Carrier Ethernet birgt großes Potential gewinnbringende Dienste auszurollen, um mit den wachsenden Anforderungen Schritt zu halten. Die meisten Carrier sind aber im Augenblick noch nicht bereit, auf ein reines Ethernet-Netzwerk umzusteigen. Das liegt hauptsächlich an mangelndem Support für Link Monitoring, Fehlerisolierung und diagnotisches Testen auf Seiten der Ethernet-Technologie.
Diese Eigenschaften, welche die Dienstqualität erhöhen und sichern, sind bereits im Design der Plesichronous Digital Hierarchy (PDH) und der Sonet/SDH (Synchronous Digital Hierarchy) verankert. In den letzten Jahrzehnten ist das Vertrauen der Carrier in die beiden Technologien stetig gewachsen, so daß auch heute noch darauf vertraut wird, wenn es um die Bereitstellung hochwertiger und sicherer Dienste für alle möglichen Anwendungen geht.
Eine transparente Lösung für den Transport nativer Ethernet-Frames von einem Ende des Netzwerkes zum anderen zu realisieren ist eine große Herausforderung. Seit Ende der 90er Jahre haben einige Carrier ihre Netzwerke mit neuen Komponenten für ein sog. Next Generation Sonet/SDH (NGS) ausgestattet.
Der Vorteil von NGS ist die Fähigkeit zum effizienten Transport von Ethernet-Frames und TDM-Diensten (Time-Division Multiplexint) über das optische Netzwerk auch dann, wenn die Auslastung langsam 100% erreicht. Eine Schwäche ist allerdings mangelnde Interoperabilität mit Legacy Systemen. das hatte zur Folge, daß jeder Knoten, der einen Service bereitstellte oder terminierte ausgetauscht werden mußte. Während das natürlich den Ausrüstern in die Hände spielt, wurde das Kapital der Carrier nicht optimal ausgenutzt. Mittels neuer Protokolle können die Legacy Systeme wieder genutzt werden, um allgemeine Betriebskosten beim Ausrollen von Carrier Ethernet zu reduzieren.
Bevor wir auf die Carrier Ethernet eingehen, ist es hilfreich zu verstehen, wie NGS funktioniert. Wenn Ethernet über NGS transportiert werden soll, kapselt das Generic Frame Protocol (GFP) Ethernet Frames in virtuelle Sonet/SDH Container. Das Verfahren arbeitet nach ITU-T G.707. Das Schema versprach optimale Bandbreitenausnutzung in einem Sonet/SDH-Link wenn langsam die maximale Kapazität erreicht wird. Das geschieht durch eine fein granulare Aufteilung der Bandbreite für jeden Dienst.
Viele Carrier waren der Überzeugung, auf das richtige Pferd gesetzt zu haben. Damals eine nachvollziehbare Annahme. Dennoch mußten die Dienste beim Emittieren ins Netz und der Terminierung jeweils am Knoten auf die physikalische Technologie, hier OC-3, STM-1, T1, E1 oder DS3, umgesetzt werden.
NGS arbeitet nicht gut mit Legacy Systemen zusammen, weil die zusammengefaßten virtuellen Container (VC), die von einem NGS-Knoten stammen von älteren Sonet/SDH-Geräten nicht auf ein standardisiertes physikalisches Interface umgesetzt werden können. Aufgrund dieser Tatsache müssen alle Legacy Systeme durch NDS-Geräte ersetzt werden. Hinzu kommt, daß auch Transportnetzwerke der gleichen Generation, die NGS-Verkehr transportieren sollen, ein ganzer Sonet/SDH-Container für den Pfad allokiert wird. Damit ist die Bandbreiteneffizienz der NGS-Technologie dahin. Die Schlußfolgerung ist, daß NGS die Abwärtskompatibilität zu existierenden Transportmethoden schlichtweg zum Vorteil effizienterer Bandbreitenausnutzung, die bereits ohne NGS erreichbar war, ignoriert hat.
Der neue Ansatz für einen effizienten Transport von Ethernet über Sonet/SDH nutzt traditionelle Transportmethoden einfach besser aus, als lediglich von ihnen abzuleiten und neue Probleme einzuführen. Schauen wir uns aber zunächst an, wie das herkömmliche Sonet/SDH funktioniert. Dann verstehen wir auch, welchen Stellenwert die neue Technik hat.
Die gesamte Telekommunikationstechnologie in einem Carrier-Netz erledigt weite Teile seiner Aufgaben mittels Embedded Software und zusätzlichen Softwareschnittstellen. Der allgemeine Aufbau eines Sonet/SDH Add-Drop Multiplexers (ADM) ist in Abbildung 1 (Stack A) dargestellt. Dieser Protokollstapel hat die letzten Jahre gute Dienste beim Transport von PDH-TDM-Diensten, wie etwa T1, E3 oder DS3 geleistet.
Ethernet over SDH Prokollstapel
Der Protokollstapel eines traditionellen Sonet/SDH ADMs im Vergleich zu einem ADM mit EoPoS. Der Datenbereich (Payload) „Sprache“ ist in EoPoS für Ethernet Frames in einem GFP-F-Rahmen gekappselt. Benötigt wird aber zusätzlich ein Header für Link Aggregation und mehrere PDH Tributaries.
T1, E3 oder DS3 sind sehr gut verstandene Dienste, weit verbreitet und verlässlig. Es ist daher verständlich, daß die International Telecommunications Union (ITU) die bewährte PDH-Technologie als Transportschicht für die neuen Ethernet-Dienste heranzieht. Erst kürzlich hat die ITU-T neue Empfehlungen (ITU-T G.7041, G.7042 und G.7043) für den Ethernet-Transport über einfache und gebündelte PDH-Links ratifiziert. Sie stellen den fundamentalen Baustein für Ethernet over PDH (EoPDH) dar. Dieser Teil des Protokollstapels ist der obere Teil rechts Abbildung 1 als “Stack B” gekennzeichnet.
EoPDH ist eine Kombination verschiedener Technologien und neuer Standards, die Carrier die Nutzung existierender Kupferstrukturen für Ethernet-basierte Dienste erleichtern soll. EoPDH macht den Weg frei für Interoperabilität und schrittweiser Migration hin zu reinen Ethernet-Netzwerken.
Die standardisierten Technologien in EoPDH schließen Rahmenkapselung, Link Aggregation, Link Capacity Adjustment und Management Messaging ein. Häufig kommen in EoPDH-Bausteinen auch Traffic Tagging für die Nutzung virtueller Netzwerke, Priorisierung und andere Applikationen zum Einsatz. Obwohl EoPDH für die Punkt-zu-Punkt-Zustellung von Ethernet über physikalische PDH Tributaries (ITU-T-Bezeichnung von PDH-Streams) konzipiert wurde, ist EoPDH ein wichtiges und kostengünstiges Element für die Zustellung von Ethernet-Diensten über Legacy Sonet/SDH.
Eine neue Generation von Sonet/SDH-Geräten ist in der Lage, Ethernet-Rahmen via EoPDH auf virtuelle PDH Tributaries abzubilden (engl. mapping) und PDH-Verbindungen über das existierende Sonet/PDH-Netzwerk abzuwickeln. Der vollständige Protokollstapel solcher Geräte ist als Stack B in Abbildung 1 gekennzeichnet.
Da der Protokollstapel EoPDH und PDH-over-Sonet/SDH kombiniert, wird die Technologie auch als Ethernet over PDH over Sonet/SDH, kurz EoPoS bezeichnet. Der Teil zwischen dem Legacy Stack und dem EoPDH-Stacks auf einer Ebene, die kompatibel mit der standardisierten PDH-Technologie ist, gestattet die optionale Nutzung optischer Schnittstellen, mit dem Ergebnis, daß die Verarbeitung über mehrere Bausteine in dem Gerät verteilt werden kann.
Ein enormer Vorteil der EoPoS-Technologie ist, daß alte und neue Komponenten Seite an Seite genutzt werden können. Doch die wahre Stärke von EoPoS ist die vollständige Ausnutzung existierender Strukturen und des Know-Hows, das in Sonet/SDH steckt. Anders als der NGS-Ansatz, das primär darauf ausgelegt war, die Bandbreite optimal auszunutzen, koste es was es wolle, minimiert EoPoS die Kosten und erreicht das gleiche. Diesen Vorteil verstehen wir vielleicht am besten, wenn wir uns eine Beispielanwendung ansehen.
Beispielanwendung von EoPoS
Die meisten Stadtnetze der Carrier werden über Sonet/SDH-Ringe angebunden, wie in Abbildung 2 illustriert. Der Legacy-ADM (gekennzeichnet als C) ist als einzelner Knoten dargestellt ist, er soll aber die gesamte Zugangstechnik eines Telekommunikationsanbieters repräsentieren, wie sie “draußen” verwendet wird. Anbindungen dieser Art gibt es in großen Mengen im Wert von mehreren Milliarden Euros.
Sonet/SDH Ringtopologie
In dieser Metro-Ethernet-Umgebung werden die Ethernet-Dienste über Sonet/SDH ausgeliefert. Durch die Einführung eines EoPoS-Knotens (A), kann traditionelle Ausrüstung an Knoten C dazu genutzt werden, EoPDH-Verkehr zu verarbeiten. Das wird durch eine kostengünstige EoPDH Demarcation Unit ermöglicht, die Ethernet-Verkehr letztendlich in das Kundennetzwerk überführt.
Weite Teile der Zugangstechnologie sind veraltet und werfen nur noch operative Kosten für Wartung und Pflege auf. Um neue Komponenten zur Kostensenkung einzuführen, muß die Komponente selbst und auch die Wartung günstiger sein als die der alten. Allein diese Wirtschaftlichkeitsrechnung ist ein starkes Argument, die bisherigen Strukturen beizubehalten.
Knoten A in Abbildung 2 stellt eine neue Komponente mit EoPoS-Technologie dar. Zu Gunsten der Interoperabilität unterstützt es traditionelles Ethernet-über-Sonet/SDH (EoS) und NGS-Protokolle. Daher kann der Verkehr vom EoPoS-Knoten zum NGS-Knoten B und EoPoS-Knoten zum Legacy-Knoten geleitet werden.
Der Protokollstapel des Legacy-Systems unterstützt kein NGS. Da NGS auch keine physikalische PDH-Schnittstelle unterstützt, kann dieser Knoten keine Ethernet-Dienste terminieren, die vom NGS-Knoten stammen. Der Knoten C kann EoPoS-Verkehr vom EoPoS-Knoten A transportieren und weiterleiten. Der Legacy-ADM verarbeitet den unteren Teil des in Abbildung 1 abgebildeten Stack B und stellt eine physikalische PDH-Verbindung zu einer Demarcation Unit her. Ein CPE (Customer Premises Equipment) mit EoPDH-Unterstützung verarbeitet wiederum den oberen Teil des Stack B in Abbildung 1 und terminiert den EoPoS-Datenverkehr.
Wenn ein Kunde von Legacy-TDM-Diensten auf Ethernet umsteigt, entstehen lediglich Kosten für die Einführung eines EoPoS-fähigen Gerätes, er muß nicht in eine teure NGS Sonet/SDH-Kiste investieren. Die einfache Aufteilung der Protokollverarbeitung auf der PDH-Schicht erleichtert auch die Nutzung von PDH-Leitungen in Kundennetzen, die EoPDH verwenden.
Hinzu kommt, daß wenn das Sonet/SDH-Netzwerk zwischen Knoten A und C aus einen komplexen Verbund von Legacy-Geräten besteht, diese den EoPoS-Verkehr so verwalten, als ob es sich um einfache PDH Tributaries handelt. Während in diesem Beispiel der ADM dazu verwendet wird, existieren dazu eine ganze Reihe von Alternativen, wie etwa MSPPs (Multi-Service Provisioning Platforms), Demarcation Units, ROADMs (Reconfigurable Add-Drop Multiplexer), Media Gateways und DSLAMs (IP DSL Access Multiplexer).
Sonet/SDH-Ausrüstung mit EoPoS-Unterstützung bringt genau die gleichen Vorteile, die NGS versprach, vermindert aber die nötigen Ausgaben. Durch Nutzung einer standardisierten virtuellen Zusammenfassung von Kanälen, kann die Bandbreite von Ethernet-Carrier-Diensten dynamisch in Schritten von 1.5 Mbps angepaßt werden. Das ITU-T-Protokoll G.4072 VCAT/LCAT bietet dynamische Allokierung und die Flexibilität zur vollständigen Ausnutzung der gesamten Sonet/SDH-Bandbreite. Abonnenten von Carrier-Ethernet-Diensten kann Bandbreite je nach Bedarf bereitgestellt werden, ohne viel Bandbreite zu verschwenden. Die intelligente Nutzung des EoPDH-Protokolls in Verbindung mit Sonet/SDH-Ausrüstung senkt die Kosten während des Übergangs zu einem Netzwerk mit Unterstützung für Carrier-Ethernet-Dienste.
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