Технология DPT
РЕФЕРАТ
Тема:
"Технология DPT"
Введение
(Dynamic Packet
Transport - динамическая транспортировка пакетов) представляет собой частную
оптическую технологию корпорации Cisco, которая оперирует каналами со
скоростями ОС-З (155 Мбит/с), ОС-12 (622 Мбит/с), ОС-48 (2,488 Гбит/с) и ОС-192
(9,952 Гбит/с) на потенциально больших расстояниях. Применяя протокол
повторного пространственного использования (Spatial Reuse Protocol - SRP) и
кольцевую топологию, каждый DPT-узел может отправлять пакеты в оптическое
кольцо на конкурентной основе (в отличие, например, от распределенного
интерфейса передачи данных по волоконно-оптическим каналам (Fiber Distributed
Data Interface - FDDI)), что максимально увеличивает полосу пропускания кольца.
Благодаря кольцевой топологии технология DPT интегрирует в единую структуру
надежность, возможность группировки множества CMTS-устройств в единственное
оптическое кольцо и высокие уровни пропускной способности. Благодаря таким
привлекательным особенностям MSO-операторы обычно используют структуры
DPT-агрегирования для создания высокой интеграции служб кабельных модемов. По
мере того как такие службы, как VoIP, становятся более распространенными в
кабельных IP-сетях, DPT и связанные с ней технологии будут становиться все более
жизненно важными для интеграции подобных служб.(Resilient Packet Ring -
отказоустойчивое кольцо для передачи пакетов), стандартизированная технология,
связанная с DPT, часто рассматривается провайдерами кабельных услуг как
наследница DPT-структур для кабельных IP-сетей. В то же время рабочая группа
IEEE 802.17 (RPR) пока еще не завершила разработку RPR-спецификации. Корпорация
Cisco представила рабочей группе протокол SRP для рассмотрения его в качестве
основы для индустриального RPR-стандарта. Если протокол SRP будет включен в
стандарт 802.17, понятия DPT и RPR, вероятно, станут синонимичны.
Рис. 1. Схематичное
изображение двухкольцевой топологии
2.
Технология
была представлена
новая архитектура / технология (DPT), в которой кольцевая инфраструктура
оптимизирована для транспорта пакетов и позволяет эффективно осуществлять
одновременную передачу данных, речи и видео. Грядущий стандарт устойчивого
пакетного кольца 802.17 Resilient Packet Ring (802.17 RPR) базируется главным
образом на технологии Cisco DPT.
Архитектура Cisco Dynamic Packet Transport (DPT) / IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR) определяет новое
поколение транспортных решений на основе пакетных технологий, оптимизированных
для оптического транспорта. Эти решения сочетают в себе эффективность
использования пропускной способности и богатство функциональных возможностей
IP-маршрутизации с широкополосными каналами и возможностями самовосстановления
оптоволоконных колец, обеспечивая устойчивое превосходство, с точки зрения
затрат и функциональных возможностей, над традиционными решениями.
Архитектура DPT /
RPR базируется на двух кольцах с передачей в противоположных направлениях.
Чтобы различать эти кольца, одно из них называется внутренним кольцом, а другое
- внешним кольцом. Работа DPT базируется на отправке пакетов данных в одном
направлении (исходящем), а соответствующих управляющих пакетов - в
противоположном (входящем) направлении по другому кольцу. Таким образом, в DPT
возможно одновременное использование обоих оптоволоконных колец для достижения
максимальной пропускной способности при транспортировке пакетов и более
быстрого распространения управляющих сигналов в целях адаптивной загрузки
пропускной способности и для нужд самовосстановления.- это набор оптоволоконных
стандартов для оптоволоконных линий связи (ОС, optical carrier) в диапазоне от
ОС-1, работающей со скоростью 51,84 Мбит/с, до ОС-192 со скоростью 9,952
Гбит/с.
В DPT используется
кадровая синхронизация SONET/SDH, и поэтому данная технология может прозрачным
образом работать поверх всех основных вариантов транспортной оптоволоконной
инфраструктуры, включая:
· «Тёмное»
оптоволокно;
· Спектральное мультиплексирование (wavelength division multiplexing, WDM);
· «Точка-точка»
и кольцо SONET/SDH.
Благодаря
прозрачности по отношению к инфраструктуре DPT может также применяться в
гибридных средах. Например, кольцо DPT может включать в себя несколько узлов,
соединенных «темным» оптоволокном, и одновременно несколько других узлов,
связанных через оборудование SONET/SDH и / или WDM. Кольца DPT могут также
работать полностью поверх транспорта SONET/SDH или WDM. В данном случае
функциональные возможности DPT обеспечат максимальную эффективность
использования пропускной способности и функциональных возможностей
транспортного оборудования IP.
Описанные выше
возможности прозрачной работы обеспечивают путь стратегической миграции для
провайдеров услуг с обширной базой установленного оборудования SONET/SDH.
Услуги IP могут быть развернуты на первом этапе с использованием запасов
пропускной способности оборудования SONET/SDH. Затем, по мере роста объемов
IP-трафика, последний может быть быстро и эффективно переведен на оптимальный
транспорт на основе либо «темного» оптоволокна, либо оборудования WDM. Продукты
DPT включают в себя варианты оптических систем в соответствии с требованиями
ключевых приложений:
· многомодовое
оптоволокно для соединений в пределах точки присутствия;
· одномодовое
оптоволокно средней или дальней протяженности для сетей MAN и WAN, а также для
соединения точек присутствия и регионов.
3.
Характерные черты
Одной из причин
экономической эффективности кольца DPT является эффективность использования
пропускной способности - в целях минимизации начальных капитальных затрат и
затрат на развитие услуг в кольце используется ряд перечисленных ниже
комплексных методик, направленных на приумножение доступной пропускной
способности для пакетов:
Протокол SRP
(Spatial Reuse Protocol) получил свое название от операции удаления пакета из
кольца в точке выхода. В предыдущих технологиях передачи данных в кольце, таких
как FDDI или Token Ring, операции удаления выполнялись только устройством,
выпустившим пакет в кольцо.
v Алгоритм
справедливого SRP
В каждом из узлов
кольца DPT выполняется распределенный экземпляр алгоритма справедливого SRP
(SRP-fa), предназначенного для обеспечения глобального справедливого
распределения, локальной оптимизации пропускной способности и масштабирования
пропускной способности (как это описано ниже) во всех сегментах кольца DPT.
v Глобальное
справедливое распределение
Каждый узел
получает собственную справедливую долю пропускной способности кольца
посредством контролирования отношения скорости трафика, направляемого данным
узлом в кольцо, по сравнению со скоростью транзитного трафика через данный
узел. Цель заключается в обеспечении невозможности полного захвата некоторыми
узлами пропускной способности в кольце, из-за чего может наблюдаться ее
нехватка или чересчур большая задержка для соседних узлов.
v Локальная
оптимизация
Локальная
оптимизация обеспечивает максимальное использование в узлах кольца возможностей
пространственного повторного использования кольца, чтобы в локальных сегментах
можно было задействовать большую по сравнению со справедливой долю пропускной
способности, если другие узлы кольца не пострадают от такого локального
трафика.
v Масштабируемость
Протокол SRP-fa
разработан для высокоэффективного и масштабируемого управления пропускной
способностью и позволяет использовать в кольце большое число маршрутизаторов
(до 128), работающих на высоких скоростях (OC-48c/STM-16c и OC-192c/STM-64c) и
удаленных друг от друга на значительное расстояние.
v Двойное
оптоволокно
Кольца DPT
представляют собой кольца с двойным оптоволокном, причем оба кольца
одновременно используются для передачи рабочего трафика (в отличие от колец
SONET/SDH, в которых предусмотрена выделенная резервная пропускная
способность). Это дает двукратный выигрыш в пропускной способности при штатном
режиме работы кольца.
v Статистическое
мультиплексирование
В отличие от колец
TDM, здесь отсутствуют временные интервалы, а также выделенная пропускная
способность и управляемые соединения. Вместо этого DPT позволяет максимально
использовать пропускную способность кольца по трафику, обеспечивая
статистическое распределение пропускной способности сверх реально имеющейся
(over-subscription) с весьма гибкими возможностями обработки всплесков трафика.
v Надёжность
сети
Технология DPT
обеспечивает максимальные надежность и показатели готовности за счет:
· Средств
проактивного мониторинга производительности и неисправностей, а также
изолирования неисправностей;
· Интеллектуальной
защитной коммутации с многоуровневым извещением в целях быстрого восстановления
услуг IP;
· Отказа
от использования сети более низкого уровня, что обеспечивает максимальную
устойчивость решения ввиду сокращения активного оборудования в инфраструктуре.
транспортировка
пакет cisco технология
4.
Основные механизмы работы
Данная технология
ориентирована в первую очередь на провайдеров услуг по передаче данных и
позволяет отказаться от промежуточных уровней при передаче IP-трафика по сетям
SDH. Основная идея состоит в создании нового стандарта 2-го уровня модели OSI,
позволяющего напрямую инкапсулировать пакеты IP в кадры формата SDH. Таким
новым МАС-уровнем в технологии DPT является протокол SRP (Spatial Reuse
Protocol), использующий стандартную MAC-адресацию. При этом внедрение новой
технологии облегчается тем, что она позволяет использовать оптическую кабельную
инфраструктуру, аналогичную SDH.
При работе
устройств используются два основных механизма:
· Механизмы
равномерной загрузки каналов (fairness algorithm) и переиспользования полосы
(spatial reuse), которые позволяют эффективно использовать пропускную
способность каналов связи на различных участках кольца;
· Механизм
замыкания каналов в случае отказов каналов или устройств (Intelligent
Protection Switching - IPS). Предполагается, что сети, построенные на базе
технологии DPT, имеют кольцевую топологию, хотя технология допускает и
использование подключения типа «точка-точка». Узлы в кольце объединяются
высокоскоростными волоконно-оптическими каналами связи на скоростях
155/622/2400 Мбит/с. Специализированный протокол IPS (Intelligent Protection
Switching) обеспечивает отказоустойчивую работу сети при выходе из строя одного
из узлов в кольце или обрыве магистральной линии связи. Технология DPT
обеспечивает уровень защиты от сбоя в сети, аналогичный традиционным системам
SDH, и при обрыве магистрального канала связи, переход на альтернативный
маршрут происходит менее чем за 50 мс. При этом не происходит перестройки
таблиц маршрутизации.
В то же время
технология DPT позволяет использовать всю пропускную способность опорной сети
(в отличие от технологии SDH, реализующей резервирование пропускной способности
в сети на случай сбоя). Кроме того, специальные механизмы, реализованные в
данной технологии, обеспечивают необходимый уровень приоритизации и статистического
мультиплексирования пакетов.
5.
Преимущества и недостатки
Основными
преимуществами технологии DPT являются:
· Эффективное
использование полосы пропускания. По сравнению с технологиями TDM, полоса
пропускания используется более полно за счет применения пакетной технологии,
нет необходимости выделять отдельную полосу для резервирования.
· Возможность
построения высокоскоростной сети передачи пакетов (IP-сеть) без наложения
дополнительных промежуточных протоколов 2-го уровня модели OSI. Это повышает
эффективность использования каналов и позволяет отказаться от дополнительного
оборудования для интеграции данных и голоса при передаче в опорную часть сети.
· Возможность
организации сервиса VoIP.
· Высокоскоростная
доставка пакетов с требуемым качеством обслуживания и высокой степенью защиты
информации (посредством использования технологии MPLS).
· Возможность
одновременной загрузки различных участков. Наличие протокола SRP (Spatial Reuse
Protocol) позволяет вести одновременный обмен данными между любыми узлами в
сети.
· Снижение
загрузки маршрутизатора. Вся обработка транзитного трафика осуществляется прямо
на интерфейсном модуле, при этом только трафик, предназначенный для конкретного
узла, обрабатывается центральным процессором узлового маршрутизатора.
· Возможность
приоритизации трафика. Трафик можно распределять по двум очередям в буферной
памяти на интерфейсных модулях и в буферной памяти маршрутизатора.
· Резервирование
каналов связи и оборудования.
К недостаткам
технологии DPT можно отнести:
· Невозможность
организации «прозрачных» каналов;
· Необходимость
построения сети передачи данных на оборудовании одного производителя.
6. Сравнение технологий
SONET, ATM и DPT
Если рассматривать
сегодняшние транспортные технологии с точки зрения семиуровневой модели OSI, то
как SDH/SONET, так и ATM работают на самых нижних - физическом и канальном -
уровнях. Первый из них, физический, определяет поток битов по передающей среде;
другими словами, физический уровень описывает передающиеся импульсы (оптические,
электромагнитные или электрические), а также свойства транспортной среды.
Канальный же уровень определяет «логику» передачи информационного потока от
точки к точке, а также описывает методы доступа к физическому уровню. На
канальном уровне предусмотрены некоторые методы контроля и исправления ошибок.
Наиболее часто SDH/SONET определяется как протокол физического уровня,
поскольку он непосредственно определяет свойства оптического потока данных, а
также свойства самого волокна. Для описания блоков данных SDH/SONET использует
кадры, которые довольно легко могут применяться для транспорта данных другими
технологиями. Но в отличие от большинства кадров второго уровня кадры SDH/SONET
не предусматривают средств обнаружения и коррекции ошибок. Но зато SDH/SONET
для обеспечения отказоустойчивости имеет специальную функцию автоматического
чрезвычайного переключения (Automatic Protection Switching, APS). Благодаря APS
работоспособность двойного оптического кольца SDH/SONET восстанавливается за 50
мс после выхода кабеля из строя, например при обрыве, за счет реконфигурации
кольца. Оборотная сторона медали состоит в том, что каждому защищенному
оптическому волокну в SDH/SONET соответствует другое оптоволокно, включающееся
в работу в случае сбоя основного волокна.
Вопрос
дифференциации качества обслуживания решен в технологии ATM, которая имеет
хорошо проработанные механизмы обеспечения QoS. Способность технологии ATM
передавать трафик реального времени, такой как голос или видео, без задержек,
одновременно с потоками данных, не требующими каких-либо гарантий качества,
является главным преимуществом этой технологии. Наиболее распространенный
способ применения ATM - на втором, канальном, уровне модели OSI. При этом с
точки зрения передачи данных реализуется схема «IP-поверх ATM - поверх-SONET».
Многоуровневое преобразование пакетов в кадры и ячейки вносит негативный вклад
в эффективность обработки пакетов, а кроме того, добавляется «пустой» трафик
из-за несоответствия размера кадра размеру ячеек. И если изначально ATM
разрабатывалась как технология, способная закрыть практически все ниши - от
глобальной магистрали до непосредственно рабочей станции, то сегодня эта
технология все больше смещается на уровень доступа и концентрации трафика. Как
следствие возникло пожелание вообще избавиться от уровня ATM в стеке и
передавать пакеты непосредственно через волокно, избегая повторного мультиплексирования.
Такое решение уже начало свое вхождение на рынок - это фирменная разработка
фирмы Cisco Systems DPT (Dynamic Packet Transport), которая в настоящее время
стандартизируется в качестве новой технологии построения высокоскоростных
оптических колец.
Технология DPT
вобрала в себя основные достоинства современных сетей передачи данных и
является своеобразной собирательной технологией, имеющей истоки в технологиях
SDH, АТМ, Gigabit Ethernet и FDDI. DPT-технология, оптимизированная для
передачи пакетов, совмещает в себе эффективное распределение полосы пропускания
с богатыми возможностями IP-роутинга. Изюминкой этой технологии стала
разнонаправленная передача пакетов данных и контрольных пакетов.
Таким образом, DPT
использует оба кольца одновременно. В результате этого увеличивается полоса
пропускания для транспорта пакетов и возрастает скорость прохождения
контрольных пакетов.
В технологии DPT
используются кадры SONET/SDH и таким способом достигается полная прозрачность
между темноволоконными (dark fiber) сегментами и сегментами на оборудовании SDH
или WDM (Wavelenght Division Multiplexing - технология оптического уплотнения
по длине волны). Такое свойство DPT позволяет строить (использовать) гибридные
архитектуры. Например, кольцо DPT имеет несколько узлов, соединенных
посредством волокна, в то время как несколько узлов будут подключены через
оборудование SONET/ SDH и (или) WDM. Также кольца DPT могут функционировать
только поверх транспорта SONET/SDH или WDM. В этом случае за счет применения
функциональности DPT полоса пропускания будет использоваться более эффективно
на уже существующем транспортном оборудовании.
Что касается
отказоустойчивости, то здесь DPT работает так же, как и SONET. При выходе из
строя одного из каналов происходит замыкание кольца в ближайших узлах, и
функциональность сети восстанавливается. Причем время восстановления связи в
DPT-сети в случае сбоя (обрыв, выход из строя какого-либо узла и т.п.) - менее
50 мс.
Для обеспечения
отказоустойчивости в кольце DPT используется целое семейство функций под общим
названием Intelligent Protection Switching (IPS - интеллектуальное защитное
переключение). Эта система осуществляет постоянный мониторинг, быстрое
восстановление транспорта и IP-сервисов после того, как обнаружен сбой в узле
или канале, как и система APS, использующаяся в SONET/SDH. Однако, в отличие от
APS, IPS обладает несколькими дополнительными возможностями, специально
«заточенными» под передачу IP-пакетов:
· IPS
не зависит от байтов SONET/SDH - заголовка, что позволяет использовать в
качестве транспорта другую инфраструктуру (темное волокно или WDM);
· Обеспечивает
50-миллисекундное восстановление IP-сервисов без реконвергенции
маршрутизирующих протоколов третьего уровня;
· Не
требует резервирования полосы пропускания;
· Обеспечивает
мультиуровневый контроль - IPS собирает и обрабатывает события на первом,
втором и третьем уровнях (в отличие от контроля только первого уровня в SONET);
· Обеспечивает
конфигурирование в режиме Plug-and-Play.
Если продолжать
сравнение DPT и SONET/SDH, то на сегодняшний момент в кольцо DPT может быть
включено до 32 устройств (максимальное число узлов в сети SONET/SDH равно 16).
Кроме того, сейчас ведутся разработки по увеличению числа рабочих узлов. Так же
как и SONET, DPT легко масштабируется с OC-12c/ STM-4c до OC-48c/ STM-16c и
OC-192c/STM-64c.
Отдельно стоит
остановиться на качестве обслуживания и скорости обработки пакетов. DPT
реализована как единая IP-подсеть, и пакеты в ней обрабатываются только на узле
назначения. Другими словами, пакет распаковывается и анализируется только один
раз, в результате чего время передачи существенно сокращается. В отличие от
некоторых других кольцевых технологий DPT начинает передавать информацию в сеть
сразу после появления пакетов данных в выходном буфере. При этом очередностью
пакетов заведует специальный протокол MAC-уровня - SRP (Spatial Reuse
Protocol), который также обеспечивает необходимое качество обслуживания (QoS),
контролирует работу устройств в сети и обеспечивает равноправный доступ к
ресурсам кольца. За счет переиспользования полосы пропускания каналов между
узлами кольца между парами узлов могут существовать одновременно несколько
непересекающихся потоков данных. Для оптимальной доставки пакетов передающий
узел имеет возможность выбирать кольцо, которое обеспечит пакету кратчайшее
расстояние до пункта назначения.
Как показали
расчеты, благодаря снижению количества устанавливаемого железа (нет
необходимости в мультиплексирующем оборудовании) стоимость проектов на основе
DPT несколько ниже, чем на основе конкурирующих технологий. Причем чем крупнее
проект, тем заметнее разница в конечной стоимости.
Заключение
Рассмотрев основные
технологии обеспечения транспорта, довольно сложно прийти к однозначному
выводу, за какой из них будущее. Здесь есть свои подводные камни. Так,
например, технологии SONET и ATM поддерживают оборудование практически всех
сетевых вендоров, тогда как DPT пока еще не имеет общепринятого стандарта,
являясь внутренней разработкой Cisco Systems. Но если учитывать объем рынка,
занимаемый Cisco в сегменте решений для WAN и MAN (Metropolian Area Network),
для которых, собственно, и разрабатывалась DPT, а также несомненные
преимущества этой технологии, то можно сделать вывод о быстром внедрении DPT,
не дожидаясь «официальной бумаги». Что касается ATM, то можно предположить, что
за ней останется ниша корпоративных магистралей для передачи критичного к
задержкам трафика. В любом случае, и конечные пользователи, и операторы, и
корпоративные потребители останутся в выигрыше.
Список
источников
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Packet_Transport
2. http://www.cisco.com/en/US/tech/tk482/tk611/tsd_technology_support_protocol_home.html
. http://dataplumber.wordpress.com/2008/03/10/dpt-rpr-80217-revision-notes
. http://www.asterisk.by/node/1306
. http://www.xnets.ru/plugins/content/content.php?
content.230