CC BY
117
5. Ковалевская Е.М., Керблай Т.С. Расчет расстояния скачка, максимально применимой частоты, углов прихода радиоволны с учетом горизонтальной неоднородности ионосферы. М.: Наука, 1971. 116 с.
6. Агарышев В.А. Программная реализация алгоритма прогнозирования характеристик распространения декамет-ровых радиоволн через горизонтально-неоднородную рассеивающую ионосферу // Вестник ИрГТУ. 2008. № 4(36). С. 72-75.
7. Агарышев А.И., Агарышев В.А., Куцый Н.Н. Прогнозиро-
вание максимальных наблюдаемых частот и напряжённо-стей поля коротких радиоволн с учётом эффектов рассеяния и отражения от ионосферы // Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых и специалистов Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. С.40-45. 8. Системы коротковолновой радиосвязи с подавлением многолучёвости сигнала / А.И. Агарышев [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 160 с.
УДК 621.879
ПРЕВРАЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ETHERNET В ОСНОВНОЙ СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ В СЕТЯХ СВЯЗИ
С.А.Сыросенко1
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Рассмотрен процесс развития технологии Ethernet начиная с применения в локальных вычислительных сетях и заканчивая применением в магистральных системах передачи. Представлен анализ тенденции использования услуг Ethernet по сравнению с E1. Ил. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: Ethernet; локальные вычислительные сети; магистральные системы связи; системы управления.
TRANSFORMATION OF THE ETHERNET TECHNOLOGY INTO THE MAIN MEANS OF TRANSPORT FOR THE
COMMUNICATION NETWORKS
S.A.Syrosenko
Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
The author examines the process of the development of the Ethernet technology starting with its application in local computational area networks and finishing with its application in the backbone transmission systems. The article presents the analysis of tendency in the use of Ethernet service as compared with E1. 2 figure. 6 sources.
Key words: Ethernet; local computational area networks; backbone communication systems; management systems.
Технология передачи данных Ethernet, появившаяся в 1973 году, довольно быстро вышла на лидирующие позиции для построения локальных вычислительных сетей (LAN), практически полностью вытеснив такие технологии, как FDDI и Token Ring. Но в первых версиях технологии Ethernet существовало значительное ограничение скорости передачи данных и длины сегмента. Только в 1995 году институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) был принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet (FE) со скоростью 100 Мбит/с, в 1997 году - IEEE 802.3z Gigabit Ethernet (GE) со скоростью 1000 Мбит/с для передачи данных по оптоволокну и еще через два года для передачи по витой паре. Принятие стандарта 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) в 2002 году способствовало дальнейшей экспансии Ethernt в городские и глобальные сети. В начале этого года израильская компания EZchip, производитель процессоров для коммутаторов Ethernet, объявила о выходе процессора NP-4, обеспечивающего пропускную способность 100 Гбит/с. И это еще не предел, ведутся работы по разработке
1000 Gigabit Ethernet. Но все же ограничивающим фактором является сам метод управления доступом -множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).
Этот метод получения доступа к среде передачи данных у Ethernet является недетерминированным. Говоря проще, устройства разделяют среду передачи хаотично, случайным образом. При этом алгоритм может приводить к далеко не равноправному разрешению соперничества станций за доступ к среде, что, в свою очередь, может породить длительные задержки доступа, особенно в условиях перегрузки. В экстремальных случаях скорость передачи может упасть до нуля.
Хотя Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3, так и не существует стандартизированного подхода к управлению сетью передачи данных, построенной на Ethernet. Решением данного вопроса занялась в 2008 году отраслевая ассоциация TM Forum в сотрудничестве с Metro Ethernet Forum.
1Сыросенко Станислав Александрович, аспирант, тел.: (914)8751109, e-mail: [email protected] Syrosenko Stanislav Alexandrovich, a postgraduate student, tel.: (914) 8751109, e-mail: [email protected]
Классическая технология Ethernet не задумывалась как технология транспортных сетей. Ей были свойственны такие недостатки, как разделяемая среда с эффективным использованием 60-70 % пропускной способности из-за коллизий, негарантированное качество, отсутствие механизмов приоритезации. Однако, став стандартом де-факто в локальных сетях, Ethernet все активнее захватывает смежные области.
К примеру, типовая городская сеть Ethernet строится по трехуровневой иерархической схеме и включает ядро, уровень агрегации и уровень доступа (рис. 1).
Ядро сети строится на высокопроизводительных
при реализации таких услуг, как телевидение поверх IP.
Ethernet широко распространился в сетях передачи данных как основная технология из-за своей гибкости, масштабируемости и малозатратности. Операторам выгодно его использовать по причине того, что их клиенты также используют данную технологию, это позволяет избежать сложностей при стыковке систем с различными технологиями передачи.
Еще одно объяснение потенциальной возможности Ethernet занять непривычную нишу транспортных сетей надо искать в физической природе передаваемых данных.
Ядро
Уровень I Уровень I агрегации | доступа
Рис. 1. Типовая городская сеть Ethernet
маршрутизаторах и обеспечивает высокоскоростную передачу трафика. Уровень агрегации также создается на маршрутизаторах и обеспечивает агрегацию подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор статистики. В зависимости от масштаба сети ядро и уровень агрегации могут быть объединены. В ядре сети и на уровне агрегации используется технология MPLS. Каналы между маршрутизаторами могут строиться на основе различных высокоскоростных технологий, чаще всего SDH/SONET, RPR(DPT) или Gigabit Ethernet, в настоящее время для сетей с большим трафиком используют 10 Gigabit Ethernet. При этом необходимо учитывать требования по восстановлению сети при сбое и структуру построения ядра. В ядре и на уровне агрегации необходимо обеспечить резервирование компонентов маршрутизаторов, а также топологическое резервирование, что позволяет продолжать предоставление услуг при одиночных сбоях каналов и узлов. Существенного сокращения времени на восстановление можно добиться только за счет применения технологии канального уровня.
Уровень доступа строится по кольцевой или звездообразной схеме на коммутаторах Metro Ethernet для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также домашних клиентов. На уровне доступа реализуется полный комплекс мер безопасности, обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов, защиту инфраструктуры оператора.
Использование технологии MPLS в связке с Metro Ethernet позволяет реализовать сквозные механизмы качества обслуживания и при необходимости обеспечить прозрачное туннелирование клиентской QoS маркировки трафика. На всех уровнях сети может поддерживаться многоадресная рассылка, что важно
Трафик данных (не голосовой) в последние годы стал нарастать со скоростью, которую было трудно предугадать. Тем более, с появлением H.264 и ему подобных алгоритмов упали последние надежды, что широкие каналы TDM для передачи данных в реальном времени (потокового видео) когда-нибудь будут востребованы. В некоторых странах IP трафик по объему уже обогнал телефонию и близится к заветному рубежу 80%, при превышении которого использование Ethernet становится технически (а не только экономически) обосновано.
Организация виртуальных LAN (VLAN) при помощи услуги Layer 2 пользуется все большей и большей востребованностью среди операторов связи и их клиентов. Это стимулирует рост доходов от услуг Ethernet, которые по прогнозам к 2012 году составят 30 миллиардов долларов.
Однако ориентация Ethernet только на потребителя не позволит полностью раскрыть весь потенциал технологии. Не только 99 % всех оконечных пользователей сети Интернет логично остановили свой выбор именно на технологии Ethernet, но и большинство поставщиков услуг уже поняли, что они не должны ограничиваться полосой пропускания традиционных технологий, таких как временное мультиплексирование (TDM) и SONET/SDH.
Более того доля каналов, использующих для передачи информации системы на основе TDM, постоянно снижается, в то время как востребованность Ethernet-каналов повышается. Это можно проследить на диаграмме (рис. 2), на которой представлено количество предоставляемых в аренду магистральных каналов E1 и Ethernet клиентам компанией ООО «Ир-кутскэнергосвязь».
Рис. 2. Количество каналов E1 и Ethernet
Невооруженным глазом можно заметить тенденцию снижения интереса клиентов к каналам E1 и все большую заинтересованность в предоставлении услуг на основе технологии Ethernet. Движущими факторами в данном случае являются:
- постоянно растущий трафик абонентов, при этом аренда 2 Мбит/с канала Ethernet обойдется дешевле аренды канала E1;
- снижение цен на оборудование Ethernet;
- использование стыка Ethernet конечными пользователями.
Однако, наряду с тенденцией роста доли Ethernet каналов, все более остро встает проблема их тестирования, в частности, при сдаче каналов в эксплуатацию. Связано это с тем, что в таких сетях используется технология коммутации пакетов, которая значительно более сложна в анализе результатов по сравнению с традиционными синхронными цифровыми каналами.
Лора Говард (Laura Howard), главный маркетолог компании ECI Telecom, утверждает: «Ethernet - это самый эффективный способ организации высокоскоростного соединения трафика операторов мобильной связи с городскими сетями. TDM не может предоставить подобную цену, масштабируемость и гибкость». Это начинает играть важную роль в обмене информацией между мобильными устройствами и сетями операторов при достижении скоростей более 50 Мбит/с, такая скорость необходима для различных услуг в сетях 4G.
Cisco Systems, мировой лидер в области сетевых технологий, подсчитали, что около 66% мобильного трафика по всему миру к 2014 году будет приходиться на долю видео. Разговоры об объединении фиксированной и мобильной связи чаще всего сводятся к необходимости переноса IP-телефонии на мобильные устройства, но не затрагивают передачу мобильных данных. Это крайне недальновидно, судя по последним данным прогноза компании Cisco (Visual Networking Index Forecast): по предсказаниям компании уровень трафика мобильных данных с 2009 по 2014 год должен увеличиться в 39 раз. По заявлению компании ежегодный прирост трафика составит не
менее 108%. Такой бешеный рост Cisco объясняет двумя причинами: расцвет индустрии мобильных де-вайсов и широкое распространение мобильного видео. По результатам исследования компании к 2014 году к мобильным сетям будут подключены 5 млрд. устройств и примерно такое же количество будет использовать точки подключения М2М. Трафик мобильного видео будет самым быстрорастущим. При этом более 400 млн. пользователей интеренет смогут подключаться к сети, используя исключительно мобильное соединение. Дуг Вебстер (Doug Webster), старший специалист маркетингового отдела Cisco, так прокомментировал новые данные исследований компании: «Объемы мобильного трафика увеличиваются с большей скоростью, чем это прогнозировалось 5 лет назад. Потребительский спрос на такие устройства, как смартфоны, нетбуки, устройства для чтения электронных книг, веб-камеры, а также приложения М2М, двигают развитие мобильных сетей. Несмотря на экономический кризис, спрос на мобильные сервис остается высоким, предъявляя новые требования к сервис-провайдерам по всему миру». Для операторов связи это означает стремительный рост Ethernet трафика, передаваемого по магистральным сетям.
Сейчас уже никто не станет связывать удаленные офисы и информационные центры при помощи TDM. Такая же ситуация наблюдается и у обычных пользователей при организации связи их оборудования на основе Ethernet, xDSL или же пассивных оптических сетей (PON) с городскими сетями. Но не только применяемое оборудование способствует развитию Ethernet, на это влияют и услуги, такие как, например, VoIP и IPTV. К счастью, современные сети Gigabit PON более дружественны для технологии Ethernet, чем предыдущие поколения этих сетей, также с учетом этого разрабатываются сети с волновым уплотнением каналов (WDM).
Если на заре эры Ethernet производители телекоммуникационного оборудования разрабатывали методы передачи Ethernet пакетов по TDM сетям, например, SONET/SDH, то сейчас данные SONET/SDH передают по Ethernet сетям. Эта технология получила название TDM over IP (или сокращенно TDMolP). Она
эмулирует в сетях IP-каналы Е1 и Е3, прозрачные для всех протоколов и сигнализаций. Синхронный поток с пользовательских портов E1 преобразуется шлюзами TDMoIP в IP-пакеты для передачи их по сети. В точке назначения полностью восстанавливается исходный трафик TDM, включая регенерацию синхронизации. Это позволяет компаниям операторов связи не отказываться полностью от существующего оборудования TDM.
Теперь операторы связи могут модернизировать PDH и другие сети и устанавливать системы с окрашенными волокнами, подключаясь непосредственно к клиентским мультиплексорам доступа (DSLAM) или многофункциональным узлам доступа (MSAN). Это позволяет намного более эффективно использовать оптические волокна, поскольку значительно увеличивается спектр предоставляемых услуг. Еще два года назад существовало множество проектов использующих как технологию SDH, так и Ethernet. Сейчас можно сделать заявление, что Ethernet по WDM добился гораздо большего успеха, чем SDH. Главным стимулом здесь послужила возросшая потребность в предоставлении каналов 1 Гбит/с и 10 Гбит/с.
Также применение услуги Layer 2 позволило передавать данные от различных услуг и приложений по одной длине волны. Layer 2 играет все большую роль в организации связи, так как позволяет более эффективно использовать пропускную способность линии. Но для этого необходима более продуманная организация управления сетью передачи данных, должна быть улучшена система анализа пакета, передаваемой информации, обработки его коммутатором и дальнейшей отправки получателю.
Из вышесказанного видно, что технология Ethernet крайне востребована на рынке связи, но тем не менее стандартизованность данной технологии оставляет желать лучшего. В конце 2009 года IEEE выделил из созданной в 2006 году группы по стандартизации 40/100 Гбит/с Ethernet отделение, которое будет заниматься только стандартизацией скорости 40 Гбит/с. Уже определенно известно, что это будет передача 40 Гбит/с Ethernet по одномодовому волокну, этот тип оптического стыка наиболее распространен в сетях операторов связи. Но на данных скоростях передачи данных усиливается проявление поляризационно мо-довой дисперсии (PMD), что влечет дополнительные трудности при стандартизации интерфейсов со скоростями передачи данных более 40 Гбит/с.
Нерешенными на сегодня остаются вопросы обеспечения качества обслуживания (Quality of
Service, QoS) и сервисного обслуживания. Качество обслуживания позволит поставщикам услуг, задавая значение задержек и потерь в канале передачи, гарантировать скорость и приоритет передачи информации для абонента. Поэтому следует, вместо того чтобы тратить время и деньги на дальнейшее увеличение скоростей передачи информации, заняться вопросами обеспечения на гигабитных скоростях качества услуг.
Сегодня стандарты определяют не просто передачу битов по кабелю, а построение всей коммутационной системы, например, ATM, стандарты которого определяют не просто физический уровень OC-3, а целый комплекс спецификаций (таких, как управление потоком данных и маршрутизация).
Несмотря на то что некоторые проблемы качества услуг можно разрешить в рамках таких стандартов, как IEEE 802.1p (для описания полей пакетов для задания различных уровней приоритетов) или RSVP (для запроса у маршрутизатора требуемых ресурсов), они все же не решают всех проблем. Существующие протоколы обеспечения QoS критикуют за то, что они (в частности, протокол RSVP) недостаточно хорошо масштабируются для Gigabit Ethernet.
Для выполнения поставленных задач прежде всего необходимо стандартизировать интерфейсы управления. При превышении предельных значений система управления должна иметь заранее определенный алгоритм действий по реагированию на каждую из возможных ошибок, а дежурные - оперативно приступить к устранению неисправности. Если система обладает функциями прогнозирования и автоматического нахождения ошибок, то это позволит непрерывно обеспечивать предоставление услуги с гарантируемым качеством более длительный период. Согласно программе разработки протокол управления сетями Ethernet должен быть опубликован в 2010 году.
Таким образом, проблема стандартицации технологии Ethernet остается актуальной и по сей день. Быстрая разработка модификаций скоростного Ethernet и отсутствие нормативных документов приводят к разнообразным проблемам при эксплуатации телекоммуникационного оборудования. К примеру, это приводит к потерям до 6 % пакетов информации при стыковке оборудования различных производителей. Или же оптические модули, произведенные одним вендором, полностью или частично не поддерживаются в оборудовании другого. Необходимо как можно скорее разработать и утвердить нормативные документы в области эксплуатации технологии Ethernet.
Библиографический список
1. Гребешков А.Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи //Эко-Трендз. М., 2003.
2. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей: энциклопедия. СПб: Издательство «Питер», 2000. 704 с.
3. TM Forum Yearbook-Perspectives 2009/10 [Electronic resource]. Electronic data. TM Forum, 2009, p. 72-75. Mode acess:
http://www.tmforum.org/TMForumYearbook/7098/home.html
4. Лихачев Н. Сетевые технологии Ethernet в городских сетях. Electronic data. Mode acess: http://www.connect.ru/article.asp?id=6208
5. New 40G Ethernet spec sought [Electronic resource]. Net-workWorld, 2010 - Mode acess: http://www.networkworld.com/newsletters/lans/2010/011110lan2 .html
6. Ethernet [Electronic resource]. Electronic data. Wikipedia, 2009 - Mode acess: http://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet
