Серия продуктов спектрального мультиплексирования Cisco ONS 15500

За последние несколько десятков лет одной из самых заметных тенденций в большинстве областей человеческой деятельности является автоматизация процессов, применение информационных технологий для сбора, анализа и обработки данных. Как правило, обработка и хранение данных выполняется централизованно, такой подход применяется исходя из соображений экономической эффективности, требований к безопасности, оперативности доступа к данным. С неизбежной автоматизацией бизнес-процессов увеличивается зависимость деятельности компании, предприятия, организации от работоспособности вычислительного центра, центра хранения данных. Перерывы в работе вычислительного центра приводят к миллионным убыткам1, а в некоторых случаях – к краху компаний. Возможные потери информации или временное нарушение работоспособности ключевых государственных институтов (к примеру, финансовой системы) отражаются на государстве в целом. Поэтому проблемы организации центров обработки и хранения данных, учета возможных рисков и методов их снижения рассматриваются в работах ведомств, финансируемых государственными учреждениями ведущих стран 2 и 3. Угрозы стихийных бедствий, катастроф заставляют частные компании, правительственные организации и учреждения создавать резервные вычислительные центры и резервные центры хранения данных. Для связи центров между собой в большинстве случаев используются оптоволоконные каналы.

Приложения и функции систем спектрального мультиплексирования ONS 15500
Основное предназначение устройств серии ONS 15500 – высокоэффективный оптический транспорт информации сетей хранения, сетей передачи данных, традиционных сетей цифровой синхронной иерархии SDH и SONET на десятки и сотни километров. Серия продуктов Cisco ONS 15500 содержит полный комплект аппаратных и программных средств, требуемых для создания оптической транспортной инфраструктуры предприятия или оператора связи. Этот комплект состоит из платформы агрегации ONS 15530 DWDM, системы спектрального мультиплексирования ONS 15540 DWDM ESPx и специализированных оптических усилителей ONS 15501. Основные области применения продуктов серии и решений на их основе включают:

• Связь распределенных вычислительных центров. Задача организации распределенных вычислительных центров характеризуется большим объемом передаваемой информации, исчисляемой десятками и сотнями гигабит в секунду, широким спектром используемых протоколов и технологий распределенных вычислений (таких, как Gigabit Ethernet, Fibre Channel, FICON, ESCON, GDPS, ETR/CLO, ISC-1, ISC-3), а также необходимостью обеспечить связь между объектами, находящимися на удалении до 100 км, а в некоторых случаях и больше. Последнее условие вызвано требованием к высокой катастрофоустойчивости распределенной вычислительной системы и снижением рисков, связанных со стихийными бедствиями, длительными перебоями в энергоснабжении4. Системы спектрального мультиплексирования или их элементы применяют для экономии средств на прокладку и эксплуатацию оптических каналов связи, для обеспечения масштабируемости вычислительного центра и разграничения полномочий между эксплуатирующими подразделениями внутри компании или между заказчиком и оператором связи.
• Связь между точками присутствия оператора. Для этой задачи характерна передача трафика синхронной цифровой иерархии SDH, а также Fast Ethernet/Gigabit Ethernet. Преобладают кольцевые сетевые топологии с несколькими узлами связи (больше двух). Задача также характеризуется требованием к линейной структуре затрат, поскольку увеличение числа клиентов и набора предоставляемых им услуг в большинстве случаев не происходит скачкообразно. Для того, чтобы учесть индивидуальные сервисные соглашения между заказчиком и оператором связи, инфраструктура сети, в том числе и ее оптический сегмент, должна обеспечивать мониторинг передаваемой информации на уровне транспортируемого протокола. Чтобы гарантировать соблюдение строгих сервисных соглашений, накладывающих ограничение на доступность предоставляемых услуг на уровне 99,999% и выше, необходимо применять оборудование операторского класса, обладающего набором аппаратных и программных средств обеспечения высокой доступности.
Системы спектрального мультиплексирования используются оператором связи для сокращения затрат на прокладку и аренду оптоволокна, для предоставления заказчикам услуг передачи данных через собственную или арендованную оптическую магистраль.
• Оказание традиционных услуг передачи данных и услуг передачи трафика сети хранения оператором связи. В дополнение к передаче традиционного для локальных вычислительных сетей трафика Gigabit Ethernet оборудование оптической транспортной инфраструктуры должно обеспечивать транспорт популярных протоколов сетей хранения информации и систем распределенных вычислений, к их числу относятся Fibre Channel/FICON/ESCON. Для контроля за соответствием сервисным соглашениям между оператором связи и заказчиком необходим мониторинг передаваемой информации на уровне протокола сети хранения. Как и в предыдущем случае, системы спектрального мультиплексирования используются оператором связи для сокращения затрат на прокладку и аренду оптического волокна. Функции агрегации низкоскоростного трафика ESCON позволяют снизить стоимость инфраструктуры спектрального мультиплексирования.
Продукты серии ONS 15500 разработаны с учетом характерных особенностей указанных задач и в полной мере реализуют набор требуемых функций, в частности:
• обеспечивают высокую плотность спектрального мультиплексирования, в одном волокне поддерживается передача 32 независимых сигналов с длинами волн, соответствующим 100ГГц частотному плану, определенному в стандарте ITU-T G.692;
• поддерживают широкий диапазон стандартов локальных вычислительных сетей и глобальных вычислительных сетей, фирменных протоколов производителей систем хранения, систем распределенных вычислений, систем цифрового телевидения. В частности, транспорт FastEthernet, GigabitEthernet и 10Gigabit Ethernet, SDH/SONET уровней от STM-1/OC-3 до STM-16/OC-48, Fibre Channel 1G/2G, FICON, ESCON, при работе в среде IBM GDPS – Sysplex Timers (ELR/CLO) и DTV/HDTV. Кроме вышеперечисленных промышленных протоколов, транспондеры позволяют транспортировать произвольный сигнал в широком диапазоне скоростей, начиная с 16 Мбит/с в «прозрачном» режиме;
• удовлетворяют требования фирменных приложений резервного копирования и синхронизации дисковых подсистем в системах хранения информации. Среди них IBM PPRC, IBM XRС, Hitachi Data Systems TrueСopy, EMC SRDF, HP DRM. Работа продуктов серии Cisco ONS 15500 постоянно подвергается тщательным испытаниям в лабораториях Cisco Systems совместно с производителями соответствующих систем хранения, что подтверждается сертификатами (см. раздел «Сертификация»). Сертификация и испытания позволяют достичь высокой надежности системы и уменьшить до минимума риски, связанные с внедрением и эксплуатацией;
• удовлетворяют самые строгие требования, предъявляемые при проектировании катастрофоустойчивых распределенных систем. ONS 15530 передает трафик FICON/Fibre Channel на расстояния до 320 км без снижения эффективной пропускной способности канала связи. Снижение пропускной способности канала связи при увеличении расстояния прежде всего связано с возрастающими задержками на передачу единицы информации (кадра); особенностями работы механизмов управления потоком данных протоколов FICON/Fibre Channel на канальном уровне; аппаратными ограничениями размера буферной памяти физических интерфейсов большинства коммутаторов сетей хранения5, дисковых накопителей, а также других устройств инфраструктуры вычислительного центра. Наличие достаточного объема буферной памяти, модифицированные алгоритмы управления потоком данных для трафика FICON/Fibre Channel позволяют Cisco ONS 15530 передавать данные на большие расстояния;
• оптимально используют каналы связи благодаря агрегации низкоскоростных потоков данных и передаче их в виде одного оптического сигнала. Существенно сокращают количество передаваемых оптических сигналов и оптимизируют затраты на оборудование спектрального мультиплексирования. К примеру, для транспортировки 40 каналов ESCON (200 Мбит/с каждый) достаточно использовать один оптический сигнал, обеспечивающий передачу информации со скоростью 10 Гбит/с;
• имеют полное резервирование компонентов – блоков питания, центральных процессоров;
• предоставляют широкий выбор механизмов защиты интерфейсных модулей и каналов связи, как клиентских, так и транковых. Среди них: защита от сбоя канала связи с использованием делителей оптического сигнала (сплиттеров) в транковых интерфейсах транспондеров; защита от сбоя транспондера при подключении клиентского устройства (коммутатора локальной вычислительной сети, коммутатора сети хранения или другого устройства) Y-кабелем к двум транспондерам. Для топологий «точка–точка» предусмотрены специализированные модули (Protection Splitter Module, PSM), выполняющие деление мультиплексированного сигнала;
• обеспечивают высокую доступность сети в целом. Устройства мгновенно (до 50 мс) определяют сбой канала связи и автоматически выполняют защитное переключение (Automatic Protection Switching) на резервный канал;
• экономят средства на обучение сотрудников и сопровождение оптической транспортной сети, сохраняют инвестиции в системы сетевого управления и операционной поддержки. Cisco ONS 15540 ESPx и Cisco ONS 15530 работают под управлением наиболее распространенной в телекоммуникационной индустрии операционной системы Cisco IOS (Internetwork Operating System). Предприятие или оператор связи используют накопленный опыт работы с устройствами Cisco, не изменяют коренным образом сложившийся регламент эксплуатации, сохраняют инфраструктуру сетевого управления (серверы идентификации, авторизации и учета, CiscoWorks 2000 RME, а также программное обеспечение собственной разработки и разработки третьих фирм);
• позволяют следить за уровнем предоставляемых услуг. ONS 15540 ESPx и ONS 15530 имеют средства анализа передаваемой информации для большинства поддерживаемых протоколов. Оператор связи или подразделение компании, эксплуатирующие оптическую инфраструктуру, имеют возможность отслеживать соблюдение сервисных соглашений. Кроме этого, информация об ошибках, обнаруживаемая на уровне транспортируемого протокола, позволяет принимать обоснованное и своевременное решение об автоматическом защитном переключении на резервный канал связи;
• уменьшают сроки перенастройки, сокращают комплект запасных частей. ONS 15540 ESPx и ONS 15530 поддерживают универсальные клиентские оптические конвертеры SFP, способные работать в широком диапазоне скоростей, значительно упрощая эксплуатацию изменяющихся систем, например, в случаях предоставления услуг оператором связи или при развитии крупного вычислительного центра;
• поддерживают разнообразные сетевые топологии – «точка–точка», «кольцо»;
• уменьшают время активации новых услуг, каналов связи заказчикам. В системах спектрального мультиплексирования, особенно в сложных топологиях «кольцо» и при использовании усиления сигнала, одной из серьезных проблем, осложняющих перенастройку сети, является необходимость перерасчета оптического бюджета и, зачастую, перенастройка оборудования, изменение параметров затухания, смена оптических аттенюаторов. В составе системы имеются регулируемые широкополосные оптические аттенюаторы, применяемые для снижения мощности сигналов до их мультиплексирования, узкополосные оптические аттенюаторы, используемые для снижения мощности отдельной группы оптических сигналов;
• имеют программное средство проектирования оптической транспортной сети Cisco Metro Planner6 (см. раздел «Cisco Metro Planner»), позволяющее избежать ошибок при проектировании, заказе оборудования, монтаже и наладке. Cisco Metro Planner позволяет существенно снизить риски и сократить сроки внедрения системы;
• допускают постепенное развитие оптической транспортной инфраструктуры, оптимизируя затраты.

Компоненты решения
Серия продуктов ONS 15500 состоит из трех основных компонентов: оптической транспортной платформы ONS 15540 ESPx DWDM; платформы агрегации ONS 15530 DWDM; оптического усилителя ONS 15501. Cisco ONS 15530 DWDM применяется для агрегирования каналов связи ESCON, FICON, Fibre Channel, Gigabit Ethernet. Платформа ONS 15530 DWDM используется и для передачи произвольного трафика, в составе системы имеются транспондеры. Для транспорта большого количества высокоскоростных потоков данных применяется оптическая транспортная платформа Cisco ONS 15540 ESPx.
Устройство поддерживает транспорт каналов 10GB Ethernet, каналов синхронных цифровых иерархий SONET/SDH, Fibre Channel, Gigabit Ethernet, FICON, ESCON и многих других. Кроме этого, ONS 15540 используется для мультиплексирования оптических сигналов ONS 15530 DWDM или ONS 15454. Устройства ONS 15530 DWDM и ONS 15540 DWDM ESPx дополняют друг друга, их совместное использование делает решения на основе серии Cisco 15500 лидером отрасли по критериям плотности услуг, масштабируемости,
гибкости, надежности и стоимости.



Взаимосвязь компонентов и их совместное использование иллюстрируется схемой сети, приведенной на рис. 18.
ONS 15540 и ONS 15530 используют общий частотный план, соответствующий ITU-T G.692. Мультиплексирование/демультиплексирование оптического сигнала выполняется группами из 4-х сигналов, именуемыми полосами. Всего определено 8 полос, в общей сложности система, построенная на основе ONS 15500, поддерживает 32 канала. Для служебного канала управления используется один канал с длиной волны частотного плана ITU, не используемый ни в одной из упомянутых групп. Таблица 38 иллюстрирует разбиение частотного плана на группы.




Таблица 38. Частотный план серии ОNS 15500


Описание технических характеристик, интерфейсных модулей каждого из этих устройств приведено в последующих разделах.

Оптическая транспортная платформа Cisco ONS 15540 DWDM ESPx
Cisco ONS 15540 DWDM ESPx – гибкая модульная платформа спектрального мультиплексирования, используемая для построения оптической транспортной инфраструктуры. Устройство состоит из шасси, в котором предусмотрено 12 отсеков, два из них зарезервированы для центральных процессоров, два других – для материнских карт8 оптических мультиплексоров/демультиплексоров. Остальные 8 отсеков используются для установки материнских карт, несущих транспондеры.
В зависимости от приложения устройство комплектуется:
• 32-канальными оптическими терминальными мультиплексорами и демультиплексорами высокой плотности с поддержкой оптического служебного канала управления;
• мультиплексорами и демультиплескорами ввода/вывода в модификациях на 4 и 8 каналов, с поддержкой оптического служебного канала для управления. Устройство осуществляет ввод/вывод сигналов с длинами волн, соответствующими одной полосе или двум смежным полосам;
• материнскими картами для установки до четырех 2,5-Гб транспондеров. Доступны две версии – с разделением оптического сигнала (splitter) и без. Шасси допускает установку 8 модулей для поддержки 32 каналов;
• материнскими картами для установки до двух 10-Гб транспондеров. Доступны две версии – с разделением оптического сигнала (splitter) и без. Шасси допускает установку 8 модулей для поддержки 16 каналов;
• транспондерами в следующих модификациях:
✓ первого типа. Излучатель с настраиваемой длиной волны (ITU-T G.692). Транспорт произвольного трафика в диапазоне 16–622 Мбит/с. Клиентский интерфейс – многомодовое волокно, длина волны сигнала – 1310 нм;
✓ первого типа. Излучатель с настраиваемой длиной волны (ITU-T G.692). Транспорт произвольного трафика в диапазоне 16 Мбит/с – 2,5 Гбит/с. Клиентский интерфейс – одномодовое волокно, длина волны сигнала – 1310 нм;
✓ второго типа. Излучатель с настраиваемой длиной волны (ITU-T G.692). Характеристики клиентского сигнала определяются типом сменного конвертера SFP;
✓ 10 GBase-LR 1310 нм одномодовый 10 Gigabit Ethernet транспондер;
• делителем оптического сигнала для защиты транкового канала;
• дополнительным отделением для кросс-коммутации оптических кабелей;
• центральными процессорными модулями;
• дополнительным внешним блоком питания переменного тока.

Система Cisco ONS 15540 DWDM ESPx обладает следующими характеристиками:
• поддерживает мультиплексирование 16 каналов 10 Gigabit Ethernet в конфигурациях с защитой канала связи и 32 каналов 10 Gigabit Ethernet в конфигурациях без защиты;
• поддерживает топологии «точка–точка», «кольцо»;
• допускает «горячую» замену модулей;
• обеспечивает варианты защиты клиентских интерфейсов при помощи Y-кабелей, транковых соединений 1+1; выполняет защитное переключение менее чем за 50 мс;
• имеет интерфейс 10/100 Ethernet RJ-45, консольный интерфейс RS-232 (DB-232), вспомогательный (auxiliary) порт RJ-45 для управления;
• соответствует требованиям:
✓ к окружающей среде: GR-63-CORE,
✓ к электромагнитному излучению: ETS 300 386-1, GR-1089-CORE, FCC часть 15, Класс А,
✓ к электробезопасности: UL 1950, EN 60 950 и IEC 60 825-2,
✓ Государственного стандарта России: ГОСТ Р 50377-92 (МЭК 950-86), ГОСТ Р 51318.22-99, ГОСТ Р 50839-2000,
✓ European Telecommunications Standards Institute (ETSI): ETSI 300 019-1.

Таблица 39. Характеристики транспондеров Cisco ONS 15540 DWDM ESPx


Таблица 40. Характеристики 10 Gigabit Ethernet транспондера для ONS 15540 ESPx


Таблица 41. Характеристики конвертеров SFP


Таблица 42. Характеристики конвертеров SFP, поддерживающих диапазон скоростей

Страница
1 : Компоненты для построения систем DWDM
2 > : Серия продуктов спектрального мультиплексирования Cisco ONS 15500
3 : Платформа агрегации Cisco ONS 15530 DWDM
4 : Оптический усилитель Cisco ONS 15501
5 : Управление и Сертификация
6 : Мультисервисная платформа коммутации Cisco ONS 15600 MSSP
7 : Оптическая платформа дальней связи Cisco ONS 15808 Long Haul / Extended Long Haul DWDM
8 : Продукты для построения системы управления и мониторинга