Эксплуатация мультисервисных сетей. Сбылись ли предсказания?

Десятилетие назад ожидалось, что для службы эксплуатации мультисервисные сети станут своего рода пороховым погребом, вызвав серьезные трудности. Однако в Банке России модернизированная до уровня мультисервисной магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети успешно эксплуатируется.

Статус кво

Магистральная компонента Единой телекоммуникационной банковской сети (МК ЕТКБС) представляет собой магистральную сеть, обеспечивающую передачу трафика различных систем и сетей между пользователями территориальных учреждений и центрального аппарата, а также других подразделений Банка России. Узлы МК ЕТКБС расположены во всех 78 регионах России от Калининграда до Анадыря. Сеть построена по схеме «звезда» с центральным узлом (ЦУ ЕТКБС) в Москве и рокадными связями между некоторыми узлами региональных сегментов (ЦУ РС ЕТКБС) (рис. 1). (В Московском регионе пользователи Банка России доступ к МК ЕТКБС получают через мультисервисную телекоммуникационную банковскую сеть, подробнее о которой см. «ИКС» № 8-9’2013, с. 62. - Прим. ред.)

МК ЕТКБС была введена в эксплуатацию в 2000 г. и до сих пор успешно функционирует. Технологически она представляет собой классическую сеть с разделением голосового трафика (протокол ISDN) и трафика данных (связка протоколов IP/Frame Relay). При всех достоинствах такой архитектуры - статистическом мультиплексировании, гарантирующем эффективное использование пропускной способности канала, простоте и отработанности технологии с малой протокольной избыточностью и т.д. - со временем стали все более выпукло проявляться ее недостатки:

1. Наличие единой точки отказа - магистральное оборудование в территориальных учреждениях Банка России размещалось только на одной площадке. Этот недостаток был не так заметен при распределенной обработке информации, но сделался очевидным при централизации банковских процессов. На момент создания первой версии МК ЕТКБС требования к доступности сервисов были более мягкими.

2. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности магистральных каналов связи между голосовым трафиком и трафиком передачи данных, так как полосы пропускания закрепляются за протоколами Frame Relay и ISDN при настройке каждого тракта.

3. Ограниченность функций управления потоками данных. Для каждого виртуального соединения в сети FR устанавливается параметр CIR - гарантированная информационная скорость, которую сеть «обязуется» поддерживать по этому соединению. Если кадры поступают со скоростью, превышающей CIR, то при наличии свободных ресурсов они передаются с установленным битом DE (discard eligibility), разрешающим сети их сброс в случае перегрузки. При этом в случае нехватки свободных ресурсов неизбежно происходит потеря кадров, после чего требуется их повторная передача, которая из-за отсутствия в протоколе IP механизмов гарантированной доставки возлагается на протокол транспортного уровня TCP. Все, что может сеть FR сделать в данной ситуации, - это отправить в направлении приема и передачи биты уведомления о перегрузке FECN/BECN, заставляющие оконечное оборудование Frame Relay снизить скорость отправки информации.

4. Ограниченность функций обеспечения качества обслуживания (QoS). Так, являясь протоколом канального (второго в модели OSI) уровня, Frame Relay не имеет средств обмена служебной информацией с протоколами вышележащих уровней. Поэтому в сети FR отсутствует возможность классификации трафика по типам - real time, business critical, best effort и т.д. Единственный способ разделить эти потоки данных - использовать для каждого из них свое виртуальное соединение и назначить соответствующие параметры и приоритеты. Но внутри каждого такого виртуального канала все приложения все равно будут обслуживаться одинаково, по принципу «первый пришел, первый ушел».

Требуется модернизация

Можно констатировать: транспортная сеть МК ЕТКБС, построенная на технологии FR/ISDN, долгое время справлялась со своими задачами передачи информации, обеспечивая достаточную эффективность сетей связи Банка России. Но к 2010 г., в связи с переходом Банка России на централизованную обработку информации и внедрением системы платежей в реальном времени требования к пропускной способности ЕТКБС, качеству услуг связи и их доступности серьезно выросли. Это поставило вопрос о замене технологии FR на более современную и эффективную, а также об изменении архитектуры МК ЕТКБС.

На первый взгляд, заменить FR/ISDN призвана технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode), сформировавшаяся как расширение протокола ISDN - Broadband ISDN, B-ISDN. Протокол Frame Relay также был создан на основе ISDN, только за счет уменьшения функциональности. В АТМ мультисервисность заложили изначально, были предусмотрены гибкие средства управления потоками данных и обеспечения качества обслуживания, мощная 20-байтная адресация. Казалось бы, для триумфа АТМ было сделано все, и этот триумф состоялся бы... но побеждать надо было не «старичка» FR. На арену вышел протокол IP, который завоевал весь мир в качестве универсальной телекоммуникационной технологии. Сети АТМ столкнулись с необходимостью передачи IP-трафика, но особенности протокола IP коренным образом расходятся с идеологией АТМ. Главное - АТМ ориентирована на установление соединений, протокол IP работает без установления соединения. Вторая проблема - маршрутизация IP-пакетов по сетям АТМ. Созданный для интеграции с IP-сетями ATM adaptation level 5 (AAL5) слишком нерационально использовал полосу пропускания вследствие больших накладных расходов. А механизм взаимного преобразования адресов оказался слишком сложным. В результате технология АТМ постепенно утратила свои позиции, несмотря на гораздо более широкую функциональность по сравнению с протоколами FR и ISDN.

В московском сегменте ЕТКБС подсеть АТМ относительно успешно функционировала в течение 11 лет. Использовалась она исключительно в качестве базового транспорта для передачи данных, как посредством выделенных VP-туннелей, так и по протоколу LANE (LAN Emulation), весьма сложному в части настройки и диагностики отказов. Но вследствие описанных выше сложностей сеть АТМ не получила дальнейшего развития и в 2011 г. была окончательно выведена из эксплуатации.

А что же взамен? Наиболее достойный кандидат - и практически единственный! - технология мультипротокольной коммутации по меткам (Multi Protocol Label Switching, MPLS). Выбор ее в качестве базовой при построении перспективной МК ЕТКБС основывался на проведенных в 2003-2008 гг. в Банке России экспериментальных работах.

В 2007 г. в Москве, Вологде, Орле и Перми был создан опытный участок, который в дальнейшем стал ядром новой магистральной сети. На этом участке с использованием как имитаторов полезной нагрузки, так и реального информационного трафика Банка России были проведены нагрузочные испытания, в целом показавшие эффективность технологии MPLS, полную ее совместимость с оборудованием других подсистем МК ЕТКБС и соответствие всем требованиям, которые бизнес-процессы Банка России предъявляют к магистральной сети связи.

Новая магистральная компонента

В 2009-2011 гг. в Москве и 78 территориальных учреждениях Банка России на основе технологии MPLS была создана новая магистральная компонента ЕТКБС, лишенная недостатков сетей FR/ISDN. За счет организации в регионах резервных площадок была также повышена отказоустойчивость (рис. 2).

Благодаря применению универсального транспорта IP/MPLS в новой сети была достигнута полная интеграция сервисов и реализовано динамическое перераспределение пропускной способности магистральных каналов связи.

Использование технологий IP/MPLS позволяет комбинировать разные модели обеспечения сквозного качества обслуживания - IntServ (Integrated Services Model) и DiffServ (Differentiated Services Model). Модель IntServ поддерживает QoS на основе резервирования полосы пропускания и управления потоками данных. При этом протокол MPLS предоставляет больше, чем FR, возможностей инжиниринга трафика. Модель DiffServ обеспечивает QoS на основе классификации и маркировки трафика на границах сети.

Изначально в концепции развития МК ЕТКБС было предусмотрено три класса трафика:

приложения реального времени (аналог класса real time);

критические приложения (аналог класса business critical);

стандартные приложения (аналог класса best effort).

К первому классу были отнесены сервисы сети ведомственной телефонной связи и видеоконференц-связи, ко второму - приложения платежной сети, к третьему - приложения информационной сети (электронная почта, интранет-порталы, электронный документооборот и др.). Однако банковская деятельность при всей своей регламентированности весьма разнообразна, и трафик используемых в Банке России приложений в прокрустово ложе трех классов уложить сложно. Именно сочетание технологий IP и MPLS придало ИТ-инфраструктуре Банка России необходимую гибкость, обеспечило требуемое качество и высокую доступность сервисов.

Но подобная гибкость имеет свою цену, любые преимущества сопровождаются вытекающими из них недостатками. Так, дополнительная протокольная избыточность привела к тому, что в старой магистральной сети один телефонный вызов занимает полосу 8 кбит/с, в новой - около 30 кбит/с. Но это неизбежная и осознанная плата за мультисервисность.

Взорвалось или нет?

Внимательный читатель непременно спросит - хорошо, новые сети построены на основе «самого свежего пороха» технологий мультисервисных сетей, а дальше?

Следует признать, что корпоративная сеть Банка России - ЕТКБС - за восемь лет претерпела радикальные изменения. Но принимая во внимание, что основной бизнес-процесс Банка России - это поддержание бесперебойного функционирования платежной системы страны, «взрыва» допустить было никак нельзя. Мировой опыт создания подобных систем и собственный опыт эксплуатации были учтены, изменения проводились постепенно, без прерывания критически важных сервисов и без ослабления эксплуатационного контроля. Платежный трафик в настоящее время по-прежнему передает старая магистральная сеть, на новую переведены пока только голос, видеоконференцсвязь и информационный трафик. Миграцию всех сервисов на новую сеть планируется завершить в 2015 г. Несомненно, это заставляет Банк России нести дополнительные расходы по поддержке двух магистральных сетей, но если посчитать, во сколько может обойтись лишь один час простоя системы платежей в масштабах всей страны, то торопливость и надежда на «авось» явно неуместны. Тем более что в перспективе переход на новые технологии позволит существенно снизить издержки.

Итак, «взрывных» проблем не возникло. Но глубокое влияние мультисервисности на систему эксплуатации, безусловно, отрицать нельзя. Корень всех проблем любой мультисервисной сети - это многопараметричность, превосходящая все известные технологии.

Действительно, реализация принципа мультисервисности влечет за собой усложнение телекоммуникационных технологий, количество независимых параметров описания систем связи неизбежно растет.

Под «зонтиком»

Первое важное следствие многопараметричности мультисервисных сетей - значительное усложнение мониторинга и управления.

Наличие систем управления во всех подсистемах было одним из основных требований при создании новой магистральной сети Банка России, и оно было реализовано в полной мере. И системы управления, и оборудование обладают развитыми встроенными средствами диагностики, в необходимости которых служба эксплуатации убеждалась не раз. Но переход на новые технологии и усложнение структуры магистральной сети показали, что прежний, ресурсный подход к эксплуатации в целом и диагностике сложных проблем в частности себя уже не оправдывает. Неоднократно приходилось сталкиваться с ситуациями, когда на каждом уровне в отдельности системы управления показывают отсутствие проблем, а пользователи все равно жалуются на качество сервисов.

Общие недостатки штатных систем управления (СУ), поставляемых вместе с оборудованием, - наличие только пассивных средств мониторинга и слабые возможности взаимной интеграции. Каждая СУ видит только свой «огород» и практически ничего не знает о смежных системах. Анализировать корреляцию событий в отдельных подсистемах приходится вручную силами ведущих специалистов, что приводит к дополнительным потерям времени.

Один из возможных путей выхода из сложившейся ситуации - создание «зонтичной» системы-гипервизора, обеспечивающей объединение информации от всех систем управления в единое поле событий с развитыми средствами интеллектуального анализа. Создание именно такой системы управления и было инициировано службой эксплуатации ЕТКБС. Эта система разрабатывается как классическая «зонтичная» OSS (Operational Support System), основное назначение которой - поддержка службы эксплуатации и сквозной контроль функционирования сервисов.

SLA - для своих

Второе важное следствие многопараметричности мультисервисной сети - сложность контроля качества сервисов. В этой ситуации понятиями системы эксплуатации являются QoS и SLA (Service Level Agreement).

При подключении к магистральной сети пользователи сервисов в большинстве случаев затрудняются сформулировать конкретные требования, но, как правило, стремятся получить ресурс с большим запасом. В результате, если просуммировать все такие запросы, то пропускная способность МК ЕТКБС должна быть в четыре раза выше имеющейся. А при возникновении претензий к качеству сервисов описание проблемы обычно звучит весьма расплывчато - «приложение плохо работает», «выросла очередь на отправку сообщений». Причем ответственность за снижение качества работы приложения пользователь пытается возложить в первую очередь на магистральную сеть, несмотря на наличие нескольких промежуточных систем.

Так что заключение соглашений о качестве сервиса между подразделениями одной организации, особенно такой крупной и территориально распределенной, как Банк России, в последнее время становится все важнее. Поэтому модернизация системы эксплуатации корпоративной сети Банка России включает и внедрение концепции SLA. Только после создания соответствующих соглашений на всех уровнях вопрос качества сервисов из области абстрактных рассуждений переходит в сугубо практическую плоскость. Тем более что новая магистральная сеть обладает всеми средствами для обеспечения сквозного QoS.

Но внедрить SLA мало, нужно еще контролировать выполнение соглашений. Причем средствам контроля должны доверять обе стороны - и пользователь, и провайдер. Одним из перспективных направлений деятельности службы эксплуатации МК ЕТКБС является разработка системы контроля качества сервисов. Помимо мониторинга соблюдения SLA одно из требований к данной системе - это возможность активного тестирования качества сервисов с помощью как встроенных средств оборудования, так и специальных пробников, образующих распределенную контрольно-измерительную сеть. Кроме того, система контроля качества сервисов должна быть интегрирована в СУ ЕТКБС.

Повышение эффективной пропускной способности

Еще одно перспективное направление исследований - оптимизация трафика банковских приложений. Технологии оптимизации передачи данных по территориально распределенным сетям (WAN) ускоряют работу приложений, используя интегрированный подход к повышению производительности при работе через глобальные сети. Решения по оптимизации трафика особенно интересны в случае перехода на централизованную обработку данных, так как повышают быстродействие приложений при работе с ЦОДом, сокращают нагрузку на магистральные каналы связи и время передачи файлов в глобальных сетях. Для этого используется комплекс технологий:

оптимизация (дедупликация) передаваемых данных - сведение к минимуму объема повторно передаваемых данных за счет устранения повторяющихся комбинаций байтов и компрессии;

оптимизация транспортировки данных за счет уменьшения количества ТСР-пакетов для того же объема данных, благодаря чему повышается эффективность работы в глобальных сетях;

оптимизация приложений - сокращение времени ожидания и загрузки каналов связи за счет минимизации служебного трафика, генерируемого приложениями, включая опережающее считывание, локальную обработку обращений и кэширование данных.

В 2012 г. на опытном участке МК ЕТКБС Москва - Пермь была проведена проверка эффективности решений оптимизации трафика WAN применительно к задачам Банка России. Результат проверки оказался весьма оптимистичным - объем трафика, переданного устройством оптимизации в магистральную сеть за время эксперимента, оказался на 73% меньше объема, полученного для передачи, что позволяет говорить об увеличении эффективной пропускной способности канала связи в 3,7 раза. На 2013 г. запланированы сравнительные испытания, целью которых будет окончательный выбор технического решения.

Обладая значительными преимуществами, мультисервисные сети существенно сложнее традиционных сетей, их эксплуатация для любой организации - серьезный вызов. Модернизировав свою корпоративную сеть до уровня мультисервисной, Банк России создал внушительный технологический задел на достаточно длительную перспективу. Накопленный опыт помогает службе эксплуатации ЕТКБС успешно справляться со всеми сложностями мультисервисности, но тем не менее она не перестает разрабатывать и внедрять новые методы обеспечения высокой доступности и качества сервисов.

При проектировании сети нужно выбрать технологию проектирования. Рассмотрим самые современные технологии: FTTH, xDSL, xPON и Ethernet.

Технология Fiber To The X (Оптическое волокно до…) -- понятие, описывающее общий подход к организации кабельной инфраструктуры сети доступа, в которой от узла связи до определённого места (точка "х") доходит оптоволокно, а далее, до абонента, -- медный кабель (возможен и вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно до абонентского устройства).

Таким образом, FTTx -- это только физический уровень. Однако фактически данное понятие охватывает и большое число технологий канального и сетевого уровня. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

В семейство FTTx входят различные виды архитектур:

FTTN (Fiber to the Node) -- волокно до сетевого узла;

FTTC (Fiber to the Curb) -- волокно до микрорайона, квартала или группы домов;

FTTB (Fiber to the Building) -- волокно до здания;

FTTH (Fiber to the Home) -- волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

Однозначно в пользу решений FTTH выступают эксперты, они сравнивают продолжительность жизненного цикла инвестиций в любую технологию доступа и коррелированный рост требований к пропускной способности каналов доступа. Проведенный анализ показывает, что если технические решения, которые закладываются в основу сегмента доступа сети сегодня, окажутся неспособными обеспечить скорость 100 Мбит/с в 2013--2015 годах, то моральное устаревание оборудования произойдет до окончания инвестиционного цикла.

Из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания;

Это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант;

Решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи;

Они позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.

Существует два часто применяемых типа организации FTTH сетей: на базе технологии Ethernet и на базе технологии PON.

PON - технология пассивных оптических сетей. Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT - прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Cуществует три стандарта сети PON: APON (BPON), GPON и EPON (GePON).

За расширенным стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефонию (FXS).

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием "Ethernet первую милю" EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализовав тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы - достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Комиссия EFM 802.3ah стандартизировала три разновидности решения для сети доступа:

EFMC (EFM copper) - решение "точка-точка" с использованием витых медных пар

EFMF (EFM fiber) - решение, основанное на соединении "точка-точка" по волокну.

EFMP (EFM PON) - решение, основанное на соединении "точка-многоточка" по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.

Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.

Архитектуру сети доступа GePON можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GePON ITU-T Rec. G.984.3 GePON был принят в октябре 2003 года.

GePON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной. GePON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, в том числе TDM. Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.

Основные преимущества GEPON это - отсутствие активного сетевого оборудования на пути к пользователю, полнодуплексный симметричный доступ на скоростях от 40 Мбит/м (при полной загрузке Gepon-узла) до 1,25 Гбит м, высокая масштабируемость, увеличена результативность применения среды передачи данных, что обеспечивается прямым транспортом Ethernet-кадров, результативными схемами приоритезации трафика и IP-протоколами.

Технология GePON в полной мере подходит для внедрения по нескольким причинам:

1) невысокая стоимость построения сети;

2) технология реализует возможность подключения через одно оптоволокно большого количества абонентских терминалов, что способствует значительной экономии волокон;

3) низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети. Преимущество обусловлено использованием пассивного оборудования в распределительной сети;

4) возможность постепенного наращивания сети. Ввод новых узлов не оказывает влияния на действующую сеть;

5) перспективность создания распределительной инфраструктуры. Строительство оптической распределительной сети закладывает хорошую и долговременную основу для дальнейшего развития и предоставления в будущем любых мультимедийных услуг с практически неограниченной полосой пропускания;

6) использование меньшего числа активных элементов в сети обеспечивает ее надежность, а кроме того, способствует как снижению чувствительности к влиянию смежных линий связи, так и уменьшению воздействия на них;

7) высокая гибкость: построение распределительной сети по технологии GePON требует применения всего лишь одного оптического волокна, а не пучка волокон, как при использовании других оптоволоконных технологий. Благодаря этому можно строить сеть по шинной или древовидной топологии, что весьма выгодно с экономической точки зрения. Гибкость технологии позволяет использовать ее в любых сетевых конфигурациях семейства FTTВ.

В таблице 1.2 приведено сравнение характеристик стандартов PON

Таблица 1.2 - Сравнительные характеристики PON

Характеристики
Институты стандартизации / альянсы	ITU-T SG15 / FSAN		ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта	октябрь 1998		октябрь 2003
Стандарт
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с			1244/155,622,1244 2488/622,1244,2488
Базовый протокол
Линейный код
Максимальный радиус сети, км
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно
Приложения		IP, данные
Коррекция ошибок FEC	предусмотрена		необходима

Технология Gigabit Ethernet - это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала

Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII. 1000Base-T - это стандартный интерфейс Gigabit Ethernet передачи по неэкранированной витой паре категории 5 и выше на расстояния до 100 метров. Для передачи используются все четыре пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/c. Предполагается, что стандарт будет обеспечивать дуплексную передачу, причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу в двух направлениях - двойной дуплекс (dual duplex).

Для разработки мультисервистной сети предачи данных микрорайона выбрана технология GePON, так как данная технология является одной из самых перспективных сетевых технологий и обеспечивает высокую надежность, гибкость, низкую стоимость и легкость внедрения, выдерживает большие нагрузки в случайные моменты времени, передавая огромный объем данных.

Выводы

На основании рассмотренного материала в качестве основной технологии построения магистральной подсистемы выбрана технология 10 Gigabit Ethernet. Технология, применяемая в горизонтальной подсистеме - технология GePON. Средой передачи данных СКС выбран оптоволоконный кабель.

01.03.2016

Пассивная оптическая сеть (PON) — самая перспективная широкополосная мультисервисная технология передачи данных на множество абонентов с помощью оптического волокна.

Этот способ организации сети стал популярным благодаря очевидным преимуществам в скорости, объемах передачи и возможностях совершенствования.

Главное отличие PON от других оптических систем – это использование только пассивного оборудования на всем отрезке от главного модуля, передающего и принимающего информационные потоки, до конечного пользователя. То есть никаких активных коммутаторов, маршрутизаторов, медиаконвертеров, мультиплексоров и другой техники, требующей дополнительного питания и обслуживания.

Для того, чтобы разделить один поток на множество абонентов в системе PON используется оптический разветвитель (сплиттер, мультиплектор, PLC). С его помощью один приемо-передающий модуль (распределительная коробка, распределительный шкаф, OLT) может распространить сигнал на неограниченное количество потребителей – все зависит от показателей его мощности и скорости.

Любая пассивная оптическая сеть включает в себя три основных составляющих:

станционный терминал OLT (optical line terminal);
пассивный оптический сплиттер;
абонентские терминалы ONT (optical network termination) или устройства ONU (optical network unit).

Приемо-передатчик OLT связывает PON с внешними сетями и получает поток, который передается абонентам посредством кабельной сети. Сплиттер размножает сигнал на 8, 16, 32 или 64 абонента. Каждое разветвление несколько сужает канал передачи, что дает некоторое затухание сигнала и снижает его пропускную способность.

Конечное абонентское оборудование ONT оснащено необходимыми пользователю интерфейсами, включая выходы для IP-телефонии, Ethernet и Wi-Fi.

Чаще всего для жилых помещений используется древовидная топология PON-сети. Она позволяет оптимизировать использование волокна, размещая максимально возможное число абонентов на одном кабеле. В зависимости от конечного числа пользователей и требований сети, поток может разветвляться одним или несколькими уровнями каскадов. Чем их меньше – тем проще обслуживать систему, производить необходимый ремонт и тем меньше будут потери в скорости и объемах данных для конечного потребителя. С другой стороны, многокаскадная система позволяет задавать точные настройки, более чутко адаптируя сеть под нужды заказчика.

В целом же топология выбирается из множества вариантов исходя из реальных условий конструкции по принципу максимального удобства для абонентов.

С помощью PON-сетей можно организовать:

аналоговое и цифровое телевидение, в том числе IPTV;
и фиксированную телефонную связь;
передачу технологической, организационной, финансовой информации;
домашние абонентские сети общего пользования в многоквартирных и частных домах;
системы пожаротушения (используются в МЧС и МВД);

охранные системы и , в том числе охрану самих узлов связи и систему “безопасный город”;
и т.д.

Преимущества архитектуры PON

1) Высокая скорость передачи

PON поддерживает скорость от 155 Мбит/с до 2,5 Гбит/с, являясь на данный момент самым быстрым способом передачи информации.

2) Поддержка разнородного трафика

Система может передавать любой вид информации (данные, видео, голос), вести в квартиру или офис информационные потоки любого происхождения.

3) Большая емкость

Система без потери качества может обрабатывать потоки от несколько ресурсов одновременно. К одному абонентскому порту можно подключить несколько компьютеров, телевизоров, IP-телефонов и др.

4) Сокращение расходов на обслуживание

В PON используются пассивные ответвители, которые не требуют электрического питания и дополнительного обслуживания.

5) Оптимальное использование материала

Подключение максимального числа абонентов к одному волокну помогает использовать меньшее количество кабеля, что может выразиться в существенных цифрах экономии.

6) Помехоустойчивость и защита от перепадов напряжения

В отличие от систем с использованием витой пары (FTTh и т.п.), PON не подвержен влиянию извне и защищен от перепадов напряжения, появления наводок и помех.

7) Легкодоступность

Нет необходимости размещать оборудование для PON-сети в уличных шкафах, поэтому система легко доступна к проверке, модификации и ремонту в холодное время года и позволяет экономить на всепогодном оборудовании.

8) Простота подключения

Подключение абонентов к сети происходит быстро и без перерыва связи.

9) Возможность уплотнения

Уплотнение (мультиплексирование) сигнала позволяет при необходимости пускать дополнительные потоки информации по уже существующему кабелю – для этого используются световые волны другой длины. Так, уже существующую кабельную систему можно использовать для добавления услуг, включая системы безопасности, видеонаблюдения, охраны, противопожарной безопасности и т.п.

10) Постоянное развитие PON-технологий

Рост мощностей, скоростей и удешевление составляющих позволяет рассматривать данную технологию передачи данных как одну из наиболее перспективных.

Недостатки архитектуры PON

Необходимость шифрования потока

PON – технология с общей средой передачи данных, поэтому отдельные потоки информации приходится шифровать. Это может снижать полезную скорость передачи, а также не защищает информацию от взлома на физическом уровне.

Сложность системы

В системе трудно обнаружить неполадки на участке между сплиттерами и конечной точкой — ONT.

Важно иметь в виду, что при выборе профессионального установщика, который сможет качественно установить, отслеживать состояние и обеспечивать полноценный сервис, проблемы с сетью минимизируются.

Виды PON-сетей

Технология пассивных оптоволоконных сетей была введена в практику в середине 90-х годов, первоначально в модификации APON. После ряда усовершенствований в начале 2000-х появилась технология BPON с лучшей скоростью и большим числом обрабатываемых потоков. Следующим в линейке пассивных сетей стал EPON на технологии Ethernet. В настоящее время наиболее современной, удобной и перспективной для создания крупных разветвленных сетей является система GPON .

GPON устроен на базе платформы SDH (протокол GFP) и позволяет подключать к одному передающему модулю до 64 абонентов на расстоянии до 20 км. Использование сплиттеров и муфт позволяет увеличить дальность до 60 км. Скорость передачи в среднем достигает 2,5 Гб, хотя технически можно развить систему, скорость в которой может достигать 4–10 Гбит/с в каждом направлении.

Еще одна существующая модификация – технология GEPON. Ее можно назвать самой экономичной, однако это преимущество предполагает некоторые издержки в сравнении с GPON-сетями. В частности, в ней отсутствуют специфические функции поддержки TDM, синхронизации и защитных переключений. Такая система хорошо работает для небольших операторов, ориентированных на IP-трафик, в том числе IPTV.

В целом же выбор технологии для создания или усовершенствования пассивной оптоволоконной сети зависит от условий заказчика, потребностей абонентов и перспектив развития. Компания-установщик должна подробно изучить исходные данные, чтобы сделать заключение по выбору технологии и разработать оптимальный план будущей PON.

Резюме

В настоящее время пассивные сети на основе оптического волокна получают все большее распространение. Медные витые пары не выдерживают конкуренции с PON по объемам, скорости и дальности передачи данных, помехозащищенности и масштабируемости. Если первоначально предпочтение часто отдавалось витопарным кабелям ввиду дороговизны оптического сырья и оборудования, то сейчас по капитальным затратам и трудоемкости монтажа системы различаются незначительно. По-прежнему популярным является строительство совмещенного вида сетей — FTTH, где медная пара используется только на участке от коммутатора к абоненту. Однако динамика все больше смещается в сторону PON, в том числе и благодаря тому, что установка пассивной сети допускает модификацию без вмешательства в архитектуру системы и перекладки кабеля.

Тем не менее, установка — капиталоемкий и сложный процесс, поэтому важно доверять эту работу проверенным профессионалам отрасли. Они смогут создать продуманную конфигурацию системы с возможностью оптимизации под нужды заказчика и бесперебойной работы.

Чтобы узнать подробности установки PON-сети для Вашей компании, звоните по номерам указанным на сайте или оставьте заявку на звонок нашего специалиста — форму Вы найдете прямо под текстом.

Характеристика района внедрения сети. Структурированные кабельные системы. Обзор технологий мультисервисных сетей. Разработка проекта мультисервистной сети передачи данных для 27 микрорайона г. Братска. Расчёт оптического бюджета мультисервисной сети.

Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"

Подобные документы

Процесс построения мультисервисных сетей связи, его этапы. Анализ технологий сетей передачи данных, их достоинства и недостатки. Проектирование мультисервисной сети связи с использованием телекоммуникационного оборудования разных производителей.

курсовая работа , добавлен 23.12.2012

Способы построения мультисервисной сети широкополосной передачи данных для предоставления услуги Triple Play на основе технологии FTTB. Обоснование выбранной технологии и топологии сети. Проведение расчета оборудования и подбор его комплектации.

дипломная работа , добавлен 11.09.2014

Создание широкополосного абонентского доступа населению микрорайона "Зареченский" г. Орла, Анализ инфраструктуры объекта. Выбор сетевой технологии, оборудования. Архитектура построения сети связи. Расчет параметров трафика и нагрузок мультисервисной сети.

дипломная работа , добавлен 16.02.2016

Характеристика существующей телефонной сети Бурлинского района. Количество монтированных и задействованных портов технологии АDSL на СТС. Выбор типа оборудования. Разработка перспективной схемы развития мультисервисной сети. Разработка нумерации сети.

дипломная работа , добавлен 22.06.2015

Сущность и функции мультисервисной сети. Проектирование локальной сети центрального офиса и локальных сетей удаленных офисов. Распределение IP-Адресации. Характеристика организации радиоканалов. Анализ принципов при выборе оборудования проводной связи.

курсовая работа , добавлен 29.01.2014

Изучение организации связи в мультисервисной сети, технические характеристики оборудования, структура аппаратных средств и программного обеспечения. Построение схемы мультисервисной сети на базе цифровой коммутационной системы HiPath 4000 фирмы Siemens.

дипломная работа , добавлен 25.04.2012

Расчет количества и стоимости оборудования и материалов для подключения к сети передачи данных по технологии xPON. Выбор активного и пассивного оборудования, магистрального волоконно-оптического кабеля. Технические характеристики широкополосной сети.

дипломная работа , добавлен 14.11.2017

Главная идея технологии АТМ была высказана достаточно давно - этот термин ввела лаборатория Bell Labs ещё в 1968 году. Основной разрабатываемой технологией тогда была технология TDM с синхронными методами коммутации, основанными на порядковом номере байта в объединённом кадре. Главный недостаток технологии TDM, которую также называют технологией синхронной передачи STM, заключается в невозможности перераспределять пропускную способность объединённого канала между подканалами. В те периоды времени, когда по подканалу не передаются пользовательские данные, объединённый канал всё равно передаёт байты этого подканала, заполненные нулями.

Попытки загрузить периоды простоя подканалов приводят к необходимости введения заголовка для данных каждого подканала. В промежуточной технологии STDM, которая позволяет заполнять периоды простоя передачей пульсаций трафика других подканалов, действительно вводятся заголовки, содержащие номер подканала. Данные при этом оформляются в пакеты, похожие по структуре на пакеты компьютерных сетей. Наличие адреса у каждого пакета позволяет передавать его асинхронно, так как местоположение его относительно данных других подканалов уже не является его адресом. Асинхронные пакеты одного подканала вставляются в свободные тайм-слоты другого подканала, но не смешиваются с данными этого подканала, так как имеют собственный адрес.

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удаётся добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации. Хотя сети ISDN также разрабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосовой трафик явно был для разработчиков более приоритетным. Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями .

Гетерогенность - неотъемлемое качество любой крупной вычислительной сети, и на согласование разнородных компонентов системные интеграторы и администраторы тратят большую часть своего времени. Поэтому любое средство, сулящее перспективу уменьшения неоднородности сети, привлекает пристальный интерес сетевых специалистов. Технология АТМ разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг - B-ISDN.

По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое АТМ, будет состоять в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей:

передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причём для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям;

иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений;

общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей;

сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/E1, T3/E3, SDH STM-n, FDDI;

взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Службы верхних уровней сети B-ISDN должны быть примерно такими же, что и у сети ISDN - это передача факсов, распространение телевизионного изображения, голосовая почта, электронная почта, различные интерактивные службы, например проведение видеоконференций. Высокие скорости технологии АТМ создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня, которые не могли быть реализованы сетями ISDN - например, для передачи цветного телевизионного изображения необходима полоса пропускания в районе 30 Мбит/с. Технология ISDN такую скорость поддержать не может, а для АТМ она не составляет больших проблем.

Разработку стандартов АТМ осуществляет группа организаций под названием ATM Forum под эгидой специального комитета IEEE, а также комитеты ITU-T и ANSI. АТМ - это очень сложная технология, требующая стандартизации в самых различных аспектах, поэтому, хотя основное ядро стандартов было принято в 1993 году, работа по стандартизации активно продолжается. Оптимизм внушает тот факт, что в ATM Forum принимают участие практически все заинтересованные стороны - производители телекоммуникационного оборудования, производители оборудования локальных сетей, операторы телекоммуникационных сетей и сетевые интеграторы.