что базовые стандарты для T-MPLS уже приняты, тем не менее работа по их развитию и расширению продолжается и включает такие аспекты как транспорт различной клиентской полезной нагрузки (в т.ч. и самого T-MPLS), совместимость и межсетевое взаимодействие, протоколы OAM и пр.

Отметим, что использование Ethernet на канальном уровне не является обязательным атрибутом ни IP/MPLS, ни T-MPLS.

Напротив, следующая технология основана исключительно на стандартах Ethernet.

PBT

Технология «Операторского транспорта в опорной сети» или PBT (Provider Backbone Transport) была предложена компанией Nortel как решение для пакетного транспорта на основе Ethernet. Данная технология находится в процессе стандартизации в IEEE, где рассматривается рабочей группой IEEE 802.1Qay под названием PBB-TE (Provider Backbone Bridge Support for Traffic Engineering — мост опорных операторских сетей с регулированием трафика).

PBT основывается на стандартe IEEE 802.1ah PBB (Provider Backbone Bridge — операторский мост опорной сети) известный как MAC-in-MAC, и имеет с ним одинаковый формат кадра, инкапсулирующий стандартный IEEE 802.1ad (Q-in-Q) пакет с уникальными в опорной сети адресами Backbone-MAC (B-MAC).

PBT отказывается от присущих обычному (классическому) Ethernet функций: широковещательная рассылка, обучение MAC и устранение петель (через STP).

Вместо продвижения пакетов на основе автоматических механизмов Ethernet, PBT предусматривает конфигурацию прямых соединений явным образом. Создание рабочих и резервных маршрутов переносится на уровень управления сетью.

Коммутаторы PBT передают кадры в зависимости от значения пары B-MAC-адрес назначения и тег Backbone VLAN (B-VID). B-VID служит для идентификации маршрута к пункту назначения, что позволяет строить множество маршрутов между заданными конечными точками (т.е. создавать резервные маршруты), а сам тег B-VID больше не является глобальным в сети PBT. При этом допускается, что один диапазон VID на сети может служить для организации мостов, другой — для установления соединений PBT. Идентификация сервисов передаваемых по проложенному маршруту обеспечивается 24-битным полем I-SID в кадре 802.1ah.

PBT использует стандарт IEEE 802.1ag для функций OAM и переключения на резервный маршрут.

PBT идеально приспособлена для транспорта Ethernet служб (что естественно). Однако, для транспорта других (не Ethernet) служб предлагается использовать все те же псевдолинии на основе MPLS, T-MPLS . Рассматривается также вариант использования тега I-SID, как альтернативы метки псевдолинии.

Перспективы

Механизмы автоматического изучения в Ethernet и установка маршрутизируемого маршрута коммутации меток MPLS не допускают прямого контроля потоков трафика через сеть. Обе T-MPLS и PBT направлены на обход этой автоматической конфигурации для привнесения регулирования трафика к сети следующего поколения. Одно важное преимущество регулирования трафика — способность эффективно преодолевать отказы. Допуская возможность предварительной настройки резервного маршрута через сеть, T-MPLS и PBT значительно совершенствуют процесс восстановления и 50 мсек время обработки отказа становиться возможным для пакетных сетей. Это делает прозрачными к отказам чувствительные ко времени службы, такие как VoIP и IPTV и помогает улучшить удовлетворенность пользователей.

PBT и T-MPLS обе расширяют возможности регулирования трафика Ethernet похожим образом. Более точно, PBT отменяет механизмы автоматического обучения в плоскости управления Ethernet, так что операторы могут управлять маршрутами трафика напрямую. T-MPLS достигает того же путем убирая плоскость управления из традиционного MPLS. В обоих случаях, функции настройки и обеспечения перемещаются на уровень управления сетью.

Большинство операторов имеют в той или иной форме опыт работы с Ethernet. С этой точки зрения, даже использование упрощенной версии MPLS , каким является T-MPLS требует значительно большего обучения по сравнению с PBT. Но для оператора, который уже эксплуатирует MPLS сеть на своей магистрали, выбор T-MPLS будет более естественным.

Несмотря на подкупающую простоту PBT, ее успех во многом зависит от того, как быстро будет продвигаться работа в области стандартизации и как быстро PBT решит ряд проблем, в частности, касающихся транспорта не Ethernet трафика, которые в рамках архитектуры MPLS/T-MPLS уже решены.