Технология Ethernet-over-PDH

By | 18.07.2015

Ethernet-over-PDH (EoPDH) — это набор технологий и стандартов, которые позволяют переда­вать фреймы Ethernet по существующей инфраструктуре PDH. Это позволяет операторам вос­пользоваться обширной сетью традиционного оборудования PDH и SDH для предоставления новых услуг на базе Ethernet. В дополнение к этому технология EoPDH устанавливает мост для совмести­мости и дальнейшей миграции к сетям Ethernet.

Передача Ethernet по другим типам сетей существует уже десятилетия. Многочисленные техноло­гии, протоколы и оборудование создавались для достижения одной простой цели: соединить сетевой узел А с сетевым узлом Б на расстоянии Х. Множество решений этого простого уравнения неограни­ченно, начиная с первого компьютерного шлюза с акустическим FSK-модемом на 300 бод и заканчи­вая современными Ethernet-over-SDH (EoS) системами. С течением времени технологические реше­ния этой задачи развивались и адаптировались к современным потребностям. Некоторые ветви этой «эволюции» были обрублены, другие, как, например, DSL, внедряются в мировом масштабе. Как же определить, какая из ветвей выдержит испытание временем? Проанализировав прошлое, можно заме­тить, что технологии-победители вносили оптимальный баланс качества обслуживания, надежности, доступной полосы канала, гибкости, совместимости, простоты в эксплуатации, стоимости оборудо­вания и стоимости обслуживания. Технологии, которые не удовлетворяют любому из этих парамет­ров, не найдут широкого применения и в конечном счете исчезнут или будут вытеснены в узкоспе­циализированные сегменты.

В широком понимании EoPDH — это транспорт Ethernet-фреймов поверх существующей телеком­муникационной инфраструктуры, созданной на основе широко распространенной Плезиохронной Цифровой Иерархии (PDH). EoPDH на данный момент — это совокупность технологий и новых стандартов, которые позволяют операторам задействовать широкую сеть традиционного оборудова­ния PDH и SDH для передачи новых услуг на базе Ethernet. В дополнение совокупность стандартов EoPDH является промежуточным звеном между совместимостью со старыми сетями и последова­тельным переходом к сетям Ethernet. Стандартизированные технологии в EoPDH включают инкапсу­

ляцию фреймов, мэппинг, объединение связей, настройку пропускной способности канала и управле­ние сообщениями. Также для оборудования EoPDH характерно наличие тэггирования трафика для разделения по виртуальным сетям, приоритезации пользовательского трафика и приложений верхних уровней иерархии, таких как DHCP и пользовательский интерфейс HTML.

Инкапсуляция фреймов — это процесс, посредством которого Ethernet-фреймы помещаются как полезная нагрузка внутри другого формата для передачи данных по неEthernet. Основная задача ин-капсуляцииобозначить начальные и конечные байты фрейма. В реальных сетях Ethernet начало раз­делителя фреймов и поле длины выполняют функцию выявления фреймов. Вторая задача инкапсуля­ции — преобразовать случайный («пульсирующий») трафик в равномерный, непрерывный поток данных. Существует несколько технологий инкапсуляции — High-Level D ata L ink C ontrol (HDLC), Link Access Procedure для SDH (LAPS/X.86) и Generic Framing Procedure (GFP). Хотя любая техноло­гия инкапсуляции может теоретически применяться для EoPDH, все же GFP имеет значительные преимущества и является предпочтительным методом инкапсуляции. Как правило, оборудование EoPDH также поддерживает инкапсуляцию HDLC и X.86 для совместимости с существующими сис­темами.

Процедура GFP описана в ITU-T G.7041 и использует алгоритм выявления фрейма на основе Заго­ловка с Коррекцией Ошибки (Header with Error Control, HEC). В некоторых других протоколах, кото­рые используют флаги Старт/Стоп, как, например, HDLC, при обнаружении этих флагов в пользова­тельских данных их нужно заменять более длинными корректирующими последовательностями, что приводит к увеличению трафика. Используя процедуру HEC выявления фрейма, GFP не требует вы­полнения замены флагов в потоке данных. Это дает огромное преимущество GFP, так как она форми­рует предсказуемую нагрузку на канал связи, что особенно важно операторам, которые должны обес­печить потребителю гарантированную полосу пропускания канала связи. Следует отметить, что коли­чество октетов для чистого Ethernet и GFP-F инкапсулированного Ethernet одинаково. Одна эта ма­ленькая деталь упрощает адаптацию скорости. Как только Ethernet-фреймы инкапсулированы в про­токол более высокого уровня, который выполняет выявление фреймов, они могут быть преобразова­ны к виду, пригодному для передачи по синхронной сети.

Мэппинг — это процесс, посредством которого инкапсулированные фреймы помещаются в «кон­тейнер» для транспортировки по каналу связи. Первичная задача «контейнера» — обеспечить пере­распределение информации. Некоторые контейнеры также обеспечивают маршрут для управления, сигнализации и мониторинга качества канала связи. В SDH «контейнеры» называются C-11, C-12 и C-3. Термины «транк» и «поток» используются в отношении к PDH-контейнерам. Примерами PDH-контейнеров являются структуры DS1, E1, DS3 и E3. В большинстве случаев один или больше низко­скоростных контейнеров можно поместить внутрь («мэппировать») в контейнеры с большей скоро­стью. В SONET/SDH-сетях виртуальные каналы (VC) и потоки также определены и согласуются с жесткими требованиями основных контейнеров для обеспечения гибкости.

Структурированный формат фрейма по­вторяется каждые 125 мс. Группа из 24 фреймов E1 формирует расширенный суперфрейм (ESF). Группа из 16 фреймов E1 формирует мультифрейм. Используя служебную информацию, приемник может разделить приходящие биты на тайм-слоты или каналы. В традиционной телефонии каждый тайм-слот (или канал) несет оцифрованную информацию об одном телефонном звонке. Для передачи данных все тайм-слоты могут быть использованы как один контейнер.

Объединение каналов — это объединение двух или более физических связей в одно виртуальное соединение. Объединение каналов — это фактически структурированная методология для распреде­ления данных по нескольким физическим каналам с различными задержками и корректного восста­новления данных для прозрачности с протоколами верхнего уровня. Объединение каналов также не является новой технологией. Multi-Link Frame Relay (MLFR), Multi-Link PPP ( MLPPP), Multi-Link Procedure (X.25/X.75 MLP) и Inverse Multiplexing over ATM (IMA) являются примерами технологий объединения каналов. Из них IMA и MLFR распространены больше прочих.

Объединение каналов обычно использовалось для увеличения пропускной способности сети между двумя ее узлами, позволяя отсрочить модернизацию канала более высокоскоростным потоком PDH или SDH. Популярная сейчас форма объединения каналов Ethernet in the First Mile (EFM, описана в IEEE 802.3ah) объединяет несколько DSL-линий для увеличения пропускной способности на задан­ном расстоянии, или (чаще) для увеличения расстояния при заданной пропускной способности. Ос­новная технология объединения каналов в сетях SONET/SDH называется Virtual Concatenation (VCAT) и описана в ITU-T G.707.

Вместе объединенные соединения (линки) составляют виртуально объединенную группу (Virtually Concatenated Group, VCG). Все члены VCG имеют собственный заголовок VCAT. Полная спецификация по объединению PDH-соединений (линков) описана в ITU-T G.7043.

Ethernet over PDH

Настройка пропускной способности соединения используется для изменения совокупной пропу­скной способности посредством добавления или удаления логических соединений между двумя уз­лами. Когда члены VCG добавляются или должны быть удалены, два конечных узла договариваются о транзакции с использованием LCAS. Для проведения переговоров LCAS использует путь заголовка VCAT. С использованием LCAS можно увеличить пропускную способность VCG без прерывания потока данных. В дополнение неисправные связи автоматически удаляются с минимальным влияни­ем на трафик. Полный стандарт LCAS описан в ITU-T G.7042/Y.1305.

Управление сообщениями используется в первую очередь для сообщения статуса, отчета об ошибках и тестирования связи между двумя узлами сети. В Ethernet-сетях Internet-провайдеров это обычно называется «эксплуатация, администрирование и обслуживание» (Operation, Administration, and Maintenance, OAM).

Тэггирование позволяет провайдеру однозначно определять трафик абонента в любом месте сети. Для этой цели используется несколько техник: тэги VLAN, MPLS и GMPLS. Все эти техники встав­ляют несколько байтов идентификации в каждый Ethernet-фрейм в точке входа (когда трафик впер­вые попадает в сеть) и удаляют эту информацию, когда фрейм покидает сеть оператора. Каждая из этих техник помимо тэггирования обеспечивает и другие функции. Например, VLAN-тэги также со­держат поля для приоритезации трафика, а MPLS/GMPLS разрабатывалась, чтобы коммутировать трафик (то есть определять адрес назначения фрейма и перенаправлять его только в ту часть сети, для которой он предназначен).

Приоритезация может использоваться, когда Ethernet-фреймы буферизованы в некоторой точке се­ти. Пока фреймы ожидают своей очереди в буфере, трафик с наивысшим авторитетом может быть перераспределен так, чтобы быть переданным в первую очередь. Приоритетизацию можно предста­вить как перестановку автомобилей перед светофором. Буферизация происходит, если скорость вы­ходного потока данных ниже, чем скорость входящего потока. Обычно эти условия носят временный характер из-за кратковременных перегрузок в сети. Если скорость выходного потока долгое время остается меньше, чем скорость входного потока, необходимо использовать управление потоком (Flow control), чтобы запустить механизм «backpressure» и уменьшить скорость источника данных. Эти две концепции — приоритезация и управление потоком— являются ключевыми в технологии, известной как качество обслуживания (Quality of Service, QoS). Однако многие неверно представляют, что при-оритезация трафика обеспечивает «свободный канал» для трафика с высоким приоритетом. На прак­тике приоритезация и планирование всего лишь позволяют обеспечить наименьшую задержку в бу­фере для «более важного» трафика.

Приложения высокого уровня, исполняемые узлом сети, могут служить для ряда различных це­лей. Наиболее распространены приложения для Layer-2 (Data Link Layer) и Layer-3 (Network Layer). Приложения Layer-2 включают протоколы, обеспечивающие связь между узлами сети. Это такие протоколы, как Address Resolution Protocols (ARP/RARP/SLARP/GARP), Po int-to-Point P rotocols (PPP/EAP/SDCP) и Bridging Protocols (BPDU/VLAN). Приложения Layer-3 включают протоколы для связи хостов (компьютеров, серверов) — Bootstrap Protocol (BOOTP), Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Internet Group Management Protocol (IGMP) и Resource Reservation Protocol (RSVP). Иногда в оборудовании EoPDH используются протоколы 7-го уровня — Hyper-Text Transfer Protocol (HTTP) для создания интерфейса пользователя в виде HTML-страницы, а также Simple Network Management P rotocol (SNMP) для автоматического мониторинга оборудования посредством средств управления сетью.

Технология EoPDH предоставляет способ передачи Ethernet-фреймов по существующей телеком­муникационной инфраструктуре PDH. Попробуем выделить преимущества EoPDH, оценив ее по сле­дующим характеристикам:

  • Качество обслуживания. OAM увеличивает качество связи над нижележащими транспортными уровнями DS1/E1 или DS3/E3. Операции по мониторингу, а также отчеты о деградации качества, ошибках при соединении и восстановлении работоспособности могут быть автоматизированы. Так как транспортом нижнего уровня является PDH, можно использовать готовые средства управ­ления PDH. Со временем средства управления PDH и Ethernet могут быть объединены, обеспечив прозрачность и единый интерфейс.
  • Требования к полосе пропускания и масштабируемость. Объединение каналов в EoPDH позволяет наращивать требуемую полосу пропускания сшагом 1,5 Мбит/с от 1,5 Мбит/с до 360 Мбит/с. Этот диапазон перекрывает все существующие потребности современных сетей доступа, например IPTV. Применение Committed Information Rate (CIR) каналов в точке входа позволяет иметь даже меньший шаг наращивания полосы пропускания для абонента.
  • Совместимость и простота использования. EoPDH использует существующую широко распро­страненную технологию PDH. Обученные сотрудники узлов связи понимают, как подготовить к работе и технически обслуживать потоки PDH, для тестирования которых оборудование доступно. Совместимость EoPDH дает большие материальные выгоды при использовании традиционных се­тей SONET/SDH. Комбинация этих технологий называется Ethernetover-PDH-over-SONET/SDH, или EoPoS. EoPoS уменьшает стоимость модернизации за счет использования установленного оборудования TDM-over-SONET/SDH. Вместо замены существующих узлов SONET/SDH на мультисервисные мультиплексоры Ethernet-over-SONET/SDH (EoS), PDH-потоки могут быть де­мультиплексированы обычными ADM и переданы более дешевой абонентской аппаратуре, осу­ществляющей объединение потоков посредством EoPDH VCAT/LCAS.
  • Стоимость оборудования и эксплуатационные расходы. При транспорте Ethernet по существую­щей сети SDH/PDH только узлы доступа должны поддерживать EoPDH. В большинстве случаев для этого потребуется маленький модем или медиаконвертор. Advanced Ethernet OAM уменьшает эксплуатационные расходы посредством мониторинга каналов и быстрого определения неисправ­ности. В будущем оборудование сможет использовать протоколы на основе Ethernet для автома­тической конфигурации, что значительно упростит его установку. EoPDH уменьшает затраты не только для оператора связи — часто для абонента оплата нескольких объединенных каналов E1 значительно дешевле, чем аренда более скоростного канала E3 или STM-1.

На сегодняшний день есть несколько компаний, которые производят чипы с поддержкой EoPDH. Среди них и крупные известные бренды (как Maxim/Dallas), и небольшие, но быстро развивающиеся компании — TranSwitch, Galazar Networks, Arrive Technologies. В таблице представлены их продукты.

Чип EtherMap-PDH компании TranSwitch (выпускается с IV квартала 2005 года) содержит 4 интер­фейса Ethernet 10/100 Мбит/с, фреймы которых инкапсулируются в PDH-структуры сигналов E1/T1/J1 и DS3 посредством GFP-F/HDLC с использованием VCAT и LCAS на уровне PDH. EtherMap-PDH «умеет» совмещать трафик Ethernet с традиционным голосовым E1/T1/J1 посредством объединения их в канал DS3 с резервированием. Востребованной функцией является разделение па­кетного трафика нескольких абонентов по подсетям VLAN, поддержка передачи голоса (протоколов FR, ATM) и услуг Ethernet поверх существующей инфраструктуры PDH. Поддержка QoS обеспечива­ется расширением PDH-фреймов, обработкой заголовков, мониторингом производительности.

Семейство чипов CopperNode фирмы Galazar Networks (выпускается с 2007 года) преобразует голо­совой и пакетный трафик в структуры транспорта PDH DS1/E1 иDS3/E3. Они содержат интерфейсы для подключения к выделенным линиям (DS1/E1) и сетям данных Ethernet (10/100/1000 Мб/с), а так­же интерфейс SPI-3 для подключения сетевого процессора и возможности транспорта других прото­колов. Комбинация портов Gigabit и Fast Ethernet с интерфейсом сетевого процессора и портами DS1/E1 обеспечивает стыковку широкого спектра существующего оборудования и передачу услуг связи нового поколения. Поддерживается мэппинг Ethernet-трафика в контейнеры PDH, а также объ­единение трафика нескольких Ethernet-пользователей в один контейнер PDH с помощью VLAN иQ-in-Q.

Анонсировав в 2007 году семейство чипов DS33X162, фирма Maxim/Dallas решила задачу увеличе­ния сегментов локальных сетей Ethernet (10/100/1000 Мбит/с) по существующей инфраструктуре PDH. DS33X162 использует инкапсуляцию MAC-фреймов в структуры PDH/TDM-потоков посредст­вом GFP-F, HDLC, cHDLC или X.86 (LAPS). Микросхемы поддерживают услуги Ethernet-доступа — eLAN, eLINE и VLAN, процедуры VCAT/LCAS используются для динамического объединения кана­лов. Последовательные интерфейсы связи поддерживают двунаправленное синхронное соединение на скорости до 52 Мбит/с поверх xDSL, T1/E1/J1, T3/E3, или V.35.

Технология EoPDH может применяться во многих типах телекоммуникационного оборудования, которое помещает Ethernet-фреймы в PDH, TDM или каналы с последовательной передачей. Приме­рами такого оборудования являются удаленные DSLAM, WAN-маршрутизаторы, устройства доступа в сеть, оборудование для связи базовых станций сотовых операторов. В России создана огромная ин­фраструктура PDH, использующая в качестве среды передачи информации как медный кабель, так и радиочастотный ресурс. Зачастую перед операторами связи стоит задача обеспечить предоставление новых информационных услуг абонентам (доступ в сеть Internet, IP-телефония, IPTV, биллинг в ре­альном режиме времени и др.), но средств на полную реконструкцию сети нет. В этом случае обору­дование на базе EoPDH будет наиболее удачным решением, так как за небольшую плату оно позво­ляет предоставить абонентам новые услуги, при этом улучшая параметры сети и снижая операцион­ные издержки на эксплуатацию.

Ист. тематическая подборка «Технология Ethernet. IP-сети.»

Category: Оборудование IP Сети ШПД

About V.Lesin

Специалист в области электросвязи, делюсь своими знаниями и опытом через статьи на olacom.ru. Кроме моих статей на ресурсе Вы также найдете интересные материалы, инструкции и мануалы. Всегда готов ответить вопросы!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *