Технология для магистралей IP

На осенней конференции журнала «Сети», проходившей в рамках выставки Internetcom'2000, большое внимание было уделено технологиям магистральных сетей. Среди прочих рассматривалась DPT (Dynamic Packet Transport) — технология передачи пакетов, предложенная компаний Cisco Systems.

Протокол IP на магистрали

С тех пор как протокол IP занял доминирующее положение в сетях передачи данных, идет непрерывный поиск наилучших способов транспортировки IP-пакетов по магистральным линиям связи. В первую очередь, для решения этой задачи применяются системы передачи, основанные на принципах временного разделения каналов. Наиболее популярны сети SDH, но довольно часто, особенно в сетях сложной топологии, для транспортировки трафика IP используются решения, базирующиеся на применении АТМ. Таким образом, дополнительно задействуются одна или две промежуточные технологии, что ведет к увеличению затрат на создание и обслуживание магистральных сетей.

Напрашивается естественный вывод: попытаться организовать IP-передачу непосредственно по оптическому кабелю. Это решение получило название «передача по темному волокну» (dark fiber). Первой компанией, которая реализовала в магистральных сетях передачу трафика IP по оптическому волокну, стала Cisco Systems.

Сети, созданные на основе DPT, призваны заменить существующие сети передачи данных городского масштаба (MAN Metropolitan Area Network), базирующиеся на технологиях FDDI и DQDB. (Подробнее о последней технологии см. «Сети», 1998, № 3, с. 26.) Городские сети, в которых используются эти технологии, способны передавать информацию с максимальной скоростью 100 и 140 Мбит/с соответственно. В сети DPT отсчет сетки скоростей начинается со значения 155 Мбит/с.

Базовые понятия

Технология DPT разрабатывалась с целью совместить положительные черты IP и сетей передачи, базирующихся на волоконно-оптических кабелях. От IP новая технология получила в наследство эффективность использования полосы пропускания и возможность предоставления абоненту различных услуг. От решений, применяемых в оптической инфраструктуре, ей достались кольцевая топология, толерантность к аварийным ситуациям и широкая полоса пропускания.

Кратко рассмотрим особенности DPT. На рис. 1 показана структура сети, построенной на основе этой технологии. Здесь видно, что кольцевая топология сети DPT состоит из двух оптических волокон, каждое из которых используется для передачи информационных и управляющих пакетов. Кольца называются inner (внутренним) и outer (внешним).

Сигналы по кольцам передаются навстречу друг другу. При этом пакеты, проходящие по каждому волокну, подразделяются на два потока — downstream (нисходящий) и upstream (восходящий). Первый из них содержит информационные пакеты, а второй — управляющие, причем по каждому кольцу передаются управляющие пакеты другого кольца. Таким образом поддерживается обратная связь принимающего узла с передающим.

Другой особенностью DPT является применение формата цикла STM-1, использующегося в SDH, что обеспечивает новой технологии любопытные возможности. Кроме «темных» волокон и каналов DWDM допускается использовать инфраструктуру сетей SDH. При этом неважно, какую топологию имеет такая сеть, кольцевую или линейную. Для передачи могут задействоваться регенераторы и мультиплексоры старших уровней иерархии SDH.

Теоретически, благодаря указанной особенности возможна плавная миграция от сети SDH к сети DPT. На практике, по моему мнению, она обеспечит «мультисервисность» сетей SDH и еще больше укрепит их позиции. Стоимость оборудования SDH неуклонно снижается, обычным делом стали сети уровня иерархии STM-16 (2,488 Гбит/с), поэтому наиболее безболезненным для операторов связи окажется создание наложенной инфраструктуры DPT. Такое решение позволит добиться гибкости в обслуживании клиентов и снижения накладных расходов. Для передачи изохронного трафика можно будет использовать непосредственно каналы SDH, а для трафика IP — сеть DPT.

Все это вовсе не означает, что технология DPT не способна стать основой для построения магистральной сети. Я лишь попытался оценить ее возможности с позиций операторов связи, обладающих уже сложившейся инфраструктурой. На самом деле, DPT обладает целым рядом черт, выделяющих ее среди иных магистральных технологий.

К ним можно отнести уникальный механизм восстановления работоспособности сети при возникновении аварийных ситуаций. Он носит название IPS (Intelligent Protection Switching) и обеспечивает «упреждающий» контроль характеристик сети, быстрое «замыкание» колец на концах поврежденного участка и восстановление IP-потоков. Реконфигурация сети DPT осуществляется аналогично восстановлению кольца FDDI. При замыкании образуется кольцо удвоенной длины. Естественно, в этом случае пропускная способность сети снижается и на IPS возлагаются задачи оптимизации передачи пакетов. Для сравнения: резервирование в SDH не приводит к уменьшению рабочей полосы пропускания, но требует большего числа оптических волокон.

Вообще-то, с точки зрения адресации IP, сеть DPT, какой бы большой она не была, является единой. Отсюда — нет необходимости в использовании для ее работы протоколов маршрутизации. Другой плюс — возможность автоматического определения добавления или исключения узлов в сети. Для этого служит протокол ARP, использующий уникальные МАС-адреса.

Механизм IPS является составной частью протокола SRP (Spatial Reuse Protocol). По-русски название этого протокола звучит несколько коряво, но точно отражает его назначение: пространственный протокол повторного применения. Второй частью SRP является алгоритм SRPfa (SRP fairness algorithm). Его основная задача — динамическая оптимизация использования полосы пропускания. Этот алгоритм отслеживает и пресекает попытки узурпировать всю полосу, блокирует распространение трафика за пределы установленного пути между узлами, что позволяет повторно задействовать ту же полосу для передачи трафика между другими узлами. Подобная возможность отсутствует в обычных IP-сетях. Данный протокол обеспечивает работоспособность сетей DPT, содержащих до 128 узлов и работающих на скоростях до 9,953 Гбит/с (STM-64).

Пример построения сети

На рис. 2 приведен один из возможных вариантов топологии сети DPT (оговорюсь, что представленное решение призвано лишь проиллюстрировать предыдущий раздел, поэтому является достаточно «искусственным»).

Скажем, в регионе или крупном городе существовала сеть SDH, базирующаяся на волоконно-оптических кабелях. В связи с ростом трафика Internet и спроса на услуги передачи данных со стороны корпоративных клиентов было решено создать сеть DPT. Совмещение сегментов сетей стало вынужденной мерой: при проектировании выяснилось, что на конкретном участке не хватает свободных волокон. Для включения кольца DPT в сеть SDH потребовалась закупка трибутарных модулей STM-1.

Получившаяся в результате магистральная комбинированная сеть обеспечивает поддержку различных видов услуг. Телефонные станции удобно соединять с помощью потоков Е1, передача которых организуется по сети SDH. Доступ в Internet и объединение сетей передачи данных очень органично «вписываются» в сеть DPT.

Приведенная схема соответствует точке зрения, согласно которой для каждого вида трафика лучше всего использовать «родную» для него среду. На практике такая идеальная картина встречается очень редко. Если раньше на участке магистральных сетей все решения в основном базировались на сетях TDM, то появление DPT дает большую гибкость.

В настоящее время технология DPT является «фирменной», но компания Cisco представила ее для стандартизации в IETF. Необходимо отметить, что данная технология уже сейчас с успехом применяется в реальных сетях. В частности, компания Plus Communications воспользовалась DPT для создания транспортной среды ЗАО «Телеком-Центр» (последняя фирма предоставляет услуги организации цифровых каналов, в том числе для профессиональной передачи сигналов телевидения и звукового вещания). Другой пример: технология DPT будет использоваться в магистральной сети АО «Яртелеком», которую строит фирма IBS.