С проникновением 10 Gigabit Ethernet (10GbE) в волоконно-оптические сети, где используется технология спектрального мультиплексирования, появилась возможность смещения акцентов в затратах, связанных с капитальным вложением и эксплуатационными расходами, с оптического транспортного уровня на маршрутизаторы и коммутаторы. Целью является снижение затрат на новое решение DWDM, а также управление городскими и территориальными инфраструктурами.
С ратификацией стандарта 802.3ае в 2002 г. использование 10GbE неудержимо расширяется. Даже там, где ни одному конкретному приложению не нужна подобная скорость передачи, общая тенденция консолидации ведет к существенному повышению требований к пропускной способности. Многие предприятия используют 10GbE не только в ядре, но и в областях распределения и доступа своих сетей, чтобы в будущем иметь возможность довести Gigabit Ethernet до рабочего места.
Для увеличения пропускной способности в ядре сети свыше 10GbE необходим новый стандарт IEEE, ратификацию которого при текущем положении вещей стоит ожидать не ранее, чем через три или четыре года. Альтернативой может стать стандарт услуг Ethernet 802.3ad на агрегацию каналов, в соответствии с которым возможно объединение до восьми каналов 10GbE, благодаря чему пропускная способность увеличивается до 80 Гбит/с.
При передаче по оптическому волокну может также использоваться технология спектрального мультиплексирования (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM).
В целом DWDM применяется сегодня для многих оптических приложений, поскольку этот метод позволяет чрезвычайно эффективно использовать волоконно-оптическую среду передачи: в случае стандартной решетки ITU 100 ГГц в традиционном С-диапазоне в каждом волокне в качестве каналов могут одновременно задействоваться не менее 32 разных спектральных цветов. Та-ким образом, общая пропускная способность достигает 320 Гбит/с.
КОНВЕРГЕНЦИЯ НА ОПТИЧЕСКОМ УРОВНЕ В прошлом внедрение DWDM в большинстве случаев предполагало приобретение дорогостоящего оптического оборудования, к примеру транспондера для конвертирования соединения с длиной волны 1310 нм в каналы DWDM с требуемой стабильностью. Между тем на рынке стали доступными коммутирующие модули 10GbE (DWDM-Xenpak), которым для подобного конвертирования больше не требуется внешних устройств: функциональность DWDM реализована в модуле Xenpak, а с точки зрения второго уровня (и выше) он ничем не отличается от любого другого модуля Xenpak. Подобные трансиверы экономят электроэнергию, а заменять их можно без прерывания работы. Таким образом, путь миграции заключается в переносе функций DWDM на маршрутизаторы и коммутаторы.
Для администрирования интеграция функций DWDM в инфраструктуру Ethernet предлагает очевидные преимущества:
уменьшение числа устройств позволяет сократить потребление энергии и освободить место; меньшее количество внешнего оборудования снижает количество возможных источников ошибок; администратор локальной сети может принимать участие в управлении DWDM, т. е. отпадает необходимость в наличии специалиста по оптическим технологиям (см. Рисунок 1).
Рисунок 1. Интеграция компонентов не мешает сегментированному администрированию локальной сети и оптической передачи.
Итак, DWDM сама становится конвергентной технологией: ее применение ускоряет проекты консолидации, а также предоставление приложений в зданиях и филиалах по единой инфраструктуре. Для передачи данных на большие расстояния могут применяться оптические усилители, к примеру волоконные усилители с добавками эрбия (Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA), с их помощью протяженность сетей DWDM с одномодовыми волоконно-оптическими линиями стандарта ITU G.652 удается увеличить до 200 км.
Определенную пользу способна принести и поддержка цифрового оптического мониторинга (Digital Optical Monitoring, DOM), как она описана в многостороннем соглашении (Multiple Sources Agreement, MSA) SEF-8724. При помощи DOM пользователи в реальном времени могут проводить мониторинг всех важных параметров Xenpak: оптической входной и выходной мощности, температуры, тока нагрузки лазера и рабочего напряжения трансивера. Администраторы получают возможность контролировать физический уровень оптических сетей путем управления портами — без необходимых оптических механизмов управления, обычно сложных и едва ли известных специалистам по компьютерным сетям.
Традиционные архитектуры DWDM в большинстве своем используют фильтры определенных каналов, когда для транспортных целей жестко фиксируются некоторые диапазоны длин волн. Метод пассивен, т. е. не требует затрат электроэнергии, поэтому в комбинации с модулями трансиверов можно реализовывать недорогие решения. Кроме фильтра длин волн нужны лишь разветвитель и объединитель (называемый также полосным фильтром), а так-же — на случай больших расстояний — оптический усилитель. К тому же у администратора должна иметься возможность добавлять каналы без прерывания предоставления услуги. Такие оптические сети пригодны для использования в территориальных сетях для критичных приложений, к которым предъявляются требования высокой готовности.
В случае же свободно конфигурируемых архитектур администратору не нужно заранее планировать последующую адаптацию оптических услуг. Однако гибкие оптические сети такого типа до сих пор были слишком дорогими и сложными, чтобы могли найти широкое применение. Скоро это должно уйти в прошлое, поскольку с тех пор, как полупроводниковая технология плоских микросхем для передачи световых волн (Planar Lightwave Circuit, PLC) достигла состояния зрелости, реконфигурируемые оптические мультиплексоры ввода/вывода (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer, ROADM) можно производить сравнительно недорого с использованием уже устоявшихся методов производства в электронной промышленности. PLC создает предпосылки для установки всех компонентов DWDM в одно компактное устройство (см. Рисунок 2). Интегрированное измерение мощности позволяет проводить динамическую адаптацию отдельных каналов и добиться равного распределения их мощности. Оптическое время переключения между каналами менее чем за 50 мс благоприятствует реализации защитных механизмов.
Рисунок 2. Интеграция оптики DWDM в коммутатор локальной сети облегчает администрирование и снижает стоимость эксплуатации.
DWDM В СЕТЯХ ПРЕДПРИЯТИЙ Главным стимулом применения DWDM в корпоративных сетях было ранее объединение нескольких вычислительных центров: для реализации резервного копирования и восстановления по арендуемым волоконно-оптическим линиям или объединения филиалов в единую сеть хранения.
В пространственно ограниченных территориальных сетях, напротив, решающим мотивом оказывалось желание более эффективного использования имеющегося волоконно-оптического кабеля. Если у предприятия имеется несколько таких территорий, приложения могут предоставляться по волоконно-оптическим линиям внешнего провайдера услуг посредством DWDM в рамках всего предприятия. При подобном сценарии рекомендуются фиксированные канальные фильтры в комбинации с Xenpak 10GbE DWDM в качестве недорогой опции.
В случае соединений между первичными и резервными вычислительными центрами оптические технологии предлагают разнообразные альтернативы в зависимости от того, какие услуги необходимо передавать по волоконно-оптической сети. Наиболее выгодной может оказаться комбинация Fibre Channel и Gigabit Ethernet, поскольку по одному оптическому сетевому соединению удается консолидировать также изолированные ранее островки SAN. Это удешевляет администрирование благодаря упрощению управлением хранилищами и снижает потребность в инвестициях вследствие более оптимального использования ресурсов. Перечисленные факторы позволят добиться значительной экономии, что оправдывает затраты на дальнейшее развитие инфраструктуры DWDM.
В пределах вычислительного цент-ра оборудование в большинстве случаев распределяется по нескольким зонам, разделенным огнеупорными дверьми и перегородками. Прокладка нового оптического волокна через такие преграды сложна и трудоемка. При помощи же технологии ROADM соединить эти комнаты не составит труда. В результате планировщики сети смогут гибко и своевременно реагировать на изменения услуг, в том числе и без сложного изменения инфраструктуры, к примеру для преодоления огнеупорной перегородки.
Наряду с решениями DWDM необходимы эффективные инструменты для проектирования сетей с возможностью расчета оптических требований разных сетевых топологий. Уже существующие специальные инструменты позволяют учитывать такие параметры, как количество филиалов и их удаленность, типы оптического волокна, а также вид услуг — к примеру двойной канал 10 Gigabit Ethernet от филиала 1 к филиалу 3. Исходя из этого, они вычисляют потребление оптической мощности, все настройки фильтров длин волн и параметры для оптических усилителей. Ввод может варьироваться произвольно, пока не будет достигнут оптимальный результат. Подобное программное обеспечение предоставляет полную документацию, включая списки конфигурации и материалов, а также все необходимые параметры инсталляции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ На данный момент 10 Gigabit Ethernet является единственной апробированной на практике технологией для удовлетворения (на разумных условиях) растущего спроса на пропускную способность в оптических городских и территориальных сетях. Рынок предлагает решения для снижения стоимости первоначального внедрения DWDM и защиты уже сделанных инвестиций при расширении имеющихся оптических сетей. В обоих случаях конвергенция Ethernet и оптического волокна ведет к снижению стоимости эксплуатации всей инфраструктуры.
Маркус Хис — системный инженер-консультант компании Cisco. Источник: osp.ru
