Сходимость сети 50 мс в IP/Ethernet, MPLS
Вне зависимости от сетевой технологии, времени ее появления, внедрения в реальные сети производители оборудования заявляют о поддержке требования по сходимости 50 мс. Цель данной публикации – это постановка и решение вопроса быстрой сходимости сети (fast networks convergence) IP/Ethernet (ip convergence), MPLS порядка 50 мс.
Под сходимостью сети будем понимать время восстановления каналов и услуг сети связи в зоне ответственности оператора связи, провайдера связи или едином домене качества обслуживания.
Требования к сетевой сходимости определяются приложениями пользователей, различными зонами ответственности: локальные сети, операторские сети и сети поставщиков услуг связи. Следовательно, классифицируем приложения по отношению к сходимости сети, а затем рассмотрим различные сетевые решения и связи между ними по обеспечению сходимости 50 мс (media convergence).
Приложения подразделяются на 3 категории: данные, речь, видео. На рис.1 представлена классификация приложений, требующих надежной работы. Это именно те приложения, за надежную работу которых заказчик готов платить дополнительную стоимость. Под надежностью в нашем случае понимаем быструю, гарантированную сходимость сети.
Рис.1 Классификация сетевых приложений
Рассмотрим приложения, требующие надежной работы. Оценим важность сходимости 50 мс для данных приложений:
1. Приложения передачи данных
В нашем случае не будем рассматривать приложения с установкой соединения, которые работают по протоколу TCP, поскольку данный протокол предусматривает потери и включает механизм повторной передачи. Для данного протокола обрыв связи 50 мс не является существенным.
1.1. Приложения с однонаправленной и групповой передачей (Unicast и Multicast)
Рассмотрим приложения , которые работают без установления соединения. В данном случае перерыв в работе сети ведет к потерям не ретранслируемых данных.
1.1.1. Приложения, работающие в вооруженных силах
К приложениям, работающим в вооруженных силах согласно RFC 1679, предъявляются высокие требования по надежности, но мы их рассматривать не будем, поскольку они не используются сервис провайдерами.
1.1.2. Приложения по синхронизации
Протоколы синхронизации NTP (Time synchronization protocols), IEEE1588 не требуют сходимости 50 мс, поскольку в случае обрыва связи оконечное оборудование ожидает повторной передачи со стороны источника синхронизации и находится в режиме удержания синхронизации.
1.1.3. Распределенные приложения реального времени (Real-Time Distributed Applications)
Типы распределенных приложений реального времени зависят от скорости каналов передачи данных между узлами связи. В качестве транспортных протоколов для этих приложений могут быть как TCP так и UDP. Однако в случае падения сетевых каналов в ряде этих приложений не предусмотрена ретрансляция данных, что ведет к их потери. Таким образом, следует предъявить требования по живучести сети, резервированию каналов связи, в том числе обозначить время сходимости порядка 50 мс по требованию заказчика.
1.1.4. Приложения торговых систем
Банки и крупные торговые компании, которые, например, занимаются железнодорожными и авиа перевозками имеют собственные сети отличные от Ethernet. Речь идет о сетях по которым передаются транзакции. В случае потери пакета транзакция не передается, что ведет к потери денег. Для данных сетей требуется высокая надежность и резервирование каналов связи. В качестве каналов обычно используются потоки E1 и протокол передачи данных X.25.
2. Приложения передачи речи
2.1. VoIP
VoIP включает в себя 2 типа трафика, а именно речь и сигнализацию. Если связь обрывается во время разговора между абонентами в пределах нескольких секунд, то разрыва соединения не происходит. Если связь обрывается на этапе установления соединения, то абонент в случае необходимости повторно наберет номер. Обычно сети с поддержкой VoIP предусматривают сходимость 800мс или более.
2.2. Эмуляция каналов через IP (Circuit Emulation Service over Packet (CESoP)
В данном случае через сети с коммутаций пакетов (PSN) передаются потоки E1. Это технология транков, т.е. через сети PSN, подключаются телефонные станции АТС. Обрыв связи порядка 50мс может привести к разрушению соединений.
3. Приложения передачи видео
Примеры различных видео приложений:
· Видео конференции;
· Широковещание (TVoDSL);
· VoD;
· Видеонаблюдение;
· Интернет потоки к PC пользователям;
· Доставка ТВ-программ в центры видеопроизводства по каналам передачи;
· Т.п.
Тонкое место видео приложений это механизм FEC (Forward Error Correction), который обеспечивает защиту пакетов RTP (Real-Time Transport Protocol). FEC улучшает качество предоставления услуги, но вносит дополнительную избыточность и задержку. Обрыв связи порядка 50 мс может привести к нарушению работы протокола FEC, хотя не является критичным для данного протокола.
Итак, сервис провайдеру приходится выбирать между качеством предоставления услуг и объемом инвестиций в сеть. Сходимость сети 50 мс позволит максимально качественно предоставлять полный спектр сетевых услуг. Для повышения качества обслуживания заказчика поставщик услуг, провайдеры, операторы вынуждены повышать живучесть сети, надежность сети (network resilience), организовывать резервные каналы (protection switching), и обеспечивать высокую скорость переключения на резервные направления.
В качестве примеров представим решения компании «МУВИКОМ».
Пример 1
Компания «МУВИКОМ» предлагает оборудование операторского класса компании H3C. На рис.2 представлена архитектура сети операторского класса от компании H3C. Стоит отметить, что предлагаются два варианта сходимости сети 50 мс и 200 мс для устойчивой сети (resilient networks) с кольцевой топологией (ring topology) на уровне агрегации (aggregation level) и ядра сети (core level). Наибольших инвестиций требует оборудование с поддержкой протокола RPR (Resilient Packet Ring) для поддержки сходимости сети 50 мс с топологией кольцо (ring protection). Более бюджетное оборудование c кольцевой топологией поддерживает протокол RRPP (Rapid Ring Protection Protocol) с сетевой сходимостью порядка 200 мс для сложных топологий и 50 мс для стандартных решений. Есть возможность комбинировать оборудование c поддержкой протоколов RPR+RRPP. Например, на уровне агрегации использовать протокол RRPP, а в ядре RPR.
AGG (Aggregation)
CPE (Customer-Premises Equipment)
CE (Custom Edge)
HG (Home Gateway)
NPE (Network Provider Edge)
ONU (Optical Network Unit)
PE (Provider Edge Router)
RPR (Resilient Packet Ring)
RRPP (Rapid Ring Protection Protocol)
SP (Service Provider)
UPE (User facing-Provider Edge)
Рис.2 Архитектура сети операторского класса от компании H3C
Оборудование:
Стэкируемые коммутаторы агрегации
Модульные коммутаторы ядра
Пример 2
Компания «МУВИКОМ» предлагает решение для построения сети MPLS со сходимостью порядка 50 мс на основе технологии MPLS traffic engineering см. Рис.3.
Рис.3 MPLS traffic engineering
Возможности MPLS ТЕ:
Резервирование ресурсов
- При построении туннеля происходит резервирование полосы пропускания.
Гибкая настройка свойств туннеля
- Задание параметров туннеля и канала связи
• Совпадение данных параметров необходимо, чтобы туннель смог пройти через тот или иной канал связи.
- Задание узлов, через которые должен/не должен пролегать туннель вручную
• Полностью ручное конфигурирование узлов туннеля.
- Резервирование и перемаршрутизация
• Построение резервного туннеля для случаев перегрузки или выхода из строя основного.
- Оптимизация
• Периодический новый расчет оптимального пути
Быстрая перемаршрутизация (MPLS fast rerouting (FRR))
- Переключение между основным и резервным туннелями за время <50мс
Оборудование
Модульные коммутаторы ядра
Пример 3
Компания «МУВИКОМ» предлагает решение со сходимость 50 мс для корпоративных, средних и малых операторских сетей, сетей дата-центров с топологией «дерево». Данное решение базируется на технологии IRF (Intelligent Resilient Framework), разработанной компанией H3C. И позволяет уйти от традиционных протоколов STP/RSTP/MSTP и RRPP. Технология IRF повышает живучесть, производительность сети и уменьшает эксплуатационные затраты. Время сходимости гораздо меньше 50 мс. См. Рис.4.
Рис. 4 Технология IRF
Функциональные преимущества данного решения
Distributed Device Management (DDM)
- Все коммутаторы работают как одно устройство
- Один IP адрес для управления стеком
- «Горячая» замена коммутаторов в стеке
Distributed Resilient Routing (DRR)
- Весь стек – один маршрутизатор (resilient routing)
- Каждое устройство выполняет локальную маршрутизацию и содержит распределенную таблицу маршрутизации
- Все коммутаторы равнозначны
Distributed Link Aggregation (DLA)
- Гибкий отказоустойчивый дизайн
- Распределение нагрузки (load balancing)
- Коммутаторы в стеке позволяют агрегирование любых портов с использованием стандартной технологии IEEE 802.3ad LACP (агрегация линков, link aggregation)
Оборудование:
Стэкитуемые коммутаторы агрегации
Модульные коммутаторы ядра
Компания «МУВИКОМ» предлагает решения для построения сетей высокой надежности, время сходимости которых 50 мс. По требованию заказчика предусматриваются различные сетевые топологии и производительность. Так же компания «МУВИКОМ» предлагает бюджетные решения с необходимыми требованиями к сетевой надежности.
