Wprowadzenie: Ograniczenia Świata Skupionego na Pakietach

W naszej podróży przez nowoczesne sieci odkryliśmy MPLS jako genialne rozwiązanie nieefektywności tradycyjnego routingu IP. MPLS stworzył szybką ścieżkę dla internetu, używając prostych etykiet do przełączania pakietów z dużą prędkością przez rdzeń sieci dostawcy. Dał administratorom potężne narzędzia, takie jak Inżynieria Ruchu i VPN.

Jednakże, oryginalny MPLS miał bardzo specyficzne spojrzenie na świat. Widział sieć jako zbiór routerów, które przekazują pakiety. Ale co leży pod tymi routerami? Internet to nie tylko abstrakcyjny zbiór adresów IP; jest zbudowany na ogromnym fizycznym fundamencie innych technologii, które działają na odmiennych zasadach.

Pomyśl o tym w ten sposób: MPLS jest ekspertem w zarządzaniu samochodami i ciężarówkami (pakietami) w systemie autostrad. Ale same autostrady są zbudowane na bardziej fundamentalnej warstwie infrastruktury: fizycznych kablach światłowodowych, starszych systemach TDM i potężnych przełącznikach optycznych. Historycznie, każda z tych warstw była zarządzana jako oddzielna, odizolowana "wyspa" z własnym systemem zarządzania i logiką sterowania. Ludzie zarządzający ścieżkami optycznymi nie rozmawiali z ludźmi zarządzającymi ruchem pakietowym MPLS na tych ścieżkach. Tworzyło to ogromną nieefektywność, wymagało powolnej, ręcznej konfiguracji usług i uniemożliwiało optymalizację całej sieci.

Uogólniony MPLS (GMPLS) został stworzony, aby zburzyć te wyspy. Rozszerza on potężne koncepcje płaszczyzny sterowania MPLS daleko poza świat pakietów, tworząc jedną, zunifikowaną platformę do zarządzania szeroką gamą technologii sieciowych. GMPLS jest uniwersalnym tłumaczem i kontrolerem ruchu dla całej infrastruktury telekomunikacyjnej, od rdzenia światłowodowego po pakiety, które go przemierzają.

Co Oznacza "Uogólniony"? Cztery Kluczowe Rozszerzenia

Geniusz GMPLS polega na wzięciu podstawowych koncepcji MPLS: etykiet, LSP i protokołów sygnalizacyjnych, i "uogólnieniu" ich tak, aby mogły być stosowane do technologii, które nie przesyłają tradycyjnych pakietów. Ta generalizacja zachodzi w czterech kluczowych obszarach.

1. Uogólniona Etykieta

W klasycznym MPLS etykieta to po prostu 20-bitowa liczba. W GMPLS pojęcie etykiety zostaje rozszerzone, aby obejmowało każdą informację, która może zidentyfikować użyteczny fragment zasobu sieciowego na danym łączu.

• Dla Sieci z Komutacją Pakietów (PSC): Etykieta to znana 20-bitowa liczba używana w MPLS.
• Dla Sieci z Multipleksowaniem Czasowym (TDM): Etykieta reprezentuje określoną szczelinę czasową w powtarzającej się ramce TDM. Ustanowienie połączenia oznacza zarezerwowanie tej samej szczeliny czasowej na wielu urządzeniach.
• Dla Sieci z Multipleksacją Falową (WDM): Etykieta reprezentuje określoną długość fali (lub kolor światła) na kablu światłowodowym. "Naklejką" jest dosłownie kolor.
• Dla Sieci Światłowodowych: Na najbardziej podstawowym poziomie etykieta może reprezentować cały fizyczny kabel światłowodowy lub określony port na przełączniku światłowodowym.

2. Uogólniona Ścieżka z Przełączaniem Etykiet (LSP)

Ponieważ etykieta jest uogólniona, ścieżka, którą definiuje (LSP), również nabiera nowego znaczenia. LSP w GMPLS to nie tylko wirtualny tunel dla pakietów. Może reprezentować fizyczny, sztywny obwód w sieci. Zaciera to granicę między tradycyjnymi sieciami z komutacją pakietów i komutacją łączy. Ta sama płaszczyzna sterowania może być teraz używana do udostępniania obu rodzajów usług.

3. Uogólnione Typy Interfejsów

GMPLS definiuje nowe typy interfejsów, które routery mogą ogłaszać, dzięki czemu sieć wie, jakie zdolności przełączania ma każde urządzenie:

• Packet-Switch Capable (PSC): Standardowe routery MPLS.
• Layer-2 Switch Capable (L2SC): Urządzenia takie jak przełączniki Ethernet.
• Time-Division Multiplex Capable (TDM): Urządzenia mogące przełączać obwody TDM, jak krosownice SONET/SDH.
• Lambda-Switch Capable (LSC): Urządzenia optyczne mogące przełączać pojedyncze długości fali światła.
• Fiber-Switch Capable (FSC): Przełączniki optyczne mogące kierować całe fizyczne włókna z jednego portu na inny.

4. Nowe Możliwości Agregacji Łącz

GMPLS wprowadza możliwość agregacji wielu fizycznych łącz w jedno logiczne "Łącze TE". Pozwala to płaszczyźnie sterowania traktować wiele równoległych połączeń jako jeden zasób o wyższej przepustowości, co upraszcza routing i poprawia odporność na awarie.

Płaszczyzna Sterowania: Rozszerzenie Protokołów

Aby ta zunifikowana wizja stała się rzeczywistością, istniejące protokoły płaszczyzny sterowania MPLS wymagały znaczących ulepszeń. Główne zmiany wprowadzono w protokołach routingu (do ogłaszania nowych możliwości) i w protokole sygnalizacyjnym (do żądania i ustanawiania uogólnionych ścieżek).

Rozszerzenia IGP dla GMPLS

Podobnie jak w MPLS-TE, GMPLS używa rozszerzeń do protokołów IGP stanu łącza, takich jak OSPF i IS-IS, w celu dystrybucji informacji. Routery używają tych protokołów do rozgłaszania nowych informacji w całej sieci, wypełniając Bazę Danych Inżynierii Ruchu (TED) każdego z nich. Te rozszerzenia dodają możliwość ogłaszania:

• Zdolności przełączania każdego interfejsu routera (PSC, LSC, FSC itp.).
• Współdzielonych Grup Ryzyka Łącza (SRLG), w celu identyfikacji łączy, które mogą ulec wspólnej awarii (np. wiele włókien w tej samej rurze kablowej).
• Mapowania między zagregowanymi Łączami TE a ich składowymi łączami fizycznymi.

Sygnalizacja z Rozszerzeniami RSVP-TE

Protokół Rezerwacji Zasobów - Inżynieria Ruchu (RSVP-TE) jest koniem pociągowym sygnalizacji w GMPLS. Został on rozszerzony o nowe obiekty, aby obsłużyć uogólnione wymagania:

• Uogólnione Żądanie Etykiety: Gdy router wejściowy wysyła komunikat RSVP PATH, używa teraz obiektu "Uogólnione Żądanie Etykiety". Zamiast prosić tylko o etykietę pakietową, określa, jakiego rodzaju ścieżki potrzebuje, na przykład: "Potrzebuję pełnodupleksowego obwodu SDH STM-16".
• Obiekt Uogólnionej Etykiety: Komunikat RSVP RESV, który wraca od routera wyjściowego do wejściowego, niesie przypisaną "Uogólnioną Etykietę". Dla sieci WDM ten obiekt zawierałby konkretny numer długości fali, który został zarezerwowany na danym łączu.
• Obiekt Jawnej Trasy (ERO): Tak jak w MPLS-TE, ten obiekt przenosi dokładną, jawnie określoną ścieżkę hop-by-hop, którą LSP ma podążać, obliczoną przez algorytm CSPF.

GMPLS w Akcji: Prowizjonowanie Długości Fali

Najlepszym sposobem na zrozumienie potęgi GMPLS jest prześledzenie rzeczywistego przykładu. Wyobraź sobie, że duży bank w Warszawie potrzebuje dedykowanego, bezpiecznego połączenia o wysokiej przepustowości 10 Gb/s do swojego centrum danych w Gdańsku w celu odtwarzania danych po awarii. Zamiast wirtualnego tunelu pakietowego, potrzebują dedykowanego obwodu światła, czyli ścieżki optycznej (lightpath). Przed erą GMPLS wymagałoby to serii telefonów, e-maili i ręcznej konfiguracji przez inżynierów sieciowych w każdym węźle na trasie, co mogłoby trwać tygodniami. Dzięki GMPLS można to zautomatyzować w kilka sekund.

Oto jak działa zautomatyzowany proces prowizjonowania:

1. Żądanie: Administrator w Systemie Zarządzania Siecią (NMS) wydaje polecenie routerowi brzegowemu w Warszawie: "Utwórz LSP typu ścieżka optyczna 10 Gb/s do routera brzegowego w Gdańsku".
2. Obliczanie Ścieżki (CSPF): Router w Warszawie działa jako węzeł wejściowy. Sprawdza swoją bazę TED, która została wypełniona przez rozszerzony OSPF-TE. Uruchamia obliczenia CSPF, aby znaleźć najkrótszą fizyczną ścieżkę światłowodową do Gdańska, która ma wspólną, nieużywaną długość fali dostępną na każdym segmencie światłowodu. Załóżmy, że CSPF ustala, iż najlepsza trasa to Warszawa → Łódź → Toruń → Gdańsk i że długość fali nr 22 jest wolna na wszystkich trzech łączach.
3. Sygnalizacja - Komunikat PATH: Router w Warszawie generuje komunikat RSVP-TE PATH. Komunikat ten zawiera jawną trasę (ERO: Łódź, Toruń, Gdańsk) i Uogólnione Żądanie Etykiety, określające potrzebę długości fali 10 Gb/s. Wysyła ten komunikat do routera w Łodzi. Router w Łodzi przekazuje go do Torunia, a Toruń do Gdańska.
4. Sygnalizacja - Komunikat RESV: Router w Gdańsku otrzymuje komunikat PATH. Wie, że jest celem. Wybiera dostępną długość fali dla ostatniego łącza (Toruń → Gdańsk): długość fali nr 22, zgodnie z sugestią obliczeń ścieżki. Następnie tworzy komunikat RSVP-TE RESV zawierający Obiekt Uogólnionej Etykiety o wartości 22. Konfiguruje swój przełącznik optyczny, aby połączyć port wejściowy od Torunia z portem klienta, i wysyła komunikat RESV z powrotem do Torunia.
5. Ustanawianie Ścieżki: Router w Toruniu otrzymuje komunikat RESV. Patrzy na etykietę (22) i rezerwuje długość fali nr 22 na swoim łączu do Gdańska. Następnie konfiguruje swoją wewnętrzną krosownicę optyczną, aby fizycznie połączyć światłowód przychodzący z Łodzi ze światłowodem wychodzącym do Gdańska na długości fali nr 22. Alokuje własną etykietę dla łącza Łódź → Toruń (powiedzmy, że to też jest długość fali nr 22), dołącza ją do komunikatu RESV i odsyła go z powrotem do Łodzi.
6. Tunel Powstaje: Ten proces kontynuuje się aż do Warszawy. Gdy router w Warszawie otrzyma ostateczny komunikat RESV, ścieżka LSP od końca do końca jest ustanowiona. Ma teraz dedykowany, fizyczny obwód światła o przepustowości 10 Gb/s aż do Gdańska. Płaszczyzna sterowania właśnie automatycznie udostępniła usługę Warstwy 1.

Wpływ i Przyszłość GMPLS

GMPLS stanowi zmianę paradygmatu w zarządzaniu siecią. Zapewniając zunifikowaną płaszczyznę sterowania dla wielu warstw sieciowych, przynosi liczne korzyści:

• Zautomatyzowane Prowizjonowanie: Zastępuje powolną, podatną na błędy ręczną konfigurację szybkim, zautomatyzowanym procesem tworzenia usług, co zmniejsza koszty operacyjne i pozwala na oferowanie nowych usług typu "przepustowość na żądanie".
• Optymalizacja Wielowarstwowa: Zunifikowana płaszczyzna sterowania może podejmować inteligentniejsze decyzje, optymalizując zasoby zarówno na warstwie IP/pakietowej, jak i na leżącej pod nią warstwie transportu optycznego jednocześnie.
• Zwiększona Odporność na Awarie: Umożliwia zaawansowane, wielowarstwowe schematy ochrony i odtwarzania, automatycznie przekierowując ruch wokół awarii zarówno na poziomie pakietów, jak i optycznym.

GMPLS jest fundamentalną technologią dla architektur sieciowych nowej generacji, takich jak Automatycznie Przełączana Sieć Optyczna (ASON). Jest to inteligencja, która przekształca sztywne, statyczne sieci optyczne w dynamiczne, programowalne i responsywne infrastruktury, zdolne sprostać gwałtownie rosnącemu zapotrzebowaniu na przepustowość we współczesnym świecie.