Carrier Ethernet

Usługi Metro Ethernet, umowy o poziomie usług i funkcje klasy operatorskiej.

Od LAN do WAN: Wyzwanie Rozszerzenia Ethernetu

Ethernet, jaki znamy, narodził się, by dominować w sieciach lokalnych (LAN). Jego prostota, niski koszt i ciągle rosnące prędkości uczyniły go niekwestionowanym królem sieci wewnątrz jednego budynku lub kampusu. Przez dziesięciolecia, gdy firma potrzebowała połączyć biura w różnych miastach (w sieci miejskiej, MAN, lub rozległej, WAN) musiała zwracać się ku innym, bardziej złożonym i znacznie droższym technologiom oferowanym przez operatorów telekomunikacyjnych.

Ten „świat WAN” był historycznie budowany na technologiach takich jak:

W zasadzie prywatna, stała cyfrowa linia telefoniczna między dwiema lokalizacjami. Niezawodna, ale bardzo droga i oferująca niską przepustowość.
Bardziej elastyczna usługa z komutacją pakietów, ale wiązała się z własną, skomplikowaną terminologią i konfiguracją, a przepustowość była często współdzielona.
Potężna technologia, która obiecywała zunifikowanie całego ruchu sieciowego, ale była niezwykle skomplikowana i droga.
Niezawodny, synchroniczny szkielet optyczny świata telekomunikacji, zaprojektowany głównie dla ruchu głosowego w obwodach o stałym rozmiarze.

Firmy stały przed poważnym wyzwaniem: ich sieci wewnętrzne (LAN) były proste, szybkie i mówiły językiem Ethernetu. Ale aby połączyć swoje sieci LAN ze sobą, musiały tłumaczyć ten prosty protokół na złożony i sztywny język operatorów WAN. Wymagało to drogich interfejsów sprzętowych i specjalistycznej wiedzy. Pojawiło się pytanie: „Dlaczego nie możemy po prostu używać Ethernetu wszędzie?”

Czym jest Carrier Ethernet? Pięć Podstawowych Atrybutów

Ethernet klasy operatorskiej (Carrier Ethernet, zwany także Metro Ethernet) jest odpowiedzią na to pytanie. Nie jest to nowy typ Ethernetu, ale raczej zestaw usług, które rozszerzają Ethernet z sieci LAN do sieci operatora (MAN/WAN). Łączy on prostotę i opłacalność Ethernetu z niezawodnością, skalowalnością i funkcjami zarządzania, których wymagają operatorzy i przedsiębiorstwa.

Konsorcjum branżowe MEF (Metro Ethernet Forum) ustandaryzowało, co to znaczy oferować „Carrier Ethernet”. Usługa może być tak nazwana tylko wtedy, gdy spełnia pięć podstawowych atrybutów:

Standaryzowane Usługi: Carrier Ethernet używa tego samego, znanego formatu ramki Ethernet. Upraszcza to projektowanie i zarządzanie siecią, eliminując potrzebę skomplikowanych konwersji protokołów. Zapewnia to standardowy, niezależny od technologii interfejs dla klienta.
Skalowalność: Usługi muszą być skalowalne pod względem przepustowości i liczby lokalizacji. Firma powinna móc łatwo zwiększyć prędkość połączenia (np. ze 100 Mb/s do 1 Gb/s) lub dodać nowe biuro do swojej sieci bez gruntownej przebudowy. Przepustowość można zazwyczaj regulować w małych krokach.
Niezawodność: Sieć musi sprostać rygorystycznym wymaganiom aplikacji o znaczeniu krytycznym dla biznesu. Oznacza to, że usługa musi być wysoce odporna na awarie. Sieci Carrier Ethernet zawierają mechanizmy szybkiego wykrywania błędów i przywracania ruchu, często w czasie poniżej 50 milisekund, co jest standardem odziedziczonym po tradycyjnych sieciach telekomunikacyjnych, jak SDH/SONET.
Jakość Usługi (QoS): W przeciwieństwie do „najlepszej możliwej” (best-effort) natury publicznego internetu, Carrier Ethernet musi zapewniać przewidywalną wydajność. Osiąga się to poprzez , która gwarantuje kluczowe wskaźniki wydajności, takie jak przepustowość, dostępność, opóźnienie (latency), zmienność opóźnienia (jitter) i wskaźnik utraty ramek.
Zarządzanie Usługą: Operator musi zapewnić kompleksowy zestaw narzędzi do zarządzania usługą, w tym provisioningu (konfiguracji usługi), monitorowania wydajności, rozwiązywania problemów i zapewnienia, że SLA jest spełniane. Jest to często określane jako OAM (Operations, Administration, and Maintenance).

Typy Usług Carrier Ethernet

MEF zdefiniowało standardowy zestaw typów usług, które opisują sposób, w jaki lokalizacje klienta są ze sobą połączone. Usługi te są definiowane przez ich topologię.

E-Line (Punkt-Punkt)

Usługa E-Line tworzy połączenie punkt-punkt między dwiema lokalizacjami. Jest to nowoczesny odpowiednik tradycyjnego łącza dzierżawionego, ale z elastycznością i korzyściami kosztowymi Ethernetu.

Analogia: Dedykowany, prywatny wirtualny przewód łączący Twoje biuro w Warszawie bezpośrednio z centrum danych w Krakowie.

E-LAN (Wielopunkt-Wielopunkt)

Usługa E-LAN łączy wiele lokalizacji, umożliwiając komunikację „każdy z każdym”. Skutecznie tworzy jedną, zunifikowaną domenę Warstwy 2 na dużym obszarze, sprawiając, że wszystkie podłączone lokalizacje wyglądają, jakby były w tej samej sieci lokalnej.

Analogia: Połączenie wszystkich regionalnych oddziałów Twojej firmy w jedną spójną sieć wewnętrzną, w której wszyscy mogą bezpośrednio udostępniać pliki i uzyskiwać dostęp do serwerów.

E-Tree (Drzewo)

Usługa E-Tree tworzy topologię typu gwiazda (hub-and-spoke). Istnieje centralna lokalizacja „główna” (root - korzeń), która może komunikować się ze wszystkimi lokalizacjami „podrzędnymi” (leaf - liście). Lokalizacje podrzędne mogą również komunikować się z główną, ale nie mogą komunikować się bezpośrednio ze sobą. Jest to przydatne do dostarczania treści lub świadczenia scentralizowanych usług, gdzie komunikacja oddział-oddział nie jest pożądana.

Analogia: Sieć telewizji rozgłoszeniowej. Centralna stacja nadawcza (korzeń) może wysyłać sygnał do wszystkich domów (liści), ale domy nie mogą wysyłać sygnałów do siebie nawzajem.

Technologie Napędzające Carrier Ethernet

Usługi Carrier Ethernet są dostarczane przez sieć rdzeniową dostawcy usług za pomocą różnorodnych zaawansowanych technologii, aby zapewnić wymaganą izolację, skalowalność i niezawodność.

Zaawansowane Tagowanie VLAN (Q-in-Q):Podczas gdy standardowa sieć firmowa używa tagów VLAN (IEEE 802.1Q) do oddzielania własnych działów, dostawca usług musi oddzielać od siebie całe firmy. Aby to zrobić, używa techniki zwanej Q-in-Q (lub IEEE 802.1ad). Dostawca opakowuje już otagowaną ramkę klienta w kolejny, zewnętrzny „tag usługowy”. Ten zewnętrzny tag jest używany do routingu ramki przez sieć dostawcy, utrzymując cały ruch jednego klienta w całkowitej izolacji od drugiego, nawet jeśli obaj klienci używają tych samych wewnętrznych numerów ID VLAN.
:MPLS jest kamieniem węgielnym nowoczesnych sieci operatorskich. Tworzy „autostrady” lub tunele (zwane Ścieżkami Przełączanymi Etykietami - LSP) przez sieć rdzeniową dostawcy. Gdy ramka Ethernet klienta wchodzi do sieci MPLS, jest umieszczana w „kontenerze transportowym” z prostą etykietą. Routery wewnątrz sieci muszą tylko spojrzeć na tę krótką etykietę, aby wiedzieć, dokąd wysłać pakiet, co jest znacznie szybsze niż pełne wyszukiwanie w tablicy routingu IP. To właśnie MPLS pozwala operatorom na wykonywanie zaawansowanej Inżynierii Ruchu (kierowanie ruchem po określonych, niestandardowych ścieżkach w celu uniknięcia przeciążeń) i tworzenie solidnych sieci VPN w warstwie 2 i 3.
Operatorskie Warstwy Transportowe (OTN):Często usługa Carrier Ethernet sama w sobie jest „klientem”, który jest transportowany przez jeszcze większą, potężniejszą sieć optyczną. Sieć Transportu Optycznego (OTN) to nowoczesny zestaw protokołów (następca SDH/SONET), który działa jak cyfrowe opakowanie dla sygnałów o dużej prędkości, takich jak Ethernet 10, 100 lub 400 Gb/s. Zapewnia solidną korekcję błędów (FEC) i możliwości zarządzania, umożliwiając niezawodny transport usług Ethernet przez kontynenty za pośrednictwem szkieletu WDM.
Protokoły Ochrony i Odporności:Aby osiągnąć cel przywrócenia usługi w 50ms, operatorzy używają protokołów takich jak G.8032, znany również jako Ethernet Ring Protection Switching (ERPS). Protokół ten pozwala na łączenie przełączników w fizyczną topologię pierścienia w celu redundancji. ERPS zapewnia, że jedno łącze w pierścieniu jest logicznie zablokowane, aby zapobiec pętlom. Jeśli jakiekolwiek inne łącze w pierścieniu ulegnie awarii, protokół może odblokować łącze zapasowe w czasie poniżej 50ms, aby przywrócić łączność.