Быстрый рост объема трафика данных в городских сетях остро ставит проблему недостаточной пропускной способностисуществующей инфраструктуры, основанной на технологии предварительного соединения каналов, такой, как SONET и ATM. Решение видят во внедрении пакетных колец, сочетающих надежность SONET и возможности сетей с коммутацией пакетов.
Пакетное кольцо, а точнее, Resilient Packet Ring (RPR), — новая технология, разработкой стандартов для которой занимается IEEE Workgroup 802.17, образованная в декабре 2000 г. Ее целью является создание реальной альтернативы SONET — сегодня основному транспорту для передачи информации в сетях масштаба города (Metro Area Networks — MAN). Для продвижения стандартов, базирующихся на технологии RPR, и позиционирования ее в качестве ключевой для объединения городских сетей был учрежден RPR Alliance, в который вошли все лидирующие компании индустрии. Однако, чтобы оценить будущее, необходимо хотя бы вкратце познакомиться с настоящим.
Традиционная архитектура городских сетей
Если посмотреть на структуру магистральных сетей в городе, то большая часть из них базируется на технологии SONET и имеет кольцевую топологию. Напомним, что изначально эта технология была разработана для передачи голоса и предназначалась для приложений, ориентированных на коммутацию каналов и соединения типа точка—точка. Из сильных сторон SONET отметим быструю восстанавливаемость (50 мс) и доступность (заветные для любого оператора связи "пять девяток" — 99,999%). Но по мере того как превалирующей в городских сетях стала передача данных, начали остро проявляться недостатки SONET в отношении этого типа трафика.
Трудности возникают и при выполнении многоадресной рассылки. Для ее осуществления в кольце SONET источник должен быть связан с каждым получателем отдельным логическим каналом, и для него генерируется новая копия фрагмента данных. Таким образом, по кольцу путешествует множество копий фрагмента, поглощая ресурсы. С этой точки зрения даже высокая отказоустойчивость превращается в минус, поскольку для ее обеспечения резервируется 50% пропускной способности двойного кольца.
Одной из основных причин недостаточной масштабируемости и неэффективного использования полосы пропускания служит механизм мультиплексирования с разделением по времени (TDM). Напомним, что его реализация предусматривает для каждого узла определенную последовательность временных слотов в общем потоке данных, из которых узлы в установленные отрезки времени считывают информацию, даже не подозревая (в случае многоадресной рассылки), что в следующем, "чужом" слоте находится ее очередная порция.
Многих из перечисленных выше недостатков лишены пакетные сети, в частности Ethernet. С достижением мультигигабитовых скоростей эта сеть покинула пределы офисов, где служила инструментом для разделения ресурсов, и постепенно вытесняет другие технологии в корпоративных сетях, даже в магистральных. Ethernet более эффективно использует имеющуюся полосу пропускания и является простым и дешевым решением для передачи данных. Однако городские сети традиционно базируются на оптоволоконном кольце, а технология Ethernet, оптимизированная для соединений точка—точка и топологии типа звезда, не обеспечивает требуемых характеристик. В частности, она не может использовать кольцо для быстрого восстановления. Для удаления петель в коммутируемых сетях Ethernet опирается на протокол остовного дерева (Spanning Tree Protocol — STP). Он, правда, позволяет создавать резервные пути, но время восстановления при обрыве волокна недопустимо велико, поскольку информация о неисправности должна последовательно передаваться к каждому вышерасположенному относительно потока данных узлу. Есть еще группировка (агрегация) каналов, но она предоставляет высокую надежность только на уровне каналов, и неприменима для резервирования путей. Кроме того, время восстановления канала здесь на порядок выше, чем для кольца SONET.
Из приведенного выше краткого анализа видно, что ни SONET, ни Ethernet не являются идеальными решениями для управления трафиком в сетях с кольцевой топологией. Объединить их достоинства и избавиться от недостатков обещает…
…Технология пакетных колец
Протоколы RPR разрабатывались с целью предоставить сетевую технологию, полностью базирующуюся на пакетной форме трафика, которая, с одной стороны, обеспечивала бы масштабируемость и эффективные механизмы использования полной полосы пропускания, свойственные Ethernet, а с другой — высокую надежность, быстрое восстановление и глобальную равнодоступность, характерные для SONET.
Одно из основных преимуществ пакетного кольца заключается в том, что отправленный каким-либо узлом пакет дойдет до получателя независимо от направления обхода кольца. Поскольку все узлы "знают" о кольцевом соединении, они выполняют лишь три базовые операции: ввод пакета в кольцо, ретрансляцию и удаление пакета из кольца. Такой алгоритм существенно снижает непроизводительные расходы на обработку служебной информации для принятия решений о маршрутизации пакетов.
Что касается надежности, то она присуща кольцевой топологии изначально. В случае Ethernet обход поврежденного участка достигается с помощью протокола STP, тогда как в кольце только два прилегающих к разрыву узла выполняют действия по маршрутизации трафика на дублирующее кольцо. При этом время восстановления составляет менее 50 мс. Столь же эффективно RPR-протоколы реализуют равнодоступность подключенных к кольцу узлов к ресурсам магистрали. Каждому узлу может быть выделена предопределенная "справедливая" доля полной полосы пропускания. К примеру, если между двумя узлами нет перегрузки магистрали, то им в отличие от SONET может быть предоставлена полная пропускная способность данного участка кольца. При этом, поскольку политика равнодоступности реализуется по отношению ко всему кольцу, а не на уровне каналов, она легко транслируется на глобальный ресурс.
Что касается стандарта 802.17, то рабочая группа намерена завершить его разработку к началу 2003 г.