В условиях кризиса на рынке и возрастающих запросов потребителей эволюция сетей дальней связи заслуживает пристального внимания.

Для пользователей сетевых услуг есть новости хорошие и плохие. Начать с хорошей? Цены на пропускную способность падают. Что же касается плохой, то придется повториться — цены на пропускную способность падают. «В течение последних полутора лет услуги операторов связи подешевели на 30-50%», — сообщает Сет Либби, аналитик по оптовым услугам связи из компании Yankee Group. Пользователи оказались в затруднительном положении. С одной стороны, никто по своей воле не откажется от более низких цен; с другой — поскольку цены продолжают снижаться, то они увлекают за собой в бездну и операторов. В результате пользователям приходится с большей тщательностью подходить к выбору поставщиков, отделяя надежных от несостоятельных.

Начинать, конечно, всегда следует с изучения данных о доходах, однако более полную картину можно получить из информации о том, какие технологии операторы используют для снижения стоимости услуг и обеспечения прибыльности. Какие технологии наиболее перспективны с точки зрения совершенствования магистральной сети общего доступа? Насколько они проработаны? И какие из них в настоящее время внедряются?

Чтобы ответить на поставленные вопросы, мы провели опрос наиболее известных архитекторов сетей из крупнейших компаний по предоставлению услуг дальней связи, таких, как AT&T, Sprint, Worldcom и Cable&Wireless (C&W). Среди этих выдающихся личностей — д-р Вильям Лейтон, вице-президент AT&T по вопросам предоставления услуг IP и развития сети; Фред Харрис, вице-президент, ответственный за исследовательское направление в компании Sprint, архитектор и дизайнер; Джек Виммер, вице-президент по сетевой архитектуре и передовым технологиям компании Worldcom; а также представители компании C&W — Дэв Гарбин, заместитель директора по стратегическому сетевому планированию, и Крис Лильенстолп, заместитель директора по сетевым технологиям. Все перечисленные компании, за исключением Sprint, оценили технологию совершенствования базовой сети по степени значимости и завершенности (см. Таблицу). Sprint предоставила информацию в юмористической форме, но она здесь не представлена из-за печальных событий в Нью-Йорке и Вашингтоне в сентябре 2001 г.

ТЕХНОЛОГИЯ УСПЕХА

Мы представляем мнения нескольких реально оценивающих ситуацию специалистов: отдавая дань рекламе и внешним атрибутам, они все же делают ставку в основном на те продукты, которые позволяют решать конкретные проблемы. По словам Лильенстолпа, массовое снижение цен на рынке пропускной способности указывает на то, что операторы связи больше не выбирают технологию ради самой технологии, а делают это ради повышения своей конкурентоспособности. «Нас очень часто просят изыскать новые пути для снижения цен и предоставления новых услуг», — поясняет он.

Поиск новых услуг, которые могли бы принести доход, ведется повсеместно. Технология передачи голоса по IP (VoIP) стала неотъемлемой частью этих изысканий, а протокол инициирования сеанса связи (Session Initiation Protocol, SIP), стандарт IETF на VoIP, получил хорошие отзывы в отношении значимости и завершенности. Операторы также ищут пути совершенствования IP с помощью технологии многопротокольной коммутации меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS), которую все четыре архитектора рассматривают в качестве бесспорного фаворита. Однако до того, как данный протокол будет реально поддерживать услуги операторского класса, IP и маршрутизацию IP потребуется доработать.

Между тем операторы снижают цены. Высоким спросом пользуется технология передачи на небольшие расстояния по волоконно-оптическим линиям (Very Short Reach optics, VSR), поскольку она позволяет снизить цены на интерфейс в пределах телефонных узлов. Виммер рассматривает также технологию сверхдальней передачи по волоконно-оптической магистрали (Ultra Long Haul, ULH) как краеугольную для формирования нового бизнеса по причине отсутствия в ней дорогостоящей регенерации сигнала. Лейтон, Гарбин и Лильенстолп полагают, что данная технология, безусловно, интересна, но не столь важна для предоставления услуг.

НОВЫЕ УСЛУГИ

Поскольку технология IP постоянно совершенствуется, архитекторы сетей надеются на предоставление с ее помощью широкого спектра быстро организуемых услуг. Лейтон проводит аналогию с предприятиями по доставке пиццы. При наличии соответствующей инфраструктуры небольшая частная пиццерия сможет оптимизировать учет и процесс заказа за счет доставки по расписанию. Заказчики смогут в интерактивном режиме посетить «торговые точки по продаже пиццы» и выбрать поставщика. После того как сделан выбор, высоконадежная частная виртуальная сеть будет автоматически организована через Internet, связав систему заказов этой закусочной с системой закупок поставщика. Как только запасы пиццы исчерпаны, дополнительный запас пополняется автоматически.

С первого взгляда рисуемая Лейтоном перспектива выглядит фантастической, но это не совсем так. Оформление заказов в режиме реального времени через защищенный канал — одна из пяти новых услуг, которыми предприятия смогут воспользоваться в ближайшем будущем. На самом нижнем уровне услуги Extranet позволят офисам, удаленным пользователям и бизнес-партнерам устанавливать надежное соединение через Internet. «Сегодня при поддержке крупномасштабных сетей Extranet очень много времени уходит на конфигурацию сложной структуры туннелей между офисами», — говорит Джеймс Пульц, вице-президент и директор по исследованиям в области корпоративных сетевых технологий консалтинговой компании Gartner Group.

Поэтому провайдеры пытаются упростить процедуру создания VPN. Пульц предупреждает, что следующим этапом станет конвергенция сетевых услуг. Объединяя голос и данные, провайдеры могут предложить корпоративные услуги по более низкой цене и с лучшими функциональными возможностями. В качестве примера можно назвать центры обработки вызовов на базе Web и поддержку мультимедийных конференций. Эти услуги будут стимулировать реализацию широкополосного доступа на базе беспроводных и кабельных сетей с целью увеличения производительности сети для предоставления дополнительных функциональных возможностей и приложений.

С расширением доступа предоставление более развитых сетевых услуг станет нормой. Новое поколение услуг Internet сможет обеспечить повсеместный доступ с гарантиями качества, сравнимого с надежностью технологий frame relay и ATM.

В результате операторы связи смогут наделять сети общего доступа функциональными возможностями корпоративного уровня. Виртуальные центры обработки вызовов, например, возьмут на себя ответственность за создание реальных центров обработки вызовов, без непосредственного участия заказчика. Благодаря достаточному уровню интеллектуальности сети общего доступа, обслуживающий персонал телефонной станции сумеет получать и обрабатывать входящие звонки по всему миру с такой же легкостью, как если бы абоненты находились в той же комнате. Точно так же, внедряя передовые функциональные средства УАТС в своих сетях, заказчики смогут избежать оплаты за обслуживание и модернизацию собственных телефонных коммутаторов.

Пульц рассматривает перспективные услуги на уровнях выше транспортного, включая услуги аренды и эксплуатации в режиме аутсорсинга инфраструктуры и программного обеспечения (Application Service Provisioning, ASP), а также услуги по предоставлению контента. Кроме того, без внимания не остались и услуги для распределенной сети. Как считает Пульц, любая постоянно оказываемая услуга в центре обработки данных — отличный шанс для операторов связи. Конечно, все это предлагается в пакете с профессиональными и управляемыми услугами для повышения их привлекательности.

Какова же судьба интересующих всех частных сетей, которые свяжут компании посредством выделенных оптических волн? «Я думаю, оптические виртуальные частные сети предназначены для тех, у кого есть масса свободного времени и кто готов делать все собственными руками, — полагает Харрис. — Вряд ли у нас когда-либо будет заказчик, который попросит о такого рода услуге».

Мнение Гарбина относительно других часто предлагаемых услуг, а именно динамической конфигурации сети, во многом схоже. Ссылаясь, в частности, на протокол обобщенной многопротокольной коммутации меток (Generalized Multiprotocol Label Switching, GMPLS), поставщики нередко рисуют перспективу, когда заказчик запрашивает канал, а сеть оператора автоматически его предоставляет. «Мы не верим, что сети операторского класса будут реконфигурироваться на лету», — замечает Гарбин.

ГОЛОС ПОВЕРХ IP

Предоставление подобных «чудо»-услуг не может состояться без соответствующей инфраструктуры прикладного уровня. Поэтому операторы очень важным считают внедрение так называемых программных коммутаторов (softswitch), в частности протокола инициирования сеанса связи SIP (стандарт IETF). Простота и схожесть этого протокола с Web облегчают разработку приложений (иначе говоря, «создание услуг» на языке связистов).

«Программные коммутаторы должны способствовать решению проблем, считающихся камнем преткновения в нашей отрасли, — это организация интеллектуальных сетей и создание услуг, — напоминает Харрис. — В случае SIP обе задачи решаются более успешно по сравнению с тем, что предоставляет технология мультиплексирования с разделением по времени (Time Division Multiplexing, TDM)».

По всей видимости, единственная сложность, которую предстоит преодолеть, — определить способ внедрения протокола SIP. В компании Sprint полагают, что SIP может быть использован как для поддержки обыкновенных услуг передачи голоса, так и для расширенных услуг. «Мы исходим из того, что стоимость VoIP будет составлять лишь малую часть стоимости технологии TDM», — замечает Харрис.

Однако Виммер с этим не согласен, обращая внимание на реальную окупаемость сетей передачи голоса и на ожидаемое снижение цен на новые коммутаторы максимум на 40% за два года.

«Я надеюсь, что компания Worldcom сохранит эту позицию», — говорит он. Он указывает, что цена коммутатора четвертого или пятого класса, например модели 5ESS компании Lucent Technologies, несопоставима с ценой программного коммутатора, даже с учетом снижения цен. «Не далее чем через полтора года будут доступны программные маршрутизаторы четвертого и пятого класса, позволяющие осуществлять прямое соединение с Internet и управлять голосом и данными», — полагает Виммер.

Пользователям сетевых услуг скоро станут доступны новые услуги на базе SIP. Так, компании AT&T и C&W в короткие сроки запустили услуги VoIP. И хотя они еще не предоставляют развитых функций SIP, это определенный этап эволюции данного вида сервиса. К концу 2002 г. Харрис ожидает, что и его компания Sprint начнет предоставлять некоторые виды услуг SIP.

КРУГ ПРОБЛЕМ

Услугам VoIP операторского уровня требуется протокол IP соответствующего уровня, а это непросто осуществить. Некоторые проблемы IP, например отсутствие таких возможностей, как качество обслуживания, а также регулирование трафика, хорошо известны; в некоторых случаях они решаются с помощью MPLS в связке с QoS (см. статью «Оптические стандарты» в октябрьском номере «Журнал сетевых решений/LAN» за 2001 г.). Однако этим круг проблем не ограничивается.

Труднее всего обеспечить надежность и масштабируемость маршрутизатора. Поставщики этих устройств пытаются убедить покупателей, что продукты старшего класса, например Cisco Systems 12000, отвечают требованиям операторов связи, обладая соответствующими характеристиками.

Однако, как говорится, истина превыше всего. Как отмечалось в статье «Терабитные маршрутизаторы» (см. апрельский номер «Журнал сетевых решений/LAN» за 2000 г.), термин «маршрутизатор класса оператора» употребляется не совсем точно. «Современные маршрутизаторы — устройства операторского класса прежде всего в смысле масштабируемости, но не надежности», — заявляет Харрис. Он указывает на телефонные сети, объясняя, что ему нужен маршрутизатор, который никогда не допустит «ни единой заминки», если он предназначен для передачи голоса либо оказания других критичных услуг поверх IP. Маршрутизаторы не обеспечивают должной надежности; потеря модуля расширения или процессора приводит к прекращению работы.

Даже в избыточной конфигурации современные маршрутизаторы не отвечают поставленным задачам. Отказы микросхем, например, могут привести к перезагрузке или, как минимум, вызвать некоторый простой при переключении на другую плату. Обычно это означает рестарт механизма Border Gateway Protocol (BGP), что влечет за собой целую цепь событий. Когда соседние маршрутизаторы обнаруживают, что маршрутизатор BGP отказал, они заново вычисляют маршруты, генерируя их обновления, которые могут рассылаться во множество доменов маршрутизации (данное явление называется «биение маршрутов»). Все это приводит к различным трудноразрешимым проблемам маршрутизации: появлению «черных дыр», когда пакеты просто теряются, либо зацикливанию при образовании временных петель в маршруте. Биение маршрутов потребляет дополнительные ресурсы маршрутизаторов, снижая общую производительность сети.

IETF в настоящее время работает над решением проблем BGP. Проект документа Internet «Механизм мягкого рестарта для BGP» предлагает способ минимизации негативных последствий процедуры рестарта BGP. Он определяет новую функцию протокола BGP под названием Gracetul Restart для сохранения информации о продвижении пакетов при рестарте другого маршрутизатора, а также процедуры временного сохранения информации о маршрутах, пока вновь запускается транспортный протокол TCP.

Однако существует гораздо более серьезная проблема, связанная с передачей информации по протоколу IP. «Каким образом вы проектируете, а затем тестируете программное обеспечение, содержащее миллиарды строк кода?» — интересуется Питер Чедвик, вице-президент маркетингового отдела компании Avici Systems. «Отрасль, занимающаяся передачей голоса, очень внимательно относится к параметрам качества, о чем в случае Internet говорить не имеет смысла», — указывает он.

Далеко не все в отрасли придерживаются мнения Харриса о том, что в отношении пропускной способности маршрутизаторы масштабируемы. Дело не только в количестве портов. Несколько поставщиков маршрутизаторов — Cisco, Juniper, Avici и Pluris — предлагают устройства с терабитной производительностью. Некоторые производители, такие, как Hyperchip и Ilotron, работают даже над петабитными маршрутизаторами.

Однако реальный вопрос касается не столько скорости и количества портов маршрутизатора, сколько его масштабируемости, т. е. плотности портов. «При добавлении маршрутизаторов мне приходилось больше средств тратить на интерфейсы, поэтому в итоге я отказался от наращивания внешней емкости», — объясняет Гарбин. К Avici это не относится, в отличие от Cisco 12000.

Наконец, проблема ограниченности адресного пространства IP. Нуждаясь в дополнительном адресном пространстве, провайдеры беспроводной связи третьего поколения (3G) и японские операторы оказывают все возрастающее давление на провайдеров базовой сети, требуя от них предоставления услуг IPv6, тем самым способствуя переходу к следующему поколению IP — IPv6. Однако в настоящее время поставщики маршрутизаторов реализовали IPv6 лишь в корпоративной версии кода маршрутизации. Те, кто решит довериться этим продуктам, скорее всего совершат ошибку. «Мы потратили впустую слишком много времени в тщетных попытках приспособить код маршрутизации уровня корпоративной версии для нашей сети», — сожалеет Гарбин.

СНИЖЕНИЕ ЦЕН

Изыскивая новые способы получения доходов, операторы идут на снижение цен. Несколько лет назад транспорт был основным резервом снижения стоимости. Хотя операторы все еще стараются использовать пропускную способность более эффективно, появление технологии плотного спектрального мультиплексирования (DWDM) значительно изменило модель затрат. В настоящее время операторы вкладывают деньги в телефонные узлы. По оценкам Виммера, Worldcom тратит на телефонные узлы до 60% средств от стоимости линий.

Снижение стоимости инфраструктуры подразумевает избавление от избыточных устройств и удешевление оборудования. Сети операторов сегодня строятся на нескольких уровнях, каждый из которых добавляет свою долю в общую стоимость и сложность. В основе лежат оптическая инфраструктура, волокно и оборудование для мультиплексирования, а поверх всего этого SONET/SDH обеспечивает восстановление и разделение пропускной способности по длине волны. Выше SONET/SDH находится уровень управления для регулирования трафика, что обычно обеспечивается технологией ATM, но все бо?льшая роль отводится MPLS. Провайдеры используют один из этих двух протоколов для направления трафика через свои сети. Выше ATM и MPLS располагаются протоколы передачи информации, т. е. обычно Ethernet или frame relay, внутри которых транспортируется IP. Конечно, в области передачи голоса картина несколько иная, поскольку она опирается непосредственно на SONET/SDH (см. Рисунок).

Взаимодействие протоколов

Стеки транспортных протоколов. Поскольку операторы в течение последующих полутора лет собираются модернизировать свои магистральные сети, а расширенные услуги передачи голоса становятся доступными по IP, роль технологии ATM снижается, открывая дорогу IP-ориентированной технологии MPLS, а SONET/SDH встраивается в маршрутизаторы, позволяя отказаться от оборудования SONET/SDH.

Фактически операторы обычно разделяют эти услуги между различными сетями. Например, компания Worldcom имеет три сети передачи данных. Одна сеть работает по протоколу IP и в настоящее время переводится на MPLS, вторая передает кадры поверх MPLS, а третья — кадры поверх ATM.

Сети завтрашнего дня по своей архитектуре будут проще. Хотя операторы избегают использовать так называемые «решения в одной коробке», когда коммутация ATM и frame relay, мультиплексор ввода/вывода (Add-Drop Multiplexing, ADM), цифровые кроссы (Digital Access Cross-Connect System, DACS) и маршрутизация реализуются в одном устройстве. Они ищут другие способы консолидации.

Архитекторы сетей, наши собеседники, не уверены, появится ли консолидация ADM и DACS в сетях SONET/SDH. Трое из них убеждены, что основным магистральным протоколом станет IP с применением MPLS, а ATM и frame relay при этом будут транспортироваться как услуги. Виммер, однако, сомневается, что использование frame relay или ATM поверх единой сети MPLS окупится: «Эти сети очень велики, и вовсе не очевидно, что в будущем вы получите экономию, обусловленную ростом масштабов сети».

Отказ от ATM в качестве транспортного протокола помимо упрощения дает и другие преимущества. Сегодня интерфейсы ATM ограничены. Однако решения с применением маршрутизаторов с интерфейсами до 10 Гбит/с (OC-192) встречаются довольно часто, а в следующем году планируется довести быстродействие портов до 40 Гбит/с (OC-768). Из-за того, что ATM фрагментирует пакеты IP, накладные расходы составляют 20% — так называемый «налог на ячейки». С падением цен на пропускную способность в Америке эти потери могут быть и не столь уж существенны, однако подобные расходы препятствуют эффективной интеграции национальной американской и глобальных сетей. Гарбин, например, указывает, что C&W не может использовать ATM для совместного регулирования трафика своей национальной и глобальной сетей: пропускная способность международных каналов столь дорога, что тратить ее впустую — непозволительная роскошь. С технологией MPLS подобных проблем не существует.

Каковы будут масштабы внедрения MPLS — вопрос дискуссионный. Это скорее комплект протоколов, а не отдельный протокол, и в IETF сегодня рассматриваются десятки стандартов или проектов, связанных с технологией MPLS. В связи с этим некоторые создатели MPLS задумываются, не стал ли протокол слишком сложным.

Участники нашего опроса в отношении данной темы были единодушны. «Проблема MPLS заключается в наличии чересчур большого числа механизмов, которые возможно привести в действие», — рассуждает Гарбин. Чтобы строить устойчивые сети, он предлагает ограничить поддерживаемые MPLS функции до простого набора. Сюда относятся регулирование трафика, по возможности без излишних «бантиков» наподобие динамического регулирования, благодаря которому сети могут конфигурировать себя сами, и такая функция MPLS, как FastReroute, обеспечивающая быструю локализацию неисправностей.

Операторы стараются сделать свои сети менее сложными, а также изыскивают возможность снизить цену, отказавшись от дорогого оптико-электрического преобразования. Виммер приводит статистические данные о поставщиках, которые заявляют, что стоимость портов на базе оптических компонентов составляет от 60 до 70% от стоимости маршрутизатора, причем большая часть этой суммы приходится на оптику. Цена интерфейса OC-192 ориентировочно составляет 100 тыс. долларов, в то время как OC-48 стоит 40 тыс. долларов. Сокращение числа или даже полный отказ от таких интерфейсов станет существенным фактором для выпуска менее дорогих оптических систем.

Для телефонных узлов это означает внедрение оптики VSR. Компании, продающие оборудование VSR, заявляют о снижении общей стоимости соединений на линиях OC-192 по крайней мере на 40%, за счет применения более дешевых и менее энергоемких лазеров и волокна более низкого качества. Они могут использовать относительно недорогие дешевые компоненты, поскольку их протяженность ограничена расстоянием от 300 до 600 м, в соответствии со спецификацией интерфейса VSR форума взаимодействия оптических систем (Optical Internetworking Forum, OIF).

Полностью оптические коммутаторы эксплуатируют ту же идею. Отказ от оптико-электрических преобразований теоретически может значительно снизить стоимость маршрутизаторов. Тогда, установив полностью оптические коммутаторы в ядро сети, операторам не требовалось бы преобразовывать оптический сигнал в электрический на всем пути до границ городской сети.

Одно время считалось, что полностью оптические коммутаторы, называемые также фотонными коммутаторами, незаменимы для коммутации высокой плотности, например для коммутации на 1024x1024 портов. Однако новые разработки на кремнии позволяют поставщикам коммутаторов, например компании Sycamore, создать оптико-электро-оптический коммутатор высокой плотности. «Впрочем, эти новшества вряд ли заставят уйти с рынка оптико-оптико-оптические коммутаторы», — считает Харрис. Операторы получают некоторую свободу действий. Наиболее агрессивную политику в этом отношении проявляет компания Worldcom, поскольку оптические коммутаторы рассматриваются ею как ключ к продвижению нового бизнеса, и в предстоящие месяцы компания предполагает приобрести соответствующий продукт.

Еще один действенный способ сэкономить средства состоит в исключении регенерации. Каждые 500—600 км сигнал должен быть преобразован в электрический вид, для «чистки» (удаления искажений) и затем вновь возвращен в оптический вид. Этот процесс, называемый регенерацией, приводит обычно к дублированию оборудования по обоим концам линии, в результате каждый узел регенерации добавляет к общей сумме 100% стоимости линии без узла регенерации. Таким образом, линия протяженностью 500 км с одним узлом регенерации в два раза дороже непрерывного оптического сегмента такой же длины.

В оборудовании для передачи световых сигналов на большие расстояния без применения усилителей и регенераторов (Ultra Long Haul, ULH) используется метод однородного рамановского усиления для увеличения дистанции «свободного пробега» оптического сигнала с 500—600 км до 1500—2000 км. Поэтому вместо того, чтобы передавать сигнал из Чикаго в Сан-Франциско с помощью двух регенераторов (а это четыре преобразователя по цене 100 тыс. долларов каждый), такую передачу можно осуществить вообще без их участия.

Гарбин полагает, что технология ULH позволит удешевить передачу сигнала на одну треть или на одну четверть от стоимости линии без учета регенерации. Однако компания C&W не планирует в ближайшее время применять эту технологию, совсем недавно она завершила внедрение обычного оборудования для дальней связи. Много ли линий дальней связи, где был бы полезен отказ от регенерации? Довольно много, если верить Виммеру. По его оценкам, 80—85% таких линий могли бы обойтись без регенерации благодаря ULH.

Дэвид Гринфилд — редактор отдела международных технологий Network Magazine. С ним можно связаться по адресу: dgreenfi@cmp.com.