В зависимости от оператора сеть может быть организована на основе нескольких технологий. Зачастую используются технологии Ethernet и PON, все зависит от предпочтений провайдера, списка востребованных услуг, плотности абонентов и еще многих факторов. В нашей статье мы будем рассматривать классическую Ethernet сеть, развернутую в рамках города с высокой плотностью абонентов.
Для наглядности рассмотрим схему сети интернет провайдера, основанную на модели OSI, но заметим, что «в жизни» схема сети модифицируется и перерабатывается провайдером в рамках собственных задач и возможностей.
Сеть провайдера состоит из следующих уровней:
- Пограничный уровень – граница сети провайдера, стык с другими операторами. На этом уровне обычно ведется работа с магистральными операторами, которые предоставляют интернет трафик. Реализуется при помощи маршрутизатора или L3-коммутатора.
- Серверный уровень – представляет собой кластер серверов, необходимых для работы провайдера. Может быть реализован, как на серверных платформах, так и при помощи специализированного оборудования. В данный уровень входят: DHCP-сервер, DNS-сервер, сервер AAA (radius или diameter), биллинг-сервер, СОРМ, BRAS, сервисы развлечений для пользователей, серверы контента. Часто данный уровень сети объединяют с уровнем ядра сети.
- Уровень ядра сети – коммутаторы ядра сети, которые распределяют трафик по всей сети. Реализуется на маршрутизаторах или L3-коммутаторах.
- Уровень агрегации – это уровень распределения трафика между ядром сети и абонентами. Как правило, для организации данного уровня сети используются L3-коммутаторы.
- Уровень доступа – это точка клиентского доступа. Чаще всего в качестве активного сетевого оборудования используются простые L2-коммутаторы.
Как видно по схеме сеть провайдера весьма большая, и для ее реализации необходима масса разнообразного оборудования, начиная от маршрутизаторов и коммутаторов, заканчивая оптическими патч-кордами для стыковки трансиверов. Именно на примере такой сети можно показать и достаточно легко объяснить существующее множество модификаций трансиверов.
Уровень доступа
Начнем снизу сети – с уровня доступа. Это ближайший к конечным абонентам сегмент операторской сети. В качестве коммутатора доступа, расположенного на чердаке или в подвале многоквартирного дома, зачастую используются бюджетное и неприхотливое оборудование такое как L2-коммутатор, например D-Link XXX или его аналоги от компаний Cisco, Huawei, Eltex и так далее. Все эти модели объединяют схожие характеристики – 24 или 48 10/100Base-T портов для подключения абонентов (в последнее время становится востребована модификация с портами 100/1000Base-T) и двумя или четырьмя 1,25 Гбит/с SFP-портов для подключения к соседним коммутаторам доступа и к уровню агрегации.
Для организации соединений 1,25 Гбит/с зачастую используются оптические модули WDM SFP или одноволоконные трансиверы SFP. Для этого типа подключения выбираются именно одноволоконные модули в связи с удобством их инсталляции и обслуживания. Для образования соединения нужно только одно волокно, в качестве оптического коннектора используются простые и надежные коннекторы типа SC/UPC (Subscriber Connector). Реже используются трансиверы с разъемом LC/UPC (Lucent Connector), меньшая распространённость LC разъемов объясняется их недостаточной надежностью по сравнению с SC.
В связи с небольшой удаленностью коммутаторов доступа друг от друга и от уровня агрегации, используются SFP модули с дальностью передачи 3 км или 20 км. Также некоторыми провайдерами используется модификация WDM SFP трансивера на 10 км, которая представляет собой универсальное решение для организации каналов уровня доступа. Стандартные одноволоконные трансиверы ведут передачу на длинах волн 1310 нм и 1550 нм и работают парно, то есть один трансивер передает на длине волны 1310 нм, принимает на 1550 нм, а второй передает на 1550 нм и принимает на 1310 нм. Но иногда сети операторов связи, построены по принципу PON-сетей в рамках, когда по одному волокну передается интернет трафик и КТВ-сигнал. В таком случае используются нестандартные WDM SFP модули с длинами волн передачи 1310 нм и 1490 нм, это позволяет освободить длину волны 1550 нм, которая необходима для передачи КТВ.
Все вышеперечисленное по большей части относится к подключению физических лиц, юридические лица часто подключаются при помощи WDM медиаконвертера 10/100. Медиаконвертер позволяет организовать на удаленной площадке порт RJ45 с пропускной способностью 100Мб/с. Зачастую их используют для подключения отдельных объектов, на которых не требуется большой пропускной способности. Наиболее востребованы модификации конвертеров со средней дальностью передачи – до 20 км. Также существуют медиаконвертеры с SFP слотом, которые позволяют использовать нестандартные SFP модули для подключения абонента. На рынке встречаются модели, предполагающие установку 1,25 Гбит/с модулей или 100 Мбит/с модулей, также встречаются гибридные модели, работающие с обоими типами SFP трансиверов.
Уровень агрегации
Коммутаторы уровня агрегации подключаются к ядру сети по топологии «Звезда», реже применяется топология «Шина». Объем и скорость передаваемой информации на этом уровне сети заметно выше, чем на уровне доступа. Для организации каналов связи «агрегация – ядро сети» зачастую используются трансиверы со скоростью передачи 10 Гбит/с. В зависимости от схемы прокладки оптических кабелей и их волоконной емкости на уровне агрегации, могут применяться технологии спектрального уплотнения WDM и CWDM, в основном это вызвано дефицитом волокон и необходимостью их экономить. В случае, если уровень агрегации подключается к ядру сети по топологии «Звезда» с организацией одного канала 10 Гбит/с, с каждой точки агрегации логично использовать WDM трансиверы форм-фактора SFP+ или XFP (форм-фактор зависит от используемых коммутаторов агрегации).
В том же случае, если топология подключения уровня агрегации сложнее, чем классическая «Звезда» или же до каждой точки агрегации необходимо доставить больше одного канала 10 Гбит/с, то экономически оправданным является построение CWDM системы, которая позволяет организовать 9 дуплексных каналов связи в рамках одного оптического волокна. Необходимо отметить, что CWDM системы позволяют строить как простые трассы типа «точка-точка», так и трассы со сложной топологией «точка-многоточие» или «кольцо».
Вне зависимости от топологии сети, удаленность узлов агрегации от ядра сети может составлять от нескольких километров до нескольких десятков километров, редко расстояние превышает 20 км.
Уровень ядра сети
Уровень ядра сети самый ответственный, на нем важна и высокая производительность, и максимальная отказоустойчивость. Резервирование оборудования ядра сети производится с использованием топологии «каждый-с-каждым» и физическим резервированием каналов связи и сервисов. Расстояние между активным сетевым оборудованием на данном уровне может составлять как десятки метров и находиться в рамках одного здания, так и десятков километров с разнесением ядра сети на несколько площадок. Передаваемые скорости внутри ядра сети могут составлять 40 – 100 Гбит/с, все зависит от величины провайдера и объема его абонентской базы.
Соответственно, для организации соединений между коммутаторами ядра сети могут использоваться, как 10 Гбит/с трансиверы, так и высокоскоростные 40 и 100 Гбит/с трансиверы. В зависимости от удаленности сетевого оборудования соответственно применяются, как многомодовые трансиверы типа SR, так и высокопроизводительные системы уплотнения CWDM или DWDM с использованием транспондеров или мукспондеров для передачи высокоскоростных каналов связи.
Серверный уровень
Серверный уровень, по факту являясь неотъемлемой частью ядра сети, зачастую располагается недалеко, в пределах одного здания. Его подключение также требует резервирования для обеспечения бесперебойности работы сервисов. В связи с небольшими расстояниями между оборудованием, в пределах машинного зала или здания, на этом уровне сети распространены трансиверы для «коротких» соединений, такие как, DAC-кабели, AOC-кабели, всевозможные вариации Break-out кабелей и трансиверы типа SR и LRM. В основном все соединения имеют скорость передачи 10 Гбит/с и 40 Гбит/с, но с растущим объемом потребляемого трафика все чаще начинает использоваться связка 25 Гбит/с и 100 Гбит/с.
Трансиверы, обеспечивающие скорость передачи 25 Гбит/с это новый форм-фактор – SFP28. Являясь развитием форм-фактора SFP, новый тип трансиверов сохранил компактные габариты корпуса, при этом увеличил скорость передачи до 25 Гбит/с. Важной особенностью данного форм-фактора стала возможность соединения с трансиверами QSFP28 100G. Дело в том, что трансиверы QSFP28 являются четырёх поточными, т.е. номинальная скорость 100 Гбит/с образуется в результате объединения четырёх потоков по 25 Гбит/с. Таким образом, с одним трансивером QSFP28 можно агрегировать до четырёх потоков предаваемых трансиверами SFP28. Для этого нужно подобрать правильные модификации, например MT-QSFP-100G-DF-31-LR4-CD-MPO; при помощи breakout патчкорда можно соединить с модулями MT-SFP28-25G-DF-31-LR-CD. А любой двухволоконный QSFP28 можно соединять с SFP28 при помощи мультиплексоров, CWDM, DWDM или LWDM, в зависимости от модели.
Кроме трансиверов и кабелей на серверном уровне для организации соединений используются сетевые карты или NIC. На данный момент самыми распространёнными стали карты со скоростью передачи на один порт 10/25/40 Гбит/с, реже встречаются высокоскоростные 100Гбит/с. В зависимости от производителя сетевые карты могут быть построены на основе процессоров от Intel, Broadcom, Mellanox, Qlogic и других менее известных. По стечению обстоятельств в России массовую популярность завоевали карты на основе процессоров Intel, например, X520-DA2 на основе чипа Intel 82599ES. Такая популярность породила большой объем OEM продукции на основе оригинальных чипсетов от Intel.
Зачастую доустановка или смена сетевой карты в сервере вызвана увеличением пропускной способности сети, которую спровоцировало повышение запросов абонентов к качеству сервисов. По опыту, выход из строя сетевой карты маловероятен, так как заложенной прочности достаточно для безаварийной работы весь жизненный цикл сервера.
Пограничный уровень сети
Данный уровень сети не изображается на классической схеме сети, но представляет собой важный сегмент сети, а именно точку сопряжения с вышестоящим провайдером. Данный уровень представляет собой границу между локальной сетью провайдера и Интернетом.
На данном уровне используются высокоскоростные модули, дальность которых напрямую зависит от удаленности точки подключения маршрутизатора.