Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Оптическая коммутация блоков

А. В. Голышко, Н. А. Лескова

Сталкеры обращены ко времени наступающему.
Обычные люди смотрят на время, уходящее от нас.

Карлос Кастанеда. Колесо времени

Как часто новым многообещающим технологиям подчас не хватает какого-нибудь последнего штриха, чтобы окончательно превратиться в то, что потом назовут “новой парадигмой”. Именно таким штрихом, изменяющим сетевую философию, может стать для архитектуры IP over DWDM недавно разработанная оптическая коммутация блоков (Optical Burst Switching — OBS).

Консенсус оказался возможным?

Уже неоднократно говорилось о том, что доминирующим видом трафика на телекоммуникационных сетях становится трафик данных, в который может превратиться не только чисто компьютерная информация, но и голос, и видео. При этом объемы трафика данных растут столь быстро, что впервые в истории развития средств связи настоятельно потребовалось создание совершенно новых сетей с колоссальной пропускной способностью, использующих технологию коммутации пакетов. Именно развитие Интернет-приложений и появление новых оптических технологий вносят фундаментальные изменения в сетевую философию. При этом реагировать на происходящие изменения нужно очень быстро, ибо если темпы роста объема трафика сохранятся, то, как считают специалисты, в 2005 г. только в США и только для доступа в Интернет потребуется общая полоса пропускания порядка 300 Тбит/с.

Одновременно с этим самые развитые (за последние 120 лет) и столь долго реконструируемые “классические” телефонные сети, использующие технологию коммутации каналов и охватывающие огромную армию абонентов во всем мире, незаметно перешли в разряд устаревших. В результате весь телекоммуникационный мир решил, что пора менять парадигму сетевого строительства. Однако с новой парадигмой еще не все в порядке, потому что не все еще готово окончательно: сети, стыки, протоколы и т. п. Настал телекоммуникационный переходный период.

Как известно, ключевыми тенденциями современного этапа развития оптических телекоммуникационных сетей на базе технологии плотного спектрального мультиплексирования (DWDM) является существенное увеличение пропускной способности оптической линии за счет организации целого набора каналов связи, для каждого из которых используется своя длина световой волны. Однако во время переходного периода существующая парадигма коммутации/маршрутизации длин волн для переноса пакетного трафика Интернет будет, вероятно, подвержена влиянию недостатков, присущих сетям с коммутацией каналов. Меж тем внедрение технологий оптической коммутации пакетов сдерживается значительными расходами и технологическими барьерами, связанными в первую очередь с пока еще недостаточным быстродействием существующих процессоров для обработки индивидуальных IP-пакетов в высокоскоростной оптической сети. Поэтому те, кто смотрит далеко вперед, уже поняли, что именно оптический IP-маршрутизатор будет, скорее всего, одним из самых “узких” мест в новой оптической сети.

Но нет ничего невозможного. Разработанная недавно технология оптической коммутации блоков (IP-пакетов) восстанавливает утерянное было равновесие между коммутацией пакетов и коммутацией каналов и открывает новые горизонты в развитии оптических сетей связи. Налицо новая основа интеграции сетей на базе архитектуры IP over DWDM. Ниже приведена краткая концепция OBS, о которой на страницах журнала IEEE Communications Magazine (сентябрь 2000 г.) рассказал г-н Chunming Qiao, член общества IEEE Computer and Communications и руководитель Технической группы оптических сетей (TGON).

Логические причины

Итак, трудно возразить, что среди недавних достижений в области оптических технологий самой заметной является технология DWDM. Именно благодаря ее внедрению полоса пропускания каналов оптического кабеля выросла сразу на несколько порядков. Меж тем повсеместное использование IP-протокола привело к усиленному рекламированию архитектуры IP over DWDM в качестве основы оптических сетей Интернет следующего поколения. Согласно ожиданиям фирм-производителей, такая архитектура не только улучшит технические и сервисные характеристики сетевого оборудования, но и создаст гибкую и надежную инфраструктуру с очень значительной пропускной способностью. Без сомнения, эффективное использование полосы пропускания с необходимой степенью масштабируемости жизненно важно для практического внедрения оптических сетей.

На сегодняшний день архитектура IP over DWDM находится в стадии постепенной миграции от существующих механизмов IP over ATM over SDH/SONET. Например, в некоторых реализациях “оптического Интернет” IP-маршрутизаторы подключены друг к другу через интерфейсы синхронной оптической сети SDH/SONET и каналы DWDM (соответственно данные преобразуются из оптической формы в электрическую и снова в оптическую, что можно записать как О/Е/О).

Предполагается, что для наилучшей сохранности данных на оптическом уровне в оптических сетях будет выделяться достаточное количество резервных оптических каналов, которые поддержат виртуальную (или логическую) связь узлов клиентов, т. е. IP-маршрутизаторов или АТМ-коммутаторов.

Однако методы маршрутизации длин волн по существу являются лишь вариантами парадигмы канальной коммутации и как таковые будут неизбежно страдать от присущих ей известных недостатков. Например, на границе сети будут необходимы сложные механизмы суммирования/обработки трафика для того, чтобы поддержать IP-приложения, требующие особо большую полосу пропускания (или целый оптический канал). Кроме того, учитывая, что число узлов клиента, включенных в оптическую сеть, довольно быстро растет, количество задействованных длин волн может превысить существующие технологические пределы. Это относится и к обеспечению общей коннективности в сети (связь “каждого с каждым”), и к соответствующим размерам коммутатора длин волн (или кроссконнектора). Без полной же коннективности сеть будет чересчур сложной из-за необходимости организации эффективного управления (например, для реконфигурации виртуальной топологии).

Чтобы осуществить статическое мультиплексирование и упростить процесс обеспечения сетевыми ресурсами (например, нужным количеством длин волн), логично снизить время обеспечения каждого потенциального клиента необходимой ему полосой пропускания. А это значит, что нужно перейти от каналов, существующих довольно продолжительное время, к блокам (IP-пакетов) или даже к отдельным IP-пакетам.

Текущие проблемы и пути их решения

К сожалению, практическая реализация оптической пакетной коммутации все еще обходится слишком дорого. Это связано и со значительными расходами на разработку, и с определенными технологическими барьерами. Наиболее характерная проблема — недостаточный ресурс оптического запоминающего устройства с произвольной выборкой (своеобразного буфера). На сегодня наибольшим потенциалом в практической реализации этого устройства, обеспечивающего оптическую буферизацию, являются волоконно-оптические линии задержки (FDL). Однако и они в состоянии обеспечить лишь ограниченную задержку оптического сигнала.

Еще одна серьезная проблема — обеспечение требований по синхронизации между многочисленными IP-пакетами, поступающими на различные порты оптического коммутационного устройства, а также между заголовками пакетов и их полезной нагрузкой.

На рисунке, а показан типичный узел оптической (фотонной) пакетной коммутации, где используются линии FDL, реализующие попакетную задержку входящих потоков (в первую очередь их полезной нагрузки), пока заголовки пакетов проходят процесс обработки (либо оптический, либо электрический, либо типа О/Е/О). Нужно заметить, что для разрешения конфликтных ситуаций между многочисленными IP-пакетами (в рамках одного и того же канала) необходимы дополнительные линии FDL внутри коммутационного устройства, т. е. во входной или выходной его части (на рисунке не показаны). Все это довольно сложно.

С целью предотвращения возникновения конфликтных ситуаций и упрощения оборудования и была предложена оптическая коммутация блоков (OBS). В ней сочетаются лучшие стороны оптической канальной коммутации и оптической пакетной коммутации, и, что немаловажно, одновременно исключены присущие им недостатки.

Основные возможности OBS

Технология OBS позволяет эффективно использовать полосу пропускания благодаря статистическому мультиплексированию блоков (пакетов). При этом посылка по отдельному каналу управления управляющих пакетов, несущих информацию о маршрутизации, а также возможность передачи соответствующих блоков с задержкой (offset time) могут вообще устранить потребность в использовании FDL, как показано на рисунке, б. Одновременно более свободные связи между сигналами управления и данными означают менее жесткие (чем при пакетной коммутации) требования к синхронизации.

В процессе миграции от архитектур типа IP over ATM over SDH/SONET механизм IP over DWDM в основном воспринимается пока как отдельный оптический уровень (“оптическое облако”) с собственными алгоритмами адресации, маршрутизации, обеспечения ресурсами и т. п. Технология OBS приводит к появлению долгожданного интегрированного решения IP over DWDM, которое позволяет постепенно избавляться от избыточности сетевых ресурсов и увеличивает эффективность сети.

Важно отметить, что OBS облегчает преобразование структуры MPLS (многопротокольная коммутация на основе меток) в структуру LOBS (оптическая коммутация блоков на основе меток). Это возможно при установке на каждом узле OBS контроллера IP/MPLS и дальнейшем преобразовании его в узел LOBS, пересылающий трафик на основе меток. Каждый блок (burst) данных может формироваться путем сборки нескольких IP-пакетов на входящем узле LOBS, снабжаться соответствующим управляющим пакетом с меткой и далее пересылаться по установленному маршруту. Протоколы внутренней маршрутизации между шлюзами (IGP) могут быть использованы для распространения информации о ресурсах и топологии сети LOBS. Вопросы живучести сети решаются так же, как это делается в структуре MPLS. В общем, технология LOBS может стать эффективным средством для реализации архитектуры IP over DWDM.

Фундаментальные отличия

Собственно концепция OBS была предложена еще в начале 80-х годов для коммутации речи, но тогда она не пригодилась. Сегодня можно выделить три основных отличия коммутации блоков от ее более известных конкурентов — канальной и пакетной коммутации.

· Блок занимает промежуточное (по размеру/длительности) место между такими фундаментальными объектами других видов коммутации, как вызов (сеанс) и пакет.

· Блок может быть отправлен без подтверждения осуществления успешной коммутации (односторонний процесс), а в случае канальной коммутации данные отправляются только после получения информации о проключении канала (двухсторонний процесс). Поэтому процесс выделения требуемой полосы пропускания для блока более оперативен.

· При коммутации блоков их прохождение через транзитные сетевые узлы осуществляется без буферизации, в то время как при пакетной коммутации пакет сначала запоминается, а лишь затем направляется дальше (в результате этого сложность узла возрастает).

В настоящее время в оптических сетях применяется довольно много разновидностей канальной и пакетной коммутации, вместе с тем разработки различных видов коммутации блоков (OBS) начались лишь недавно. Наибольший прогресс достигнут здесь в так называемой “коммутации фиксированной продолжительности” (Reserve-Fixed-Duration — RFD), основанной на технологии коммутации с “закрытым завершением”. Помимо этого существуют еще два метода OBS: Tell-And-Go (TAG) и In-Band-Terminator (IBT), которые основаны на коммутации с “открытым завершением”.

Методы OBS

По общему определению блок (burst) — это цифровизированный “всплеск” разговора или группа данных. В сетях IP over DWDM блок, формируемый на границе коммутатора/маршрутизатора, может состоять из множества IP-пакетов и содержать несколько мегабайтов данных (высококачественное изображение, короткий видеоклип и т. п.).

В указанных выше трех механизмах OBS полоса пропускания выделяется на уровне блоков с использованием одностороннего процесса, а блоки коммутируются на транзитных узлах без буферизации. Все эти три механизма отличаются в основном способом инициирования освобождения полосы пропускания. Вот как это выглядит.

IBT

При коммутации блоков на базе IBT информация управления (скажем, адреса отправителя/получателя) пересылается либо как заголовок информационного пакета, либо как отдельный управляющий пакет. Сам блок, следующий за управляющей информацией, содержит указатель IBT, идентифицирующий его окончание (например, пауза в речевом потоке). Как только обрабатывается управляющая информация — полоса пропускания резервируется, а как только фиксируется IBT — она освобождается. Одной из проблем реализации этого механизма является распознавание указателя IBT на оптическом уровне.

TAG

Коммутация блоков, основанная на механизме TAG, напоминает “быструю” канальную коммутацию и работает следующим образом. Исходящий узел посылает управляющий пакет, чтобы зарезервировать полосу пропускания (другими словами, организовать канал). Затем, не ожидая подтверждения того, что полоса пропускания успешно зарезервирована, передается соответствующий блок. Далее исходящий узел может отправить специальный управляющий пакет, освобождающий зарезервированную полосу пропускания. Механизм TAG предусматривает также посылку исходящим узлом пакетов регенерации, удерживающих канал в рабочем состоянии. Если пакеты регенерации не будут получены в течение установленного времени, зарезервированная полоса пропускания автоматически освобождается.

RFD

В коммутации блоков на базе технологии RFD продолжительность резервирования полосы пропускания определяется управляющим пакетом. Это не только устраняет необходимость в дополнительной управляющей информации (необходимой механизмам IBT и TAG для освобождения полосы пропускания), но и позволяет более эффективно использовать ресурсы канала и буфера (или линий FDL, если они есть).

***

Переживаемая в настоящее время эволюция сетей связи обещает наступление новой эры интеллектуальных оптических сетей. При этом потребуются решения, которые предоставят боўльшую гибкость в обеспечении сетевыми ресурсами, чем существующие сегодня системы, основанные на коммутации длин волн. Предлагаемая технология оптической коммутации блоков не только поможет достичь хорошего баланса между оптической пакетной коммутацией и коммутацией каналов, но и облегчит интеграцию IP и DWDM (что эквивалентно интеграции электронной обработки и оптической коммутации).

Такая интеграция, несомненно, будет способствовать построению оптической Интернет нового поколения — перспективной сетевой инфраструктуры с колоссальной полосой пропускания и разнообразными услугами. И пока многочисленная интернациональная армия маркетологов предается непростым размышлениям о том, какие же услуги связи будут массово востребованы пользователями в обозримом будущем, у разработчиков-сетевиков есть чем заранее подстраховать сети нового поколения, чтобы обеспечить гарантированный пропуск объемного гетерогенного трафика, содержащего высокоскоростные данные, видео, мультимедиа и пр. и пр.

Об авторах
Голышко Александр Викторович,
главный эксперт ЗАО “Компания “МТУ-Информ”
Телефон: (095) 258-7878
E-mail: golychko@mtu.ru

Лескова Надежда Афанасьевна,
инженер ГНТИ АО “МГТС”
Телефон: (095) 950-0626





  
8 '2001
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Старые фокусы новой экономики

бизнес

• Сеть современных викингов

локальные сети

• Сетевые адаптеры Ethernet/Fast Ethernet

• На пути к контролю физического уровня сети

• Стандарты на кабельные системы: в ожидании формального принятия

корпоративные сети

• Лучшие продукты 2001 года

• Комплексные решения от одной фирмы. Плюсы и минусы

• Одна сеть - один выбор

• Телекомпьютинг, или как повысить производительность труда работающих дома?

услуги сетей связи

• От 2G к 3G. Проблемы миграции и пути их решения

• Карманные WAP-устройства. Руководство для покупателя

• День переезда

• Создание отечественных универсальных средств мультисервисной связи. Проблемы и решения

• Оптическая коммутация блоков

новые продукты

• Высокоскоростная связь между сетями; Новинки от Кроникс; АО "Радиус" расширяет диапазон производимого оборудования

только на сервере

• Оптимизация производительности баз данных для Web

• Знакомьтесь, XML!

• Технологии доставки динамического контента

• Тестируем серверы высотой 1U



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх