В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Сети Ethernet операторского класса (CE/CGE)Часть II
Carrier Grade Ethernet (CE/CGE)
Part II

Технологии Ethernet операторского класса

Эта индустрия в целом сделала определенные усилия, чтобы преодолеть ограничения Ethernet при работе в качестве ГлС, описанные в части I, а именно: разрешила операторам использовать "естественные" технологии Ethernet. Ключевую роль в этом сыграли комитеты стандартов IEEE 802.1 и 802.3. Так, Комитет IEEE 802.1 представил решения вопросов масштабируемости и менеджмента, разработав стандарты для мостов провайдера (PB, 802.1ad) и магистральных мостов провайдера (PBB, 802.1ah). Эти стандарты допустили использование сетей Ethernet планетарного масштаба. Сопутствующие стандарты (IEEE 802.1ag и ITU-T Y.1731) обеспечили возможности эксплуатации и технического обслуживания (OAM), допускающие верификацию связности, быстрое восстановление после отказа и измерение производительности сети.

Протокол PBB-TE (802.1Qay – Provider Backbone Bridging-Traffic Engineering) добавляет сетям Ethernet определенные характеристики сетей с коммутацией цепей, включая наличие резервных маршрутов, допускающих управление сетью Ethernet, или его менеджмент со стороны внешних приложений (например, со стороны приложения сетевого менеджмента или плоскости управления транспортом GMPLS (см. IETF RFC3945)). Это позволяет операторам осуществлять весь диапазон стратегий и политики проектирования трафика. Последняя выпущенная версия стандарта IEEE 802.1 [12] включает все указанные выше дополнения до 802.1Qay включительно.

Рабочая группа IEEE 802.3 в тесной кооперации с организацией ITU-T работает над упрощением транспорта технологий 40/100 Гбит/с, разработанных как рабочей группой IEEE 802.3 для LAN, так и ITU-T для оптических сетей (OTN). Форум OIF и Ethernet Alliance также кооперативно работают со своими членами, чтобы обеспечить в будущем совершенство Ethernet для его использования в ГлС и увеличения скорости технологий Ethernet и его сервисов.

Ethernet операторского класса первого поколения (CE/CGE-1)

Рассмотрим более подробно процесс становления сети CE/CGE первого поколения.

Известно, что Ethernet занимал третий (сетевой) уровень модели взаимодействия открытых систем (МВОС/OSI). Сегодня первые три уровня (с учетом нового и промежуточных уровней) превратились в шесть [7]:

• уровень 3 – сетевой – I P, Ethernet;
• уровень 2,5 – MPLS;
• уровень 2 – звена передачи – ATM, FR, Ethernet;
• уровень 1,5 – GFP, LCAS, VCAT;
• уровень 1 – физический – SDH;
• уровень 0 – фотонный – WDM.

Предполагается [7], что в будущем, с учетом прихода эры оптических сетей, их останется три:

• уровень 3 – сетевой – IP;
• уровень 2 – звена передачи – Ethernet (PBB, PBT);
• уровень 0 – фотонный – WDM.

Виртуальные частные сети (VPN) CE/CGE-1

Интерфейс UNI оптической сети Ethernet (OE)

Интерфейс OE UNI определяет атрибуты и свойства для соединения пользователя с оптической сетью Ethernet (OE), которая имеет характерные особенности (указанные выше для сети Ethernet VPN) и прозрачный адрес пользователя.

Интерфейсы UNI помещаются на входе и выходе сети Ethernet сервис-провайдера (SP), а посылаемый по сети OE пакет имеет OE-заголовок и данные пользователя.

Типы виртуальных частных сетей (VPN) Ethernet

В первой части мы отмечали, что форум MEF определил три базовых сервиса: E-Line (линия Ethernet), ELAN (ЛС Ethernet) и E-Tree (частное дерево Ethernet).

Архитектуры этих сетей, которые позволяют оценить их особенности и возможности, приведены ниже на рис. 5. Из них только одна (E-LAN, рис. 5.2) сохраняет структуру ЛС, две другие имеют структуру "т-т" (E-Line, рис. 5.1) и "т-мт", или "точка-кольцо Ethernet" (E-Tree, рис. 5.3).

Стандартизированный статус Ethernet CE/CGE-1

С момента начала работ над CE/CGE были выпущены следующие стандарты (IEEE, ITU-T):

• IEEE 802-2001 – IEEE Standard for LAN and MAN: Overview and Architecture (ревизия IEEE Std. 802-1990, сначала известна как IEEE 802.1A, затем переименована в IEEE 802; сейчас известна как часть стандарта IEEE 802.1); в 2001 компания Nortel предложила широко распространившуюся (в 2004 г. было доступно около 30 тыс. портов) концепцию магистрального моста провайдера – PBB; с ней стало связано понятие мостовых LAN и начало развития концепции CE/CGE-1 (см. ниже IEEE 802.1D);
• IEEE 802.1D-2004 – IEEE Standard: MAC Bridges (устанавливает архитектуру и протокол для взаимосвязи IEEE 802 LAN ниже границы MAC-сервиса (см. ISO/IEC 10038), а также позволяет обрабатывать схемы маршрутизации от источника (SR) и прозрачного моста (TB) в той же сети, прозрачно по отношению к LLC и протоколам верхних уровней); включает дополнения IEEE 802.1t-2001 и 802.1w;
• IEEE 802.1H-1995/1997 – IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Recommended Practice for Media Access Control (MAC) Bridging of Ethernet Version 2.0 in IEEE 802 LAN (к этому стандарту были выпущены многочисленные "мостовые" дополнения: 802.1r, s, t, u, v, w (2001–2002 гг.), наиболее известное из них – 802.1t;
• форум MEF (2001), положил начало систематической стандартизации CE/CGE; на сегодня им разработано 56 технических спецификаций уровня стандартов; к CE/CGE-1 имеют отношение спецификации: 2-6.1,8-10.2, 12, 12.1.1, 15, 16, 18, 23, 23.1, 29, 33;
• IEEE 802.1Q-2002/5 – Virtual Bridged LAN (стандарт включает: 802.1Q-1998, 802.1u-2001, 802.1v-2001 и 802.1s-2002), к нему были выпущены многочисленные дополнения: 802.1ad, ag, ah, aj, ak, ap, aw, наиболее интересное для нас – 802.1ah, см. работу [11];
• IEEE 802.1Q-2011 – Media Access Control (MAC) Bridges and Virtual Bridged Local Area Networks (ревизия IEEE Std 802.1Q-2005); включает: 802.1ad-2005, 802.1ak-2007, 802.1ag-2007, 802.1ah-2008, 802.1Q-2005/Cor-1-2008, 802.1ap-2008, 802.1Qaw-2009, 802.1Qay-2009, 802.1aj-2009, 802.1Qav-2009, 802.1Qau-2010 и 802.1Qat-2010); см. дополнения: 802.1Qaz, Qbb, Qbc, Qbe, Qbf, Qbg;
• Со стороны ITU-T также был выпущен целый ряд рекомендаций в разделе: "Транспортные аспекты Ethernet (Ethernet over Transport Aspects)", сегодня они содержат рекомендации с G.8001 по G.8052; или в разделе "Глобальная информационная инфраструктура (GII), Аспекты Интернет-протокола и Сети следующего поколения (NGN)": Y.1222, 1306-08, 1323, 1341-42, 1344-45, 1354, 1361-62, 1415, 1563-64, 1566, 1730-31, 2112-13. Как видим, поддержка CE огромна.

Сеть магистрального транспорта провайдера (PBT, 802.1Q-2011 или 802.1Qay-2009)

Что такое магистральный транспорт провайдера?

Это транспорт, который ассоциируется:

• с простой технологией туннельной проводки Ethernet, работающей со звеньями связи типа "точка-точка";
• с тем, что туннели могут быть спроектированы с учетом разнесенности, отказоустойчивости и распределения нагрузки;
• с возможностью доставки трафика из "конца-в-конец" с определенным качеством сервиса (QoS);
• с возможностью обеспечить гарантированную (уровня SDH) производительность и SLA;
• с тем, что предлагает (как SDH) 50 мс восстановление в случае отказа.

Итак, PBT может дать решение для простого и эффективного проектирования трафика, а именно:

• дать возможность (с помощью OSS), используя вариации IEEE 802.1ah, осуществить соединение операторов с сетями Ethernet топологии E-line (рис. 5.1);
• выключить специфические мостовые функции, протоколы и ситуации, такие как:
1. функции бродкастинга и мультикастинга,
2. функцию обучения системы на MAC-уровне,
3. возможность использования протокола STP (остовного покрывающего дерева),
4. ситуацию "флудинга" – наводнения, вызванного массовыми рассылками опросных пакетов в ЛС;
• дает возможность управления форвардингом таблиц в плоскость менеджмента, а следовательно, и допускает управление поведением форвардинга с помощью, например, конструкции типа if <> than <> e
• se: если "VLAN ID существует" и "адрес DA существует", то "форвардинг", в противном случае "выход".

Как работает схема с PBT? (определение маршрута)

Чтобы сеть Ethernet стала сетью операторского класса, нужно:

1. Отключить функции: "обучение на уровне MAC", "бродкастинга", "неизвестного уникастинга" и протокол покрывающего дерева STP; использовать инкапсуляцию MAC-in-MAC, чтобы изолировать пользователей от сети оператора, и добавить плоскость данных OAM для оснащения инструментами и организации защиты (рис. 7.1).

2. Распространить на сеть Ethernet сферу действия системы менеджмента операторского класса и активировать в сети функцию автоматического исследования ее состояния (рис. 7.2).

Оба пути, соединяющие на рис. 7.3 PE1 и PE3, мониторятся кадрами управления типа кадров IEEE 802.1ag: если мониторинг 802.1ag сигнализирует, что активный маршрут дал сбой, например на VLAN 45, то коммутатор восстановит маршрут в течение 50 мс с помощью перехода на резервный VLAN 50.

Смешанный режим функционирования PBB/PBT

PBB/PBT могут функционировать в смешанном режиме. Его основные особенности следующие:

• PBT-трафик может передаваться по той же сети, что и не-PBT-трафик;
• OEL2 и MiM TDI конфигурируются на том же интерфейсе UNI.

Сегментация осуществляется с помощью VLAN.

Сравнение промышленных вариантов OAM

Интересно сравнить (см. таблицу) варианты реализации технического обслуживания (ТО) OAM теми средствами, которые содержатся в стандартах, рекомендациях и спецификациях для трех типов технологий: ATM, Ethernet и MPLS. Сравнение показывает [7], что только у технологии Ethernet в опции ITU-T Y.1731 есть все семь вариантов допустимого контроля при обслуживании трафика.

Поясним некоторые позиции и особенности таблицы:

1. Технология MPLS, используя указанные средства (LSP Ping – пробник маршрута в сети с коммутацией по меткам; VCCV – верификатор соединения по виртуальной цепи), может применять только три варианта допустимого контроля из семи.

2. Стандарт IEEE 802.1ag дает возможность извещать о нарушении связности "из конца в конец"; такие нарушения находятся и фиксируются быстрее и легче, так, стандарт позволяет (см. табл.):

• проводить контроль непрерывности (CC), отслеживая отказы с помощью мультикастинга "пульса" сети,
• устанавливать петли ОС и использовать команду ping для обнаружения неисправности соединения с помощью интерактивного (запрос/ответ) уникастинга,
• проводить трассировку звеньев соединения по требуемому маршруту для изоляции области отказов, (Link – звено; Trunk – магистраль/транк; Service – сервис; Customer demarcs – маршрут между точками демаркации на удаленных концах; UNI, NNI – интерфейсы "пользователь–сеть" и "сеть—сеть"; OAM, SID – см. Ниже; Edge Switch – краевой коммутатор; Transit Switch – транзитный коммутатор)
• указывать на наличие сигналов индикации аварийного состояния (AIS) для их подавления.

3. Рекомендация ITU-T Y.1731 позволяет измерять задержки кадров и их вариации, а также генерирует сигналы потери кадра и AIS, то есть позволяет осуществлять диагностику и мониторинг для поддержки сервиса QoS, а именно:

• вычислять технические показатели сервиса (PoS): FD – задержку кадров; FDV – вариацию задержки кадров; FLR – коэффициент потери кадров,
• определить доступность сервиса (AoS) – количество времени, в течение которого AoS удовлетворяется в рамках заданного периода обслуживания,
• вычислять показатель использования сервиса (UoS) – показатель привязан к некой промежуточной величине, по которой можно вычислить среднюю метрику его использования.

4. Рекомендация ITU-T G.8031 обеспечивает отказоустойчивость и быстрое (50 мс) защитное переключение.

5. Стандарт IEEE 802.1ab позволяет активировать функцию автоматического исследования состояния сети и способствует быстрому и точному отображению всех изменений ее топологии.

Линии демаркации Ethernet операторского класса

Демаркация CE/CGE – ключевой элемент сервисов CE/CGE и транспортных сетей для бизнеса, оптовой торговли и мобильных приложений, использующих обходные связи, дающие возможность операторам расширить управление сервисным маршрутом между точками на удаленных концах. Это достигается подключением оборудования, установленного у пользователей (CPE), к сети с помощью пограничных демаркационных устройств оператора, которые размещены в местах расположения пользователя, обеспечивая четкое разделение между конкретным пользователем и сетями оператора.

Демаркационные устройства CGE нужны для того, чтобы оказать поддержку таким сервисам, как:

• Ethernet Private Line (EPL) – частная линия Ethernet (EPL);
• Ethernet Virtual Private Line (EVPL или E-LAN) – виртуальная частная линия Ethernet (EVPL или E-LAN);
• Ethernet Virtual Private Tree (E-Tree) – виртуальное частное дерево Ethernet, в соответствии со спецификацией MEF.

Такая поддержка нужна, чтобы включить возможности менеджмента, оговоренные в Соглашении об уровне сервиса (SLA), наряду с согласованной работой при использовании волокна, DSL, линий доступа, связанных с PDH и SONET/SDH. В результате особенности демаркации, которые есть у CE/CGE, включают (рис. 8) как вертикальную демаркацию на уровне звеньев и магистралей OAM, сервисного OAM (SID) и пользователей, так и горизонтальную (функциональную) демаркацию: усложненный менеджмент трафика и механизмы реализации качества обслуживания (QoS); стандартные сквозные (из конца в конец) операции; эксплуатацию, управление и техническое обслуживание (OAM); мониторинг производительности; интенсивный менеджмент отказов и диагностику. В результате реализации всего перечисленного получаем у Ethernet такую же устойчивость к отказам, как у SONET/SDH, что уменьшает стоимость обслуживания и капитальные затраты [7].

Литература

7. Gerard Jacobs. Carrier Ethernet. Overview. – Nortel, Nov. 2007.
8. Слепов Н.Н. Глобальные сети: вопросы классификации. Часть I // Технологии и средства связи. – 2010. № 6. С. 52–54.
9. Слепов Н.Н. Современные цифровые технологии глобальных сетей связи. – М.: Астра-Полиграфия. – 2011. С. 298.
10. Слепов Н.Н. Сети SDH новой генерации и их использование для передачи трафика Ethernet. (Ч.1) // Электроника: НТБ. – 2005. № 3. С. 56–62 ; №4, С. 60–63 (Ч. 2).
11. Слепов Н.Н. Развитие технологии Ethernet. // Технологии и седства связи. – 2013. № 1. С. 56–57 (Ч. 1). № 2. С. 44, 46–48 (Ч. 2).
12. IEEE 802.1Q-2011 – MAC Bridges and Virtual Bridged Local Area Networks (ревизия IEEE 802.1Q-2005, включает 802.1Qay-2009).
13. Metro Ethernet Forum (MEF) Reference Presentation, June 2013.

Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #4, 2015
Посещений: 4629

Автор Николай Слепов Независимый эксперт Всего статей:  23

В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций