NGSDH: успех неизбежен Игорь Бакланов

NGSDH: успех неизбежен

Игорь Бакланов

Источник:Журнал "Мир связи" Мир связи

В настоящее время идет новый виток развития технологии SDH, связанный с адаптацией наиболее распространенных систем передачи, прежде всего IP, к условиям передачи трафика данных. Это обусловлено широким внедрением протокола преобразования GFP, который позволяет соединить гибкость IP-сетей с высокой стабильностью и управляемостью систем SDH. Как результат начинается переход к системам SDH нового поколения – Next Generation SDH (NGSDH). Как скажется очередной этап НТР на технологии измерений?

Развитие NGSDH: SDH и пакетный трафик

В отечественной технической прессе не существует двух одинаковых мнений относительно перспектив развития систем NGSDH. Диапазон суждений самый широкий: от восторга и оценки новой технологии как единственно перспективной в период перехода сетей в непонятное будущее NGN до явного скепсиса и оценки протокола GFP с точки зрения «родовой травмы» SDH – ориентации на коммутацию каналов и фиксированную иерархию каналов PDH в качестве нагрузки. Но одно несомненно – NGSDH и у нас, и за рубежом начала внедряться с первых шагов своего появления. И значит, она обречена на успех. Разброс мнений по поводу NGSDH обусловлен скорее всего тем, что никто не ожидал такого поворота событий. За последние 2–3 года весь связной мир наблюдал за дуэлью АТМ и MPLS. Причем все понимали, что MPLS победит, но, как часто бывает в скачках, ставили на фаворита и по-разному оценивали сроки победы. Следить за «добиванием» АТМ было увлекательно и интересно. Дуэль технологий охватывала не только вопросы гибкости, но и вопросы обеспечения гарантированного качества, и тут позиции MPLS были ой как слабы... И вдруг все в одночасье прекратилось. Появилась технология, которая позволила решить все те же задачи, что АТМ или MPLS, но без коренной реконструкции сетей. Такой технологией стал протокол GFP в составе NGSDH в cочетании с виртуальной конкатенацией VCAT. Появившись «в железе» не более полугода назад, GFP/VCAT стал настолько стремительно развиваться, что только в России уже существуют три-пять реализованных проектов.
В чем суть процедуры модернизации сетей с использованием GFP? В последнее десятилетие в связи с бурным ростом корпоративных локальных сетей Ethernet остро встал вопрос о создании единого информационного поля, объединяющего такие локальные сети. Если раньше понятие глобальной сети WAN ориентировалось на объединение различных пользователей передачи данных в единую сеть, то в настоящее время задача действительно сводится к объединению локальных сетей, причем очень высокой емкости. Если прежде пользователи довольствовались сетями 10/100 Base-T, то сейчас все больше сетей Gigabit Ethernet и даже 10 GEth (Ethernet со скоростью 10 Гбит/с). Бурное развитие технологии СКС, с одной стороны, и различные способы решения задачи информатизации внутри зданий (HPNA, VDSL, Gigabit Ethernet и т. д.) – с другой, вывели проблему объединения широкополосных сетей Ethernet на качественно новый уровень. Параллельно развивались сети SDH как сегменты первичной сети, в основном для сетей с коммутацией каналов (телефония, видеоконференц-связи и пр.). Здесь SDH продемонстрировала все свои преимущества – высокую стабильность и надежность работы, полную управляемость, а главное – масштабируемость с повышенными требованиями к пропускной способности. С минимальными затратами операторы «перескакивали» с STM-1 на STM-4/16. Системы уровня STM-64 также не потребовали коренной реконструкции сетей. Появилось устойчивое мнение, что «труба» SDH может быть практически бесконечной.
Таким образом, обнаружился парадокс: с одной стороны, стремительно росла потребность в цифровых широкополосных системах передачи для образования транспорта WAN, с другой – системы SDH давали практически бесконечное расширение, однако с системами передачи данных не соединялись. Даже робкие попытки сделать конвергентные решения типа «ATM поверх SDH» оказались практически бесполезными, так как все равно требовали установки большого количества коммутаторов АТМ, что было эквивалентно коренной модернизации.
Стремление использовать SDH на первых этапах привело к созданию двух технологий – HDLCoSDH или PoS и LAPS, которые, однако, лишний раз подтвердили несовместимость SDH и пакетного трафика.
Как уже было сказано, в системах SDH, с точки зрения их использования для передачи пакетного трафика, есть «родовая травма». SDH изначально создавался для решения задач построения универсальной первичной сети, связанной с иерархией потоков PDH. Поэтому SDH-технология ориентирована на коммутацию потоков, но не пакетов. А наиболее ценный для сетей Ethernet IP-трафик, напротив, демонстрирует самоподобную и крайне нерегулярную структуру. В результате использование SDH для передачи пакетного трафика требовало смириться с КПД систем SDH явно «ниже паровоза», поскольку они оказывались хронически недозагруженными.
NGSDH = GFP + LCAS + VCAT Тем не менее решение нашлось. Это целое семейство технологий, обеспечивающих «связку» трафика разнородных приложений (особенно IP- и Ethernet-трафика) с разнородными системами передачи. В результате сформировалась новая концепция «транспортной среды», которая включает не только системы передачи, но и все пять уровней современной технологии (в связи с бурным развитием IP-технологии про 7-уровневую модель сейчас подзабыли и перешли на 5-уровневую).
Новая концепция систем передачи требует от технологических решений совершенно иных функций:

гибкости – с точки зрения передачи само(теперь это не только передача данных, но и мультимедиа, данные от систем хранения информации SAN и т. д.);
высокой эффективности использования ресурсов сети, заложенной в самой технологии, а не искусственно гарантированной какими-то дополнительными ухищрениями;
стабильности, надежности и управляемости работы транспортной сети.

Протокол преобразования трафика GFP представляется в рамках единой концепции наиболее прочным и широким «мостом». Наиболее ярко эффективность этого протокола демонстрируется при его сравнении с непосредственным предшественником – протоколом LAPS. Он во многом напоминает структуру кадра HDLC.
Для работы LAPS потребовалась процедура байтового стаффинга, которая явно конфликтовала с процедурами обеспечения параметров качества передачи QoS. Кроме того, используемый в LAPS переменный заголовок (как и в HDLC) обусловил очень низкую эффективность расходования полосы пропускания систем передачи. В противоположность LAPS использование АТМ дает намного лучшие результаты. Фиксированный размер ячейки здесь гарантирует высокую эффективность загрузки в SDH и позволяет добиться хороших показателей обеспечения QoS. Единственный недостаток АТМ – необходимость дополнительного уровня сегментации (SAR), что слишком дорого обходится производителям оборудования.
Тем не менее за счет фиксированного размера ячеек использование системы передачи SDH очень эффективно, без негативных скачков в пропускной способности.
Таким образом, протокол GFP позволяет сочетать фиксированный размер кадра, необходимый для обеспечения высокой эффективности использования систем передачи, с простотой реализации.
Данный протокол не требует ни процедуры байтового стаффинга, ни дорогой сегментации. В результате его структура оказывается простой, а система передачи по эффективности сравнима с АТМ.
(Протокол GFP имеет и другие существенные преимущества, но их описание выходит за рамки нашей статьи, поэтому заинтересованным читателям за более подробной информацией рекомендуем обратиться в Интернет.) Зачем потребовалось ломать столько копий вокруг эффективности использования ресурса систем SDH? Ответ прост: даже гибкая и надежная технология не будет эффективной, если у нее очень низкий КПД. А именно такая ситуация складывается при использовании SDN для передачи пакетного трафика: 50% пропускной способности систем SDH тратится на резервирование в системах с колечной топологией. Этот резерв – объективная плата за надежность и самовосстанавливаемость сетей SDH. Далее, заголовки «съедают» от 10% – при загрузке всего VC-4 полезной информации, до 16,7% – при загрузке T1/VC-12/VC-4/STM-1 (наиболее распространенной у нас). Итого, обычная система SDH работает с КПД 33–40%, что соответствует хорошему паровозу. При использовании для передачи трафика IP-протоколов типа PoS или LAPS КПД может уменьшиться еще на 30%, т. е. ресурс будет загружен на 20%, что соответствует уже плохому паровозу! В этом случае может оказаться, что кореннаове MPLS будет намного эффективнее наращивания емкости систем SDH, пусть даже и в 10 раз.
Вот по этой причине особое внимание при разработке решений NGSDH было уделено повышению эффективности загрузки сети. Очень важным шагом по пути решения этой задачи стала разработка процедуры виртуальной конкатенации в сетях SDH (VCAT). Обычная конкатенация в сетях SDH стала уже нормой. Она подразумевает сцепку контейнеров разного уровня, так что сеть рассматривает их как единый контейнер.
Однако, если речь идет о трафике Ethernet, использование конкатенированных контейнеров опять-таки понижает КПД системы SDH. Дело в том, что стандарты SDH несопоставимы по скоростям со стандартами Ethernet. Например, наиболее распространенным в настоящее время стандартом для систем Ethernet является Gigabit Ethernet со скоростью передачи в 1,25 Гбит/с, принимая во внимание заголовки на преобразование. Для формирования «моста» в системе SDH с учетом конкатенации контейнеров нужно использовать VC-4-16c емкостью в 2,5 Гбит/с, так что мы получаем уменьшение эффективности в 2 раза (если быть точным – на 58%). КПД такой системы SDH станет равным 17% – только из-за конкатенации.
Для решения этой проблемы была предложена схема виртуальной конкатенации VCAT. Согласно процедуре, мультиплексор, оснащенный VCAT, формирует виртуально-конкатенированный контейнер из 7 контейнеров VC-4. В результате «мост» имеет пропускную способность 1,05 Гбит/с, и его эффективность достигает приемлемых 85%.
Интересно, что процедура VCAT не требует модернизации сети SDH. По сети контейнер VCAT передается как 7 независимых контейнеров VC-4, и только в точке сборки должен стоять мультиплексор с функцией VCAT. Такая технология удобна не только для развертывания, но и для маркетинга. Совершенно незначительные изменения (пара плат в мультиплексоры МВВ по сторонам «моста») – и трафик передачи данных начинает наполнять систему SDH. Для операторов первичной сети это очень привлекательное решение, позволяющее привлечь в свои сети новые категории трафика.
Третьим компонентом NGSDH стала подсистема LCAS, представляющая эквивалент протокола сигнализации в системе SDH. Для выделения ресурса в заданной точке сети зачастую необходима быстрая реконфигурация в сети SDH. Сейчас эта реконфигурация осуществляется системой управления путем прописывания различных маршрутов. NGSDH позволяет оператору действовать более оперативно. Для этого внутри сети используется подсистема сигнализации, сходная с протоколами систем коммутации. В сети с использованием процедуры VCAT по требованию одного из узлов устанавливается новый канал пропускной способности 150 Мбит/с.
Совокупность трех новых подсистем – VCAT, GFP и LCAS – формирует новое поколение технологии SDH – NGSDH.