Обзоры
Новый гибрид: Ethernet в пассивных оптических сетях
0

Новый гибрид: Ethernet в пассивных оптических сетях

Благодаря изобретению "эфирной сети" (ether net)
Боб Меткалф обессмертил свое имя. А мы все просто обязаны ежедневно воздавать
должное Бобу за его гениально-простое изобретение. Что ж, внедрение протокола
Ethernet в оптические сети "последней мили" продлит миг торжества, растянувшийся
на десятилетия. Тема данной статьи: EPON, или Ethernet Passive Optical Networks.

Наш еженедельник уже касался темы пассивных оптических сетей (PON) ("Компьютерное
Обозрение", # 47, 2000
), однако на тот момент существовала лишь их ATM-модификация.
Сегодня благодаря усилиям некоторых прозорливых молодых технологических компаний
коммутацию ячеек в таких сетях сменяет коммутация пакетов. Несмотря на незначительность
внесенных изменений, последствия внедрения нового протокола могут существенно
повлиять на коммуникационный ландшафт "последней мили".

Основные сведения о PON

Технологии обработки контента шагают вперед, мы уже можем слушать через Internet
радио, смотреть фильмы и участвовать в видеоконференциях. И все это разнообразие
мультимедийных потоков ведет к дисбалансу. Еще недавно гигабитовый трафик был
привилегией крупных корпораций с мощными каналами доступа, которые располагали
соответствующими финансовыми возможностями. Сегодня компания из десяти сотрудников
в состоянии освоить практически любую пропускную способность. Гигабитовая скорость
обмена данными в локальной сети — реальность. Рост количества инсталляций Gigabit
Ethernet прогнозируется на уровне 128% ежегодно вплоть до 2004 г. Решения "последней
мили", которые предлагаются, не отвечают требованиям небольших фирм и частных
пользователей: они не в состоянии оплатить полновесные оптические каналы (несколько
тысяч долларов в месяц), но и производительность модемного соединения их не может
удовлетворить. Существуют DSL и медные линии стандарта T1, которые стоят сотни
долларов в месяц, однако не везде подобный сервис доступен. Пассивные оптические
сети метят как раз в образовавшуюся брешь. Их основное отличие от магистральных
линий — удешевление конструкции за счет мультиплексирования с разделением по
времени (Time Division Multiplexing — TDM). Если уточнить, то снижение стоимости
в основном касается провайдера, а не пользователя. Однако, учитывая распространенную
практику установки клиентского оборудования в рассрочку, этот факт не будет оказывать
негативного влияния.

Рис. 1
Рис. 2

PON не исключает вообще, но минимизирует количество активных
элементов в сети. Ее основными компонентами являются один OLT (Optical Line Terminal)
со стороны провайдера и клиентские ONT (Optical Network Terminal). Рассмотрим
путь нисходящего потока данных (рис. 1). Из сети провайдера с помощью маршрутизатора
отбирается информация, предназначенная пользователям, и направляется OLT. Передающий
лазер последовательно формирует фреймы фиксированной длительности (2 мс), которые
адресуются различным ONT. Они путешествуют по одному волокну вплоть до первого
разветвителя (splitter), который распределяет поток между абонентскими линиями.
ONT обрабатывает все поступающие данные, но отбирает лишь фреймы, направленные
ему. Не очень эффективная схема, однако вариант мультиплексирования с разделением
по длине волны (Wavelength Division Multiplexing — WDM) существенно менее гибок
и более дорог. Восходящий поток формируется аналогичным образом (рис. 2) — каждый
ONT пишет данные только в отведенный ему отрезок времени. Таким образом, после
объединения сигналов из различных линий в общий поток с помощью пассивного мультиплексора
(coupler) фреймы не перекрываются. Если коснуться физической архитектуры сети,
то у провайдера инсталлирована так называемая "стойка" (chassis), состоящая
из набора карт OLT, сетевых интерфейсных модулей (NIM) и модуля маршрутизации
(Switch Card Module — SCM). Одна карта посредством разветвителей может обслуживать
до 64 пользовательских терминалов. Управление множеством OLT осуществляется с
помощью EMS (Element Management System).

А при чем здесь Ethernet?

Вначале, разрабатывая PON, компании ориентировались на широкополосные мультимедиа-сервисы
реального времени, требующие гарантированной пропускной способности. Телефонная
связь, видео по требованию, кабельное телевидение. Идеальным решением казалось
использование протокола ATM. Напомним, что в его основе лежат миниатюрные 53-байтовые
ячейки (cells), наполненные всего 48 байтами полезной информации. 5 байт заголовка,
известные под названием "ATM cell tax", поглощающие чуть меньше 10%
емкости канала, в совокупности со схемой TDM приводили к существенному снижению
эффективности. IP-пакеты, которые могут достигать размера 65 KB, сначала должны
быть разбиты на группы фреймов длительностью 2 мс, а затем раздроблены на 48-битовые
осколки. Кроме того, фиксированная пропускная способность плохо сочетается со
взрывным характером IP-трафика. Никто не будет возражать против того, что Ethernet-пакеты
переменной длины (до 1518 B) значительно лучше подходят для ретрансляции Internet-трафика.
В качестве базовой скорости передачи была выбрана спецификация IEEE 802.3 — 1
Gbps. Есть несколько способов реализации QoS. Разработчики выбрали варианты с
TOS-полем IP-пакетов (Type of Service, длина 8 бит), позволяющим ввести до 8 уровней
приоритета, и метод резервирования пропускной способности, который исключает возможность
конкуренции между привилегированными приложениями и общим потоком.

Рис 3
Рис 4

Существует два подхода к построению сетей EPON: с использованием
двух (рис. 3) и трех длин волн (рис. 4). В двухволновой конфигурации на длине
волны 1510 нм передается нисходящий поток, а на 1310 нм — восходящий. Длина оптической
линии в данном случае может составлять до 20 км, а количество каскадов разветвителей
— 32. Когда добавляют третью длину волны — 1550 нм, ее отводят для нисходящего
потока видео в формате MPEG-2. Однако существует и вариант, когда промежуток 1530—1565
нм отдается под реализацию соединения с разделением по длине волны (DWDM). Благодаря
такому оригинальному решению провайдер и пользователь получают дополнительную
степень свободы, а также возможность безболезненной модернизации. Длина "свободного
пробега" сигнала в волокне при этом ограничивается 18 км.

И каковы коврижки?

Стандартный протокол принес с собой стандартные, готовые к применению, массовые
и недорогие решения. Коммутаторы, маршрутизаторы, технологии обеспечения безопасности
— все это оборудование уже существует для гигабитового Ethernet и может сослужить
неплохую службу пионерам EPON. Кроме того, как клиентские терминалы, так и терминалы
оптической линии, установленные у провайдера, естественным образом интегрируются
с локальными медными сетями. Например, ONT способны обеспечивать внутреннюю трансляцию
IP-адресов, что упрощает внесение изменений в пользовательскую конфигурацию. Терминал
играет роль межсетевого экрана, маршрутизатора, хаба и коммутатора в "одной
коробке". Соотношение цена/производительность достигло небывалого значения
для оптических сетей: стоимость построения и обслуживания (пассивные элементы
не требуют настройки) снизилась, а пропускная способность значительно возросла
(в 2 раза, даже по отношению к асимметричным APON). Удешевление инсталляции произошло
и за счет исключения набора дорогостоящих компонентов, необходимых для реализации
систем SONET/ATM (дополнительные шлюзы и маршрутизаторы как со стороны провайдера,
так и со стороны клиента). Модернизация сети сводится лишь к внесению изменений
в единственный OLT и пользовательские ONT, без необходимости модификации промежуточных
элементов. Производительность каждого соединения плавно изменяется от 1 Mbps до
1 Gbps плюс практически неограниченные возможности наращивания пропускной способности
за счет введения канала DWDM. Вместе с улучшенной поддержкой TCP/IP увеличивается
доступность множества сервисов, свойственных только глобальной сети — видеоконференции,
аудиочаты, коллективная работа, аренда приложений и т. д.

Протокол Ethernet в союзе с архитектурой PON выводит традиционные оптические сети
на абсолютно новый уровень. Синтез двух отработанных технологий привел к появлению
совершенно нового, оригинального и многообещающего гибрида. Конечно, на рынке
EPON придется столкнуться с конкуренцией в лице компаний, аналогичных PhotonEx.
В частности, эта начинающая компания, о которой уже писал наш еженедельник, предлагает
полностью оптическую сеть, которая сможет протянуть "связующую нить"
от магистральных каналов прямо в офисы и квартиры конечных потребителей. Однако
преимущество нашего гибрида именно в том, что ничего нового и революционного в
нем нет.

Пока EPON находится в стадии разработки, которую ведет группа EFM (Ethernet in
the First Mile) под эгидой IEEE. В списке участников — Intel, Nortel, Cisco,
Alcatel, Lucent и многие другие крупнейшие корпорации. Первые результаты ожидаются
в течение этого года. Однако 23 мая случилась сенсация — малоизвестный новичок,
компания Salira Optical Network Systems, анонсировала собственную систему на основе
PON и Ethernet! Ничем не уступая EPON, она предлагает более гибкие средства управления
и обещает снижение стоимости оборудования до $500 в расчете на одного пользователя.
При этом следует учесть, что под "пользователем" подразумевается любая
точка доступа (например, обслуживающая многоквартирный дом или офисное строение).
Стандарта еще нет, а на рынке уже горячо! Если так пойдет и дальше, то уже в ближайшие
несколько лет пассивные оптические сети смогут стать очевидным решением проблемы
последней мили.


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: