Мультипротокольная лямбда-коммутация

Можно только удивляться тому, с какой быстротой появляются новые технологии в сетевой индустрии. И, пожалуй, наиболее динамично (если не рассматривать беспроводные) сегодня развиваются оптические сети. Еще совсем недавно мультиплексирование с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing — WDM) с шумом ворвалось на сетевую сцену, обещая разительное увеличение пропускной способности за весьма приемлемую, что немаловажно, цену. И вот уже усилия индустрии направлены на разработку новой технологии, также основанной на особенностях лучей с разной длиной волны, которая, однако, должна трансформировать WDM в нечто совершенно другое и… лучшее.

Речь идет о мультипротокольной лямбда-коммутации (MultiProtocol Lambda Switching — MPlS). Иногда в качестве аббревиатуры для этой технологии применяется выражение MPLS — такое же, как и для мультипротокольной коммутации с использованием меток (MultiProtocol Label Switching), о которой наш еженедельник уже писал (# 22, 1999). И это совпадение, как мы увидим дальше, отнюдь не случайно.

Технология MPlS является еще одним блоком для построения полностью оптических, или фотонных сетей, обещающих радикально изменить существующую сейчас архитектуру.

Переход к двухуровневой архитектуре

Современные сети передачи данных в основном базируются на четырехуровневой архитектуре. Это уровень TCP/IP — для передачи приложений, АТМ — для формирования трафика (traffic engineering, т. е указания как, когда и где должна осуществляться передача данных), SONET/SDH — для транспорта и DWDM — в качестве механизма мультиплексирования. Многоуровневой архитектуре присущ так называемый "эффект наименьшего общего знаменателя", когда один уровень может ограничить масштабируемость всей сети. Это делает ее неперспективной в качестве основы для построения фотонных сетей. Реалии сегодняшнего дня требуют новых принципов сетевой архитектуры, которые позволяли бы легко поддерживать рост и адаптироваться к постоянным изменениям требований к предоставлению сервисов.

Рис. 1

С наиболее общих позиций модель фотонных сетей предусматривает разделение на два домена. Один обеспечивает требуемые сервисы, а другой — оптический транспорт. При таком делении сервисная платформа включает маршрутизаторы, АТМ-коммутаторы, а также сети SONET/SDH, в этом случае переходящие на уровень сервисов. Транспортный же уровень составляют фотонные коммутаторы и система DWDM (рис. 1). При данной архитектуре фотонные сети должны осуществлять мультиплексирование и маршрутизацию с использованием только оптических технологий, основываясь на свойствах света с различными длинами волн. Сейчас же в качестве базового элемента мультиплексирования, как правило, применяются временные слоты (разделение по времени), а на физическом уровне маршрутизаторов и коммутаторов — оптико-электронные преобразователи. Решение проблемы разработчики видят в объединении технологий DWDM и лямбда-коммутации.

Особенности технологии MPlS

Как уже упоминалось выше, схожесть аббревиатур для коммутации с использованием меток и лямбда-коммутации обусловлена тем, что концептуально обе технологии почти идентичны. Чтобы убедиться в этом, напомним, в чем суть первой.

Основное назначение технологии MPLS — заменить ресурсоемкую и медленную часть алгоритма поиска выходного порта в таблице маршрутизации более эффективным алгоритмом обмена метками (label swapping). Здесь под меткой понимается короткий, фиксированной длины числовой идентификатор, который встраивается в заголовок IP-пакета. Устройства, реализующие данную технологию, называются Label-Switching Router (LSR). Фронтальные (граничные) LSR классифицируют входящий поток пакетов, разбивая его на определенные классы эквивалентности по отношению к маршруту (например, по одинаковому префиксу IP-адреса получателя). Затем пакеты снабжаются соответствующей меткой и передаются ближайшему по маршруту LSR. Когда LSR получает отмеченный пакет, он использует метку в качестве индекса для поиска выходного порта в таблице маршрутизации. Последний LSR просто удаляет метку из заголовка. Таким образом, после прохождения первого пакета вдоль маршрутизаторов LSR создается виртуальный коммутируемый с помощью меток путь (Label-Switched Path — LSP). В результате анализ информации на уровне 3 IP-пакета выполняется только в начале и в конце домена MPLS.

Лямбда-коммутация расширяет парадигму коммутации на основе меток на оптическую область, модифицируя компонент управления MPLS для фотонной коммутации. Здесь роль метки выполняет длина световой волны, на которой ведется передача. Образно говоря, взамен числового идентификатора используется цвет. Естественно, что электронные коммутаторы заменяются на оптические.

На концептуальном уровне существует ряд общностей между LSR и фотонными коммутаторами, с одной стороны, и между LSP и устанавливаемым оптическим каналом, с другой. По аналогии с переключением по метке в LSR фотонный коммутатор переключает лучи с разной длиной волны (l) со входного порта на выходной. Для установки LSP в каждом промежуточном LSR формируется таблица отношений <входная метка, входной порт> и <выходная метка, выходной порт>. Подобно этому для установки оптического канала в каждом транзитном фотонном коммутаторе строится аналогичная таблица <lвх, портвх> и < lвых, портвых>. Как и LSR, фотонные коммутаторы для вычисления маршрута требуют протоколов маршрутизации, например таких, как OSPF и IS-IS, с помощью которых осуществляется обмен информацией о состоянии каналов. Они также нуждаются в протоколах сигнализации, подобных RSVR для автоматизации процесса установки пути.

Одна из уникальных особенностей фотонных коммутаторов заключается в том, что если несущие каналы распределены, они становятся прозрачными. Это значит, что управляющая информация должна передаваться отдельно от несущего канала. Поэтому в конфигурацию IP-канала будут входить один двунаправленный канал управления и ряд однонаправленных несущих. При этом не требуется, чтобы канал управления и связанные с ним несущие каналы использовали одну и ту же физическую среду передачи. К примеру, канал управления может быть оптическим с уникальной длиной волны или каналом Ethernet между двумя фотонными коммутаторами. Для решения проблемы управлением каналом разработан соответствующий протокол (Link Management Protocol — LMP). Хотя LMP предусматривает, что данные поступают как IP-пакеты, он не регламентирует явный транспортный механизм для передачи информации по каналу управления.

Рис. 2

В заключение проиллюстрируем (рис. 2) в общих чертах алгоритм работы фотонных маршрутизаторов, реализующих механизм лямбда-коммутации:

1 — обмен информацией о состоянии сети и доступности каждого физического оптоволоконного канала;

2 — построение детальной таблицы топологии сети с использованием модифицированного протокола маршрутизации;

3 — передача запросов на резервирование (RSVP) или на l-канал (MPlS) для установления основного и резервного оптических каналов по каналу управления;

4 — возвращение ответов на RSVP/MPlS-запросы с подтверждением готовности основного и резервного каналов для использования.

В настоящее время для построения фотонных MPlS-сетей уже имеются все компоненты. Необходимо лишь добавить недостающую интеллектуальность в такие сетевые элементы, как маршрутизаторы, АТМ-коммутаторы, системы передачи DWDM и фотонные коммутаторы. Уже сейчас можно представить в общих чертах одноранговую сеть, где все сетевые элементы работают на одном (и единственном) уровне иерархии с тем, чтобы динамически устанавливать через всю сеть пути между конечными узлами.