Фриман Р.Л. Волоконно-оптические системы связи

Подождите немного. Документ загружается.

ной волны А и любым выходом, соединенным с длиной волны В. При уве-

личении числа длин волн, резко возрастает число необходимых для комму-

тации путей «от - до». Число лазеров в волновых конверторах может быть

уменьшено за счет использования настраиваемых лазеров.

17.9. Варианты сигнализации для оптического уровня

Предполагается, что оптическая сеть является сетью, ориентированной

на соединение. Соединения в такой сети требуют использования процедур

установления и разрыва соединений. Реализующие их протоколы

сигнализации являются программными продуктами, которые могут

накладывать ограничения на емкость коммутатора по обработке вызовов.

С точки зрения перспектив управления и сигнализации, две модели се-

тей эволюционировали, чтобы создать интероперабельность между IP и оп-

тическим уровнями. Существует модель однорангового взаимодействия,

которая основана на предположении, что интеллектуальное управление

может быть передано IP-уровню, который предполагается ответственным за

полное (из конца в конец) управление.

Второй моделью является модель клиент-сервер. Эта модель основана

на предположении, что оптический уровень интеллектуально независим и

служит открытой платформой для динамического взаимодействия множества

клиентских уровней, включая и уровень IP.

В этом случае мы предполагаем, что оптическая сеть является

ячеистой. Плоскость управления является IP-совместимой, основанной на

протоколе MPLS, рассмотренном выше. В качестве протоколов

маршрутизации служит семейство протоколов IP, включая протоколы

исследования топологии сети. Протоколы сигнализации MPLS используются

для автоматического обеспечения трафиком. Ожидается, что стек протоколов

управления оптического уровня на основе IP будет стандартизован к тому

времени, как только модель будет одобрена.

Приложения требуют различной обработки. Плоскость оптического уп-

равления будет управлять динамическим обеспечением длинами волн вместе с

маршрутизаторами на границе сетевого облака, подключенных с помощью

оптических подсетей, как показано на рис. 17.9.

Рис. 17.9. Иллюстрация модели клиент-сервер. Оптический уровень имеет

интеллектуальное управление оптическими линиями. Сеть состоит из

подсетей, соединенных известными интерфейсами. (С разрешения компании

Calient Networks, San Jose, CA, [17.12]).

Когда маршрутизатор сталкивается с перегрузкой, то либо сетевая

система управления, либо сам маршрутизатор запросит обеспечения его

дополнительными длинами волн, т.е. оптическими несущими. Это требует,

чтобы оптические коммутаторы имели возможность создавать новые или

усиленные сервисные возможности (каналы), такие, как каналы емкостью

ОС-48 или ОС-192, чтобы удовлетворить потребности данного

маршрутизатора. Это динамическое обеспечение длинами волн может

адаптироваться к потоку нагрузки.

Модель клиент-сервер обрабатывает разные вещи по-разному. Она по-

зволит каждому маршрутизатору взаимодействовать непосредственно с оп-

тической сетью, используя хорошо известные интерфейсы типа UNI (ин-

терфейс пользователь-сеть). Взаимодействие между подсетями должно

осуществляться через интерфейс типа NNI (интерфейс сеть-сеть). Это по-

зволяет каждой подсети развиваться независимо.

В оптических сетях, как и в проводных или радиосетях, операторы

хотят иметь преимущество, конкурируя с другими, и поэтому строят сети с

использованием оборудования разных производителей. Поступая так, им тре-

буется стандартная интероперабельность.

Когда мы сравниваем две модели, то видим, что модель клиент-сервер

имеет значительные преимущества перед одноранговой моделью в том, что

она быстрее приводит нас к интероперабельности. Кроме того, модель кли-

ент-сервер более прямая и простая. Для администрирования маршрутов на

оптических линиях из конца в конец требуются дополнительные связи между

IP и оптическими уровнями. Эти дополнительные связи будут распрост-

раняться по всему сетевому облаку.

17.10. Четыре класса оптических сетей

17.10.1. Общие типы сетей

Независимо от того, являются ли они электрическими или

оптическими, существует три общих типа сетей (несколько вольная

классификация автора, так как ниже приведены два типа сетей

расклассифицированных только по одному признаку. (Прим. ред.)): два из

них - ATM и PSTN (обе требуют предварительного установления соединения

— СО) и третья IP (не требует установления соединения — дейтаграммная -

CL). Они, конечно, также могут быть отнесены к категории сетей с пакетной

коммутацией (ATM и IP) и коммутацией цепей (PSTN).

Проектировщики оптических сетей изменили определение понятия

цепи в сетях с пакетной коммутацией и коммутацией цепей, для того чтобы

удовлетворить специальным запросам со стороны оптических сетей.

Коммутация цепей основана на позиции, в том смысле, что бит,

приходящий в определенной входной позиции, коммутируется в другую,

выходную позицию. Эта позиция определяется комбинацией из одной или

больше (до трех) размерностей: номер порта (пространственная координата),

время и длина волны.

Пакетная коммутация основана на метке, в том смысле, что она

использует интеллектуальную информацию, заложенную в заголовке,

которую мы называем метка, с тем, чтобы решить, где и как переключить

пакет. А теперь рассмотрим, как эти определения отличаются от обычных.

Если это касается данных, то цепь может быть соединена (установлена) до

того, как нужно произвести обмен пакетами, и, следовательно, удается

удовлетворить обычному определению, но это установление соединения не

стало необходимым неотъемлемым признаком (вспомним о понятии PVC в

технологиях Х.25 и Frame Relay).

В случае оптических сетей, также важно отметить, была ли цепь

соединена (установлена) до момента обмена данными, или же принадлежала

к категории цепей типа CL или СО, а не к категории цепей в сети с пакетной

коммутацией или с коммутацией цепей. Упрощая, можно сказать, что сеть IP

— типичный пример CL-сети с пакетной коммутацией, a ATM - пример СО-

сети с пакетной коммутацией. При этом мы понимаем, что когда протокол

резервирования ресурсов (RSVP) или/и протокол MPLS добавляют СО-

режим функционирования к IP-сетям, то может произойти путаница в се-

мантике. Тем самым мы одобряем наши примеры с ATM и IP.

Дадим краткий обзор четырех классов оптических сетей.

Классификация сетей основана на типах используемых элементов: сети с

оптическими линиями, сети широковещательной передачи с выбором

нужной длины волны (сети типа B&S), сети с маршрутизацией длин волн

(сети типа WR) и фотонные сети с пакетной коммутацией. Эти типы сетей

представлены в табл. 17.2 с указанием, какие типы элементов в них могут

быть использованы.

Таблица 17.2

Типы оптических элементов и основанные на них классы оптических сетей.

Классы оптических сетей Типы оптических

элементов

Сети с

оптическим

линиями

Сети типа

B&S

Сети типа

Фотонные

сети с

коммутацией

пакетов

Оптические элементы

некоммутаторного типа



Настраиваемые трансиверы X



(+/-) (+/-)

Коммутаторные элементы (ОХС и

OADM)

X X



(+/-)

Коммутаторы оптических пакетов X X X



Замечания. Знак  используется для обозначения оптических

элементов некоммутаторного типа; знак X — для обозначения

коммутаторных элементов, знак (+/-) используется для обозначения

возможности наличия или отсутствия данного типа оптического элемента в

данном классе оптических сетей.

Источник. См. IEEE Communications Magazine, [17.6], Табл.1, с. 121.

Сети с оптическими линиями определяются как сети, использующие

электронные кросс-коммутаторы, соединенные оптическими линиями, как

од-ноканальные, так и многоканальные. Под многоканальными линиями по-

нимаются линии, отходящие от WDM мультиплексора/демультиплексора с

любого конца. Пассивные разветвители WDM типа звезда используются для

создания каналов широковещательной передачи для операций совместного

использования среды передачи. Эти два типа элементов не программируют-

ся, в результате реконфигурация невозможна.

На рис. 17.10 показаны классы оптических сетей. На нем показаны три

группы двойных колонок: (а), (б) и (в). В колонке (а) перечислены все опти-

ческие сети, использующие электронную коммутацию. В колонке (б) пере-

числены сети типа B&S с одним скачком и фотонные сети пакетной комму-

тации. Эти классы сетей являются примерами сетей, использующих

полностью оптическую коммутацию. В колонке (в) перечислены сети типа

B&S со многими скачками и сети типа WR. Эти типы сетей используют

гибридные коммутаторы оптоэлектронного типа.

Рис. 17.10. Классификация оптических сетей. B&S - широковещательная пе-

редача с выбором нужной длины волны, WR — маршрутизация длин волн, CL

- без установления соединения - дейтаграммная, СО — с предварительным

установлением соединения, CS — с коммутацией цепей, PS - с коммутацией

пакетов, ХС - кросс-коммутация. (Основана на источнике IEEE

Communications Magazine, [17.6], рис.3, с. 120).

Сети типа B&S с одним скачком имеют оптические передатчики и

приемники, которые могут быть настроены на разные режимы работы: пакет

за пакетом или вызов за вызовом. Все три сетевые технологии теоретически

возможны в сетях типа B&S с одним скачком, как показано на рис. 17.10,

столбец (б).

Существуют также сети типа B&S со многими скачками. В сетях этого

типа данные передаются по всем линиям (так называемая широковещатель-

ная передача, или бродкастинг). Электронные коммутаторы эффективно

обеспечивают преобразование длин волн на пути между источником и

назначением, так как не все узлы принимают все волны. В этом смысле такие

сети классифицируются как сети B&S, в настраиваемых передатчиках и

приемниках используется только оптическое переключение. Электронные

коммутаторы могут использоваться как в сетях с коммутацией цепей, так и

коммутацией пакетов, так как элементы коммутатора могут быть настроены

либо на режим обработки пакет за пакетом или вызов за вызовом. Сети типа

B&S со многими скачками могут использоваться во всех категориях колонки

(в) рис. 17.10, за исключением категории CS-CL.

Сети типа WR включают оптические коммутаторы цепей, которые мы

будем называть ОХС и OADM. Эти сети также могут иметь оптические на-

страиваемые передатчики и приемники. Сети WR могут быть с одним скач-

ком или многими скачками. Сети с одним скачком используют только ком-

мутирующие элементы, поэтому они указаны в колонке (б).

Последней категорией оптических сетей являются фотонные сети

пакетной коммутации. Мы можем рассматривать эти сети, как сети,

имеющие оптические пакетные коммутаторы и (по выбору) коммутаторы

цепей с настраиваемыми передатчиками и приемниками. См. также колонку

(б).

Из всех сетей, приведенных на рис. 17.10, только сети с оптическими

линиями доступны сегодня и являются функционирующими. Из оставшихся

трех, индустрия связи сконцентрировала свое внимание на сетях типа WR.

Сети WR со многими скачками и электронными коммутаторами пакетов

являются наиболее часто встречающимися [17.6]. Примером такой сети

может быть сеть IP, соединенная оптическими коммутаторами цепей, такими

как OADM/OXC.

17.11. Обзор многопротокольной коммутации с использованием меток

(MPLS)

Основана на документе Интернет RFC 3031.

17.11.1. Введение

MPLS появился вследствие развития IP и очень похож на этот хорошо

известный протокол. Он использует скачок за скачком маршрутизацию от

источника и пользуется метками, которые фактически похожи на адреса, по-

добные тем, что имеются у других протоколов, например, в пакетах Frame

Relay, ячейках ATM и так далее. Используемые метки зависят от того, какая

среда передачи используется.

Мы уделили достаточно большое внимание протоколу MPLS, потому

что верим в то, что он станет главным игроком на арене оптических сетей.

Следует заметить, что термин мулътипротоколъный в названии протокола

означает, что техника MPLS применима к любому сетевому протоколу.

17.11.2. Основные термины технологии MPLS

Метка - короткий, фиксированной длины, непрерывный

идентификатор, используемый для идентификации FEC, обычно локальный

(по значимости).

Слияние меток — замена многих входных меток для конкретного FEC

на одну выходную метку.

LDP — протокол распределения меток.

LSP — маршрут с коммутацией по меткам

FEC — класс эквивалентности перенаправления/форвардинга (при мар-

шрутизации).

LSR — маршрутизатор с коммутацией по меткам

LER — пограничный маршрутизатор по меткам

17.11.3. Архитектура MPLS-сетей

В соответствии с действием сетевого протокола в дейтаграммной сети,

пакет путешествует от одного маршрутизатора до другого, причем каждый

маршрутизатор на маршруте делает независимое решение о перенаправле-

нии/форвардинге этого пакета. Вся информация о маршруте содержится в

заголовке пакета. Каждый маршрутизатор использует алгоритм маршрути-

зации сетевого уровня для определения маршрута конкретного пакета. В

этом режиме маршрутизации скачок за скачком, каждый маршрутизатор

независимо выбирает следующий скачок для пакета, основываясь на анализе

заголовка пакета и результатов работы алгоритма маршрутизации. Кон-

цепция MPLS построена на стандарте IP и иллюстрируется рис. 17.11.

Рис. 17.11. MPLS построен на основе стандартного IP. Обратите внимание

на таблицы маршрутизации. (См. [17.10])

Заголовок пакета содержит значительно больше информации, чем

требуется, просто для того, чтобы выбрать следующий скачок. Выбор

следующего скачка, поэтому рассматривается как композиция двух функций.

Первая функция разделяет полный набор возможных пакетов на ряд классов

эквивалентности перенаправления/форвардинга (FEC). Вторая функция

отображает каждый FEC на следующий скачок. Что касается решения о

перенаправлении/форвардинге, то различные пакеты, которые отображены в

ту же самую FEC, становятся неразличимыми. Все пакеты, принадлежащие к

определенному FEC и путешествующие от определенного узла, будут

следовать по тому же маршруту. Если же используется какой-то вариант

многомаршрутной маршрутизации, то они все будут следовать по одному из

возможных маршрутов, ассоциированных с данным FEC.

При обычном IP-форвардинге, конкретный маршрутизатор, как прави-

ло, рассматривает два пакета, отображенных на один FEC, чтобы определить,

является ли некий адресный префикс X в таблице маршрутизации

маршрутизатора таким, что X оказывается самым длинным соответствием

(по числу совпавших позиций) для каждого адреса назначения пакета. В то

время как пакет проходит через сеть, на каждом скачке он снова экзамену-

ется, на предмет присвоения его какому-то FEC.

В MPLS назначение определенного пакета определенному FEC осуще-

ствляется только один раз, как только пакет попадает в сеть. FEC, которому

этот пакет предназначен, кодируется коротким, фиксированной длины, по-

лем, известным как метка. Когда пакет перенаправляется на следующем

скачке, указанная метка посылается вместе с ним. Это значит, что пакет

помечается меткой раньше, чем перенаправляется.

При последующих скачках не происходит дальнейшего анализа

пакетного заголовка сетевого уровня. Скорее метка используется как индекс

в таблице, которая определяет следующий скачок и новую таблицу. Старая

метка заменяется новой, и пакет перенаправляется на следующий скачок.

В программе форвардинга с использованием MPLS, как только пакету

назначается FEC, дальнейшего анализа заголовка последующими

маршрутизаторами не происходит. Весь процесс перенаправления

приводится в действие метками. Ниже приведены ряд преимуществ MPLS

форвардинга над обычным форвардингом сетевого уровня.

1. MPLS форвардинг может быть осуществлен с помощью

коммутаторов, которые способны найти метку и осуществить замену, но не

способны анализировать заголовок сетевого уровня, или не способны

анализировать заголовок сетевого уровня с требуемой скоростью.

2. Учитывая, что пакет назначается FEC, когда он входит в сеть, можно

использовать специальный маршрутизатор доступа для определения такого

назначения, а также любой информации о пакете, даже если эта информация

не может быть получена из анализа заголовка пакета. Например, пакеты,