Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
ГЛАВА 21 Ethernet операторского класса Ethernet операторского класса (Carrier Ethernet, или Carrier Grade Ethernet) — это сравнительно новый термин, под которым скрывается целый спектр различных технологий. В наиболее широком смысле под Ethernet операторского класса понимают как услуги Ethernet, кото рые операторы связи предоставляют в глобальном масштабе, так и технологии, на основе которых эти услуги организуются. В эти технологии входит усовершенствованная версия Ethernet, а также MPLS и технологии первичных сетей, такие как SDH, OTN и DWDM. В этой главе мы рассмотрим наиболее популярные технологии, входящие в семейство Ethernet опе раторского класса, а также формализованное описание услуг Ethernet операторского класса. Обзор версий Ethernet операторского класса Движущие силы экспансии Ethernet Как мы знаем, классическая технология Ethernet разрабатывалась исключительно как тех нология локальных сетей, и до недавнего времени сети этого класса и были единственной областью ее применения. Однако бесспорный успех Ethernet в локальных сетях, где она вытеснила все остальные технологии, привел к напрашивающейся идее об использовании этой технологии и в глобальных сетях (которые по большей части являются оператор скими). Потенциальных преимуществ от экспансии Ethernet за пределы локальных сетей не сколько. Для пользователей важно появление Ethernet как услуги глобальных сетей. Эта услуга может у разных провайдеров называться по-разному — Carrier Ethernet, Ethernet VPN, VPLS, ELINE или ELAN — суть от этого не меняется: пользователи получают возможность соединения своих территориально рассредоточенных сетей так же, как они привыкли в своих офисных сетях, то есть на уровне коммутаторов Ethernet и без привлечения про токола IP. При этом пользователи имеют дело с хорошо изученной технологией на интер фейсах, соединяющих их пограничное оборудование с пограничным оборудованием про вайдера. Кроме того, при соединении сетей на канальном уровне пользователи свободны в ІР-адресации своих сетей, так как при передаче трафика между сетями пользователей услуги Ethernet операторского класса провайдер не применяет IP-адреса. Таким образом, можно, например, назначить адреса одной и той же ІР-подсети для всех сетей пользова телей или же задействовать частные IP-адреса. Это общее свойство услуг VPNканального уровня, но сегодня такая услуга практически всегда выглядит как услуга с интерфейсом Ethernet. Очень полезным свойством является также мобильность сетей пользователей; так, при по мещении какой-либо сети пользователя в центр данных провайдера (то есть при хостинге сети Ethernet) ее IP-адреса могут оставаться теми же, что и были прежде, когда эта сеть была составное частью корпоративной сети пользователя. Для провайдеров Ethernet операторского класса важна и как популярная услуга, и как вну тренняя транспортная технология канального уровня. В последнем случае эта технология может использоваться для реализации глобальных услуг Ethernet или же для создания надежных, быстрых и контролируемых соединений между маршрутизаторами. Привлекательность Ethernet как внутренней транспортной технологии для операторов связи объясняется относительно низкой стоимостью оборудования Ethernet. Порты Ethernet всегда обладали самой низкой стоимостью по сравнению с портами любой другой технологии (естественно, с учетом скорости передачи данных портом). Низкая стоимость изначально была результатом простоты технологии Etherhet, которая предлагает только минимальный набор функций по передаче кадров в режиме доставки по возможности (с максимальными усилиями), не поддерживая ни контроль над маршрутами трафика, ни мониторинг работоспособности соединения между узлами. Низкая стоимость оборудо вания Ethernet при удовлетворительной функциональности привела к доминированию Ethernet на рынке оборудования для локальных сетей, ну а далее начал работать механизм 728 ___________________________ Глава 21. Ethernet операторского класса Обзор версий Ethernet операторского класса 729 положительной обратной связи: хорошие продажи — массовое производство — еще более низкая стоимость и т. д. Стремление к унификации также относятся к силам, ведущим к экспансии Ethernet в глобальные сети. Сетевой уровень уже давно демонстрирует однородность благодаря доминированию протокола IP, и перспектива получить однородный канальный уровень в виде Ethernet выглядит очень заманчивой. Однако все это относится к области желаний, а как обстоит дело с возможностями? Готова ли технология Ethernet к новой миссии? Ответ очевиден — в своем классическом виде технологии локальной сети не готова. Для того чтобы успешно работать в сетях операто ров связи, технология и воплощающее ее оборудование должны обладать определенным набором характеристик, среди которых, в первую очередь, нужно отметить надежность, от казоустойчивость, масштабируемость и управляемость. Эталоном такой технологии может служить технология SDH, которая долгие годы использовалась (и все еще используется) как становой хребет сетей операторов связи, соединяя своими каналами маршрутизато ры, телефонные станции и любое другое оборудование провайдера. MPLS также может выступать в качестве эталона технологии операторского класса, ее основные свойства, описываемые в главе 20, позволяют сделать такой вывод. Для того чтобы соперничать с SDH или MPLS, превратившись в технологию операторско го класса, Ethernet надо улучшить свою функциональность, при этом наиболее важным является решение двух задач: □ Эксплуатационные и административные характеристики должны поддерживаться протоколами администрирования и обеспечивать мониторинг состояния соединений, а также локализацию и устранение неисправностей. Эти характеристики необходимы для успешного применения Ethetmet в качестве внутренней транспортной технологии операторов связи. □ Должна быть обеспечена изоляция адресных пространств сети Ethernet провайдера от адресных пространств сетей Ethernet пользователей. Как вы знаете, пространство МАС- адресов Ethernet является плоским, так что если сеть Ethernet провайдера соединить непосредственно (а не через маршрутизатор) с сетями Ethernet пользователей, то всем коммутаторам сети Ethernet провайдера придется иметь дело с МАС-адресами поль зовательского оборудования, а у крупного провайдера их может насчитываться сотни тысяч. Здесь требуется какое-то принципиально другое решение, иначе провайдер не сможет оказывать услуги частных виртуальных сетей Ethernet, строя их на собственном оборудовании Ethernet. Разные «лица» Ethernet Как мы увидим далее, разработчики технологии Ethernet на пути превращения ее в тех нологию операторского класса пытаются решить обе задачи. Однако из-за того, что такая работа начата сравнительно недавно, для оказания глобальных услуг Ethernet первыми в сетях операторов связи стали применяться технологии, отличные от Ethernet. И только в последнее время к ним присоединилась собственно технология Ethernet. Ситуацию в области Ethernet операторского класса иллюстрирует рис. 21.1. Он показывает, что независимо от внутренней реализации для пользователя глобальная услуга Ethernet всегда предоставляется с помощью набора стандартных интерфейсов Ethernet (Ethernet UNI) на каналах доступа к сети провайдера. 730 Глава 21. Ethernet операторского класса Эти интерфейсы поддерживают одну из спецификаций Ethernet физического уровня, на пример 100Base-FX или 1000Base-LX, а также стандартные кадры Ethernet. Кроме того, существует некоторое описание услуги, которое определяет ее основные параметры, такие как топологию взаимодействия сетей пользователей (например, двухточечную, как показа но на рисунке, звездообразную или полносвязную), пропускную способность логического соединения или же гарантированный уровень качества обслуживания кадров. Однако если внешне услуги Ethernet операторского класса у разных провайдеров выглядят более-менее однотипно, внутренняя организация такой услуги в пределах сети провайдера может отличаться значительно. Сегодня можно выделить три основных варианта подобной организации в зависимости от используемой внутренней транспортной технологии. □ Ethernet поверх MPLS (Ethernet over MPLS, EoMPLS). В этом случае MPLS-туннели (с некоторой надстройкой) используются как основной транспортный механизм про вайдера, позволяющий эмулировать услугу Etheret для клиентов. Такие свойства MPLS, как поддержка детерминированных маршрутов, наличие механизма быстрой перемаршрутизации, обеспечивающего быстрое (сравнимое с SDH) переключение с основного маршрута на резервный, развитые средства контроля работоспособности соединений, сделали эту технологию весьма привлекательной для операторов связи. Кроме того, MPLS — это весьма зрелая технология с более чем 10-летней историей; она используется сегодня в магистральных сетях очень многих крупных провайдеров связи для различных целей,* так что ее надежность и эффективность проверены практикой. Группа IETF, занимающаяся разработкой стандартов MPLS, выпустила несколько документов RFC, описывающих детали процесса эмуляции Ethernet с помощью этой технологии. Сегодня данный подход является одним из самых распространенных при реализации услуги Ethernet VPN в сетях операторов связи. □ Ethernet поверх Ethernet (Ethernet over Ethernet), или транспорт Ethernet оператор ского класса (Carrier Ethernet Trahsport, СЕТ). Этот вариант оказания глобальной Обзор версий Ethernet операторского класса 731 услуги Ethernet основан на использования в сети провайдера улучшенной версии Ethernet. Несколько названий этого варианта свидетельствуют о его молодости, когда терминология еще не устоялась и специалистам и пользователям приходится в начале обсуждения тратить время на то, чтобы договориться о взаимно приемлемом употре блении названий и аббревиатур. Усилия разработчиков технологии СЕТ (в дальнейшем будем использовать эту наи более краткую аббревиатуру) и услуг на ее основе стандартизует комитет 802 IEEE. Из-за молодости этого направления не все его стандарты еще приняты, но приверженцы Ethernet могут назвать его «истинной» технологией Carrier Ethernet, так как здесь тех нология Ethernet не только видна потребителям услуг извне, но и работает внутри сети провайдера. Название транспорт Ethernet операторского класса как раз и отражает тот факт, что Ethernet операторского класса функционирует как транспортная технология провайдера. Для любой пакетной технологии непросто приблизиться к функциональности SDH, а для Ethernet это сделать сложнее, чем, скажем, для MPLS, так как Ethernet изначально была задумана как дейтаграммная технология с минимумом функций. Тем не менее прогресс в этой области наблюдается. □ Ethernet поверх транспорта (Ethernet over Transport, EOT). Это наиболее тради ционный для оператора связи вариант организации, так как под транспортом здесь понимается транспорт, основанный на технике\*соммутации каналов, которая всегда использовалась для создания первичных сетей операторов, то есть транспорт PDH, SDH или OTN. Для того чтобы эмулировать услуги Ethernet, необходимы некоторые надстройки над базовыми стандартами этих технологий, стандартизацией таких над строек занимается ITU-T. Стандартизация Ethernet как услуги Стандартизация Ethernet как услуги — это еще одно важное направление работ в области Ethernet операторского класса, так как разнообразие реализаций этой услуги неминуемо приводит к разнообразию понятий, терминов и т. п., что весьма нежелательно. Работой по созданию технологически нейтральных спецификаций глобальной услуги Ethernet занимается организация под названием Metro Ethernet Forum (MEF). Использование термина Metro в названии этой организации отражает начальную ситуацию развития Ethernet операторского класса, когда такие услуги предоставлялись в основном в масштабах города. Теперь же, когда технология Ethenet операторского класса стала при меняться и в глобальных масштабах, название можно было бы и поменять, но оно уже стало настолько популярным, что такое переименование вряд ли случится. Организация MEF разработала несколько спецификаций, которые позволяют потребителю и поставщику услуги разработать нужный вариант услуги Ethernet, используя термино логию и параметры, не зависящие от конкретной внутренней реализации этой услуги про вайдером. Такой подход удобен, он позволяет потребителям не знать терминологии той технологии, которую использует поставщик, например MPLS или SDH, и в то же время сознательно выбирать нужный ему вариант услуги. В MEF вводится три типа услуг виртуальных частных сетей Ethernet, которые отлича ются топологией связей между сайтами пользователей. Для того чтобы формализовать 732 Глава 21. Ethernet операторского класса топологию связей, вводится понятие виртуального соединения Ethernet (Ethernet Virtual Circuit, EVC). Каждое соединение EVC связывает сайты пользователей в отдельную вир туальную частную сеть, объединяя сетевые интерфейсы пользователей (User Network Interface, UNI). Соответственно, имеются три типа соединений EVC (рис. 21.2): □ «точка-точка» (двухточечная топология); □ «каждый с каждым» (полносвязная топология); □ «дерево» (древовидная топология). Соединение EVC «каждый с каждым» Соединение EVC «точка-точка» Соединение EVC «дерево» Рис. 21.2. Три типа услуг Ethernet В зависимости от типа используемого соединения различаются и типы услуг: □ E-LINE. Эта услуга связывает только два пользовательских сайта через двухточечное EVC-соединение. Услуга E-LINE соответствует услуге выделенной линии. □ Е-LAN. Эта услуга аналогична услуге локальной сети, так как она позволяет связать неограниченное число пользовательских сайтов таким образом, что каждый сайт может взаимодействовать с каждым. При этом соблюдается логика работы локальной сети — кадры Ethernet с неизученными и широковещательными МАС-адресами передаются всем сайтам, а кадры с изученными уникальными МАС-адресами — только тому сайту, в котором находится конечный узел с данным адресом. □ E-TRJEE. (Спецификация этой услуги появилась позже других; в локальных сетях ей аналога нет. Пользовательские сайты делятся на корневые и листовые. Листовые сай ты могут взаимодействовать только с корневыми, но не между собой. Корневые сайты могут взаимодействовать друг с другом. Технология EoMPLS 733 Кроме того, в спецификациях MEF вводятся два варианта каждого типа услуги. В первом варианте пользовательский сайт определяется как сеть, подключенная к отдельному фи зическому интерфейсу UNI. Значения идентификаторов VLAN в пользовательских кадрах в расчет не принимаются. В названии этого варианта услуги к названию типа добавляется термин «частный» (private), например, для услуги типа E-LINE этот вариант называют частной линией Ethernet (Ethernet Private Line, EPL). В другом варианте услуги к одному и тому же физическому интерфейсу UNI могут быть подключены различные пользовательские сайты. В этом случае они различаются по зна чению идентификатора VLAN. Другими словами, провайдер внутри своей сети сохраняет деление локальной сети на VLAN, сделанное пользователем. В варианте услуги с учетом VLAN добавляется название «виртуальная частная», например для услуги типа E-LINE это будет виртуальная частная линия Ethernet (Ethernet Virtual Private Line, EVPL). В своих определениях MEF использует термины «частная услуга» и «виртуальная частная услуга» не совсем традиционным образом, так как оба типа услуги являются виртуальны ми частными в том смысле, что они предоставляются через логическое соединение в сети с коммутацией пакетов, а не через физический канал в сети с коммутацией каналов. Помимо указанных определений услуг, спецификации MEF стандартизуют некоторые важ ные параметры услуг, например услуга может характеризоваться гарантированным уров нем пропускной способности соединения, а также гарантированными параметрами QoS. Терминология MEF пока не получила широкого распространения. Во многих стандартах конкретных технологий по-прежцему употребляются собственные термины. Технология EoMPLS Псевдоканалы Стандарты IETF описывают два типа услуг Ethernet операторского класса, которые стро ятся с помощью технологии MPLS: VPWS (Virtual Private Wire Service) и VPLS (Virtual Private LAN Service). Различие между этими услугами в том, что VPWS эмулирует соеди нение Ethernet с двухточечной топологией, то есть канал Ethernet, a VPLS эмулирует поведение локальной сети, то есть обеспечивает соединения с полносвязной топологией в стиле обычной локальной сети Ethernet. Если использовать терминологию MEF, то услуга VPLS соответствует услуге E-LAN, а услуга VPWS — услуге E-LINE. При этом стандарты IETF описывают оба варианта услуг, как с принятием во внимание идентификаторов VLAN пользователя, так и без. Обе услуги являются услугами MPLS VPN второго уровня (MPLS L2VPN), так как они позволяют предоставлять услуги VPN, взаимодействуя с пользовательскими сетями на втором уровне. В этом их отличие от услуг MPLS L3VPN, о которых рассказывается в главе 20 Основным строительным элементом этих услуг являются так называемые псевдоканалы1 (pseudowire), которые соединяют пограничные маршрутизаторы провайдера. 1 Встречаются и другие русские переводы термина pseudowire, например эмулятор канала, эмулятор кабеля, псевдопровод. 734 Глава 21. Ethernet операторского класса На рис. 21.3 показано три таких псевдоканала, соединяющих между собой пограничные маршрутизаторы РЕ1-РЕ4. Рис. 21.3. Псевдоканалы в сети провайдера Псевдоканалы представляют собой пути LSP второго уровня иерархии (называемого так же внутренним уровнем), проложенным внутри LSP первого (внешнего) уровня. Обычно в качестве LSP первого уровня иерархии используются ТЕ-туннели MPLS, так как они обладают такими дополнительными свойствами, которых нет у путей, проложенных с по мощью протокола LDP. На рис. 21.3 пути LSP первого уровня не показаны, чтобы заострить внимание читателя на псевдоканалах. Псевдоканаль! — это логические транспортные соединения, физически они могут про ходить через промежуточные магистральные маршрутизаторы, однако для них они про зрачны, то есть в нашем примере маршрутизаторы PI, Р2 и РЗ просто не замечают их существование в сети. Однако псевдоканал — это не просто логическое соединение LSP второго уровня иерархии, согласно определению, данному в RFC 3985 (http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3985.txt), у псевдо канала есть более специфическое назначение. Одним из вариантов применения псевдоканалов при эмуляции услуг Ethernet является передача псевдоканалом трафика одного пользовательского соединения, при этом псев доканал эмулирует кабельное соединение между сетями пользователей. В примере на рис. 21.3 псевдоканал PW2 служит для организации соединения между сетями А и F через сеть провайдера. При этом кадры Ethernet, отправляемые сетью А в сеть F, инкапсулиру |