Ударим волоконной оптикой по информационному бездорожью!

Новая технология на древней земле

При попытках организовать передачу данных в масштабе города российские компании сталкиваются с серьезными проблемами. Однако в Нижнем Новгороде они могут воспользоваться услугами городской интегрированной телекоммуникационной сети на базе ATM.

Проблему организации информационного обмена между локальными сетями филиалов компании можно решать по-разному. Как правило, для этого используются арендованные у городской телефонной сети выделенные линии. Скорость обмена данными по такой линии определяется качеством как самих кабелей - обычно медных, - так и установленного на пути передачи сигнала коммутационного оборудования, которое в российских условиях часто оказывается изношенным и не отвечающим современным требованиям. Поэтому на таких каналах редко удается достичь скоростей выше 19,2 или 28,8 кбит/с. Современные цифровые сети (например, ISDN) есть далеко не везде. В ряде городов России развернуты беспроводные опорные сети на базе технологии беспроводных локальных сетей, где абоненты, подключенные к одному узлу сети, делят между собой 2 Мбит/с, однако число таких городов невелико. В последние год-полтора проблема создания городской инфраструктуры скоростных каналов передачи данных приобрела особую остроту в связи с широким распространением Internet. Для качественного доступа ко Всемирной сети желательно иметь каналы передачи данных пропускной способностью не ниже 64 кбит/с, чего выделенные телефонные линии на базе существующих медных кабелей обычно обеспечить не в состоянии.

Каждый случай построения городской опорной сети для скоростной передачи данных вызывает большой интерес, и чем крупнее город и современнее используемая для создания сети технология - тем интереснее. Нижегородская сеть скоростной передачи данных, детище акционерного общества "Нижегородские информационные сети", построена на базе волоконно-оптических линий связи с использованием технологии ATM.

Началось все в 1991 г. с попытки объединить отдельные сети кабельного телевидения, которое тогда в России переживало бум. Именно для этого были заложены первые участки волоконно-оптического кабеля. Однако вскоре идеологам проекта стало понятно, что куда более перспективна и необходима для потенциальных клиентов организация сети передачи данных.

Дело в том, что Нижний Новгород разделен на две примерно одинаковые части (Нагорная и Заречная) рекой Окой, ширина которой в черте города составляет около 1,5 км. Дом связи, где находятся междугородная АТС, центральная городская АТС, узлы межрегиональных сетей и все внешние коммуникационные линии, находится в одной части города, а большинство промышленных предприятий (например, ГАЗ, Сормовские заводы) - в другой. Качество связи по коммутируемым телефонным каналам между двумя частями города было невысоким. Кроме того, самих линий, соединяющих Нагорную и Заречную части города, было немного, поэтому не приходилось надеяться на то, что их удастся использовать в качестве выделенных линий. Во всяком случае, стоимость такой услуги оказалась бы очень высокой, а скорость передачи данных и качество связи вряд ли удовлетворили бы современным требованиям.

В 1992 г. компания "Нижегородские информационные сети" взяла коммерческий кредит и построила на эти деньги первый 23-километровый участок сети. В сети, созданной с использованием волоконно-оптических кабелей, данные передавались в соответствии с протоколом ARCnet; ее пропускная способность составляла 2,5 Мбит/с. Выбор протокола был обусловлен, во-первых, требованиями заказчика, а во-вторых, тем, что компания имела в своем распоряжении трансиверы собственной разработки для передачи данных по волоконно-оптическим линиям под ARCnet.

Чтобы подключить первых абонентов к сети и предоставить им в аренду каналы связи, требовалось обеспечить работоспособность первых фрагментов сети. Это было достаточно трудной задачей, если учесть те обстоятельства, в которых компании пришлось действовать, - неустойчивая экономика, высокая инфляция, коммерческий кредит и т. д. Первоначально сеть состояла из отдельных не связанных между собой частей. К 1993 г. назрела необходимость объединения участков и, соответственно, выбора технологии передачи данных для сети в целом. Последовали предложения о сотрудничестве нескольким российским фирмам, и в результате консультаций с компанией "РУСЛАН Коммуникейшнз" - московским партнером АО "Нижегородские информационные сети" - было принято смелое решение использовать технологию ATM. Это и по теперешним-то временам не совсем тривиально, а тогда выглядело чуть ли не "безумством храбрых". В качестве альтернативы ATM рассматривались технологии SDH и FDDI, однако, как ни странно, в расчете на один порт ATM оказалась дешевле, а по возможностям сервиса - далеко впереди своих конкурентов.

В настоящее время общая длина волоконно-оптического кабеля в сети составляет 110 км (всего предполагается проложить 220 км). Было заключено соглашение с городской телефонной сетью, в результате чего создатели сети получили возможность использовать для прокладки кабеля существующие подземные коммуникации. Это, однако, единственный "внешний ресурс", применяемый при построении сети. Все остальное - кабели, магистральные коммутаторы, оборудование для большинства абонентских точек - компания покупает на собственные средства.

Основой городской сети являются каналы OC-3 пропускной способностью 155 Мбит/с, соединяющие между собой узлы городской сети - центральный, который расположен в Доме связи (там же находится центральная городская АТС), и восемь районных. Базовая топология сети - кольцо с ответвлениями магистральной сети на районных узлах. На центральном и районных узлах устанавливаются магистральные коммутаторы ATM ASX-200BX и коммутаторы доступа к АТМ PowerHub 6000 и ES-3850 производства компании FORE Systems. Подключение абонентов к магистральной сети чаще всего осуществляется по стандарту 10BaseFL (Ethernet 10 Мбит/с на основе волоконно-оптического кабеля). У абонента может быть размещено практически любое оборудование с портом Ethernet (коммутатор, маршрутизатор, просто компьютер с сетевым адаптером Ethernet и оптическим трансивером).

Оборудование АТМ обеспечивает создание виртуальных локальных сетей, что позволяет объединять локальные сети филиалов организаций. Маршрутизацию между виртуальными сетями и межсетевое взаимодействие осуществляют коммутаторы ASX и PowerHub. Для доступа к внешним информационным ресурсам (в частности, "Глобал Один" (Sprint), Internet, в перспективе - "Sovam Teleport", Infotel) используется оборудование местных провайдеров этих сетей. В настоящее время Министерством связи РФ и ЦНИИС проводится сертификация применяемого в сети оборудования АТМ (кстати, решением Государственной техкомиссии по электросвязи N 176 от 29.01.97 принято "считать создание Ш-ЦСИС на базе технологии АТМ как части сети общего пользования одним из стратегических направлений развития ВСС России"). Если соответствующие сертификаты будут получены, то появится возможность организовать сопряжение с сетями связи общего пользования, в частности с городской телефонной сетью.

В настоящее время к сети подключено более 60 пользовательских узлов. Среди абонентов сети - местные административные органы, банки (в частности, корпоративная сеть Нижегородского Сбербанка построена именно таким образом, и именно на Сбербанк приходится почти треть всех узлов сети), научные учреждения, операторы сетей, промышленные и торговые предприятия. При подключении к сети абонент получает в аренду принадлежащее АО "Нижегородские информационные сети" оборудование (либо покупает свое собственное в соответствии со спецификацией провайдера), которое соединяется оптическим каналом связи с ближайшим районным узлом. Абонентская линия, как правило, укладывается в существующие подземные коммуникации, однако нередко приходится прибегать и к крайне дорогим земляным работам.

При разработке ценовой политики компания с самого начала ориентировалась на общедоступность оказываемых услуг. Подключение абонента к сети стоит 3000-4000 дол. плюс налог на добавленную стоимость. Абонент получает все необходимое для работы в сети, в том числе волоконно-оптическую линию и, как правило, оконечное оборудование. Ежемесячная абонентская плата при подключении по оптическому каналу Ethernet составляет 750-1000 дол. (в зависимости от конкретных обстоятельств), причем в нее входит стоимость применения ресурсов самой сети и доступа к провайдерам Internet и Sprint. При таких ценах срок окупаемости каждого подключения составляет до двух лет.

Помимо передачи данных, городскую сеть можно использовать и для интегрированного обмена данными, аудио- и видеосигналами. Потребители таких услуг могут подключаться к районным узлам с помощью устройств доступа к сети ATM CellPath 90E и CellPath 300 производства FORE Systems. Эти устройства обеспечивают уплотнение трафика от учрежденческих АТС, видеоустройств, мультиплексоров, коммутаторов (в том числе frame relay), маршрутизаторов в единый поток ATM (E1, E3, OC-3). Пропускная способность канала E1 составляет 2 Мбит/с, а стоит эта услуга вдвое дороже, чем передача данных по сети через оптический Ethernet на 10 Мбит/с. Зато пользователь получает в свое распоряжение канал сети с интеграцией услуг, что при наличии проблем с телефонизацией часто бывает желательным. Тем не менее в настоящее время популярность каналов E1 как средства организации корпоративной сети невелика.

Сейчас компания "Нижегородские информационные сети" планирует организовать своими собственными средствами канал передачи данных для информационного обмена с Москвой. В частности, заключено соглашение с управлением местной железной дороги об использовании части емкости создаваемой железнодорожниками линии скоростной передачи данных. Предполагается предоставлять интегрированные услуги и тем клиентам сети, которые подключены к районным узлам при помощи Ethernet-каналов на волоконно-оптическом кабеле. В настоящее время они такой возможности лишены. Планируется также организовать удаленный доступ к городской волоконно-оптической сети через коммутируемую телефонную сеть (dial-up), который будет осуществляться через центральный и районные узлы. Однако это станет возможным только после сопряжения с городской телефонной сетью.

Мультиплексоры доступа к транспортной сети АТМ

Технология ATM была задумана как средство интеграции всех существующих видов связи - передачи данных, голоса и видео. Однако в настоящее время существует множество средств информационного обмена, решающих каждую из этих задач по отдельности, и было бы наивно думать, что компании в массовом порядке откажутся от уже имеющихся решений в пользу новой технологии, какой бы привлекательной она ни казалась. Облегчить задачу перехода к использованию АТМ в тех организациях, которые не видят весомых причин для отказа от использования традиционных технологий внутри офиса, призваны мультиплексоры доступа к сетям АТМ. Они обеспечивают уплотнение трафика от существующих офисных АТС, видеоустройств, маршрутизаторов и сегментов локальной сети Ethernet в единый поток, который можно затем передавать по сети АТМ.

Абонентам Нижегородской городской сети скоростной передачи данных, желающим использовать сеть для передачи интегрированного трафика, предоставляется возможность применения мультиплексора доступа к сети АТМ под названием CellPath 90E (производство Fore Systems). Это устройство снабжено сетевым интерфейсом АТМ Е1, с помощью которого его можно подключать к транспортной сети. С "офисной" стороны мультиплексора имеются порт Fractional E1, два последовательных порта (поддерживаются интерфейсы V.35, RS-530 и RS-449) и один порт Ethernet. Устройство позволяет устанавливать мостовую связь между сегментами Ethernet через постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuit, PVC) сети ATM, а также обеспечивает передачу через АТМ пакетов сети frame relay (frame relay interworking). Управлять работой мультиплексора можно средствами SNMP либо через Telnet.

Устройством старшего класса семейства маршрутизаторов доступа от Fore Systems является CellPath 300. Оно снабжено сетевыми интерфейсами OC-3c (155,52 Мбит/с), E-3 (34,386 Мбит/с) и E-1 (2,048 Мбит/с). Устройство обеспечивает эмуляцию каналов ATM, а также передачу трафика frame relay через АТМ. CellPath 300 может изменять полосу пропускания каналов в динамическом режиме, позволяя предоставлять услуги переменной скорости передачи данных (Variable Bit Rate, VBR). Управление устройством также осуществляется с помощью SNMP и Telnet.

Новая технология на древней земле

Организация передачи данных - проблема для любого крупного города. Во-первых, структурам, имеющим разбросанные по городу филиалы (в качестве примера можно назвать местное отделение Сбербанка или городскую администрацию), нужно обеспечить быстрый и надежный доступ к централизованным базам данных и прочим информационным ресурсам главного офиса. Во-вторых, часто бывает необходим доступ к базам данных других организаций. В-третьих, может возникнуть потребность в скоростных каналах доступа в глобальные информационные сети, например в Internet. Наконец, в-четвертых, существуют структуры, готовые предоставить свои информационные ресурсы в широкое пользование (иногда - за плату, иногда - бесплатно).

Для решения этой задачи необходимо построить общегородскую опорную сеть. Такая сеть должна быть скоростной, легко наращиваемой и характеризоваться невысокой стоимостью подключения новых клиентов. На сегодняшний день мало кто сомневается в том, что технология АТМ обладает первыми двумя качествами, а вот относительно дешевизны подключения имеются большие сомнения. Тем не менее достоинства АТМ в качестве базовой технологии для сети передачи данных заставляют компании искать оригинальные решения проблемы удешевления технологии.

Городские сети на базе АТМ развернуты уже в нескольких российских областных центрах. В частности, не так давно началась опытная эксплуатация АТМ-сети г. Новгорода, которую строит Novgorod Datacom, дочернее предприятие местного регионального оператора связи компании "Новгородтелеком". В настоящее время в опорной сети имеется восемь узлов. На семи из них установлены ATM-коммутаторы для рабочих групп 8285 производства IBM, в которых имеются один порт на 155 Мбит/с для многомодового оптического кабеля, два порта на 155 Мбит/с для одномодового кабеля и 12 портов на 25 Мбит/с. При необходимости к этим коммутаторам могут быть подключены модули расширения, что позволит увеличить число АТМ-портов. В центре управления сетью, находящемся на центральном узле междугородной телефонной связи компании "Новогородтелеком", установлен коммутатор масштаба предприятия 8260 производства IBM, оснащенный шестью портами АТМ на 155 Мбит/с (по два порта для одномодового и многомодового кабеля, а также для UTP), 12 портами АТМ на 25 Мбит/с, модулем LAN Bridge с четырьмя портами для сети Ethernet, а также недавно выпущенный IBM модуль MSS Server. В последнем реализована предложенная IBM технология многопротокольной коммутации (MSS - Multi-Protocol Switching Services), помогающая организовывать виртуальные коммутируемые сети в сетях АТМ.

Главная техническая проблема, с которой столкнулись разработчики сети, состояла в следующем: по ценовым параметрам (вспомним требование невысокой стоимости) для подключения клиентов можно было использовать только АТМ на 25 Мбит/с, но при этом длина линий связи между узлом и клиентом могла достигать 2 км, что невозможно при использовании медного кабеля (который обычно применяется при работе на 25 Мбит/с) - дальность связи по экранированной витой паре (STP) составляет 300 м. Поэтому было решено разработать и изготовить оптический трансивер для АТМ на 25 Мбит/с, через который к портам коммутатора на 25 Мбит/с можно было бы подключать многомодовые оптические кабели. Эта разработка увенчалась успехом, и в распоряжении создателей сети оказалось устройство, обеспечивающее передачу данных по АТМ на расстояние до 5 км. В результате подключение к городской сети по АТМ-каналу с пропускной способностью 25 Мбит/с обходится не дороже, чем использование выделенной линии на 128 кбит/с (с учетом стоимости оборудования).

Другая проблема, характерная для всех подобных проектов - кабельные работы. В данном случае ее решение взяла на себя компания "Новгородтелеком", использовав свою систему кабельной канализации. Это опять-таки позволило значительно снизить конечную стоимость услуг для клиентов.

При подключении к городской сети одиночного клиента в сервер его локальной сети устанавливается АТМ-адаптер на 25 Мбит/с с оптическим трансивером, а на сервере - ПО, выполняющее маршрутизацию сообщений. Как подсчитали сотрудники Datacom, если в одном и том же месте находятся три и более клиентов, то экономически выгодно установить в этой точке свой коммутатор.

Основная услуга сети - объединение ЛС клиентов в режиме эмуляции (LAN Emulation), поэтому АТМ-соединение оказывается полностью прозрачным для конечного пользователя. Соединение поддерживается независимо от протокола, используемого в конкретной ЛС. Помимо LAN Emulation, для объединения локальных сетей клиентов сети может использоваться и Classical IP. Возможна организация взаимодействия локальных сетей клиентов на основе протокола TCP/IP. Доступ к глобальным сетям (РОСНЕТ, Internet) осуществляется через внешний шлюз.

После подключения к городской опорной сети клиент обычно получает доступ к двум виртуальным сетям. Во-первых, это корпоративная сеть его компании (благодаря чему, например, филиалы Сбербанка могут обмениваться информацией с центральным офисом). Во-вторых, это нечто вроде общегородской интрасети, позволяющей одним организациям обращаться к базам данных и прочим информационным ресурсам других. Так, в реализации данного проекта весьма заинтересован местный пивоваренный завод, испытывающий в летнее время серьезные трудности из-за очередей на получение оптовых партий продукции. Наличие компьютерной системы планирования заказов и отпуска продукции (магазины связываются с ЛС пивзавода и оставляют заявки, а в ответ получают указания, в какое время следует присылать машины за продукцией) позволило бы заводу успешнее конкурировать с продавцами привозного пива. Другой потенциальный пользователь интрасети - городская библиотека, которая планирует предоставить электронный доступ к своим каталогам. Это может значительно упростить подбор и заказ литературы.

Ясно, что организация городской интрасети порождает очень серьезные проблемы защиты данных. Обеспечение информационной безопасности на транспортном уровне полностью берет на себя оператор сети (собственно говоря, ее обеспечивает само использование технологии АТМ); на более высоких уровнях (системы паролей, брандмауэры и т. п.) этим должны заниматься клиенты.

Для организации обмена информацией между виртуальными сетями используется установленный в устройстве 8260 модуль MSS Server.

К июню текущего года к находящейся в опытной эксплуатации сети было подключено менее десяти клиентов. Основные пользователи сети - местный Сбербанк и городская администрация (упоминавшиеся выше пивзавод и библиотека пока изучают проект). В соответствии с заключенными компанией Novgorod Datacom договорами немедленно после сдачи сети в эксплуатацию число подключений составит 47; предполагается, что к концу года эта цифра возрастет примерно до 60.