Rasche technologische Weiterentwicklungen öffnen Türen für eine ganze Reihe neuer Anwendungen für Privatanwender, die unter dem so genannten Tripple Play geführt werden. Intensive Konkurrenz unter Netzbetreibern, ISPs und Kabelanbietern zwingt sie zur Entwicklung eines Geschäftsmodells und intelligenterer Netzwerke, die sich schneller an neue Anforderungen, beispielsweise an Kundenwünsche, anpassen lassen. Das wiederum bedeutet auch gleichzeitig, daß die Ethernet-Technologie, die Grundlage von Tripple Play, auf das neue Spiel vorbereitet wird.

Für eine erfolgreiche Umsetzung müssen Service Provider:

• Dienste schneller auf den Markt bringen und dabei die Flexibilität erhöhen.
• Quality-of-Service für IPTV und VoIP etablieren
• hohen Multicast-Durchsatz für IPTV

Glücklicherweise halten diverse Techniken, wie Hochgeschwindigkeits-Ethernet, Aggregation und Management-Plattformen Einzug in das Portfolio der Betreiber, so daß FTTH-Dienste (Fiber to the Home) leichter zugänglich werden.

In diesem Artikel beleuchte ich die neuen Anforderungen an die Ethernet-Technologie und zeige wie sie verarbeitet werden.

Was ist Tripple-Play?

Tripple-Play sind multimediale Dienste, die von Netzbetreibern, Telekom-Gesellschaften, Kabelnetz-Betreibern und Internet-Providern angeboten werden. Es handelt sich um das kombinierte Angebot von Telefon, Fernsehen und Internet, basierend auf dem Internet-Protokoll (IP), unter Benutzung breitbandiger Zugangsnetze.

Durch die größere Bandbreite der DSL-Verfahren, insbesondere von ADSL2+ und VDSL2, und durch die rückkanalfähigen Kabelverteilnetze, setzen die Provider zunehmend auf Double- und Triple-Play-Angebote. Zu diesem gebündelten Dienstangebot gehören die Internet-Telefonie mit VoIP, das Internet-Fernsehen (IP-TV) mit interaktivem Fernsehen und interaktiven Videodiensten wie Video-on-Demand, Videokonferenzen und Telearbeit sowie der Internet-Zugang.

Je nach Dienstnutzung sind für Triple-Play-Dienste im Downstream Datenraten zwischen 10 Mbit/s und 28 Mbit/s erforderlich und im Upstream etwa 3 Mbit/s.

Tripple-Play bezeichnet im Kern den Einsatz einer Zugangstechnologie für drei Geschäftsbereiche: das Wohnungswesen, MANs (Metropolitan Area Networks) und Service Provider.

Im Wohnungswesen

• Attraktivitätsgewinn des Wohnraumes
• langfristige Steigerung des Wohnwertes
• Bedarfsgerechte und innovative Technik für die jüngere Klientel
• nachhaltige Verringerung des Leerbestandes
• Dienstleistungserbringung für z.B. betreutes Wohnen
• Sicherheit und Objektschutz steigern bzw. gewährleisten
• Kostenreduzierung der eigenen Aufgaben und Leistungen
• Schnelles Return of Invest

Für Metropolitan & Service Provider

• Hochverfügbare Backbone-Ringstruktur (Core) mit fehlertolerantem EAPS
• Basierend auf Standard Ethernet-Architektur (zukunftssicher und skalierbar)
• Aufbau eigener Infrastruktur
• Alle Dienste wie Video, Daten und VoIP?aus einer Hand
• Technologische Vorteile im Verdrängungswettbewerb
• Provisioning & Mediation (Zentrale Konfiguration und Schnittstelle zum Abrechnungssystem)

Anforderungen an FTTH Tripple Play

Die Anwender von Tripple-Play-Diensten werden hohe Anforderungen an die Qualität stellen. Gary Holland, Carrier Ethernet Marketing für Lucent Technologies, spricht von dem Kunden als Netzwerkmonitor:

Wenn ein Netzwerkproblem ein kleines Darstellungsproblem während eines Fußballspiels verursacht, mag das ein Konsument eher lästig finden. Doch wenn ein Netzwerk ausfällt oder gar heftige Darstellungsprobleme auftreten und der Fußballfan deshalb das entscheidende Tor verpaßt, laufen die Telefone der Service Provider heiß und der Konsument wendet sich im schlimmsten Fall ab.

Das bedeutet, ein Netzwerk muss fehlerfrei laufen, daß sich aber im Fehlerfall schnell und zuverlässig korrigiert. Auf Seiten der Service Provider steht die Steigerung des Gewinns pro Benutzer im Vordergrund, da die Betriebskosten mit steigender Benutzerzahl wachsen. Aus dieser Sicht kristalisieren sich vier Schlüsselanforderungen heraus:

• Interaktive Dienste und voluminöse Inhalte führen zu neuen Anforderungen im Bereich der Netzwerkzugänge und der Netzinfrastrukturen. Dazu gehört unter anderem die Bereitstellung von mehr Bandbreite, Ausprägung differenzierter Dienste für unterschiedliche Angebote und eine hohe Innovationskraft und damit auch die schnelle Markteinführung derselben.
• Belastbare Kontrollstrukturen und ausgereiftes Netzwerkmanagement wird benötigt.
• Zuverlässiges Quality of Service (QoS), ein hohes Maß an Skalierbarkeit und Sicherheit müssen auf Aggregationsebene eingeführt werden.
• Netzbetreiber benötigen mehrere Netzwerkzugangsoptionen wie beispielsweise PON (Passive Optical Networks) und aktives Ethernet.

Grundlage zur Erfüllung dieser Anforderungen ist die Verfügbarkeit ausreichender Bandbreite. Die Frage ist nun: wieviel ist ausreichend? Die Frage ist eine Schlüsselfrage für Tripple-Play-Dienste, da unterschiedliche Technologien jeweils nur begrenzte Bandbreiten verarbeiten können.

Momentan kann über diese Frage kaum eine zuverlässige Aussage getroffen werden, da nicht klar ist, wie viele Gigabits pro Sekunde für zukünftige Anwendungen, wie etwa 3D-Holoprojektionen, benötigt wird. Bei Tripple-Play geht man von einer geschätzten Gesamtbandbreite von etwa 34 bis 38 Mbps für den Downstream und etwa 3 Mbps für den Upstream aus.

Aktives und Passives FTTH-Ethernet

Tripple-Play über Ethernet-FTTH kann über mehrere Zugriffstechnologien abgewickelt werden, allerdings scheinen aktives Ethernet und eine der Formen von PONs prädestiniert zu sein. Obwohl PONs ihre Wurzeln in ATM haben, basieren neuere Entwicklungen auf Ethernet. Abbildung 3 illustriert beide Ansätze.

Aktives Ethernet verfügt über dedizierte Bandbreiten und ein ausgelagertes aktives Gerät, welches aus Low-Cost-Elementen aufgebaut ist. Der Abonnent verbindet sich in der Regel über eine 100-Mbps-Verbindung mit einem Ethernet-Aggregations-Switch, der wiederum über Gigabit-Ethernet an einen Ethernet-Router angebunden ist.

Im Gegensatz dazu verwendet ein PON passive optische Splitter (passiv, da ohne Stromversorgung), die es erlauben eine einzige Glasfaser an mehrere Abnehmer zu verteilen, in der Regel nicht mehr als 32 aber auch bis zu 64. Dieser Broadcast-ähnliche Betriebsmodus hat zur Folge, daß die Bandbreite unter den Abnehmern verteilt werden muß, so daß tatsächliche Bandbreiten pro Abnehmer von etwa 19 bis 35 Mbps möglich wären. Das Glasfasersegment wird normalerweise von einer Optical Network Unit (ONU), die sich am Standort des Kunden befindet, terminiert. Verbunden ist das Segment allerdings durch einen optischen Splitter mit einem optischen Line Terminator (OLT), der an einen Switch, wahlweise ATM oder Ethernet, angeschlossen ist. Dieser liefert letztendlich den Zugang zum aktiven Netzwerk des Service Providers.

Beide Anwendungen haben Vor- und Nachteile. Beispielsweise benötigt aktives Ethernet ein zusätzliches, externes Gerät mit Stromversorgung, wie etwa lokale Aggregations-Switches, die in kleinen Telefonzellen-artigen Gehäusen das Stadtbild prägen. Diese Switches müssen auch aktiv gewartet werden. Andererseits weisen sie alle Eigenschaften eines Carrier-Ethernets auf: Bandbreitenanpassung, hohe Reichweiten, Fehlerisolierung, Sicherheit, etc. Momentan werden einige Anstrengungen unternommen, um die Anforderungen an die Stromversorgung zu verringern.

Der große Vorteil von PONs ist das passive externe Gerät, allerdings wird die Einzeltrennung der Abnehmer dadurch nahezu aufgehoben. Desweiteren sind Reichweitenbeschränkungen, Sicherheitsfragen und problematische Fehlerisolation und das Management der passiven Komponenten wichtige Nachteile, die gegen PONs sprechen.

Aggregation, VLANs und MPLS

Geht ein Service Provider den Ethernet-Weg, so stellt sich ihm eine interessante Frage: Sollte MPLS vom Kernnetzwerk in das Zugangsnetzwerk beispielsweise bis zum Abnehmer selbst erweitert werden? Prinzipiell würde das zu einer einheitlichen Basis für QoS, das Traffic Management, Redundanz und Skalierbarkeit über weite Teile der Infrastruktur führen.

Die meisten Service Provider setzen auf VLANs, mit all den bekannten Einschränkungen. Der Grund dafür sind die Kosten, doch scheinen es die gefühlten Kosten für die Einführung von MPLS sein, die die Provider daran hindert MPLS einzuführen, allerdings macht MPLS, eingesetzt in der gesamten Infrastruktur des Providers, weitaus mehr Sinn. Tabelle 1 vergleicht einige MPLS- und VLAN-Charakteristika.

Andererseits muß es gar nicht mal notwendig sein, MPLS in diesem Maße zu verwenden, gerade im Hinblick auf die ansteigende Komplexität. Es kann schon genügen, die neuesten Erweiterungen der Ethernet-Technologie auszuschöpfen. Ethernet-Switches sind heutzutage weitmehr als nur einfache Layer-2-Switches. Sie kombinieren QoS-Fähigkeiten mit Aggregationsfunktionen sodaß ein Aufsetzen auf Ethernet weitaus ökonomischer sein kann als die Einführung von MPLS.

Im Endeffekt kommt es aber auf die Bedürfnisse des Service Providers an. Wurde bereits schwer in MPLS für das Kernnetzwerk investiert, so ist die Ausdehnung der Technologie auf weitere Teile des Netzwerkes durchaus eine kluge Option. Für Betreiber jedoch, die noch keine MPLS-Investitionen getätigt haben eignet sich eine neue Herangehensweise, die als MAC in MAC genannt wird. Dabei handelt es sich um den 802.1ah-Standard mit der Bezeichnung Provider Backbone Bridges Standard, der es erlaubt Ethernet-Netzwerke auf bis zu mehrere Millionen VPNs zu skalieren während alle Vorzüge des Ethernets bestehen bleiben. Das Prinzip wird in Abbildung 4 dargestellt.

FTTH Ethernet-Dienste

Unabhängig davon, ob ein Service Provider auf aktives oder passives Ethernet setzt, FTTH wirft einige ernste Probleme beim Handling der Dienste beim Abhnehmer, beispielsweise IPTV, VOIP und Hochgeschwindigkeits-Internet auf. Wie bereits eingangs bereits erwähnt, schlagen folgende Punkte auf:

• Steigende komplexität und erhöhte Kosten
• Sicherstellung der Kontinuität der Dienste
• Fehlersuche im Fall einer Störung

Steigende komplexität und erhöhte Kosten

Mehrere Dienste über ein und dasselbe Netzwerk abzuwickeln geht einher mit steigender Komplexität auf Seiten des Service Providers und führt damit auch zu nicht unerheblichen Kostensteigerungen. In einer offenen Umgebung oder in einer solchen, in der mehrere Provider Komplettpakete anbieten, ist die Integration der jeweiligen Dienste in ein Netzwerk noch schwieriger. Das alles macht die Sache nicht einfacher und sieht nicht nach Kostenminimierung aus. Ergo: Netzwerke müssen klüger werden.

Automatisierung ist der Schlüssel auf dem Weg zur Kosteneffizienz. Beispielsweise müssen Anderungen der Service-Profile an einer Stelle auf mehreren Instanzen repliziert werden können, und das bitte schön automatisch. Für Ethernet FTTH bedeutet das:

• Automatisierte Bereitstellung (Replikation) geänderter Dienstprofile.
• Automatische Upgrades von Netzwerksoftware und Konfigurationsdaten. Damit wird vermieden, teuer geschulte Fachkräfte zu beschäftigen Routine-Aufgaben zu erledigen. Stattdessen werden die erforderlichen Daten von zentraler Stelle verteilt und automatisch eingepflegt.
• Kosteneffiziente Dienstregistrierung, die automatisch an Netzwerkgeräte übermittelt wird. Auf diese Weise kann ein Kunde Dienste über Web-Portal anfordern und die Geräte setzen die notwendigen Konfigurationen automatisch um.
• Ein flexibles QoS-Management und erweiterte Filter für die TV-Verteilung.
• Automatische Benutzerauthorisierung sobald ein Client in das Netzwerk eintritt. Das ist besonders in offenen Zugangsnetzwerken wichtig, da mehrere Provider die gleiche Infrastruktur nutzen können und die Anwender nicht jedesmal die Dienste manuell auswählen wollen.

Sicherstellung der Kontinuität der Dienste

Wir gehen davon aus, daß ein Provider ein Geschäftsmodell basierend auf flexiblen, konkurrenzfähigen kombinierten Dienstpaketen wählt. Da die Durchsetzung eines Preises sehr stark von der Qualität der Dienste und deren Zuverlässugkeit abhängt, besteht ein Wettbewerb gerade im QoS-Bereich, und das für jedes Element im Paket des Anbieters, denn Kunden neigen zur Ablehnung des gesamten Pakets durch das Versagen eines Dienstes.

Die Sicherstellung von Diensten beginnt mit der Überwachung von Netzwerk- und Dienst-Performance auf dem MPLS-Layer und dem IP-Kernnetz. Diese Überwachung beginnt am Netzzugang und hört an der Türschwelle des Abnehmers auf. Nur so erhält der Netzbetreiber eine nützliche und exakte Einsicht in Leistungsdaten und kann so richtige Entscheidungen im Hinblick auf QoS-Metriken des betreffenden Dienstes treffen.

Fehlersuche im Fall einer Störung

Besteht ein Problem im Netzwerk selbst, kommen die Fähigkeiten des Troubleshootings von Ethernet ins Spiel, was früher noch undenkbar war. Inzwischen hat sich auch Ethernet weiter entwickelt und die 802.1ag Configuration Fault Management Standards bieten inzwischen Ethernet-Ping- und -Traceroute-Fähigkeiten mit, die eine Fehlersuche auf Layer 2 erheblich vereinfachen.

Abbildung 5 listet die unterschiedlichen Verwaltungsdomänen (Maintenance Domains) der Standards auf. Darin enthalten sind Ende-zu-Ende-Prüfungen enthalten, die mittels Ping und Traceroute auch von Kundenseite aus initiiert werden können. Weiterhin gibt es eine Provider-Domäne, die mehrere Betreiber umfassen kannund es gibt eine Betreiberdomäne für die Fehlersuche in großen Layer-2-Netzwerken erleichtert.

FTTH Ethernet-Architekturen

Versuchen wir einige der vorangegangenen Erkenntnisse zusammenzufassen. Abbildung 6 zeigt eine typische aktive Ethernet FTTH-Architektur, die für die Auslegung von Tripple-Play-Diensten konzipiert wurde. Links sind die Abnehmer mit Gateways, die mit 100 Mbps Ethernet über Glasfaser an einen Access-Router des Netzbetreibers verbunden sind. Dieser Router befindet sich normalerweise in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Abnehmern. Der Access-Router, welcher an ein Ethernet-Aggregation-Netzwerk anschließt, wird mit einem oder mehreren Gbps angebunden. Das Ethernet-Aggregation-Netzwerk kann über ein MPLS-Kern auf einen zentralen POP (Point of Presence) geschaltet werden, der rechts in Abbildung 6 gezeigt wird.

Gigabit-Ethernet-Aggregation bedeutet, daß auch relativ große Entfernungen überbrückt werden können, teilweise Ausdehnungen über mehrere Städte. Ein prominentes Beispiel dafür ist UTOPIA, die Utah Telecommunication Open Infrastructure Agency, deren Netzwerk mehr als 14 Städte in Utah mit einer Nordsüdausdehnung von etwa 100km umfaßt.

In der Zentrale befinden sich B-RAS, Radius DHCP-Server und mehrere Router, die den Zugang ins Internet und anderen Netzwerken ermöglichen (dargestellt durch die braunen und orangen Linien, die zu ISP A und zu ISP B verbinden). Auf diese Weise haben Kunden zugriffe auf Dienste und Netzwerke anderer Betreiber.

Innerhalb der Architektur werden Anfragen der Abnehmer normalerweise auf VLANs gemappt, aber immer nur ein VLAN für jeden Dienst. Jedem VLAN ist außerdem eine Dienstklasse für QoS zugeordnet, do daß die entsprechende Bandbreite zur Verfügung gestellt werden kann. All das wird durch das zugrundeliegende MPLS-Netzwerk möglich.

Jedes dieser VLANs (eines pro Dienst) wird anschließend in eine VPLS-Instanz (Virtual Private LAN Service) mittels eines Ethernet-Routers des Betreibers am POP aufgeschaltet. Diese VPLS-Instanz wird über den MPLS-Kern in den Ethernet-Access-Router im FTTH-Netzwerk geschaltet, der sie zum entsprechenden Abnehmer transportiert. VPLS basiert auf MPLS, so daß die gewünschten Ende-zu-Ende-Charakteristika auch für FTTH-Dienste zur Verfügung stehen.

In dieser Art Netzwerk spielt Multicasting eine herausragende Rolle und es gibt verschiedene Architekturen zur Auslieferung von Multicast-Diensten. In diesem Beispiel behandeln die Ethernet-Router des Betreibers den Multicast-Traffic um den Dienst an den Abnehmer zu übermitteln. In anderen Netzwerken ist es durchaus möglich, Layer-2-Netzwerke zur Auslieferung der Daten zu wählen um sie dann auf Layer-3-Multicasting umzulegen. In beiden Szenarien ist die Infrastruktur auf MPLS angewiesen, damit QoS usw. implementiert werden können.