Sieci wielousługowe i wirtualne

Zapewnienie wielousługowego charakteru sieci IP wymaga wprowadzenia zróżnicowanych usług sieciowych, podobnie jak to dzieje się w sieciach ATM. Różnią się one podstawowymi parametrami, takimi jak: typ pakietów przekazywanych przez sieć (stałej lub zmiennej długości), dopuszczalne opóźnienie, fluktuacja pakietów w węźle sieci (jitter) czy prawdopodobieństwo utraty pakietu wynikłe z chwilowego przeciążenia sieci.

W wielousługowych sieciach IP wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje ­ruchu: strumieniowy (stream) i elastyczny (elastic). W ruchu strumieniowym – tworzonym przez aplikacje przekazów wideo czy dźwiękowych (audio, VoIP) – ruch pakietowy jest transmitowany z pomijalnie małym opóźnieniem i zapewnieniem stosunkowo niewielkich strat. Ruch elastyczny dotyczy przesyłania dokumentów, takich jak zbiory czy obrazy nieruchome. Od tego typu ruchu wymaga się zapewnienia większej poprawności przekazu, natomiast czas ich transmisji nie jest zazwyczaj najważniejszy. Postęp w technologiach sieci optycznych uwidacznia się w rosnącej przepływności optycznego szkieletu, a wraz z nim coraz większej inteligencji rozwiązań sieciowych. Szczęśliwie dla dostawców usług ewolucji podlegają także komutacja i trasowanie wielousługowe.

Przyspieszenie w rozwoju nowych usług (takich jak transmisja ruchu wymagającego małych opóźnień w trybie multicast czy sieci VPN) oraz wzrost zapotrzebowania klientów na szybsze i tańsze łącza i urządzenia dostępowe zwiększyły wymagania odnośnie sieci wielousługowych. Teraz muszą one zapewniać mechanizmy jakościowe QoS, ochronę informacji, niezawodność oraz ciągłą ewolucję inżynierii ruchu, w tym implementacje protokołów z etykietowaniem MPLS (MPlS). Integracja obsługi pakietów IP, ATM i MPLS w przełącznikach wielousługowych ma zapewnić uproszczenie architektury sieci IP oraz elastyczną realizację mechanizmów QoS - daleko wykraczających poza klasyczne podejście typu best effort. Zaawansowane mechanizmy QoS muszą być zrealizowane sprzętowo, aby działać z bardzo szybkimi łączami transmisyjnymi. Jednocześnie zachodzi konieczność stosowania środków zapewniających ochronę informacji, które ewoluują w miarę jak coraz więcej firm przechodzi od sieci prywatnych do sieci wirtualnych (VPN), realizowanych w infrastrukturze sieci publicznych.

Pojęcie wirtualnej sieci prywatnej sugeruje, że jest to sieć logiczna, a nie fizyczna. W założeniu wirtualna sieć VPN ma funkcjonować w sposób zbliżony do rzeczywistej sieci prywatnej, zapewniając zarazem redukcję kosztów związanych z dzierżawą łączy. Przyszłość telekomunikacji należy do optycznych sieci wirtualnych OVPN (Optical VPN), opartych na wielu zarządzanych i dynamicznie konfigurowanych kanałach optycznych. Wielokanałowa sieć OVPN, w której moduł przepływności jest związany z pojedynczym kanałem optycznym, ma zapewniać praktycznie nieograniczoną przepustowość i skalowalność, dzięki prostej możliwości zwiększania szybkości transmisji. Klient otrzymuje wtedy optyczną sieć wirtualną, niezależną od protokołu sieciowego oraz przepływności oferowanych usług. W inteligentnej sieci optycznej realizacja OVPN jest kwestią minut, podczas gdy do realizacji połączeń optycznych opartych na technice SDH potrzeba dni lub nawet tygodni.

Tunelowanie informacji

Niezawodność i prywatność rozwiązań stanowi kolejny element o zasadniczym znaczeniu dla obsługi dużych ilości ruchu podczas przechodzenia od sieci prywatnych do sieci VPN oraz od sieci tradycyjnych do wielousługowych. Możliwości związane z trasowaniem wirtualnym zwiększają skalowalność sieci dzięki multipleksowaniu wielu tuneli informacyjnych w większe strumienie ruchu. Do wzrostu bezpieczeństwa informacji transmitowanej przez sieć optyczną przyczynia się także podział ruchu na brzegu sieci na strumienie o różnej modularności. Efektywność tych mechanizmów systematycznie rośnie wraz z postępem w zakresie integracji warstw sieciowych.

Technologia przełączania MPLS umożliwia tworzenie hierarchii tuneli informacyjnych z etykietowaniem LSP (Label Switched Path), co zmniejsza wymagania na moc przetwarzania węzłów sieci szkieletowej. Algorytm MPLS zapewnia szybkie przełączanie etykiet (zbliżone do komutacji komórek ATM) i przyspiesza kierowanie pakietów IP jedynie przy niewielkich zmianach w istniejących protokołach trasowania, takich jak OSPF (Open Shortest Path First) czy IS-IS (Intermediate System–Intermediate System). Standaryzacja procedur sterujących między przełącznikami w warstwie usługowej (transmisji danych) a przełącznikami optycznymi zapewnia zestawianie prawdziwie optycznych tuneli MPlS z etykietowaniem poszczególnych długości fal w sieci, rozszerzając możliwości unikania natłoku.

Zintegrowane zarządzanie

Zarządzania ruchem stanowi istotę sieci wielousługowych, budowanych obecnie przy wykorzystaniu techniki ATM. W technologii MPLS jest to zapewnione przez odwzorowanie tuneli LSP (Label Switched Path) na odpowiednie ścieżki fizyczne (explicit routing) oraz agregowanie trafiku – w większe strumienie o odpowiedniej wielkości. Odwzorowanie to uwzględnia warunki ruchowe w sieci oraz dostępność pozostałych zasobów sieciowych. Uzyskanie wymaganej jakości QoS za pomocą ścieżek LSP dokonuje się przez rezerwację odpowiednich zasobów dla tych ścieżek oraz przez przydzielanie im odpowiednich priorytetów.

Integracja protokołów MPLS z technologiami ATM lub IP w wielousługowych przełącznikach szkieletowych umożliwia realizację sieci „niezależnych od usług”, a więc najbardziej odpowiednich dla klienta. Ze względu na duże przepływności oferowane przez sieci optyczne jest niezbędne bardzo szybkie wykrywanie błędów i uszkodzeń występujących w sieci, ich precyzyjne lokalizowanie, a także szybkie przesyłanie informacji o nich do odpowiednich węzłów przez system sygnalizacji i zarządzania. Wznawianie pracy sieci po wystąpieniu uszkodzeń obejmuje mechanizmy protekcji i zarządzania. Zlokalizowane uszkodzenia powodują natychmiastowe przełączenie systemu na zasoby rezerwowe tej samej klasy, natomiast tryb odtwarzania obejmuje wolniejsze procedury wyszukiwania nowych ścieżek i nie korzysta z wcześniej zarezerwowanych zasobów.

Nowe możliwości w zakresie inżynierii ruchu, oferowane przez przełączniki wielousługowe, w znaczący sposób wpływają na planowanie topologii sieci. Termin inżynierii ruchu w odniesieniu do sieci optycznych IP obejmuje szereg zagadnień wyboru trasy (MPLS, MPlS, trasowanie, rezerwowanie) spełniających łącznie określone warunki – związane z oferowaną jakością obsługi. Dla sieci optycznych istnieje dodatkowe ograniczenie związane z faktem, że w warstwie optycznej można posługiwać się znacznie mniejszą liczbą etykiet MPlS (odpowiadających konkretnym długościom fal) niż w przypadku sterowania warstwą IP/MPLS.

Tradycyjne sieci IP są budowane z wielu elementów, z których każdy realizuje określone funkcje (trasowanie IP, komutację w warstwie 2, retransmisję, inne). Transmisja większości sygnałów, które przechodzą przez przełączniki danych i elementy optyczne, napotyka więc na konieczność konwersji elektryczno-optyczno-elektrycznej (często wielokrotnej). Trafik pakietowy zazwyczaj przechodzi przez krosownice i multipleksery SDH oraz sprzęt DWDM, natomiast inne multipleksery (SDH) są potrzebne do łączenia sprzętu DWDM z interfejsami o mniejszej przepływności w konwencjonalnych przełącznikach i ruterach. W tradycyjnym modelu wszystkie warstwy (trasowania, komutacji, SDH oraz optyczne) są zarządzane osobno, co znacząco wpływa na wzrost kosztów operacyjnych.

W przyszłej zintegrowanej sieci wielousługowej będzie wymagana konsolidacja modelu wielowarstwowego i zastąpienie go prostszym rozwiązaniem, obejmującym przełączanie wielousługowe, inteligentną warstwę optyczną oraz dostarczanie usług end-to-end. Integrację funkcji sieciowych można zaobserwować już teraz w obszarze sieci metropolitalnych, gdzie elementy wielousługowe potrafią obsłużyć technologie IP/MPLS, ATM, TDM, SDH i DWDM. Pojawia się także nowa generacja przełączników wielousługowych, wyposażonych w porty o bardzo dużej przepływności i interfejsy bezpośrednio zintegrowane ze sprzętem DWDM. Takie rozwiązanie zapewnia zmniejszenie złożoności zarządzania (wiążącej się z wielowarstwową architekturą sprzętową), uproszczenie obsługi sieci, zmniejszenie poboru energii oraz ewentualne zmniejszenie kosztów sprzętu przez wyeliminowanie translatorów optycznych.

Nadal są rozwijane standardy, które zapewnią bezpośrednie współdziałanie warstw usługowej i optycznej. Dotyczy to między innymi dynamicznej sygnalizacji optycznej, umożliwiającej przełącznikom wielousługowym sygnalizowanie zapotrzebowania na przepływność warstwy optycznej i tworzenie odpowiednich połączeń transportowych na żądanie. W połączeniu z nowymi usługami w warstwie optycznej zapewni to realizację sieci o bardziej jednolitej infrastrukturze. W obliczu takich tendencji integracyjnych zarządzanie siecią staje się dla dostawców usług sprawą o krytycznym znaczeniu. Zwiększające się zapotrzebowanie na przepływność oraz rosnący nacisk na realizację sieci elastycznych, zapewniających odpowiednie połączenia „na żądanie”, nakładają duże wymagania na systemy zarządzania siecią, które muszą zaoferować dostawcom proste mechanizmy do szybkiej realizacji usług.

Nowe wymagania sprawiają, że elementy sieciowe stają się w dużym stopniu autonomiczne w zakresie zarządzania (self-managing), a system zarządzania musi objąć także planowanie sieci wraz z zarządzaniem usługami. Ewolucja technologii sieciowych sprawia, że integracja zarządzania warstwą optyczną i usługową staje się czynnikiem o podstawowym znaczeniu. Ma to także wpływ na ogólną architekturę sieci zarządzającej (TMN – Telecommunications Management Network).

Optyczna ewolucja architektury TMN obejmuje wiele aspektów. Zarządzanie połączeniami będzie w sieciach następnej generacji obsługiwane w sposób rozproszony, a same funkcje związane z zarządzaniem siecią przesuną się w stronę zewnętrznych elementów sieci. Otwiera to nowe możliwości szybkiego zestawiania połączeń i przekierowywania ruchu w razie awarii, zmniejsza opóźnienia w komunikacji systemów (np… Typu klient-serwer), skraca czas wdrażania nowego sprzętu, upraszcza realizację interfejsów zarządzania oraz zapewnia konfigurowanie usług w trybie end-to-end przy wykorzystaniu centralnej stacji roboczej. Wszystko to wymaga od urządzeń sieciowych posiadania informacji o topologii sieci, a więc realizacji odpowiednich funkcji związanych np… Z wyszukiwaniem nowych urządzeń w sieci. Samoucząca się sieć zawęża ryzyko wystąpienia błędów związanych z pracą operatorów, a także zmniejsza liczbę koniecznego do obsługi sieci personelu.