Carrier Ethernet | Teleinf Edu

Od LAN do WAN: rozszerzenie usług Ethernet

Ethernet powstał jako technologia sieci lokalnych (LAN). Prosta obsługa, niski koszt i kolejne zwiększenia szybkości ułatwiły jego wdrożenia w budynkach oraz kampusach. Połączenie biur w różnych miastach, czyli w sieci miejskiej (MAN) lub rozległej (WAN), wymagało wcześniej usług operatora opartych na innych technologiach i interfejsach. Klient otrzymywał osobne zakończenie łącza w każdej lokalizacji, a operator odpowiadał za transport między tymi punktami.

Dawne usługi WAN wykorzystywały między innymi:

Prywatna, stała linia cyfrowa między dwiema lokalizacjami. Zapewniała przewidywalne działanie, lecz miała ograniczoną przepustowość i wysoki koszt. Przepływność była przypisana do konkretnego obwodu i nie skalowała się płynnie wraz z potrzebami firmy.
Elastyczna usługa z komutacją pakietów. Wymagała specyficznej terminologii i konfiguracji, a przepustowość obwodów mogła być nadsubskrybowana. Parametry usługi opisywano osobno dla obwodów wirtualnych i uzgodnionej przepływności.
Technologia komutacji komórek, która umożliwiała wspólny transport głosu, obrazu i danych, lecz była złożona oraz kosztowna w implementacji.
Synchroniczne systemy transportu optycznego oparte na TDM. Początkowo obsługiwały przede wszystkim telefonię, lecz przenosiły również inne sygnały o stałej przepływności.

Sieci wewnętrzne (LAN) korzystały z ramek Ethernet, natomiast połączenie między lokalizacjami wymagało często mapowania ich na usługę WAN operatora. Oznaczało to dodatkowe interfejsy sprzętowe, odmienną konfigurację i specjalistyczną wiedzę. Carrier Ethernet odpowiada na potrzebę przenoszenia usług Ethernet także między odległymi lokalizacjami. Usługa zachowuje punkt styku Ethernet po stronie klienta, podczas gdy rdzeń operatora może korzystać z innych technologii transportowych.

Carrier Ethernet i pięć podstawowych atrybutów

Ethernet klasy operatorskiej (Carrier Ethernet, nazywany także Metro Ethernet) nie jest osobnym formatem ramek. To zestaw usług rozszerzających Ethernet z sieci LAN do sieci operatora (MAN/WAN), z wymaganiami dotyczącymi niezawodności, skalowalności i zarządzania. Definicje MEF opisują typ usługi, punkty dostępu, parametry ruchu oraz sposób monitorowania.

MEF (Metro Ethernet Forum) definiuje dla tych usług pięć podstawowych atrybutów:

Standaryzowane usługi: Interfejs klienta korzysta z formatu usług Ethernet określonego przez MEF i IEEE. Upraszcza to projektowanie oraz zarządzanie usługą, bez konieczności konwersji ruchu Ethernet na inny protokół po stronie klienta. Standaryzacja obejmuje także opisy punktów UNI, połączeń EVC i atrybutów usługi.
Skalowalność: Usługa może być skalowana pod względem przepustowości i liczby lokalizacji. Przykładowo operator może zwiększyć połączenie ze 100 Mb/s do 1 Gb/s lub dodać biuro bez przebudowy sieci klienta. Dostępne wartości przepustowości zależą od oferty i infrastruktury.
Niezawodność: Usługa może wykorzystywać mechanizmy wykrywania awarii i ochrony ruchu, a OAM pomaga potwierdzać ciągłość połączeń. W określonych konfiguracjach przełączenie ochronne trwa poniżej 50 milisekund. Ten cel wywodzi się z wymagań tradycyjnych sieci transportowych, takich jak SDH/SONET, i nie jest gwarancją każdej usługi.
Jakość usługi (QoS): Carrier Ethernet może zapewniać uzgodnione parametry wydajności, zamiast pozostawiać ruch wyłącznie w modelu best-effort. Służy do tego , w której określa się wskaźniki, takie jak przepustowość, dostępność, opóźnienie (latency), zmienność opóźnienia (jitter) i wskaźnik utraty ramek.
Zarządzanie usługą: Operator udostępnia narzędzia do provisioningu (konfiguracji usługi), monitorowania wydajności, diagnozowania problemów i weryfikacji parametrów SLA. Funkcje te określa się jako OAM (Operations, Administration, and Maintenance). Pozwalają testować ciągłość i raportować stan usługi w określonych punktach utrzymaniowych, co wspiera izolowanie awarii oraz przegląd SLA w domenie operatora.

Typy usług Carrier Ethernet

MEF definiuje typy usług opisujące połączenia między lokalizacjami klienta. Ich podstawą są topologie punkt-punkt, wielopunktowa i zakorzeniona wielopunktowa.

E-Line (Punkt-Punkt)

Usługa E-Line tworzy połączenie punkt-punkt między dwiema lokalizacjami. Pełni funkcję usługi zbliżonej do łącza dzierżawionego, wykorzystując interfejs i mechanizmy Ethernetu. W katalogu MEF obejmuje między innymi warianty portowe i VLAN-owe.

Przykład: usługa łączy biuro w Warszawie z centrum danych w Krakowie jako jedno połączenie punkt-punkt.

E-LAN (Wielopunkt-Wielopunkt)

Usługa E-LAN łączy wiele lokalizacji i umożliwia komunikację każdy z każdym. Udostępnia usługę warstwy 2 na dużym obszarze, dzięki czemu podłączone lokalizacje mogą korzystać ze wspólnego modelu adresowania i przekazywania ramek. Usługa może mieć wiele punktów dostępu, zamiast osobnego obwodu dla każdej pary lokalizacji.

Przykład: regionalne oddziały firmy są połączone tak, aby mogły udostępniać pliki i korzystać z serwerów bez osobnych połączeń punkt-punkt.

E-Tree (drzewo)

Usługa E-Tree tworzy topologię wielopunktową z korzeniem. Centralna lokalizacja root (korzeń) może komunikować się ze wszystkimi lokalizacjami leaf (liście). Lokalizacje leaf mogą komunikować się z root, lecz nie mogą komunikować się bezpośrednio ze sobą. Model ten służy do dostarczania treści i usług centralnych, gdy ruch między oddziałami ma być niedozwolony. Role root i leaf są atrybutami usługi, więc reguła przekazywania nie zależy od fizycznego układu kabli.

Przykład: centralny system dystrybuuje treść do wszystkich lokalizacji leaf, lecz lokalizacje leaf nie wysyłają jej bezpośrednio do siebie.

Technologie stosowane w Carrier Ethernet

Usługi Carrier Ethernet są dostarczane przez sieć rdzeniową operatora z użyciem technologii zapewniających separację usług, skalowanie i ochronę ruchu.

Tagowanie usług VLAN (Q-in-Q):Sieć klienta może używać tagów VLAN zgodnych z IEEE 802.1Q. Operator może dodać zewnętrzny tag usługowy zgodnie z mechanizmem Provider Bridges, historycznie opisanym w IEEE 802.1ad. S-tag identyfikuje usługę i pozwala przełącznikom operatora oddzielić klientów oraz obsłużyć takie same wewnętrzne identyfikatory C-VLAN u różnych klientów. Przy przekazywaniu przez sieć operatora tag klienta może zostać zachowany, a decyzje w sieci dostawcy opierają się na S-VLAN.
:MPLS przypisuje pakiety do klas przekazywania na wejściu sieci i umieszcza etykiety w stosie. W rdzeniu węzły LSR używają etykiety do wyboru następnego skoku i operacji na stosie, bez ponownej analizy wewnętrznego nagłówka warstwy sieciowej. Ścieżki LSP mogą służyć do inżynierii ruchu, czyli kierowania ruchem ustaloną trasą w celu ograniczenia przeciążeń, oraz do tworzenia sieci VPN warstwy 2 i 3. Na brzegu sieci etykieta jest przypisywana na podstawie informacji dostępnych dla routera wejściowego, a węzeł wyjściowy usuwa ją lub przekazuje dane do właściwej usługi.
Operatorskie warstwy transportowe (OTN):Carrier Ethernet może być sygnałem klienckim dla optycznej sieci transportowej. ITU-T G.709 definiuje dla OTN cyfrowe ramowanie i mapowanie sygnałów, funkcje zarządzania oraz korekcję błędów FEC. Zależnie od wariantu można mapować sygnały Ethernet o szybkościach takich jak 10, 100 lub 400 Gb/s i transportować je w szkielecie WDM. OTN dodaje monitorowanie i korekcję do transportu optycznego, nie zmieniając usługi Ethernet widocznej na styku klienta.
Protokoły ochrony i odporności:ITU-T G.8032, znany jako Ethernet Ring Protection Switching (ERPS), definiuje automatyczne przełączanie ochronne w topologii pierścienia. Jedno łącze jest blokowane dla ruchu, aby zapobiec pętli. Po wykryciu awarii mechanizm R-APS zmienia stan pierścienia, aktualizuje przekazywanie i udostępnia ścieżkę zapasową. W określonych konfiguracjach celem jest przywrócenie ruchu w czasie poniżej 50 ms.