Ethernet w sieciach metropolitalnych

Sieci metropolitalne w technologii Ethernetu są od 2002 r. najszybciej rosnącym segmentem rynku IT, gdyż ich instalacja jest prostsza i tańsza w porównaniu z szerokopasmowymi technologiami dostępowymi ISDN, ADSL czy VDSL oferowanymi przez operatorów telekomunikacyjnych. Metro Ethernet jako medium umożliwia integrowanie w jednej sieci transportowej przekaz danych, głosu, programów telewizji kablowych i wideo na żądanie, a także prowadzenie wideokonferencji, zdalne przechowywanie danych, zdalną pracę i telenauczanie. Powszechne wdrażanie rozwiązań Metro Ethernet przez niezależnych operatorów dopiero się zaczyna (2003 r.). Wśród firm zainteresowanych posiadaniem miedzianej lub światłowodowej sieci miejskiej są różne przedsiębiorstwa komunalne: wodne, ciepłownicze, kanalizacyjne, energetyczne, a nawet gazowe - a więc te, które mają media obsługujące miasto. Mają one przewagę nad tradycyjnymi operatorami telekomunikacyjnymi, gdyż dysponują w mieście własną infrastrukturą telekomunikacyjną włącznie z „prawem drogi”, co pozwala im na tworzenie nowych komunikacyjnych traktów sieciowych - bez kłopotliwego uzgadniania tras przebiegu i ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z ich eksploatacją.

Wbrew pozorom to bardzo ważny element infrastruktury sieciowej, a także wymierny składnik kosztowy całości przedsięwzięcia teleinformatycznego w mieście. Najsłabszą pozycję wśród przedsiębiorstw komunalnych mają dostawcy gazu ze względu na zagrożenia w eksploatacji światłowodów obok magistrali sieci gazowej. Badania wykazały jednak, że prowadzenie takiej działalności jest możliwe, a nawet bezpieczne. Firmy te zdobyły częściowo rynek ethernetowy w metropoliach, aby konkurować z zadomowionymi od lat operatorami telewizji kablowej (CATV) i telekomami (PSTN).

Budowa sieci Metro Ethernet z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury komunalnej jest najtańszym rozwiązaniem, zarówno w przypadku realizacji „ostatniej mili”, jak i optycznej sieci szkieletowej na wysoko zurbanizowanym terenie. Sieć Metro z założenia zapewnia obsługę trafiku znacznie większego, niż oferują to nawet najbardziej rozbudowane osiedlowe sieci ethernetowe. Przez powiązanie miejskiej infrastruktury sieciowej z rozwiązaniami dużych dostawców usług internetowych o ustalonych tradycjach, można uzyskać kompleksową, szybką metropolitalną sieć telekomunikacyjną o faktycznie zróżnicowanej ofercie usług - niedostępnych w innych sieciach. W odróżnieniu od ethernetowych sieci osiedlowych o wyspowym charakterze i obsługujących mniejsze skupiska mieszkańców miejska sieć ethernetowa od początku jest projektowana do obsługi większości mieszkańców całego miasta lub jego dzielnicy. Wskaźnik dostępności (możliwość podłączenia) do takiej sieci nie powinien być mniejszy niż 80%, a elastycznie projektowane rozwiązania powinny pozwalać na prawie dowolne konfigurowanie i rozszerzanie zasięgu w całym mieście.

Zamknięta w obszarze miejskim struktura Metro Ethernetu ma ponadto tę przewagę nad innymi rozwiązaniami szerokopasmowymi, że duża część metropolitalnej transmisji danych nie wychodzi poza granice miasta i większość trafiku dokonuje się wewnątrz sieci (wideo na żądanie, połączenia między lokalnymi oddziałami firm, usługi bankowe, multimedialna informacja miejska czy miejskie usługi filmowe). Wymagania co do zewnętrznych szerokopasmowych łączy ze światem mogą nie być wygórowane, chociaż są bardzo istotne z punktu widzenia internautów. Z powodu wykładniczego wzrostu zapotrzebowania na usługi szerokopasmowe właściwe projektowanie Metro Ethernetu wymaga przeprowadzenia wcześniejszej analizy przewidywanego ruchu generowanego przez duże podmioty gospodarcze, znajomości lokalnych planów zagospodarowania przestrzennego, a nawet perspektyw rozwoju regionalnego.

W najniższej warstwie infrastruktury sieci Metro są potrzebne inteligentne rutery i przełączniki warstwy dostępowej, pozwalające organizować poszczególne trakty (odcinki sieci) o różnych przepływnościach i optymalnie trasować ruch, uwzględniając przewidywane zmiany w trakcie użytkowania i rozwoju systemu. To ostatnie jest konieczne, ponieważ oprócz stałego dostępu do Internetu użytkownicy biznesowi potrzebują zarówno stałych, jak i okresowych połączeń między oddziałami (n*2 Mb/s), co w dużym stopniu wpływa na rozkład ruchu w sieci. Nie mniejsze zmiany natężenia ruchu powodują też internauci, korzystający z odległych zasobów sieciowych. Problemem dla dostawców usług metropolitalnych jest wykonanie pierścieni w szkielecie Metro Ethernetu, ponieważ typowa infrastruktura mediów komunalnych (woda, ciepło, gaz) zazwyczaj ma strukturę drzewiastą. Tworzenie redundancyjnych pierścieni napotyka więc sporo trudności technologicznych, a zapewnienie odpowiedniej niezawodności w użytkowaniu pierścieniowej sieci metropolitalnej jest jednym z atrybutów Metro Ethernetu.

Szybszy dostęp do zasobów

Zakończenie w sierpniu 2003 r. przez Metro Ethernet Forum (MEF) kluczowych specyfikacji do usług opartych na technologii Metro Ethernet przyspieszyło wdrażanie rozwiązań sieci miejskich. Według specyfikacji, metropolitalne rozwiązania Metro Ethernetu zapewniły skalowalność i elastyczność - szczególnie w kontekście alokacji pasma w zakresie przepływności od 1 Mb/s do 1 Gb/s, z krokiem nie mniejszym niż 1 Mb/s. Rozwiązania te wydają się szczególnie ważne dla nowych operatorów, oferujących takie usługi, jak telefonia IP, Internet, interaktywna telewizja czy szeroko rozumiana multimedialna komunikacja miejska. Metro Ethernet staje się więc faktycznie nie tyle alternatywą, ile rozszerzeniem tradycyjnych technologii szerokopasmowych, np… ATM czy SONET/SDH, stosowanych głównie do transportu danych na dystansie nieprzekraczającym 100 km.

Uzyskanie szybkiego dostępu przez użytkownika do odległych zasobów sieci wymaga rozwiązania trzech zagadnień: usunięcia ograniczeń przepływności na „ostatniej mili”, zapewnienia odpowiednio dużej przepływności między węzłami sieci metropolitalnej oraz udostępnienia szerokiego pasma zewnętrznych traktów komunikacyjnych ze światem. Znany nie od dziś problem „ostatniej mili”, czyli łącza od abonenta do sieci metropolitalnej, w zasadzie nie występuje w technologii Metro Ethernetu, gdyż oferowana w niej przepływność na pojedynczej skrętce miedzianej bezpośrednio u użytkownika wynosiła początkowo co najmniej 10 Mb/s, a obecnie nie mniej niż 100 Mb/s. Kabel nie jest więc ograniczeniem, czego nie można powiedzieć o dostępie komutowanym (56 kb/s) ani dostępie cyfrowym ISDN (115 kb/s, 128 kb/s).

W sieci metropolitalnej, która z założenia dysponuje wewnętrznym szkieletem optycznym o przepływności 100-1000 Mb/s, a niekiedy już 10 Gb/s, jedynym istotnym problemem pozostaje jakość (przepustowość) zewnętrznych łączy internetowych. Wymagana przepływność tych zewnętrznych traktów szerokopasmowych jest zmienna i zależy od wielu nieprecyzyjnie definiowanych czynników, takich jak liczba aktywnych internautów w danym czasie, pora dnia, dzień tygodnia, dni wolne od pracy, aktywność przyłączonych przedsiębiorstw czy liczba zalogowanych użytkowników pobierających gigabitowe porcje programów, gier, filmów, a także wielkość generowanego ruchu przez instytucje włączone do sieci. Wymagana przepływność zewnętrznych traktów komunikacyjnych jest trudna do określenia. Zwykle jest uzyskiwana przez wydzierżawienie od innych dostawców wielokrotnych traktów o przepływnościach w zakresie 2-155 Mb/s do różnych sieci pakietowych. Zbyt oszczędnie dobrane przepustowości do sieci zewnętrznych (Internet) powodują, że faktyczna jakość usług może bardzo rozczarować abonenta, oczekującego obiecywanej przez operatora szybkości nie mniejszej niż 10 Mb/s.

Usługi Metro Ethernetu

Prekursorem szerokopasmowego rozwiązania metropolitalnego Ethernetu w Europie, na którym wzorują się inni dostawcy, jest włoska firma FastWeb. Operator dostarcza kompleksowe usługi transmisji głosu, danych i wideo zarówno klientom instytucjonalnym, jak i indywidualnym. Najbardziej atrakcyjną usługą sieci metropolitalnej są interaktywne przekazy wideo na żądanie VOD (Video on Demand), które pozwalają w dowolnym czasie oglądać na ekranie odbiornika telewizyjnego wybrane programy TV, dowolnie wybierać filmowe pozycje z wideoserwerów operatora i odtwarzać je w dowolnym czasie. Do korzystania z tej usługi (za dodatkową opłatą) wystarczy oprócz łącza Metro Ethernet odbiornik TV z przystawką Set Top Box. Internetowa filmoteka może zawierać kilka tysięcy filmów i programów do wyboru.

W metropolitalnych rozwiązaniach Metro Ethernet stosuje się połączenia abonenckie o dużych przepływnościach sięgających 10, 100 lub 1000 Mb/s. Dla klientów indywidualnych dostawca zwykle zapewnia usługi przesyłania głosu w pakietach IP zgodne ze standardem H.323 oraz transmisję programów telewizyjnych i wideo na żądanie. Dla klientów instytucjonalnych oferta usług rozszerza się o archiwizację danych, możliwość tworzenia kopii zapasowych, monitorowanie wideo przez sieć IP, tworzenie bezpiecznych sieci VPN oraz realizację usług wideokonferencyjnych i opartych na transmisji strumieniowej.

Technologia Metro Ethernetu jest obecnie najszybciej rozwijającą się technologią sieci lokalnych LAN. Odnotowany w 2003 r. nagły wzrost zainteresowania sieciami metropolitalnymi Ethernet wiąże się z rynkowym rozszerzeniem asortymentu urządzeń metropolitalnych i ofertą nowych usług dostarczanych przez usługodawców w tej sieci. Inwestycje w sieci Metro Ethernetu zwracają się szybko (do trzech lat). Wysoką dynamikę wzrostu wykazuje instalacja metropolitalnych portów ethernetowych, których liczba już w 2002 r. przekroczyła milion portów. Największy rozwój infrastruktury teleinformatycznej Ethernetu odnotowano w trzech dziedzinach optycznych: pasywnych sieciach optycznych EPON (Ethernet Passive Optical Network), optycznej implementacji EDWDM (Ethernet over DWDM) oraz technologii transportowej ESONET (Ethernet over SONET).