IP + оптика: интеграция по трем направлениям

В краткосрочной перспективе интеграция IP и оптики позволит устранить операционные и технологические трудности, преодоление которых сегодня связано со значительными расходами как денежных, так и временных ресурсов. Операторы смогут оптимизировать использование систем IP-маршрутизации и оптического транспорта, масштабируя сеть по мере необходимости, а также существенно снизить ежедневные расходы на обслуживание сети.

В долгосрочной перспективе такая интеграция обеспечит гибкость и программируемость, необходимые для реализации парадигмы программно определяемых сетей (SDN). В свою очередь, внедрение SDN выведет на новый уровень эффективность использования сетевых ресурсов, обеспечит инжиниринг трафика в оперативном режиме, позволит динамически адаптировать емкость сети к изменяющимся требованиям, повысит оперативность внедрения и изменения сервисов и приложений. Кроме того, SDN поможет реализовать новые услуги, необходимые для поддержки облачных сервисов, например по взаимодействию публичных и корпоративных центров обработки данных (ЦОД).

Интеграция IP и оптики — многогранный процесс, охватывающий различные системы и технологии. Эксперты Alcatel-Lucent предлагают рассматривать реализацию этого процесса на трех уровнях: в плоскостях распределенного управления (control plane), передачи трафика (data plane), а также в области систем сетевого управления.

ПЛОСКОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Оптический транспорт становится все более гибким, но, чтобы извлечь из этого максимум выгоды, необходима интегрированная плоскость распределенного управления (control plane) для IP и оптики. Первый шаг на пути ее реализации — внедрение технологии Generalized MPLS (GMPLS), которая обеспечит основу конвергентной многоуровневой транспортной сети, оптимизированной для доставки пакетов и предоставления облачных сервисов.

Технология GMPLS появилась в результате эволюции и распространения принципов MPLS на транспортные сети, ориентированные на установление соединений: SDH/SONET, OTN, DWDM. Динамически устанавливая соединения (пути) в много-

уровневых сетях, она позволяет объединить преимущества оптического транспорта и алгоритмов маршрутизации IP. Важным преимуществом GMPLS является стандартизация этой технологии ведущими организациями (IETF, ITU-T), что гарантирует ее работу в мультивендорных сетях.

Благодаря GMPLS в транспортной сети появляется возможность динамически прокладывать маршрут или изменять его на основе данных о загрузке сети и/или параметров соглашения об уровне обслуживания (SLA) для обхода аварийных участков или для направления трафика по оптимальному пути. Через интерфейс GMPLS UNI маршрутизаторы могут динамически запрашивать в транспортной сети пути с поддержкой различных вариантов защиты (обеспечения отказоустойчивости). Схемы защиты и восстановления связи могут действовать на уровне оптического сегмента (например, между интерфейсами UNI-N), IP-сегмента (между маршрутизаторами, или интерфейсами UNI-C) или их комбинации.

Чтобы оценить преимущества гибких схем защиты связи, реализуемых с помощью GMPLS, сравним их с традиционной (для оптического транспорта) схемой 1+1 (SNCP). Мало того, что она требует резервирования (по сути, «заморозки») половины ресурсов сети, но очень часто оказывается неэффективной для обслуживания IP-трафика. Вот лишь несколько примеров.

• Такая схема предполагает один, заранее определенный резервный маршрут, а потому не позволяет учитывать фактическое место аварии. Технология GMPLS дает возможность динамически организовать локальный обход аварийного участка.
• Схема 1+1 позволяет использовать только один резервный путь и восстановить связь только в случае одного сбоя (или аварии), в то время как алгоритмы IP-маршрутизации дают возможность задействовать множество альтернативных путей, защищая от множественных отказов.
• Часто приложения, использующие IP-трафик, допускают кратковременные нарушения связи (потерю небольшого количества пакетов), поэтому вместо резервирования выделенной емкости сети (по схеме 1+1) можно задействовать схемы динамической перемаршрутизации с меньшим уровнем избыточности (N+1/N:1).

Снижая уровень избыточности резервирования при защите трафика, GMPLS позволяет оставить больше сетевых ресурсов для его передачи, что непосредственно дает оператору дополнительный доход. Кроме того, широкий набор опций GMPLS по защите и восстановлению связи позволяет предложить более дифференцированные и привлекательные SLA (см. рис. 1). Например, для наиболее критичного трафика можно задействовать схемы быстрого переключения на зарезервированный путь, а для менее критичного трафика — экономически более привлекательные схемы динамического восстановления.

Рис. 1. Широкий набор опций GMPLS по защите и восстановлению связи дает возможность предложить более дифференцированные SLA

Второй шаг в деле создания интегрированной плоскости распределенного управления — использование интерфейса GMPLS UNI на границе между маршрутизаторами и транспортной сетью (см. рис. 2). Благодаря этому интерфейсу IP-маршрутизаторы могут самостоятельно передавать в нижележащую транспортную инфраструктуру запросы о необходимых ресурсах для передачи трафика. При этом не требуется привлечения обслуживающего персонала, который обычно формирует такие запросы через систему управления сетью.

Рис. 2. GMPLS UNI обеспечивает тесное взаимодействие между уровнем транспорта и маршрутизации

В свою очередь, транспортная сеть через интерфейс GMPLS UNI может информировать IP-маршрутизаторы о различных событиях, что позволит им быть «в курсе» происходящего на уровне транспорта и более эффективно использовать нижележащие ресурсы. Представим, например, ситуацию, когда участок транспортной сети надо временно закрыть на техническое обслуживание. Средства GMPLS UNI позволяют IP-маршрутизаторам заранее получить соответствующую информацию и перестроить маршруты, чтобы избежать деградации обслуживания трафика. Без наличия интегрированной плоскости управления решение этой задачи потребовало бы взаимодействия команд специалистов, отвечающих соответственно за транспорт и маршрутизацию, что вылилось бы в дополнительные временные затраты и могло повлечь за собой возникновение ошибок, связанных с человеческим фактором.

В целом интеграция плоскости управления IP-маршрутизации и оптического транспорта позволит:

• упростить и оптимизировать сложные операции;
• снизить вероятность человеческой ошибки;
• улучшить качество обслуживания и повысить эффективность использования ресурсов.

Наконец, третий шаг — использование преимуществ программно определяемых сетей SDN. Главный плюс технологии SDN в том, что она создает мощный, открытый уровень абстракции, через который различные приложения могут сообщать о своих специфических потребностях непосредственно системе распределенного управления сетевой инфраструктурой. Этот уровень реализуется с помощью контроллера SDN, который сверху, через так называемые северные API, получает «пожелания» приложений, а затем через южные интерфейсы подает вниз сетевой инфраструктуре инструкции для обеспечения надлежащего обслуживания трафика этих приложений.

Основным южным интерфейсом является хорошо стандартизированный протокол OpenFlow, который, в частности, позволяет настраивать списки контроля доступа (ACL) на маршрутизаторах и управлять потоками трафика. Однако это далеко не единственный протокол, используемый в SDN. Так, например, для того чтобы загружать, изменять и удалять настройки различных сетевых устройств, используется протокол для конфигурирования сети NETCONF.

Внедрение протоколов и элементов SDN позволит динамически управлять ресурсами сетевой инфраструктуры и оптимизировать использование ее пропускной способности. Кроме того, с помощью SDN операторы и сервис-провайдеры смогут лучше монетизировать свои сетевые активы, предоставляя их как виртуализованный сервис по облачному принципу (см. рис. 3).

Рис. 3. Переход к динамической, программируемой, интегрированной сети

ПЛОСКОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

В части непосредственной передачи трафика возможно несколько различных вариантов интеграции IP и оптического транспорта, причем каждый из них имеет свои предпочтительные области применения. Специалисты Alcatel-Lucent выделяют три типа решений: интегрированные в маршрутизаторы DWDM-транспондеры, расширение маршрутизаторов с помощью оптических полок и интегрированный пакетно-оптический транспорт. Рассмотрим их более подробно.

Рис. 4. Маршрутизатор с интегрированными транспондерами

Интегрированные в маршрутизаторы DWDM-транспондеры. Решения данного типа можно кратко назвать «IP с DWDM». Наличие в составе IP-маршрутизатора оптического транспондера позволяет ему непосредственно выдавать «цветной» спектральный поток (см. рис. 4). Это избавляет от необходимости использовать транспондер в оптической транспортной системе DWDM. Сами маршрутизаторы, работая «через DWDM», могут обеспечивать связь на гораздо более дальние расстояния по сравнению с ситуацией, когда они осуществляют передачу по «серой» оптике. Кроме того, наличие собственного транспондера дает им информацию о характеристиках оптического транспорта.

Минусом этого подхода является высокая стоимость настраиваемой (tunable) оптики для маршрутизаторов. Кроме того, установка в маршрутизатор транспондеров не позволяет получить решение с высокой плотностью портов. Поэтому по экономическим соображениям этот вариант оправдан лишь при небольшом числе портов.

Рис. 5. Расширение маршрутизаторов с помощью оптических полок (OES)

Расширение маршрутизаторов с помощью оптических полок. Данный вариант экономически привлекателен, когда необходимо большое число высокоскоростных портов 100G, например, в агрегирующих узлах на границе или в ядре сети. В этом случае маршрутизатор просто дополняется оптическими полками расширения с транспондерами (Optical Extension Shelves, OES), а соединения между ним и системой оптического транспорта осуществляется обычными оптическими шнурами (см. рис. 5).

В этом случае логически интегрированная система получается благодаря управляющему интерфейсу (control interface) между маршрутизатором и оптической системой. Обмен служебными сообщениями через этот интерфейс обеспечивает установление соответствия между портами маршрутизатора и системы оптического транспорта. Кроме того, по нему передается другая служебная информация (например, инвентаризационные данные и предупреждения), которая не может быть предоставлена по коммуникационным каналам. Управляющий интерфейс OES обычно используется совместно со стандартным интерфейсом GMPLS UNI и расширяет управляющие возможности.

Интегрированный пакетно-оптический транспорт. Максимальная степень интеграции достигается в решениях, получивших название «пакетно-оптическая транспортная система» (Packet-Optical Transport System, P-OTS). Они представляют собой системы оптического транспорта, дополненные функциональностью маршрутизатора (см. рис. 6). Пример такого решения — предлагаемые компанией Alcatel-Lucent системы Integrated Packet Transport (IPT), суть которых в том, что технология сервисных маршрутизаторов (Service Routing, SR) интегрирована в оборудование оптического транспорта 1830 Photonic Service System (PSS). При этом последнее получает полный набор возможностей и функций Ethernet, транспортного MPLS-TP, а также механизмы обеспечения качества обслуживания QoS.

Рис. 6. Сравнение наложенных IP-сетей и сетей на основе интегрированных узлов P-OTS

По сравнению с традиционными решениями, системы P-OTS предоставляют массу преимуществ, в частности:

• сокращение числа сетевых устройств повышает надежность и снижает расходы на обслуживание;
• благодаря статистическому мультиплексированию трафика на каждом узле P-OTS уменьшается число необходимых оптических волокон и требуется меньше портов на граничных маршрутизаторах при стыковке с другими сетями.

СИСТЕМА СЕТЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Традиционно для работы с оптическим транспортом и IP-сетью использовались разные системы управления и отдельные команды специалистов. Соответственно, если проблема затрагивала оба сетевых домена (транспорт и IP), возникали сложности с ее локализацией. Много времени уходило на согласование действий различных команд и собственно на устранение проблем. Интегрированные решения по сетевому управлению позволяют перейти от фрагментарной работы с отдельными сетевыми доменами к кросс-доменному управлению (см. рис. 7).

Рис. 7. Интегрированные решения по сетевому управлению позволяют перейти от фрагментарной работы с отдельными сетевыми доменами к кросс-доменному управлению

Такие интегрированные (их еще называют конвергентными) системы управления позволяют видеть сразу всю сетевую картину, что сокращает время на выявление проблем их локализации и устранение. Что не менее важно, при использовании таких систем на развертывание новых сервисов требуется уже не несколько дней или даже недель, а несколько часов, иногда и минут. Одной из таких конвергентных систем управления является решение Alcatel-Lucent 5620 Service Aware Manager (SAM), которое обеспечивает единое сетевое и сервисное управление маршрутизаторами и оборудованием оптического транспорта Alcatel-Lucent.

ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Интеграция IP и оптического транспорта — это многогранный процесс, который оказывает ключевое влияние на эволюцию сети. Трудно переоценить потенциал такой интеграции в части снижения стоимости сети и сложности ее эксплуатации. Переход от эксплуатации отдельно уровня оптического транспорта и уровня IP к интегрированному обслуживанию многоуровневой сети позволит значительно повысить эффективность сети. Такая интеграция даст возможность операторам более экономично передавать и защищать трафик, а также восстанавливать связь в случае аварии.

С переходом на решения All-IP и облачные сервисы все больше операторов и сервис-провайдеров рассматривают интеграцию IP-маршрутизации и оптического транспорта как важнейший шаг для осуществления новых бизнес-задач. Помимо сокращения затрат и сложности сети, такая интеграция дает дополнительные преимущества в части повышения надежности, производительности и внедрения инновационных сервисов.

Семен Коган — руководитель отдела подготовки оптических транспортных решений и технических предложений Alcatel-Lucent в России и СНГ.